表面活性剂生产过程控制系统

绪论 (1)

2 工艺流程与控制参数简述 (2)

2.1工艺流程 (2)

2.2 工艺控制参数要求 (2)

3 生产控制过程分析与设计 (3)

3.1 疏水原料与环氧乙烷的比值控制 (3)

3.2原料预加热温度控制 (4)

3.3反应器温度控制 (6)

3.4反应器的压强控制 (9)

4仪器仪表的选择及仪表盘的设计 (11)

4.1 仪表选择原则 (11)

4.2 本系统的仪表选用 (11)

总结 (14)

参考文献 (15)

绪论

本系统主要讲述的是聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程，通过控制进料比例以及化学反应器中温度、压力等化学反应条件来保证化学反应的顺利实现。此生产过程主要是通过比值控制，来严格控制两种原料的比例，通过温度-流量串级控制来控制反应器中的温度，并且用压力变送器、压力控制器构成单回路控制系统控制压力恒定，最终实现精确控制聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程工艺参数的目的。

2 工艺流程与控制参数简述

2.1工艺流程

聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程是将疏水原料经加热后喷入反应器中，此时根据原料量加入0.5％的环氧乙烷（环氧乙烷易燃烧和爆炸），在反应器中反应，此反应是在高温、压力和催化剂存在下进行，反应过程大量放热，通过热交换器维持反应器内温度150℃，压力0.05Mpa。当等计量的环氧乙烷加完后温度持续下降到100℃时将反应器内原料输出。

2.2 工艺控制参数要求

1）反应温度维持在150℃～175℃，温度误差大于±5℃时应会自动提示报警

2）反应器内压力维持在0.05～0.5MPa。

3）环氧已烷占原料量的0.5％。

3 生产控制过程分析与设计

3.1 疏水原料与环氧乙烷的比值控制

1）被控参数：疏水原料、环氧乙烷的输出物料流量Q 2）控制参数：阀门开度

3）根据工艺控制参数要求，环氧乙烷占疏水原料量的0.5％，为满足原料间规定的比例，选择单闭环比值控制系统，疏水原料是主动量1Q ，环氧乙烷为从动量2Q ，其比值200Q Q K 21==（由于它们之间的比值200K =非常大，当环氧乙烷的输出量发生变化时疏水原料的输出量将剧烈变化不利于系统的稳定，所以在此不应选择双闭环比值控制系统而应选择单闭环比值控制系统）。

图1所示为单闭环比值控制系统框图。由图可见，从动量2

Q 是一个闭环随动控制系，主动量1Q 却是开环的，1Q 经比值器

()s 1c W 作为2Q 的给定值，所以2Q 能按一定的比值K 跟随1Q 变化。

当1Q 保持不变而2Q 受到扰动时，则可以通过2Q 的闭环进行定值控制，使2Q 调回到1Q 的给定值上，两者的流量在原数值上保持不变。当1Q 受到扰动时，即改变了2Q 的给定值，使2Q 跟随1Q 而变化，从而保证原设定的比值不变。当1Q 、2Q 同时受到扰动时，2Q 回路在克服扰动的同时，又根据新的给定值，使主、从动量()21,Q Q 在新的流量数值的基础上保持其原设定值的比例关系。

可见该控制方案的优点是能够确保K

不变，方案结

Q=

2

1

构简单，因而在工业生产自动化中得到广泛应用。

图1 单闭环比值控制系统框图

图2 带检测点的单闭环比值控制系统流程图

3.2原料预加热温度控制

1）被控参数：疏水原料温度

2）控制参数：加热蒸汽阀门开度

3）该反应过程的温度控制为150°，预加热的对温度的要求精度并不高，所以原料温度达到80°-90°即可，可采用如图3所示的单

回路温度控制系统。

计量槽

图3 单回路温度系统流程图

但这种简单的温度控制系统，其滞后时间较大，对温度控制质量有较大的影响，有时满足不了工艺的要求，为此可采以用串级控制系统方案，原料预加热阶段采用如图4所示串级系统。

图4 预加热温度-压力串级控制系统流程图

该串级控制系统中，主被控参数为疏水原料的温度，副被控参数为疏水原料计量槽内的压力，控制参数为上图中加热阀门开度。就其主回路（外环）来看，是一个定值控制系统，而副回路（内环）则为一个随动控制系统，与单回路控制系统相比，串级控制系统多了一个测量变送器与一个控制器，增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器）但控制效果却有显著地提高。其原因在于往往压力的变化及测量比温度来的迅速，实际上压力变化是温度变化的前奏，因此建立一个温度——压力的串级控制系统，能够提前产生控制作用，有利于克服被控对象的滞后，提高温度的控制精度，该设计方案适用于压力变化远超前于温度变化的情形。

其系统框图如图5所示。

图5 温度-压力串级控制系统框图

3.3反应器温度控制

1）被控参数：

主被控参数：反应器内温

副被控参数：加热蒸汽流量

2）控制参数：加热阀门开度

3）化学反应器的温度控制是及其重要的，温度影响着化学反应速率、转化率等，是化学反应的重要条件，但由于目前大型石化企业所用的聚合反应釜，其容量相当庞大，反应的放热量大而传热效果往往又很差，控制其反应已经成为过程控制中的一个难题。因此在制定化学反应器的控制方案时我们要关注其以下两个特点：

a)在反应开始之前，反应物必须要升到指定的最低温度

b) 反应是放热反应

据此可知，本设计中需要将温度升到150℃～175℃以满足反应条件，待反应开始之后，由于该反应是放热反应，为了将反应器中度维持在150℃～175℃，则需要通过热交换器迅速的放热。

为此，可采用反应器内温为主被控参数、夹套温度为副被控参数的温度——流量串级控制系统，控制方案以及系统的方框图分别示于图6、图7所示。

图6 反应器内温控制系统框图