工艺流程设计与过程控制

上述例子中，热流股的温度。
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加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水 3、控制变量（操纵变量）
定义：受执行装置（自控阀门）操纵，用来使被控变量保持在设定值 的某个物理量。
上述例子中，加热蒸汽的流量。
4、干扰变量（扰动变量）
定义：除控制变量以外，作用于被控对象，并可能引起被控变量发生 变化的一些物理量。
具体选哪个工艺需综合考虑各种条件
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5.1.3 工艺流程设计的任务
一、确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式，达到由 原料制得所需产品的目的
➢ 1)确定采用多少生产过程(或工序)来构成由原料制得产品的全过程， 以及每个生产过程(或工序)之间如何连接；
➢ 2)确定每个生产过程(或工序)的具体任务，即物料通过该生产过程发 生什么物理变化、化学变化和能量变化；
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5.1.2 工艺流程确定的步骤
1．搜集资料，调查研究 （技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、 产品质量、三废治理以及各种技术路线的发展情况与 动向等 ）
2．落实设备 ➢ 三种类型：国内已有定型产品；国内需重新设计制造
(非定型设备) ；进口设备 3. 全面对比
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全面分析对比的主要内容 ：
工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。 过程控制是流程顺利进行的保障。
控制仪表是工艺流程中重要组成部分。
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第一节 工艺流程的选择和设计 5.1.1 工艺流程选择的原则
1．先进性: 技术先进，经济合理 2．可靠性：技术是否成熟 3. 安全和环保性：是否安全和环境友好 4．结合国情：考虑各种社会因素
P1
T2
T
图 5-4 ➢ 另一方面，冷却剂移去的热量是釜温T的线性函数(曲 线B），稳
态时（即无任何变化)反应产生的热量应等于冷却剂移去的热量。 ➢ 曲线A和B的交点P1 、P2和P3 为稳态位置，稳态P1与P3 是稳定的，
而P2是不稳定的。
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有时需在不稳定的中间稳态点操作连续搅拌反应釜。 原因可能是：
①几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势； ②产品的质量情况； ③生产能力及产品规格； ④原材料、能量消耗情况； ⑤建设费用及产品成本； ⑥三废的产生及治理情况； ⑦安全情况 ⑧其他特殊情况。
通过全面对比,最终确定计划选用工艺流程.
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例：头孢氨苄工艺流程的选择
微生物酶酰化法：工艺先进，原材料消耗少，路线短，无污
染。但酰化酶价格较贵，国内技术不是很成熟，反应对pH和
温度要求较高，操作不稳定，不适合大规模生产。 苯甘氨酸无水酰化法：反应步骤较简单，过程不需消耗水，
但主要原料是7ADCA，原料价格比较贵，成本较高。 苯甘氨酰氯与7-ADCA缩合工ห้องสมุดไป่ตู้ ：以青霉素为原料，成本比
较低，适合大规模生产，但过程路线较长，后续步骤比较多 ，三废较多。
化工设计
第五章 工艺流程设计与过程控制
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本章要求
➢了解工艺流程设计的步骤和方法 ➢掌握化工过程控制的基本概念和典型化工
设备控制点画法 ➢掌握PID图的基本内容和画法
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工艺流程设计是工艺设计的核心,它通过工艺流程图的形式，
形象地反映化工生产由原料进入到产品输出的过程，其中包 括物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺 过程和使用的设备仪表等。
工艺流程设计的成果 核心设计文件之一
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第二节 化工过程控制系统设计
5.2.1 对化工过程进行控制的目的
一. 抑制外部扰动的影响：消除外部因素 对过程的影响
抑制外扰对过程的影响是化工过程控制最通常的目的。
扰动是客观存在的，不可避免的。
需要引入控制机构，使过程产生适当的变化，以消除 扰动对化工生产可能造成的不良影响。
➢ 同时，为应付极端情况，应设置各种安全反应 装置，比如自动开停车装置，自动报警装置等。
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四. 使化工过程的工况最优化
产品指标和经济效益最优化
➢ 例如 一个间歇冷却结晶器，其主要指标是要控制晶体成 核和生长速率，从而保证最终晶体产品的粒度比较均匀且 大小在规定的范围内，这就要求在生产中需采用程序降温 的方式，其降温方式如图所示。
T
B A
C
图5-5
Dt
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5.2.2 化工过程中自动控制术语
加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水
要求：热流股温度控制在80±1℃
图5-6
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加热蒸汽
冷流股
换热器
TIC
热流股
冷 凝 水
1、被控对象（被控过程、被控设备）
定义：需要实现自动控制的生产流程（过程）或设备。
上述例子中，被控对象就是换热器。 2、被控变量（被控参数） 定义：被控对象中需要保持规定数值的物理量。
➢(1)低温稳态P1产量低，因为温度低。 ➢(2)高温稳态P3的温度可能很高，会造成不安全的工况， 例如破坏结晶反应器的结晶，或产品B质量变劣等。
在此情况下，需要用控制器来保证在中间稳态点操作时 的稳定性。
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三. 确保过程安全
➢ 化工过程的安全关系到生产人员健康和工厂继 续生产的基本要求，为此，应将操作压力、温 度、化学品浓度等控制在许可限度内。
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二. 确保过程的稳定性
图 5-1 稳定系统的相应特性 图5-2 不稳定系统的相应特性
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➢ 例 不稳定反应器的控制 ➢ 有一连续搅拌反应釜．在釜内进行AB不可逆放
热反应，流过釜外夹套的冷却剂移去反应热。描
述放热反应所得放热量的曲线是釜温 T 的S形函
数(曲线A)，
图 5-3
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Q
B
A
P3 P2
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对连续过程，设定值是一个定值
➢ 3)确定由什么设备来完成每个生产过程及各设备的操作条件； ➢ 4)确定控制方案、选用合适的控制仪表； ➢ 5)确定“三废”治理和综合利用方案； ➢ 6)确定安全生产措施，例如设置安全阀、阻火器、事故储槽，危险状
态下发出信号或自动开启空阀、或自动停车连锁等。
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二、在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同 的工艺流程图。
上述例子中，加热蒸汽的压力（温度）、冷流股的流量及温度。
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加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水 5、设定值与控制精度
设定值－－－被控变量的工艺规定值。 （注意：对开环控制系统，控制变量也可以有设定值。）
控制精度－－－设定值允许的波动范围。
上述例子中，热流股的温度要求控制在80±1℃。 80℃就是被控变量的设定值， ±1℃就是对热流股温度的控制精度要求。