第４１卷第３期 ２０１２年３月 化工技术与开发 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０ｌ２
化学反应器控制方案的分析与设计
黄永杰 （广西职业技术学院计算机与电子信息工程系，广西南宁５３０２２６）
摘要：化学反应器是石油化工、医药等企业常见的生产过程设备，反应机理复杂，是较为典型的单元生 产过程。通过对化学反应器控制指标的分析，探讨了间歇反应器、连续反应器及ｐＨ值的控制方案，为工程技 术人员设计化学反应器过程控制系统提供参考。 关键词：化学反应器：化学反应器的控制方案；ｐＨ值的控制方案 中图分类号：ＴＱ ０５２．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—９９０５（２０１２）０３—００５１—０４
化学反应器在工业生产中是一种重要的装
置．由于它们的特殊性和重要性，以及与一般生产 装置不同的特点，因此对化学反应器的控制既十
分重要。又比较难以实施。至今为止，由于反应器的 反应机理比较复杂，在自动控制方面的研发工作还 比较欠缺．所以在进行反应器控制方案的设计时
需要反复地调查研究，总结反应器的操作经验。才 能制定出合理的、行之有效的自动控制方案。
１ 化学反应器的控制指标
化学反应的种类比较多，化学反应器的控制 难易程度相差也很大，一些容易控制的反应器，
控制方案非常简单，与一个换热器的控制方案完 全相同。但是，当反应速度快、放热量大或由于工 艺设计上的原因，使得反应器的稳定操作区域很
狭窄的情况下，反应器控制方案的设计将成为一
个非常复杂的问题。此外，对于一些高分子聚合 反应，也会因物料的黏度大而给温度、流量和压 力的准确测量带来较大的困难，以致严重影响反
应器控制方案的实施。
一般情况下．在确定反应：器控制方案时。首
先要清楚反应器的质量指标．既被控变量和可能 的操作变量，质量指标可从以下几个方面考虑。 １．１被控变量
垒：ｌ
基于锅炉控制的过程控制方案设计 Ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｏｉｌｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ 卜丽，周正，孙长江 ＢＵ Ｌｉ。ＺＨＣ Ｕ Ｚｈｅｎｇ．ＳＵＮ Ｃｈａｎｇ－ｊｉａｎｇ （中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州２２１１１６） 摘要：在实际工业生产中，加热炉的使用非常广泛。其过程控制质量的好坏，不仅直接决定了生产物 料能否满足要求，而且可能造成人身或者财产上的损失。本设计方案针对某－）３０热炉，设计 出安全、经济且满足温度要求的物料加热系统，以将满足要求的物料输送到下一生产单元。 关键词：加热炉；过程控制；安全；加热系统 中国分类号：ＴＰ２７３＋．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００９—０１ ３４（２０１ １）７（上）一０１４３—０３ Ｄｏｉ：１ ０．３９６￣ｌ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１１．７（ｉ－）．４２
１被控对象工艺流程描述 １．１被控对象工艺流程 待加热物料Ａ经由上料泵ＰＩ１０１泵出，温度 为常温２０℃，流量为Ｆｌｌ０ｌ，分两路，其中一路 进入换热器Ｅ１ １０１与热物料换热后，与另外一路 混合，进入加热炉Ｆ１ １０１的对流段。进入换热器 Ｅ１ ｌ０１的待加热物料Ａ走管程，一方面对最终产 品（热物料Ａ）的温度起到微调（减温）的作用， 另一方面也能对待加热物料Ａ起到一定的预热作 用。加热炉对流段由多段盘管组成，炉膛产生的 高温烟气自上而下通过管间，与管内的物料Ａ换 热，回收烟气中的余热并使物料Ａ进一步预热。对 流段流出的物料Ａ全部进入ＦＩ １０１辐射段炉管， 接受燃烧器火焰的辐射热量，达到所要求的高温
图ｌ加热炉工艺流程描述 后出加热炉，进入换热器Ｅ１ １０１，进行温度的微调 并为冷物料预热，最后以工艺所要求的物料温度 输送给下一生产单元。本设计系统中，维持流量 稳定和温度稳定是整个控制系统的最终目的。 １．２控制要求 １＿２＿１物料出口温度要求 保证物料Ａ进料流量一定的情况下，使加热 后的物料Ａ达到要求的温度并且维持在允许范围 里面。 １＿２＿２节能减排控制要求 节能要求是在满足工艺控制要求的前提下， 达到最小燃料使用量。其中，一方面要求加热炉 在正常工况时燃料的使用量最少，同时在从冷态 开车到加热炉达到正常工况所需的燃料用量也要达 到最少。减排要求是二氧化碳的排放量少，且兼顾 由于燃烧不充分产生有毒一氧化碳的排放量。 １＿２＿３安全控制要求 针对炉管爆裂（Ａ物料为可燃物质）、炉膛 灭火、进料中断这三种加热炉事故进行故障识别 并设计相应的安全控制系统。 １．２．４过程特－Ｉ￣ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是ＭＡＴＬＡＢ中的一种可视化仿真工 具，是一种基于ＭＡＴＬＡＢ的框图设计环境，是实 现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被 广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及 数字信号处理的建模和仿真中。本系统中，我们 可以很方便地在ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立过程控制模型。通
序号项目成本工作要点
一建筑方案选型
1建筑体形建筑外部体形的长宽比例、对称性以及复杂程度直接影响建筑物结
构成本高低，同时建筑体形对节能产生较大影响。高层建筑单体应
选择对称形式；地层建筑尽量形体简单；考虑抗震及成本要求；建
筑体型系数（周长/面积）应小于0.31；高宽比不宜大于6~7；关于
建筑总高临界点60m/80m
2减少外挑外挂
构件精减过度的外挑外挂构件
3山地建筑（1）根据山体高差确定产品类型。（2）山地建筑赠送的地下室面
积应根据地形设计
4简化屋顶造型尽量选用平屋面，少用坡屋面；屋顶造型注意优化，不要出现过高
的山墙造型；慎用铝合金、钢结构等金属构件
5屋面找坡形式屋面是否结构板找坡，其它大面积外露板是否结构找坡；
6天然基础天然基础持力层及承载力选取是否合理、经济；注意天然基础检测
费用预留。
7桩基础桩基础单桩承载力、桩长、入岩要求、桩身配筋是否经济、合理；
要求设计院提供相关计算书。
8适用的基础方
案根据详勘报告，设计院初步估算进行设计，审核设计院选用的基础
类型及基础设计的经济合理性。一般情况，各基础类型的成本按以
下顺序递增：天然浅地基基础、复合地基浅基础(有时采用强夯挤
9基础选型高层建筑的基础埋深：上部柱长的1/18~1/20。3）基础类型的成本
递情况：独立基础（30~80元/m2）
筏基础（120~280元/m2）
10桩基础布置经
济型原则抗压桩：集中布置，避免过大过厚的承台；尽量一柱一桩；减少桩
直径种类，控制在3~4种为佳；微风化岩为持力层时，桩承载力由
桩身强度控制；抗拔桩/锚杆：抗浮锚杆宜布置底板跨中；小直径
11不带地下室的
建筑首层做法高层做结构梁板、别墅做砼地坪配钢筋网片
12关注不同方案
比较多个方案进行比较或不同方案之间进行择优组合才能得符合功能要
求且成本最少的方案
13边坡支护在可靠方案的基础上，通过经济性比选，采用最经济的边坡支护方
式；通过第三方勘察，确定抗浮锚杆深度
14建筑层高无特殊情况，层高采用2.8米。
2017年03
月工艺控制精馏塔的工艺控制方案设计彭国荣（德希尼布化工工程有限公司，上海200031）摘要：在精馏塔的工艺控制当中，压力和温度是其中两个比较重要的控制变量，本文通过对精馏塔的压力控制方案和温度控制方案进行分析后，对精馏塔的工艺控制方案进行设计。关键词：精馏塔；工艺控制；方案设计精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，精馏塔是精馏过程中最为重要的设备，根据分离操作条件和工艺要求的不同，精馏塔的操作流程也具有一定的差异。精馏塔的控制是一个多变量控制过程，如何在许多被控变量和操纵变量中选择配对，是实现塔的常规控制很重要的问题。要想对精馏塔的精确、高效和安全进行控制，需要采取合适的工艺控制方案，以此来提高产品的品质，降低能耗。本文着重对精馏塔的压力和温度控制方案进行分析。1压力控制方案一般情况下，精馏塔的控制系统都是以恒定的塔压来进行精馏，塔压的波动会使其中的温度分布情况产生差异，会破坏全塔物料平衡和气液平衡，从而增加控制难度，降低分离性能，破坏塔的平衡操作进而影响产品质量。目前常见的精馏塔压力控制方案主要有以下几个方面：1.1常压塔当空气对分离物料没有影响的情况下，不需要对精馏塔中的压力进行控制，只需要在回流罐上设置放气口就可以，所以在常压塔中，可以在其中引入惰性气体，来实现对塔压的分程控制。1.2加压塔加压塔的压力控制方案的确定与塔顶镏出物状态及镏出物中不凝性气体多少有关。对于加压塔来说，存在以下两种方案，一种方案是存在不凝气，在这样的情况下，只需要对不凝气的排放量进行控制，就能够对塔压进行控制。另外一种方案是精馏塔中没有不凝气，可以采用热气体旁路控制的方法来对塔压进行控制，与传统的通过调节冷却水进行控制相比较，这种控制方法存在如下优势：首先是控制回路的响应时间较快，高处的回流罐能够对回流泵提供较高的NPSH[1]。其次冷凝器可以就地安装，在冷凝器中水垢比较大的情况下，可以及时的对其清洗和维修；对于调节阀的安装来说，一般可以在管线尺寸较小的热旁路上进行安装，其流量大小可以根据冷凝器出口温度确定。1.3真空塔对于真空塔来说，可以在其中引入惰性气体或者空气来对压力进行控制；也可以通过调节真空设备的负荷来实现对压力的控制。2温度控制方案精馏塔的质量指标一般包括直接指标和间接指标。对于直接指标而言，就是直接对产品的质量进行评价分析，但是目前所使用的产品分析设备具有造价高、维修难度大和动态响应慢等特点，所以一般很少应用在工业生产上。在对温度进行控制的过程中，从理论上来说，塔顶温度能够准确的反映出塔顶产品的质量，塔底温度能够准确的反映出塔釜产品的质量，但是在实际精馏过程中，这样的方法并不精确，主要原因在于各个精馏塔中各个塔板上产品的成分比较接近，也就是说温度的变化差异很小，需要通过精度和灵敏度很高的温度检测设备才能对温度进行精确的检测，但是目前的仪器设备不能达到这样的效果。可通过仔细分析操作条件变动后前后温度的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著；或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。针对这样的问题，可以采用灵敏板温度控制来对产品质量进行控制，采用这种方法对温差进行控制的过程中，需要选择两个重要的温度监测点，将其中一个温度作为参考温度，另外一个为灵敏板温度，参考温度根据压力的变化而变化，而灵敏板温度受到压力和产品质量两个方面的影响，压力对两个温度点的影响是相同的，在这样的情况下，只需要通过压力补偿，就能够很好的实现对温度差的精确控制[2]。3精馏塔工艺控制方案3.1产品质量控制产品质量控制方案主要指的是将精馏过程中的回流量、馏出量和釜液量等主要参数中的一个参数保持恒定，通过对其它参数的控制来对液位进行控制，根据产品位置的不同，相应的质量控制方案也不相同。对于精馏段控制来说，主要是通过对其回流量和馏出量进行调节来实现的，利用在回流量较大的精馏塔当中，其优势在于操作平稳精确，能够实现对回流量的精确控制，在产品不达标的情况下，可以对塔顶的流出量进行控制，通过全回流来对产品的质量进行控制。对于提馏段控制来说，主要是对蒸汽量进行调节加热来实现的，在这个方案中，蒸汽量作为变量，具有相比调节回流量更加迅速的动态响应时间，能够确保塔釜产品的整体质量。3.2物料平衡控制物料平衡控制是通过外界对物料进行控制，使产品在更高程度上符合工艺要求，主要适用于对产品质量没有严格要求，同时进料流量和进料性质没有明显变化的精馏过程。精馏塔在分离沸点接近的组份时，需要较大的回流比来进行控制，在这样的情况下，塔顶产品的组成和流量与回流比波动有着较为重要的联系，也就是说在回流比大于10的情况下，回流量会发生一定程度的减少或者增加，相应塔顶产品的流量也会增加或者减少。所以说在回流率比较大的情况下，需要将塔顶产品的流量作为可控变量进行对待，以此提高控制灵敏度，实现物料的平衡控制[3]。4结语精馏塔的整体精馏过程比较复杂，具有多输入、多输出和多干扰的变量，其中温度和压力是影响精馏塔的两个主要变量，这就需要根据精馏塔精馏工艺的主要方式和特点，来对温度控制方案和压力控制方案进行选择。在另外一个方面，也需要在对工艺机理进行分析的基础上，结合产品的质量要求、操作要求和工艺操作过程，设计并选择合适的精馏塔工艺控制方案，实现对产品质量的有效控制。参考文献：[1]李克景.浅谈精馏塔的工艺控制方案设计[J].石油化工应用,2013,32(3):119-124.[2]董振.探讨精馏塔的工艺控制方案设计[J].工业,2016(12):00067-00067.[3]黄永杰.精馏塔自动控制系统设计与应用[J].化工技术与开发,2012,41(1):52-54.70
