《化工工艺学》教案检测和操作控制.docx

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1、第七章检测和操作控制第一节工艺操作参数一、温度温度是表征物体冷热程度的物理量。在化工生产中，温度的测量与控制有着重要的作用。任何一种化工生产过程都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能量的交换和转化，其中最普遍的交换形式是热交换形式。化学反应都是在一定的温度下进行的，化学反响的速度都与温度密度相关，很多化学反应的速度，每升温100C,就要加快1倍。如果是放热反应，随反应的加速，放热也增加，由此反应温度就要急剧上升。温度的变化同时还要影响其它工艺参数，如压力、转化率等等，直接影响产品质量甚至发生恶性事故。有些反应对温度敏感，工艺操作上熊至于规定温度的波动范围在1,甚至于土O.5cIC,固然

2、有些反应显得轻松一些，在10C之内也未尝不可。温度的最佳值是工艺的头等大事，从小试到中试直到大工业生产，工艺操作温度都是十分重要的，有时，同样的反应使用不同的催化剂，需要控制的温度也不同。因此，温度的测量与控制是保证化学反应过程正常进行与安全运行的重要环节。温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。按工作原理分，测温仪表可分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计。常用温度计的种类及优缺点见表7-1表7-I常用温度计的种类及优缺点测温方式温度计种类测温范围/-C优点缺点构造简洁，使用便利，测

3、量则量上限和精度受玻璃质量的限制，易膨玻璃液体50600胀准确，价格低廉碎，不能记录远传式双金属-80600构造紧凑，结实牢靠精度低，量程和使用范围有限接I液体30-600构造简洁，耐震，防爆能记触力气体一20：350精度低，测温距离短，滞后大式式录，报警，价格低廉测蒸汽0250温仪钳错一钳O01600测温范围广，精度高，便于表热电保珞一银硅50IoOO远距离、多点、集中测量和自需冷端温度补偿，在低温段测量精度较偶银铭一考铜二50600动把握低热200-600测量精度高，便于远距离、电伯铜不能测高温，须留意环境温度的影响阻50150多点、集中测量和自动把握续表测温方式温度计种类测温范围/优点缺

4、点非接j触式测温仪2表S辐射辐射式光学式比色式4DO202370032009001100测温时不破坏被测温度场低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度:卜线光电捺测热电搽测)-35002002023测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快易受外界干扰。标定困难在化工生产中，使用最多的是利用热电偶和热电阻这两种感温元件来测量温度。热电偶温度计一般适用于测量5OO以上的较高温度。对于在2OOC以下的中、低温，利用热电偶进行测量就不一定恰当。首先，在中、低温区热电偶输出的热电势很小，这样小的热电势，对电位差计的放大器和抗干扰措施要求都很高，否则就测量不准，仪表维修也困难。其次，在较低温度

5、区域，冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很突出，而不易得到全补偿。所以在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。二、压力工业生产中，所谓压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。在化工生产中，压力是重要的操作参数之一。经常会遇到压力和真空度的测量，其中包括比大气压力高很多的高压、超高压和比大气压力低很多的真空度的测量。操作压力是工艺的一个十分重要的参数，不完全是反应动力学所决定的事。还有动力设备、安全等诸多问题牵制着反应压力的操作参数。它也是很敏感的，会直接影响生产效率，影响产品质量，有时还会造成严重的生产事故。1.压力的单位根据国际单位制（代号

6、为Sl）规定，压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）,1帕为1牛顿每平方米，即IPa=IN/H12。帕所表示的压力较小，工程上经常使用兆帕（MPa）。帕与兆帕之间的关系为：IMPa：I106Pao许多过去的工艺指导书、专利文献，对反应压力用过好多种单位。为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或MPa）与原来曾经使用过的压力单位之间的关系，请参见各种压力单位换算表，如表72所示。工程上所用的压力指示值，大多为表压（绝对压力计的指示值除外）。表压为绝对压力和大气压力之差，即P表压=P绝对压力一P大气压力。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示，它是大气压力与绝对压力之差，即P真空度=P

7、大气压力一P确定压力。因为各种工艺设备和测量仪表通常是处于大气之中，本身承受着大气压力。所以工程上除特别说明外，一般都是用表压或真空度来表示压力大小。表72工程上使用过的压力单位换算表EK力单位Ifi(Pa)兆帕（旧a）工程大气压Oc西/c矗）物珅大气压（mm）汞柱()水柱(mH,0)静/英寸！（IhZinl）Bbar.帕(Pa)IIXlO-1.OlRxl(X)9.869x107.501100I.0197X10-01.0197x100I145010.兆帕(MPa)IXiy110.1979.8697.501X103I.0197xllYs1.450x10-2IO工程大气压(k西./c秆)9.(j(

8、Jjxl,-49.807x100I0.9678735.610.0014.220.9807物理大气压(arm)I.(M33X1驴0.101331.1)332I760103314.710133汞柱(nml(g)I.3332X1I3332IO1413595XlOIjIj3158JO-I0.1361.934x101.3332IO,水柱(mH20)9.806xI0f9.806x10“O.10000.0967873.55I1.4220.09806确/英寸O(IbZiI12)6.895XIQi6.895IOlj0.070310.0680551.710.703110.06895El(bar)1x105O.I1

9、.0197O.9869750.110.19714.5012.压力表分类测量压力或真空度的仪表，按照其转换原理的不同，可分为四大类。(1)液柱式压力计。它是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的，按其结构形式的不同有V型管压力计、单管压力计和斜管压力计等。这类压力计结构简单，使用方便，但其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。(2)弹性式压力计。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计，波纹管压力计及膜式压力计等。(3 )电气式压力计。通过机械和电气元件将被测压力转换成电量(如电压、频率等)

10、来进行测量，例如各种压力传感器和压力变送器。(4)活被测压塞式压力转换祛码的质量来根据水压机液体上所加平量。它的测量精05%0. 02 % o但结构较复杂传送压力的原理，度很高，允许误差,价格较贵。一般作为标准压力测量仪器，来检验其它类型的压力计。在化工生产过程中，常常需要把压力控制在某一范围即当压力低于或高于给定范围就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发现信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。3.压力计的选用(1)压力计类型的选用。必须满足工艺

11、生产的要求，来正确选用压力计，从而保证仪表正常工作及安全生产。其中包括是否需要远传，自动记录或报警，被测介质的物理化学性能(如温度高低，粘度大小，脏污程度，腐蚀性，易燃易爆性能等)是否对测量仪表提出特殊要求。现场环境条件(如高温，电磁场，振动及现场安装条件等)对仪表类型是否有特殊要求O例如，普通压力计的弹簧采用铜合金，高压的也有采用碳钢的，而氯用压力表弹簧管的材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因氯气对铜腐蚀性很强。氧用压力计要禁油，因为油进入氧气系统易引起爆炸。(2)压力计测量范围的确定。压力计的上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值C根据“化工自控设计技术规定”，在测量稳定压力时，最大工作

12、压力不应超过测量上限值的2/3：测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的1/2；测量高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的3/5。为了保证测量的准确度，一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/3为宜。(3)压力计精度级的选取。压力计精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。三、原料配比化工生产中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质(液体、气体和蒸汽等)的流量。一般所讲的流量大小是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。某一时间、某一条件下，各种原料的瞬时流量的比例，

13、就是原料配比。流量可以用质量表示，也可以用体积表示，单位时间内流过的流体以质量表示的称为质量流量，常用符号G表示；以体积表示的称为体积流量，常用符号Q表示，如流体的密度是d,则体积流量与质量流量之间的关系是：1.差压式流量计差压式流量计是利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前生产中测量流量最成熟、最常用的方法之一。在单元组合仪表中，由节流装置产生的压差信号，经常通过差压变送器转换成相应的标准信号(电的或气的)，以供显示、记录或控制用。在现场实际应用时，为了尽量避免测量误差，不仅需要合理的选型，准确的设计计算和加工制造，更要注意正确的安装、维护和符号使用条件，才能保证差压式

14、流量计有足够的实际测量精度。造成测量误差的主要缘由有以下几种：(1)被测流体工作状态的变化，如果实际使用时被测流体的工作状态(温度、压力、湿度等)以及相应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值，与设计计算时有所变动，则会造成较大误差。(2)节流装置安装不正确，首先要注意节流装置安装的方向，使用中如在节流装置处有沉淀、结焦、堵塞等现象，也会引起较大的测量误差。(3)孔板入口边缘的磨损或者化学腐蚀，造成节流孔几何尺寸变化，引起仪表指示值偏低。o(4)导压管安装不正确，或有堵塞，渗漏现象。测量液体的流量时，应该使两根导压管内部充满同样的液体而无气泡。为了使导压管内没有气泡，必须做到以下几点：取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角a应G=Qd或Q二与常用的流量单位有吨每小时(t/h),千克每小时(kh),千克每秒(ks),立方米每小F(m3/h),升每小时(L/h),升每分(L/min)等。