【正文】 ............................................................. 17 D101 催化燃燒反應器控制 ........................................................................ 17 電加熱器溫度控制 ................................................................................... 18 第四章 控制方案儀表硬件選型 ...................................................................................... 20 自動控制系統(tǒng)儀表選型原則 ............................................................................... 20 自動控制系統(tǒng)儀表選型 ...................................................................................... 21 溫度儀表 .................................................................................................. 21 流量儀表 .................................................................................................. 22 第五章 催化燃燒過程集成監(jiān)控平臺的建立 ..................................................................... 24 WinCC 監(jiān)控平臺簡介 ......................................................................................... 24 催化燃燒過程的監(jiān)控平臺的建立 ........................................................................ 25 平臺的總體功能設計 ................................................................................ 25 平臺底層數(shù)據(jù)設計 .................................................................................... 26 平臺啟動選項的設置 ................................................................................ 26 平臺變量的創(chuàng)建 ....................................................................................... 26 V 平臺用戶管理員的創(chuàng)建 ............................................................................. 29 平臺圖形創(chuàng)建 ........................................................................................... 29 小結 .................................................................................................................. 34 第六章 有機廢氣催化燃燒集成監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)通信技術 ................................................ 36 引言 .................................................................................................................. 36 OPC 技術 ........................................................................................................... 36 OPC (Ole for Process Control)產(chǎn)生的背景 ................................................... 36 OPC 技術特點 ......................................................................................... 36 基于 OPC實現(xiàn) WinCC 與 MATLAB 的實時通訊 ................................................. 38 MATLAB 系統(tǒng)設計說明 ........................................................................... 38 小結 ................................................................................................................. 42 第七章 總結與展望 ........................................................................................................ 44 參考文獻 ........................................................................................................................ 46 致謝 ............................................................................................................................... 48 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題背景與意義 進入 90年代以來 ， 化工 工業(yè)進入了快速發(fā)展階段 ， 企業(yè)在加大新技術應用和新產(chǎn)品開發(fā)力度的同時 ， 也始終注重經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一 ， 同時 國家也越來越注重 工業(yè)廢氣 的排放標準。 由石油化工、輕工、印刷行業(yè)以及機動車發(fā)動機排出的揮發(fā)性有機化合物（ Volatile anic pounds，簡稱 VOCs）廢氣，已成為大氣中的重要污染源之一。 PTA氧化反應尾氣是 PTA裝置排出的數(shù)量最大的有害氣體， 其中主要的污染物為乙酸甲酯、對二甲苯和溴代烴類，其中乙酸甲酯高達 14600mg/m3，對二甲苯達 2420mg/m3，總溴達 228mg/m3，其 中以乙酸甲酯的含量最高，而且酯類被認為是一類較難脫除 的 VOCs。 PTA氧化尾氣中 VOCs（ 揮發(fā)性有機化合物 ） 含量為中、低濃度，若采用 回收技術法 ，存在處理效率低、裝置體積大、成本高等缺點。降解技術中目前較為成熟的是直接燃燒和催化燃燒技術。直接燃燒是通過 800～ 900 ℃ 高溫直接氧化尾氣中的有害物質(zhì)為 CO2和水，脫除效率可超過 99%， 但直接燃燒成本價高 ；催化燃燒是借助于催化劑的作用，使有害物質(zhì)的分解溫度降低到 280～ 450 ℃ ，催化燃燒法具起燃溫度較低、氧化溫度低、能耗低、效率高， NOx生成量極少，無二次污染物 等優(yōu)點 。 在自動控制領域中，控制的要求總是在不斷提高，在尾氣處理的中合適地選擇控制策略和選用儀表可以很好地改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性，節(jié)省資金投入，促進控制系統(tǒng)的普及，取得整體經(jīng)濟的發(fā)展和較好的環(huán)保效益。 但由于催化燃燒過程會有大量易燃易爆化學氣體，且往往采用高溫高壓操作方式，因此實驗室很難建立實驗裝置展開相關的工程應用研究。 與此同時，以信息技術、相似原理、系統(tǒng)技術及其應用領域有關的專業(yè)技術為基礎，以各種物理效應設備和計算機為工具，借助系統(tǒng)模型對實際的或設想的系統(tǒng)進行試驗研究，展開工業(yè)精餾過程流程模擬與集成監(jiān)控 方法的應用研究具有很高的工程實用價值。雖然仿真代替不了實際中的生產(chǎn)情況，但可以模擬、驗證該方案的可行性。所以近年來，化工過程的計算機仿真監(jiān)控平臺的設計和故障診斷等方面得到了迅速發(fā)展。 本科畢業(yè)設計 2 催化燃燒 基本原理 催化燃燒是借助催化劑在低溫下 (200～ 400℃ )下，實現(xiàn) 對有機物的完全氧化，因此，能耗少，操作簡便，安全，凈化效率高，在有機廢氣特別是回收價值不大的有機廢氣凈化方面，比如化工，噴漆、絕緣材料、漆包線、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應用較廣，已有不少定型設備可供選用。 1)催化劑定義：催化劑是一種能提高化學反應速率，控制反應方向，在反應前后本身的化學性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。 2)催化作用機理：在一個化學反應過程中，催化劑的加入并不能改變原有的化學平衡，所改變的僅是化學反應的速度，而在反應前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。而實際上，催化劑本身參加了反應，正是由于它的參加，使反應改變 了原有的途徑，使反應的活化能降低，從而加速了反應速度。例如反應 A+B→ C 是通過中間活性結合物 (AB)過渡而成的，即： A+B→ [AB]→ C，其反應速度較慢。當加入催化劑 K 后，反應從一條很容易進行的途徑實現(xiàn)： A+B+2K→[AK]+[BK]→ [CK]+K→ C+2K，中間不再需要 [AB]向 C 的過渡，從而加快了反應速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。 3)催化燃燒的工藝組成：不同的排放場合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。 : 為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒， 廢氣在進入床層之前必須進行預處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。 : 預熱裝置包括廢氣預熱裝置和催化劑燃燒器預熱裝置。因為催化劑都有一個催化活性溫度，對催化燃燒來說催化劑是起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達到起燃溫度才能進行催化燃燒，因此，必須設置預熱裝置。但對于排出的廢氣本身溫度就較高的場合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達 300℃以上，則不必設置預熱裝置。預熱裝置加熱后的熱氣可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當催化反應 開始后，可盡量以回收的反應熱來預熱廢氣。在反應熱較大的場合，還應設置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。預熱廢氣的熱源溫度一般都超過催化劑的活性溫度。為保護催化劑，加熱裝置應與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣第一章 緒論 3 還能使廢氣溫度分布均勻。 化學反應器的基本控制策略 影響化學反應的擾動主要來自外部，因此控制外圍是反應器控制的基本控制策略。穩(wěn)定外圍控制是盡可能使進入反應器的每個過程變量保持在規(guī)定數(shù)值的控制，它使反應器操作在所需操作條件，產(chǎn)品質(zhì)量滿足工藝要求。通常，穩(wěn)定外圍的控制一句物料平衡和能量平衡進行，采用的基本控制方法 如下： 1）反應物流量的控制 為保證進入反應器物料的恒定，可采用參加反應物料的定值控制，同時，控制生成物流量，使由反應物帶入反應器的熱量和由生成物帶走的熱量也能夠平衡。反應轉(zhuǎn)化率較低，反應熱較小的絕熱反應器或反應溫度較高，反應放熱較大的反應器，采用這種控制策略有利于控制反應的平穩(wěn)進行。 2）流量的比值控制 多個反應物料之間的配比恒定是保證反應向正方向進行所必需的，因此，不僅要靜態(tài)保持相應的比值關系，還需要在動態(tài)時保證相應的比值關系，有時，需要根據(jù)反應的轉(zhuǎn)化率或溫度等指標及時調(diào)整相應的比值。為此，可采用單 閉環(huán)，雙閉環(huán)比值控制，有時，可采用變比值控制系統(tǒng)。 3）反應器冷卻劑量或加熱劑量的控制 當反應物量穩(wěn)定后，由反應物帶入反應器的熱量就基本恒定，如果能夠控制放熱反應器的冷卻劑量或吸熱反應器的加熱劑量，就能夠使反應過程的熱量平衡，使副反應減少，及時地移熱或加熱，有利于反映向正方向進行，因此，可采用對冷卻劑量或加熱劑量進行定值控制或?qū)⒎磻锪孔鳛榍梆佇盘柦M成前饋 反饋控制系統(tǒng)。 4）化學反應器的質(zhì)量指標是最主要的控制目標 對反應器的控制，主要被控變量是反應的轉(zhuǎn)化率或反應生成物的濃度等直接質(zhì)量指標， 當直接質(zhì)量指標較難獲得時，可采用間接質(zhì)量指標。例如，溫度或帶壓力補償?shù)臏囟鹊茸鳛殚g接質(zhì)量指標，操縱變量可以采用進料量，冷卻劑量或加熱劑量，也可以采用進料溫度等進行外圍控制 [1]。 本科畢業(yè)設計 4 控制系統(tǒng)仿真軟件的應用研究現(xiàn)狀 近十年來，隨著 MATLAB 語言和 Simulink 仿真環(huán)境在控制系統(tǒng)研究與教學中日益廣泛的應用，在系統(tǒng)仿真、自動控