【正文】 反滲透自動控制系統(tǒng)畢業(yè)設計目 錄摘要 1Abstract 2目 錄 31 引言 5 設計背景 5 反滲透系統(tǒng)發(fā)展概況 7 8 9 102反滲透系統(tǒng)工藝流程 123 反滲透水處理系統(tǒng)硬件設計 14 可編程控制器PLC系統(tǒng)模塊設計 14 PLC簡介 14 PLC控制功能的選擇 16 PLC選型（西門子S7200） 17 模擬量I/O模塊的種類 18 PLC輸入、輸出電路 19 控制電路設計 21 變頻器簡介 21 變頻器的選型 22 25 29 29 主電路設計 30 31 34 34 36 兩線制和四線制儀表的接線區(qū)別 3控制原理、通訊 38 38 384 系統(tǒng)軟件設計 39 系統(tǒng)軟件設計概述 39 39 40 PID控制設計 40 PID控制原理 40 PID控制器的參數(shù)整定 41 PID的反饋邏輯 42 P、I、D參數(shù)調(diào)整原則 42 42 STEP 7 44 STEP7 概述 44 STEP7硬件組態(tài)與參數(shù)設計 44 PLC控制程序 46 47 SIMATIC WinCC 簡介 47 51 545 結論 58致謝 59參考文獻 60附錄 611 引言反滲透技術是當今最先進和最節(jié)能有效的膜分離技術。其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開來。由于反滲透膜的膜孔徑非常?。▋H為10A左右），因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等（去除率高達97%98%）。反滲透是目前高純水設備中應用最廣泛的一種脫鹽技術，它的分離對象是溶液中的離子范圍和分子量幾百的有機物；反滲透（RO）、超過濾（UF）、微孔膜過濾（MF）和電滲析（EDI）技術都屬于膜分離技術。二級反滲透裝置是借助壓力使水分子強迫透過對水分子有選擇透過作用的反滲透膜，即是反滲透凈水的原理，這種裝置為反滲透裝置根椐各種物料的不同滲透壓，可以大于滲透壓的反滲透法進行分離、提取、純化和濃縮。反滲透技術應用很廣如電子、醫(yī)療、食品、鍋爐補給水等工業(yè)中純水、超純水的制備，太空水、蒸餾水的制備及啤酒和飲料用水的凈化，高壓鍋爐補給水的預脫鹽處理，海水、苦咸水的脫鹽淡化，制藥、輕紡、化工、食品等工業(yè)用于分離、濃縮、液體脫色為目的的工藝，其它以分離細菌、熱源、膠體微粒及有機物為目的的分離過程等[1]。 設計背景(1) 滲透：是指稀溶液中的水分子自發(fā)地透過半透膜進入濃溶液的過程。(2) 滲透壓：是指某溶液在自然滲透過程中，濃溶液液面不斷升高，稀溶液液面相應降低，直到兩側形成的水柱壓力抵消了水分子的遷移，溶液兩側的液面不再變化，滲透達到平衡點，此時的液柱高差稱為該溶液的滲透壓。(3) 反滲透：滲透平衡時，如果在濃溶液側施加一個壓力，那么濃側的溶劑會在壓力作用下向淡水一側滲透，這個滲透由于與自然滲透相反，故叫反滲透（RO）。 反滲透的基本原理 (4) 滲透壓的計算：滲透壓的大小取決于溶液的種類、濃度和溫度而與半透膜本身無關。計算公式如下（僅適用于稀溶液）： π＝CRT π——滲透壓 C ——離子濃度差 R ——氣體常數(shù) T ——絕對溫度 (5) 影響反滲透性能的因素：產(chǎn)水通量和脫鹽率是反滲透過程中的關鍵參數(shù)，針對特定系統(tǒng)條件，水通量和脫鹽率主要受壓力、溫度、回收率、進水含鹽量和pH值的影響?；娟P系式 產(chǎn)水率： 鹽通量： (6) 反滲透預處理的選擇： ① 反滲透預處理的必要性：反滲透的預處理是為了保證膜組件良好的設計性能和長時間的安全穩(wěn)定運行、保證膜的使用壽命。② 反滲透預處理解決的問題：解決反滲透系統(tǒng)的污堵結垢和膜本身發(fā)生化學變化。③ 污堵：有機物、膠體在膜表面上的沉積。④ 結垢：部分鹽類的濃度超過其溶度積在膜表面的沉淀，例如碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶、氟化鈣、磷酸鈣等。⑤ 膜本身發(fā)生化學變化：使TFC膜的胺基受氧化而破壞、受到強酸強堿的溶解等。 反滲透系統(tǒng)的配置(7) 反滲透系統(tǒng)的設計步驟：① 考慮進水水源、水質(zhì)，進水和產(chǎn)水流量以及所需的產(chǎn)水水質(zhì)。② 選擇系統(tǒng)排列和級數(shù)。③ 膜元件的選擇。④ 膜平均通量的確定。 ⑤ 計算所需的元件數(shù)量。 ⑥ 計算所需的壓力容器數(shù)。 ⑦ 段數(shù)的確定。 ⑧ 確定排列比。 ⑨ 分析和優(yōu)化膜系統(tǒng)。 ⑩ 運用反滲透計算軟件進行系統(tǒng)模擬運算。 反滲透系統(tǒng)發(fā)展概況1748年法國學者阿貝諾倫特(Abble Nellet)發(fā)現(xiàn)，水能自然地擴散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了膜分離現(xiàn)象，證實了這種膜的滲透過程，并創(chuàng)造了“Osmosis”一詞來描述半透膜的這種現(xiàn)象。1854年，Graham通過對動物膀胱的一系列演示實驗。發(fā)表了第一篇證實存在膜滲透現(xiàn)象方面的論文，并于1866年第一次提出了透過膜的機理。該機理至今仍具有實用價值。而關于滲透膜的發(fā)現(xiàn)及應用是從1860年開始的。1861年，Gramer等人通過進一步實驗，提出了透過與非透過的機理在于膜的孔徑。首先提出了膜孔徑的理論。同年，Sehmidt首次發(fā)現(xiàn)了膜超濾現(xiàn)象，并公開了第一個超濾實驗，證明牛心胞膜能部分截留溶解的阿拉伯樹膠。1907年，H．Bechold發(fā)表了第一篇系統(tǒng)研究微孔濾膜性質(zhì)的報告，并首先提出了用氣泡法測定濾膜的孔徑。而且他第一次在報告中使用了“超濾”(Uhrafiltration)一詞。1911年，Donnan提出了膜平衡的概念，后稱Donnan理論，至今仍被用于解釋半透膜和離子交換膜的選擇透過性。1931年，Zemieke位相顯微鏡和Ardenne Ruska電子顯微鏡開始出現(xiàn)，并用于對細胞膜的觀察研究。從此細胞膜的存在得到了確認，進一步促使了膜分離技術的飛速發(fā)展。1935年，Groy開始引出了離子具有主動遷移(active transport)的概念。1936年，Teorell和Meyer以及Sievers通過實驗表明荷電型膜既體現(xiàn)了Donnan膜平衡理論，又體現(xiàn)了擴散電位學說。1942年，Goldman定電位學說問世，進一步補充和發(fā)展了膜學說。1945年，G．E．(General Electric)公司成功地用放射線痕跡腐蝕法制得核孔性超濾膜。1950年，Juda論證了從電解質(zhì)水溶液中分離水和電解質(zhì)的可能性，并用人工合成的方法制得了第一張離子交換膜，促進了電滲析技術的發(fā)展。同年，加利福尼亞大學的Reid和Hassle第一次提出了關于海水滲透膜的設想，同時也開始了對離子交換膜和電滲析技術的研究。1952年，美國研制成功實用性離子交換膜，并組裝成功第一臺電滲析苦咸水淡化裝置。1953年，美國佛羅里達大學的Reid在美國內(nèi)務部鹽水局(OSW)開始反滲透的研究，并向美國國會提交了脫鹽報告，首次建議把反滲透用于脫鹽。1954年，世界上第一臺離子交換膜電滲析的工業(yè)裝置在美國誕生。同年，沙特阿拉伯也開始使用離子交換膜電滲析裝置進行地下水除鹽。1960年洛布和索里拉金制成了第一張高通量和高脫鹽率的醋酸纖維索膜。為反滲透和超濾膜的分離技術奠定了基礎。同年，Loeb和Milstein用他們研制成功的醋酸纖維索反滲透膜研究并組裝成功第一個實驗室規(guī)模的板框式反滲透膜裝置。1961年美國Hevens公司首先提出管式膜組件的制造方法；1964年美國通用原子公司研制出螺旋式反滲透組件；1965年美國加利福尼亞大學制造出用于苦咸水淡化的管式反滲透裝置，生產(chǎn)能力為19 t／d；1967年美國社邦公司首先研制出以尼龍一66為膜材料的中空纖維膜組件；1970年又研制出以芳香聚酰胺為膜材料的“Permasep9”中空纖維膜組件，并獲得1971年美國柯克帕特里克化學工程最高獎[1]。反滲透技術在美國、日本的研究應用較早。我國的反滲透研究始于1965年，而1967年開始的全國海水淡化會戰(zhàn)則為CA不對稱反滲透膜的開發(fā)打下了良好的基礎。因此我國對反滲透的開發(fā)與國外起步時間相差不大。但事實上由于原材料及基礎工業(yè)條件限制，生產(chǎn)的膜元件性能偏低，生產(chǎn)成本高，還沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。而對超濾的研究探索則開始于70年代初。近年來反滲透技術在我國已得到廣泛應用。反滲透技術最初只用于海水淡化，后來逐步擴大到苦咸水淡化、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、飲料凈化、超純水制備等方面，產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟效益。我國從60年代中期開始研制反滲透膜，與國外起步時間相距不遠，但由于原材料及基礎工業(yè)條件限制，生產(chǎn)的膜元件性能偏低，生產(chǎn)成本高，還沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。相比面言，我國的超濾、微濾膜研制雖晚于反滲透，始于70年代，但目前已發(fā)展到數(shù)百個生產(chǎn)廠。雖然有品種少、質(zhì)量、性能不夠完善等問題，但因價格低廉，不僅有效地阻擋了國外同類產(chǎn)品的大量流入，而且也擴大了應用范圍。國內(nèi)反滲透應用始于70年代后期，最早多限于電子、半導體純水，80年代以后逐漸擴大到電力及其它工業(yè)，90年代起在飲用水處理方面獲得普及，現(xiàn)在反滲透已進入到家庭飲用純水。最近三年是反滲透應用大發(fā)展階段。根據(jù)保守的估計，各種反滲透膜元件1997年的國內(nèi)銷售額在1～。隨著國內(nèi)幾條引進生產(chǎn)線的陸續(xù)開工生產(chǎn)，預計今后國產(chǎn)反滲透膜的市場份額會有上升?？v觀國內(nèi)反滲透應用市場，有以下幾個特點：據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已建成和在建的100噸/小時以上的反滲透裝置已超過50套，但除少數(shù)電子等行業(yè)以外，大多數(shù)都集中于鍋爐補給水用途。最早是火力發(fā)電廠，后來擴展到煉油、石化、化肥、化工等行業(yè)。其中最大規(guī)模為600噸/小時，估計本世紀內(nèi)會出現(xiàn)超過1000噸/小時的超大型反滲透水處理裝置。國內(nèi)在此領域已積累了豐富的設計、施工和運行經(jīng)驗，現(xiàn)國內(nèi)承建過100噸/小時以上規(guī)模反滲透裝置的水處理工程公司已超過10家。、小規(guī)模在國外，1000～10000噸/小時規(guī)模的超大型反滲透或納濾裝置多用于城市供水系統(tǒng)，而國內(nèi)在飲用水用途的反滲透裝置還都是數(shù)十噸/小時以下的中、小規(guī)模。隨著經(jīng)濟發(fā)展和膜技術的普及，這一領域的應用前景很大。由于這一領域的應用技術難度較高和經(jīng)濟成本原因，目前國內(nèi)還處于研究、開發(fā)階段，伴隨石油工業(yè)發(fā)展和水再利用、環(huán)境保護呼聲日益高漲，膜技術大量進入這一領域已為時不會太遠，對膜廠家和工程公司也是一個商業(yè)機會。納濾膜在飲用水凈化處理，污、廢水排放處理，各種水溶液的濃縮與精制領域的優(yōu)越性雖然已逐漸為人們所認識，但由于膜成本較高的和應用經(jīng)驗不足，國內(nèi)在此領域還剛剛起步，預計今后會有很大發(fā)展。我國從60年代中期開始研制反滲透膜，與國外起步時間相距不遠，但由于原材料及基礎工業(yè)條件限制，生產(chǎn)的膜元件性能偏低，生產(chǎn)成本高，還沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。相比面言，我國的超濾、微濾膜研制雖晚于反滲透，始于70年代，但目前已發(fā)展到數(shù)百個生產(chǎn)廠。雖然有品種少、質(zhì)量、性能不夠完善等問題，但因價格低廉，不僅有效地阻擋了國外同類產(chǎn)品的大量流入，而且也擴大了應用范圍。國內(nèi)反滲透應用始于70年代后期，最早多限于電子、半導體純水，80年代以后逐漸擴大到電力及其它工業(yè)，90年代起在飲用水處理方面獲得普及，現(xiàn)在反滲透已進入到家庭飲用純水。最近三年是反滲透應用大發(fā)展階段。根據(jù)保守的估計，各種反滲透膜元件1997年的國內(nèi)銷售額在1～。隨著國內(nèi)幾條引進生產(chǎn)線的陸續(xù)開工生產(chǎn)，預計今后國產(chǎn)反滲透膜的市場份額會有上升?？v觀國內(nèi)反滲透應用市場，有以下幾個特點：據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已建成和在建的100噸/小時以上的反滲透裝置已超過50套，但除少數(shù)電子等行業(yè)以外，大多數(shù)都集中于鍋爐補給水用途。最早是火力發(fā)電廠，后來擴展到煉油、石化、化肥、化工等行業(yè)。其中最大規(guī)模為600噸/小時，估計本世紀內(nèi)會出現(xiàn)超過1000噸/小時的超大型反滲透水處理裝置。國內(nèi)在此領域已積累了豐富的設計、施工和運行經(jīng)驗，現(xiàn)國內(nèi)承建過100噸/小時以上規(guī)模反滲透裝置的水處理工程公司已超過10家。、小規(guī)模在國外，1000～10000噸/小時規(guī)模的超大型反滲透或納濾裝置多用于城市供水系統(tǒng)，而國內(nèi)在飲用水用途的反滲透裝置還都是數(shù)十噸/小時以下的中、小規(guī)模。隨著經(jīng)濟發(fā)展和膜技術的普及，這一領域的應用前景很大。由于這一領域的應用技術難度較高和經(jīng)濟成本原因，目前國內(nèi)還處于研究、開發(fā)階段，伴隨石油工業(yè)發(fā)展和水再利用、環(huán)境保護呼聲日益高漲，膜技術大量進入這一領域已為時不會太遠，對膜廠家和工程公司也是一個商業(yè)機會。納濾膜在飲用水凈化處理，污、廢水排放處理，各種水溶液的濃縮與精制領域的優(yōu)越性雖然已逐漸為人們所認識，但由于膜成本較高的和應用經(jīng)驗不足，國內(nèi)在此領域還剛剛起步，預計今后會有很大發(fā)展。納濾(NF)膜早期稱為松散反滲透(Loose RO)膜，是80年代初繼典型的反滲透(RO)復合膜之后開發(fā)出來的。其準確定義到目前為止，學術界還沒有一個統(tǒng)一的解釋，這里暫表達為：(1) NF膜介于RO與UF膜之間，對NaCl的脫除率在90%以 下，RO膜幾乎對所有的溶質(zhì)都有很高的脫除率，但NF膜 只對特定的溶質(zhì)具有高脫除率；(2) NF膜主要去除直徑為1個納米(nm)左右的溶質(zhì)粒子，截留 分子量為100～1000，在飲用水領域主要用于脫除三鹵甲 烷中間體、異味、色度、農(nóng)藥、合成洗滌劑，可溶性有機 物、Ca、Mg等硬度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)。納濾膜的一個很大特征是膜本體帶有電荷性。這是它在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數(shù)百的膜也可脫除無機鹽的重要原因。例如日東電工的NTR7250膜為正電荷膜，NTR7450為負電荷膜。鑒于國