化工仿真实训.docx

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化工仿真实训

苏州科技学院化学生物与材料工程学院

《仿真实训》实验报告

年级

专业

姓名

学号

指导教师

完成日期

目录

离心泵单元……………………………………………………1

工作原理

工艺流程简介

操作说明

事故处理

思考题

换热器单元……………………………………………………11

工作原理

工艺流程简介

操作说明

事故处理

思考题

液位控制单元…………………………………………………23

工作原理

工艺流程简介

操作说明

事故处理

思考题

脱丁烷塔单元…………………………………………………35

工作原理

工艺流程简介

操作说明

事故处理

思考题

附图……………………………………………………………48

实训一离心泵单元

一、工作原理

在工业生产和国民经济的许多领域，常需对液体进行输送或加压，能完成此类任务的机械设备称为泵，而其中靠离心作用工作的叫离心泵。

由于离心泵具有机构简单、性能稳定、检修方便、操作容易和适应性强等特点，在化工生产中应用十分广泛，据统计超过液体输送设备的80%。

所以离心泵的操作是化工生产中最基本的操作。

离心泵由吸入管、排出管和离心泵主体组成。

离心泵主体分为转动部分和固定部分。

转动部分由电机带动旋转，将能量传递给被输送部分，主要包括叶轮和泵轴。

固定部分包括泵壳、导轮、密封装置等部分，叶轮是离心泵中使液体接受外加能量的部件。

泵轴的作用是把电动机的能量传递给叶轮。

泵壳是通道截面逐渐扩大的蜗壳形体，它将液体限定在一定的空间里，并能将液体大部分动能转化为静压能。

导轮是一组与叶轮旋转方向相适应，且固定于泵壳上的叶片。

密封装置的作用是防止液体的泄漏或空气体倒吸入泵内。

启动灌满了被输送液体的离心泵后，在电机的作用下，泵轴带动叶轮一起旋转，叶轮的叶片推动其间的液体转动。

在离心力的作用下，液体被甩向叶轮边缘并获得动能：

在导轮的引领下沿流通截面积逐渐扩大的泵壳流向排出管，液体流速逐渐降低，而静压能增大，排出管的增压液体经管路即可送往各目的地。

以此同时，叶轮中心处因液体被甩出而形成一定的真空，因贮槽液面上方压强大于叶轮中心处，在压力差的作用下，液体不断地从吸入管进去泵内以填补被排出液体的位置。

因此，只要叶轮不断旋转，液体便不断地被吸入和排出。

由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠告诉旋转的叶轮。

离心泵的操作中有两种现象是应该避免的：

气缚和气蚀。

“气缚”是指在启动泵前没有灌满被输送液体或在运转过程中渗入了空气，因气体的密度远小于液体，产生的离心力小，无法把空气甩出去，导致叶轮中心所形成的真空度不足以将液体吸入泵内，尽管此时叶轮在不停的旋转，却由于离心泵失去了自吸能力而无法输送液体，这种现象就称为“气缚”。

“气蚀”指的是当贮槽液面上的压力一定时，如叶轮中心的压力降到等于被输送液体当前温度下的饱和蒸汽压时，叶轮进口处的液体会出现大量气泡，这些气泡随液体进入高压区后又迅速被压碎而凝结，致使气泡所在空间形成真空，周围液体质点以极大速度冲向气泡中心，造成冲击点上有瞬间局部冲击压力，从而使叶轮等部分很快损坏，同时伴有泵体震动，并发出噪音，泵的流量、扬程和效率明显下降，这种现象就叫“气蚀”。

二、工艺流程简介

来自界区的49℃带压液体经调节阀LV101进入贮槽V101，V101压力由调节器PIC101分程控制在5.0atm（表），当压力高于5.0atm（表），调节阀PV101B打开泄压；当压力低于5.0atm（表），调节阀PV101A打开充压。

V101液位由调节器LI101控制进料量维持在50%，液体经泵P101A/B送至界区外，泵出口流量由调节器FIC101控制P101A/B送至界区外，泵出口流量由调节器FIC101控制在20000kg/h。

带控制点的工艺流程图见附图。

三、操作说明

（一）、冷态开车

1、准备工作

（1）盘车；

（2）核对吸入条件；

（3）调整填料或机械密封装置；

（4）确认所有调节器设置为手动，调节阀，现场阀处于关闭状态。

2、贮槽V101充压、充液

（1）打开调节阀LV101，开度为50%，想贮槽V101充液；

（2）待V101液位大于5%后，缓慢打开压力分程控制调节阀PV101A向V101充压；压力达到5.0atm，将PIC101设定为5.0atm，投自动。

（3）带V101液位达50%左右，将调节器LI101设定为50%，投自动。

3、灌泵排气

（1）灌泵

全开泵P101A入口阀VD01，向离心泵充液；

待泵P101A入口处压力指示为5.0atm，开始排气。

（2）排气

打开P101A泵后排空阀VD03，排空不凝气；

当泵后排空阀VD03的出口有液体溢出，即显示标志为绿色，表示泵P101A已无凝气，关闭VD03，启动前准备工作就绪。

4、启动离心泵P101A

（1）启动泵P101A；

（2）当泵出口压力PI102大于入口压力PI1101的1.5~2.0倍后，全开泵出口阀VD04。

（3）依次全开泵出口流量调节阀FV101前、后手阀VB03、VB04，逐渐开打调节阀FV101的开度，使PI101、PI102趋于正常值。

5、调整

微调调节阀FV101，当测量值与给定值相对误差在5%以内，且较稳定，将FIC101设定为正常值，投自动。

①仿DCS图

②Field图

③评分表

（二）正常运行

熟悉工艺流程，维持各工艺参数稳定；密切注意各工艺参数的变化情况，发现突发事故时，应先分析事故原因，并做出正确处理。

①仿DCS图

②Field图

③评分表

（三）正常停车

1、贮槽V101停进料

将调节器LIC101设置为手动状态，关闭调节阀LV101，停止向V101进料。

2、停泵

（1）当贮槽V101液位小于10%，关闭P101A泵出口阀VD04；

（2）停泵P101A；

（3）关闭泵入口阀VD01；

（4）打开泵前泄液阀VD02；

（5）将调节器FIC101设置为手动状态，并一次关闭调节阀FV101及其后阀VB04、前阀VB03。

3、泵P101A泄液

（1）全开P101A泄液阀VD02；

（2）当VD02出口不再有液体泄出，显示标志为红色，关闭VD02.

4、贮槽V101泄液、泄压

（1）当贮槽V101液位小于10%，打开V101泄液阀VD10；

（2）当贮槽V101液位小于5%，打开泄液阀PV101B；

（3）当V101泄液阀VD10出口不再有液体泄出，显示标志为红色，关闭VD10。

①仿DCS图

②Field图

③评分表

四、事故处理

事故名称

主要现象

处理方法

P101泵坏

1、P101A泵出口压力急剧下降

2、FIC101流量急剧减小

切换到备用泵P101B:

1、全开P108B泵入口阀VD05、向泵P108B灌液，全开排空阀VD07拍P101B的不凝气，当显示标志为绿色后，关闭VD07；

2、灌泵和排气结束后，启动P101B；

3、待泵P101B出口压力升至入口压力的1.5~2倍后，打开P101B出口阀VD08，同时缓慢关闭P101A出口阀VD04，以尽量减少流量波动；

4、待P101B进出口压力指示正常，按停泵顺序停止P101A运转，关闭泵P101A入口阀VD01，并通知维修工

调节阀FV101阀卡

FIC101的液体流量不可调节

1、打开FV101的旁通阀VD09，调节流量使达到正常值；

2、手动关闭调节阀FV101及其后阀VB04、前阀VB03；

3、通知维修部门

P101A入口管线堵

1、P101A泵入口、出口压力急剧下降；

2、FIC101流量急剧减小到零

按泵的切换步骤切换到备用泵P101B，并通知维修部门进行检修

P101A泵气蚀

1、P101A泵入口、出口压力上下波动；

2、P101A泵出口流量波动（大部分时间达不到正常值）

按泵的切换步骤切换到备用泵P101B

P101A泵气缚

1、P101A泵出口压力急剧下降；

2、FIC101流量急剧减小

按泵的切换步骤切换到备用泵P101B

因电脑原因未能完成离心泵的事故处理操作。

五、思考题

1、若两台性能相同的离心泵串联或并联操作，其输送流量及扬程较单台离心泵相比有什么变化？

答：

1）两台泵串联，流量不会发生变化，但扬程有叠加作用。

2）两台泵并联，要求有相同的扬程。

最终流量叠加扬程不变。

2、离心泵出口处压力过高或过低应如何调节？

答：

1）入口压力过低，是因为安装高度过高，这种情况下容易发生汽蚀，降低安装高度即可增大入口压力，入口压力过高，只要不是太高，是不会影响使用的。

2）出口压力过高，则将阀门开打一些，压力就会降低，反之，若出口压力过低，则只要将阀门开度调小即可。

3、什么叫汽蚀现象？

答：

汽蚀现象是由液体汽化所引起的，与泵的安装高度有关。

含气泡的的液体进入叶轮后，因压强升高，气泡立即凝聚。

气泡的小时产生局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心，造成冲击和振动。

尤其当气泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击着叶片；另外气泡中还可能带有些氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。

4、泵发生气缚的主要现象以及后处理步骤是什么？

答：

主要现象：

泵出口压力骤然下降，同时流量也显著下降。

处理步骤：

先关闭泵的后阀，在关闭泵。

实训二换热器单元

1、工作原理

在化工、能源、动力、冶金、机械、等工业部门中，常常涉及到换热问题。

特别是在化工生产过程中的许多过程和单元操作，都需要进行加热或冷却，所以，对化工等行业的人员来说，换热器的操作技术培训是很重要的基本单元操作训练。

热的传递有：

传导、对流和辐射三种基本方式。

热传导是无物质宏观位移的传热方式，发生于静止物质内；对流传热是指流体中质点发生相对位移引起的热交换，常伴生有热传导。

由热的原因产生电磁波在空间的热传递是辐射传热，它不需要有传递介质。

化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的一侧（对流传热），通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。

本单元选用的是双程列管式换热器，冷物流被加热后有相变化。

在对流传热中，传递的热量除与传热推动力（温度差）有关外，还与传热面积和传热系数成正比。

传热面积减少时，传热量减少；如果间壁上有气膜或垢层，都会降低传热系数，减少传热量。

所以，开车时要排不凝气；发生管堵或严重结垢时，必须停车检修或清洗。

另外，考虑到金属的热胀冷缩性质，尽量减小温差应力和局部过热问题，开车时应先进冷物料后进热物料；停车时则先停热物料后停冷物料。

2、工艺流程简介

冷物流（92℃）经阀VB01进入本单元，由泵P101A/B，经调节器FIC101控制流量送入换热器E101壳程，加热到145℃（20%被气化）后，经阀VD04出系统。

热物流（225℃）由阀VB11进入系统，经泵P102A/B，由温度调节器TIC101分程控制主线阀TV101A和副线调节阀TV101B使冷物料出口温度稳定；过主线阀TV101A的热物流流经换热器E101管程后，与副线调节阀TV101B来的热物流混合（混合温度为（177+2）℃），由阀VD07出本单元。

带控制点的工艺流程图见附图。

3、操作说明

（一）冷态开车

1.启动冷物流进料泵P101A

（1）确定所有手动阀已关闭，将所有调节器置于手动状态且输出值为0；

（2）开换热器E101壳程排气阀VD03（开度50%）；

（3）全开泵P101A后手阀VB01；

（4）启动泵P101A；

（5）当泵P101A出口压力达到9.0atm（表）时，全开P101A后手阀VB03。

2.冷物流进料

（1）顺序全开调节阀FV101前后手阀VB04和VB05；再逐渐手动打开调节阀FV101；

（2）待壳程排气标志块由红变绿时，说明壳程不凝气体排净，关闭VD03；

（3）开冷物流出口阀VD04，开度为50%；同时，手动调节FV101，使FIC101指示值稳定到12000kg/h,FV101投自动（设定值为12000kg/h）。

3.启动热物流泵P102A

（1）开管程排气阀VD06（开度约50%）；

（2）全开泵P102A前阀VB1011；

（3）启动泵P102A；

（4）待泵P102A出口压力达到正常值10.0atm（表），全开泵P102A后手阀VB10。

4.热物流进料

（1）依次全开调节阀TV101A和TV101B的前后手阀VB07、VB06、VB09、VB08；

（2）待管程排气标志块由红变绿时，管程不凝气体排净，关闭VD06；

（3）手动控制调节器TIC101输出值，逐渐打开调节阀TV101A至开度为50%；

（4）打开热物流出口阀VD07至开度50%，同时手动调节TIC101输出值，改变热物流在主、副线中的流量，使热物流温度分别稳定在（177+2）℃左右，然后将TIC101投自动（设定值为177℃）。

①仿DCS图

②Field图

③评分图

（二）正常操作

熟悉工艺流程，维护个工艺参数稳定；密切注意各工艺参数的变化情况，发现突发事故时，应先分析事故原因，并做及时正确的处理。

①仿DCS图

②Field图

③评分图

（3）正常停车

1.停热物流泵P102A

（1）关闭泵P102A后阀VB10；

（2）停泵P102A。

2.停热物流进料

（1）当泵P102A出口压力PI102降为0.1atm时，关闭泵P102A前阀VB11；

（2）将TIC101置手动，并关闭TV101A；

（3）依次关闭调节阀TV101A、TV101B的后手阀和前手阀VB06、VB07、VB08、VB09。

（4）关闭E101热物流出口阀VD07。

3.停冷物流泵P101A

（1）关闭泵P101A后阀VB03；

（2）停泵P101A。

4.停冷物流进料

（1）当泵P101A出口压力PI101指示<0.1atm时，关闭泵P101A前阀VB01；

（2）将调节器FIC101投手动；

（3）依次关闭调节阀FV101后手阀和前手阀VB05、VB04；

（4）关闭E101冷物流出口阀VD04。

5.换热器E101管程排凝

全开管程排气阀VD06、管程泄液阀VD05，放净管程中的液体（管程泄液标志块由绿变红）后，关闭VD05和VD06。

6..换热器E101壳程排凝

全开壳程排气阀VD03、管程泄液阀VD02，放净壳程中的液体（壳程泄液标志块由绿变红）后，关闭VD02和VD03。

①仿DCS图

②Field图

③评分图

四、事故处理

（1）事故1——冷态开车中换热器E101部分管堵

主要现象：

（1）热物流流量减小

（2）冷物流出口温度降低，气化率降低

（3）热物流P102泵出口压力略升高

处理方法：

停车拆换热器清洗

①仿DCS图

②Field图

③评分图

（2）事故2——TV101A阀卡

主要现象：

（1）热物流经换热器换热后的温度降低

（2）冷物流出口温度降低

处理方法：

关闭TV101A前后手阀

打开TV101A的旁路阀（VD01），调节流量使其达到正常值

关闭TV101B前后阀，调节旁路阀（VD09）

①仿DCS图

②Field图

③评分图

五、思考题

1、为什么停车后管程和壳程都要泄液？

答：

因为热交换器内的液体若长期储存会导致设备腐蚀和结垢，会影响换热器的工作性能。

2、为什么每个流程中要设置两个泵？

答：

为了防止泵烧坏后能够及时地补上，不影响正常操作。

3、传热有哪几种基本方式，各自的特点是什么？

答：

传热的基本方式有热传导、热对流、热辐射。

热传导是由于物体内部分子微观运动的一种传热方式；热对流仅仅发生在流体中，是流体各部分之间发生的相对位移引起的热传递过程；热辐射是因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，不需要介质，适合于高温流体。

4、工业生产中常见的换热器有哪些类型？

答：

按用途可分为热交换器、冷凝器、蒸发器，加热器及冷却器五大类；按热量传递方式则可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等。

实训三液位控制系统单元

一、工作原理

多级液位控制和原料的比例混合，是化工生产中遇到的问题，要做到平稳准确地控制，除了按流程中主物料流向逐渐建立液位外，还应准确分析流程，找出主副控制变量，选择合理的自动控制方案。

并进行正确的控制操作。

本仿真培训单元流程中有一个储罐，2个储槽，通过简单控制回路和分程、串级、比值等复杂控制回路，对其进行液位控制。

目的在于经过培训掌握多级液位控制和常用的复杂控制系统。

二、工艺流程简介及带控制点的工艺流程图

本流程中有3个储液容器，除原料缓冲罐V101只有一股来料外，中间储槽V102和产品储槽V103均有2股来料，为常压储槽。

系统外来的8atm原料液，通过调节阀FIC101制流量后，进入原料缓冲罐V101

带控制点的工艺流程图见附图。

三.操作说明

（一）冷态开车

1、原料缓冲罐V101中的充压及液位的建立

（1）确认V101中的压力为常压；确定所有手阀均已关闭，所有调节阀在于手动关闭状态

（2）全开调节阀FV101的前后守阀VT1、VT2;

（3）开FV101（开度为50%），给原料缓冲罐V101充液；

（4）V101见液位后，手动控制调节器PIC101的输出值，使PV101A开度为20%左右向V101充压，当压力稳定到5atm左右时，将PIC101投自动（设定值为5.0kg/）。

2、中间储槽V102液位的建立

（1）V101液位液位稳定到40%以上，且压力达到5atm时，全开泵P101A的前手阀VT5；将FIC101投自动（设定值为20000kg/h）;

（2）启动泵P101A

（3）全开P101A后手阀VT7，当泵出口压力达10atm时，打开调节阀FV102的前后手阀VT9，VT10；

（4）手动控制调节器FIC102的输出值，逐渐打开调节阀FV102，使泵P101A/B出口压力控制在9atm左右

（5）用V102的液位调节器LIC102手动打开进料阀LV102，开度为50%.操作平稳后，将调节器LIC101投自动（设定值为50%），调节器FIC102投自动（设定值为20000kg/h）,并与LIC101串级调节V101的液位

（6）V102的液位稳定到50%左右时，将LIC102投自动（设定值为50%）

3、产品储罐V103液位的建立

（1）全开流量调节阀FV103前后手阀VT13、VT14;

（2）手动打开流量调节阀FV103和FFV104，使流经两者物流量分别为30000kg/h和15000kg/h后，将调节器FIC103（设定值为30000kg/h）、FFIC104（设定值为15000kg/h）投自动，再将FFIC104投串级；

（3）V103液位到50%左右时，手动控制V103液位调节器LIC103的输出值，打开V103出料阀，开度为50%；当V103的液位稳定达到50%时，将LIC103投自动（设定值为50%）

①仿DCS图

②Field

③评分图

（二）正常操作

熟悉工艺流程维护个工艺参数稳定；密切注意各工艺参数的变化情况，发现突发事件时，应先分析事故原因，并做及时正确的处理；

①仿DCS图

②Field

③评分图

（三）正常停车

1、停用原料缓冲罐V101

（1）调节器FIC101改投手动，关闭所控调节阀FV101，再关闭其后手阀VT2和前手阀VT1;

（2）同时将调节器LIC102改为手投，关闭所调节阀LV102；

（）3解除FIC102串级，并将调节器LIC101，FIC102改投手动；控制调节阀FV102，维持泵P101A/B出口压力为9atm，使罐V101的液位缓慢下降；

（4）当储罐V101的液位降至10%时，关闭调节阀FV102及其后、前手阀VT10和VT9;

（5）关闭泵P101A/B出口阀VT7/VT8，停泵P101A/B,关闭其前阀VT5/VT6。

2、停用中间储罐V102

（1）当储槽V102液位降至10%时，解除调节器FFIC104的串级，并将调节器FIC103和FFIC104改投手动；控制调节阀FV103和FFV104使流经两者液体的流量比维持在2.0；

（2）当储槽V102液位降至0时，关闭调节阀FV103及其后、前手阀VT14/VT13;

.关闭调节阀FFV104

3、停用产品储槽V103

（1）调节器LIC103改投手动，控制调节阀LV103，使储槽V103液位缓慢下降；

（2）当储槽V103液位降至0时，关闭调节阀LV103

4、原料缓冲罐V101排凝和泄压

（1）打开罐V101排凝阀VT4;

（2）当罐V101液位降至0时，将调节器PIC101改投手动，并控制输出值大于50%

（3）当罐V101内与常压一样时，关闭PV101A和PV101B（PIC101输出为50%）；

①仿DCS图

②Field

③评分图

4、事故处理

（一）事故1——正常停车泵P101A坏

主要现象：

（1）P101A泵后压力急剧下降

（2）P101A泵后流量急剧下降

处理方法：

关小P101A泵出口阀V7；

打开P101B泵入口阀V6；

启动P101B泵；

打开P101B泵出口阀V8；

待PI101压力指示达9ATM左右时，关闭P101A泵出口阀V7；

关闭P101A泵；

关闭P101A泵入口阀V5}

①仿DCS图

②Field

③评分图

（二）事故2——正常停车FIC102调节阀阀卡

主要现象：

（1）FIC102流量不正常下降

（2）离心泵后压力急剧增大

处理方法：

调节FIC102旁路阀V11开度；

待FIC102流量正常后，关闭FIC102前后手阀V9，V10；

关闭调节阀FIC102}

①仿DCS图

②Field图

③评分图

五、思考题

3、为什么在停车时，要先排凝后泄压？

答：

因为先排凝不致使设备、管道堵塞；先泄压的话易凝，对排凝不利。

4、请问在调节器FIC103和FFIC104组成的比值控制回路中，哪一个是主动量？

为什么？

答：

FFIC104为一比值调节器，根据FIC1103的流量，按一定比例，相适应比例调整FI103的流量。

因为对于比值调节系统，首先要明确主物料，而另一种物料按主物料来配比。

在本单元中，FIC1425为主物料，而FIC1427的量是随主物料的量的变化而变化。

6、找出本工艺中的比值调节系统，分析哪一个是主动量？

为什么？

答：

FFIC104:

为一比值调节器。

根据FIC1103的流量，按一定的比例，相适应比例调整FI103的流量。

对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。

在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。

实训四脱丁烷塔单元

一、工作原理

精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。

精馏过程的主要设备有：

精馏塔、