终本2.docx
- 文档编号:7905086
- 上传时间:2023-01-27
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:111.92KB
终本2.docx
《终本2.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《终本2.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
终本2
目录
绪论1
1、合成加脂剂概论2
1.1、概述2
1.2、原料3
2、硫酸和乙二醇的混合4
2.1、工艺流程图及框图解析4
2.2、双闭环比值控制系统分析5
2.3、控制规律及控制器的确定6
3、合成酯的合成6
3.1、工艺流程图及框图解析6
3.2、控制过程解析8
3.3、控制规律及控制器确定9
4、加酯剂的合成9
4.1、过程流程图和框图解析9
4.3、控制算法及控制器的选用11
5、仪表的选型12
6、结语15
7、参考文献16
绪论
加脂剂是皮革加工过程中一种重要的皮革化学品。
皮革生产中的加脂(也称加油)是用油脂或加脂剂在一定的工艺条件下处理皮革,使皮革吸收一定量的油脂而赋予革一定的物理、机械性能和使用性能的过程。
加脂能够通过化学和物理作用使皮革内部的各个纤维被具有润滑作用的油脂包裹起来或纤维表面亲和大量的“油性”分子,平衡革纤维表面能量,使原来的高能表面转变为低能表面,增加纤维间的相互可移动性,从而防止皮革板结、折裂,又使皮革具有相应的弹性、韧性、延伸性和柔软性等良好的物理力学性能,所以加脂有可能改变皮革最终的机械性能,美观性及手感。
皮革加脂的方法包括乳液加脂和干加脂两种,其中干加脂主要用于重革加脂,乳液加脂主要用于轻革加脂。
加脂剂主要成分(有效物)可以归结为中性油和乳化成分两大部分,中性油和乳化剂的比例是评价加脂剂的一个重要指标。
加脂剂中的乳化剂含量高,加脂剂的自乳化能力强,乳液稳定性好,有利于油脂的结合。
但是,中性油含量减少,其润滑和滋润效果降低。
所以,在加脂剂中乳化剂部分与中性油部分存在一个恰当的平衡,这要视不同的产品、不同的要求而定。
乳化剂作为加脂剂中的一个重要部分,可以直接添加相应类别的表面活性剂于油成分中,制成外乳化体系的加脂剂。
用这种方法制备的加脂剂其应用性能差,目前很少使用。
目前几乎是通过化学改性在不溶于水的油脂分子中引入亲水基团,制成自乳化体系的加脂剂,可见化学改性方法是赋予皮革加脂剂不同特性的重要手段。
由于加工方法的差异和使用方法的不同,加脂剂的品种很多,按加脂剂中乳化剂成分所带的电荷不同可将加脂剂分为:
阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型;按加脂剂的功能可以分为:
填充型加脂剂、耐光型加脂剂、阻燃型加脂剂、复鞣型加脂剂等等;按中性油的不同可分为植物油脂加脂剂、动物油脂加脂剂、矿物油脂加脂剂、合成加脂剂、复合加脂剂等;按亲水基团不同可分为硫酸化加脂剂、亚硫酸化加脂剂、磷酸化加脂剂等。
合成脂是皮革工艺中普遍采用的加脂剂,可以提高毛皮的质地。
将合成脂肪酸预热加入酯化反应器中,同时加入乙二醇和硫酸,将温度升至110℃,此时有水流出,分析其酸值在25mg/1g酯以下,停止加热放入合成脂贮槽。
将合成脂放入皂化反应器中加入碱液加热至70℃搅拌0.5h既可。
1、合成加脂剂概论
1.1、概述
合成加脂剂于二十世纪40年代首先在德国开始生产应用。
德国于1937年已在维屯建立了石蜡氧化制取合成脂肪酸的工厂,年产脂肪酸4000吨,在二次世界大占期间德国每年可用此生产可食用油脂2400吨。
合成加脂剂用于皮革加脂的优点:
具有耐光性好,加脂革不会日久变黄;加脂乳液的颗粒细小,耐酸、耐盐、耐硬水性能好,耐霉菌、细菌能力强,渗透性好,加脂透彻;加脂革柔软,无油腻感。
矿物油的改性手段主要有氯化、氯磺化、羰基化等。
在实际的皮革生产中都是将合成加脂剂、天动植物油脂加脂剂配合起来使用。
因此合成加脂剂大部分用于配制复合型加脂剂,很少单独以加脂剂的形式出现。
1.2、原料
⑴饱和烷烃
适合作为合成加脂剂用的是机油、凡士林、石蜡这三个类型的分馏产物,其中的机油的用量最多。
⑵氯代烷烃
皮革加脂用氯代烃类的原料是各种馏分的石蜡烃类,固体石蜡的碳数要求在C20~30,液体石蜡为C10~20。
通过氯化获得含氯量在10~40%范围内的氯化石蜡。
⑶烷基磺酰氯
烷基磺酰氯(RSO2Cl)是一种带有活性基-SO2Cl、与皮革纤维结合力较强的加脂剂,被称为具有鞣性的加脂剂。
⑷合成脂肪酸及其酯
合成脂肪酸就是用石蜡氧化制取合成脂肪酸,它是一种饱和酸,碳链长度为C12~C20,可与乙二醇、聚乙二醇、甘油及醇胺类物质反应,获得具有良好加脂效果的乙二醇酯、聚乙二醇酯、甘油脂和烷醇酰胺,反应示意如下。
合成脂肪酸加脂剂可以用于各种皮革的加脂,如铬鞣革、植鞣革及毛皮。
加脂后的皮革柔软,板面丰满有弹性,无油腻感,革的粒面和绒面均有较好的光泽,并能提高皮革的防水性能,降低革的吸水性。
长链合成脂肪酸是一种非水溶性软蜡状物。
2、硫酸和乙二醇的混合
2.1、工艺流程图及框图解析
在这个生产过程中,生产工艺要求硫酸与乙二醇两种物料流量成2:
1比例关系,一旦比例失调,就会影响生产的正常进行,影响产品质量,浪费原料,消耗动力,造成环境污染,甚至产生生产事故。
严格控制其比例,使其不进入爆炸范围,对于安全生产来说十分重要。
这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统,均称为比值控制系统。
所以此控制系统选择双闭环比值控制为控制系统。
其带检测点的工艺流程图如图1。
图1硫酸和乙二醇混合工艺流程图
其方框图如图2
图2硫酸和乙二醇混合方框图
从图中可以看出,双闭环比值系统和简单系统有一个显著的区别,即其在结构上由一个定值控制的主动量回路(Q1)和一个随主动量变化的从动量随动控制回路(Q2)组成,并通过比值器发生联系。
凡是两个或多个参数自动维持一定比值关系的过程控制系统,均需采用比值控制系统。
被控对象为电动阀支路的流量和变频器-磁力泵支路的流量,每个支路上分别装有流量传感器对支路的流量进行测量,电动阀支路的流量是系统的主动量Q1,变频器—磁力泵支路的流量是系统的从动量Q2。
要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化而变化,无论主回路或从动回路都有各自的调节对象,测量变送元件和调节器。
应该指出,系统中尽管有两个调节器,它们的作用各不相同。
调节器1和调节器2具有自己独立的设定值,分别控制主动量回路和从动量回路。
2.2、双闭环比值控制系统分析
双闭环比值控制系统能实现主动量的抗扰动、定植控制,使主、从动量均比较稳定,从而使总物料也比较平稳,这样,系统总负荷也将是稳定。
双闭环比值控制系统另一优点是升降负荷比较方便,只需缓慢改变主动量控制器的给定值,这样从动量自动跟踪升降,并保持原来比值不变。
双闭环比值控制系统中的两个控制回路是通过比值器发生联系的,若除去比值器,则为两个独立的单回路系统。
事实上,若采用两个独立的单回路系统同样能实现它们之间的比值关系,但只能保证静态比值关系。
当需要实现动态比值关系时,比值器不能省。
2.3、控制规律及控制器的确定
在双闭环比值控制系统中,要求主、从动回路稳定各自的物料平衡,所以都选用PI控制规律。
对于主动量回路,调节阀选用气开式,一旦调节阀损坏,调节阀处于全关状态,阻止硫酸的进入,从而保证了生产的安全,当调节阀增大时,硫酸的流量增大,所以过程的特性为正,因此控制器为反作用式。
对于从动量回路,由相同的方法可得控制器也为反作用式。
3、合成酯的合成
3.1、工艺流程图及框图解析
在合成加脂剂的制造过程中,该过程是第一次发生反应的过程,它的产物是下面过程发生的基础,所以该过程特别重要,它直接影响了实验的成败。
其工艺流程图如图3.
图3合成酯工艺流程图
对于其温度控制系统,其系统框图如图4
图4温度控制方框图
对于其浓度控制系统,其方框图如图5。
图5浓度控制方框图
3.2、控制过程解析
在该过程中合成脂肪酸的浓度控制,合成脂肪酸在反应物中的占比为95%,而影响该比例的主要参数为合成脂肪酸的流量。
为了能够很好的维持这个比例,因此对该浓度控制采用串级控制系统。
其中主控制量为浓度,副控制量为合成脂肪酸的流量,当流量变化很大时,首先由流量控制系统进行初步的校正,然后再由温度控制系统来进行偏差的消除,这样就能使其含量维持在一个可以接受的范围。
对于该过程的温度控制,要求温度维持在110°~130°,其波动范围较大,扰动量主要为反应产生的热量以及蒸汽的流量。
单回路闭环控制系统能够满足以上两个过程的基本要求,且单回路闭环控制系统结构简单,它只用一个调节器,调节器也只有一个输入信号,从系统方框图看,只有一个闭环,投资较少,易于调整和投入使用,所以使用单回路闭环控制系统。
3.3、控制规律及控制器确定
串级控制中,主调节器起定值控制的作用,一般要求无余差,因此选用PI或PID控制规律,而副调节器主要起随动控制的作用,主要是为了保证主参数的控制质量,可以在一定的范围内变化,允许有余差,因此只要选用P控制规律就可以了,一般不引入积分和微分控制,积分控制会延长控制过程,减弱副回路的快速作用,微分控制会使调节阀动作过大,对控制不利。
对于温度系统的控制,调节阀选用气开式,一旦调节阀损坏,调节阀处于全关状态,阻止硫酸的进入,从而保证了生产的安全,当调节阀增大时,硫酸的流量增大,所以过程的特性为正,因此控制器为反作用式,控制规律采用PI。
4、加酯剂的合成
4.1、过程流程图和框图解析
在该过程中,合成酯和碱液在皂化反应器中混合,并使温度维持在70°~80°,这样合成酯和碱液发生充分的反应,生成了我们所要的产物--合成加脂剂。
该反应中,要求温度的波动范围较小,所以为了较好的控制其温度,使温度在一个合理的范围,采用了蒸汽的流量报警的初步处理,然后再由温度控制系统中的串级控制对其温度进行一个精调,这样就能使温度达到生产的要求。
其系统工艺流程图如下图6。
图6皂化反应工艺流程图
其系统框图如图7
图7皂化反应方框图
4.2、控制方案确定
在该过程控制中单回路控制系统是过程控制中结构最简单的一种形式,它只用一个调节器,调节器也只有一个输入信号,从系统方框图看,只有一个闭环。
在大多数情况下,这种简单系统已经能够满足工艺生产的要求。
但有些调节对象的动态特性虽然并不复杂,但控制的任务却比较特殊,则单回路控制系统就无能为力了。
另外,随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,对能源消耗和环境污染也有明确的限制。
为此,需要在单回路的基础上,采取其它措施,组成复杂控制系统,而串级控制系统就是其中一种改善和提高控制品质的极为有效的控制系统。
温度和流量是工业生产过程中最常用的两个参数,对温度和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍。
温度的时间常数T一般很大,因此有很大的容积迟延,如果用单回路控制系统来控制,可能无法达到较好的控制质量。
而串级控制系统可以用一般常规仪表来实现,成本增加也不大,却可以起到十分明显的提高控制质量的效果,因此往往采用串级控制系统对温度进行控制。
在该过程中,为了防止当流量突变时,温度传感器还没来得及反应而导致生产损失,因此采用一个流量报警器来监控蒸汽的流量。
同时由于温度的要求较严,温度的波动范围小,且主要的干扰--流量的惯性较大,时间常数较长,所以在使用了流量报警器的同时,还需要使用串级控制,这样就能使其温度维持在一个较小的波动范围内,其中反应产生的热量及压力变化引起的热量的变化为副回路的主要扰动,蒸汽流量和热量的变化所引起的温度的变化为主回路的主要扰动。
4.3、控制算法及控制器的选用
串级控制中,主调节器起定值控制的作用,一般要求无余差,因此选用PI或PID控制规律,而副调节器主要起随动控制的作用,主要是为了保证主参数的控制质量,可以在一定的范围内变化,允许有余差,因此只要选用P控制规律就可以了,一般不引入积分和微分控制,积分控制会延长控制过程,减弱副回路的快速作用,微分控制会使调节阀动作过大,对控制不利。
从生产工艺安全出发,调节阀选用气开式,一旦调节阀损坏,调节阀处于全关状态,以切断蒸汽进入反应器,确保其设备安全。
对于副回路控制,当调节阀开度增大时,蒸汽流量增大,温度升高,故副过程的系数为正,要整个副回路为负反馈,则要求控制器为反作用式;管内温度升高,反应器内温度也升高,为保证整个回路为负反馈,则主调节器应为反作用式。
5、仪表的选型
合成加脂剂的合成过程是一个化学过程,任何化学过程都要受到许多因素的影响,主反应与副反应的速度都受到这些因素的制约,因此,我们必须从生产工艺过程出发,在防止其他因素的影响下,力求生产效率高,保证生产过程的稳定安全,为了对监控系统进行科学地设计我们必须第一合成加脂剂的基本原理有充分的了解,这也是过程控制人员设计调试时所必须掌握的。
在合成加脂剂生产中,仪表所处的安装环境是非常恶劣的,通常都是潮湿和易燃易爆,同时又要求测量的精度非常高,因此所用仪器仪表必须是防尘防水及防爆的,同时又要测量的精度是非常高的。
在合成加脂剂生产中,热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点热电偶温度不同时,就会在回路内产生热电流。
如果热电偶的工作端与参比端存有温差时,显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。
热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关,与热电极的长度、直径无关。
各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。
在合成加脂剂生产中,有各种各样的流量计,而我此方案中应用的是涡街流量计。
其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。
无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。
仪表参数能长期稳定。
涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。
有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。
报警器是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果,以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。
报警器经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域,与社会生产密不可分。
本设计采用的是TAD-167报警器,它能灵活设置报警上下限值,当超出了它的设定值时,电笛响起,报警指示灯亮。
它报警音量适中,测量精度高。
本设计选用的仪器仪表及其参数如下表1。
表1仪表清单一览表
元器件名称
型号
参数
数量
温度测量器
WRN-240D
热电偶,温度范围-100~500℃,防护等级:
IP65,防爆等级:
dIBT4,精度:
0.1℃,能多点测量
4
温度控制器
TD7E-IRR2B
防护等级:
表壳IP65,量程范围:
-100~230℃,0.3级精度,另外可带,RS485/RS232通信
4
流量测量器
LF8E-PISA131
防护等级IP67,行程精度:
<1%,转矩精度:
<10%,输出转速:
5/14,全程时间:
42S,能接RS232、RS485
4
流量控制器
7ME6910
环境温度0~500℃,外壳防护等级:
IP65,耐压:
2MPa
4
浓度测量器
MAT311
精度:
±0.0005g/cm3,量程:
0.1g/cm3~9g/cm3,最大静压:
20kgf/cm3,环境温度:
-20~150℃
1
浓度控制器
E53
环境温度:
0~178℃,外壳防护等级:
NEMA4X,防爆型,浓度量程:
0.0~200%
1
比值控制器
BURKERT8601
比列电磁阀,PWM频率无限可调,可选RS232、RS485接口
1
报警器
TAD-167
温度超过设置上下限时报警,监测温度-50~+150℃,报警音量:
<120分贝,测量精度:
±0.1℃
3
6、结语
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
三周的课程设计结束了,在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。
通过课程设计,发现自己的很多不足,自己知识的很多漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量,我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了理解,也学会了做人与处世,与队友的合作更是一件快乐的事情,只有彼此都付出,彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。
而团队合作也是当今社会最提倡的。
对我而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就,人生就像在爬山,一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
7、参考文献:
[1]涂植英.过程控制系统[M],北京:
机械工业出版社,2000.04
[2]张永德.过程控制装置[M],北京:
化学工业出版社,2010.08
[3]吴勤勤.控制仪表及装置[M],北京:
化学工业出版社,2007.01
[4]陈夕松,汪木兰.过程控制系统[M],北京:
科学出版社,2005.07
[5]刘德峥.精细化工生产工艺学[M],北京:
化学工业出版社,2005.01
[6]王骥程,祝和云.化工过程控制工程[M],北京:
化学工业出版社,2003.09
[7]刘玉兰,汪学德.油脂制取工艺学[M],北京:
化学工业出版社,2006.08
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 终本2.docx
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)