各工段配置及功能要求.docx
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各工段配置及功能要求
标项一
设备名称
技术指标
数量
回流式风洞
闭口试验段尺寸350㎜*350㎜*2000㎜
最大速度Vmax（m/s）4
最小稳定速度∣dcp/dx∣（l/m）≦0.005
场系数μi0.0045
平均气流偏角∣α∣≦0.5
平均气流偏角∣β∣≦0.5
时间稳定性η0.005
1套
标项二
智能信息采集与处理实验系统1套
一、建设目的
本实验系统以化工生产装置为对象模拟乙酸乙酯工业生产流程，建设集检测、控制和管理于一体的自动化生产系统，以满足学生通过对微缩工业装置实践操作，满足教学过程中进行生产装置控制的训练和研究要求，体现自动化技术应用所带来生产效率和品质的快速提升，加深对流程工业自动化控制技术的理解。
通过完全真实的工业环境以及多工况的变换比较，提高学生的动手能力及创新能力。
二、系统概述及功能要求
1、工艺流程简介
本装置以乙酸和乙醇为原料，加入催化剂催化，在反应釜中加热，反应生成乙酸乙酯。
通过精馏塔提纯，获得浓度较高的乙酸乙酯产品。
2、总体功能要求
建成一套完整的、典型的化工生产流程，并实现生产流程的自动化控制，主要包括温度、压力、流量、转速等工业参数的检测，并根据进料状况、回流状况、精馏段和提馏段以及物料组成等因素的变化对精馏过程的影响，设计基础及过程自动化系统，研制控制算法，实现工艺参数的闭环控制，以提高生产稳定性与产品品质。
该装置既可为本科教学服务，也可用于科学研究。
（1）装置总体要求
整套装置要求完全按照工程实际情况进行设计，根据场地情况按比例缩减。
系统由乙酸乙酯生产装置和控制系统软硬件组成。
生产装置包括反应釜、中和釜、精馏塔、填料精馏塔以及进料系统、再沸系统、回流系统、收集系统等；控制系统包括各类仪表、控制阀门、西门子PLC控制系统；辅助系统包括水、电、气供应系统。
（2）控制系统要求
●采用先进的PLC或控制系统，配备标准工业机柜，每个工段配1台操作站，主站设1个操作员站，1个工程师站，可进行控制系统的组态与控制实验。
●可对温度、压力、液位、流量等参数进行检测与控制，并可完成电机变频控制系统实验。
●可使学生了解典型工艺设备的工作原理与检测、控制方法，如反应釜、精馏塔、填料精馏塔等典型设备。
●主要机动设备的启、停就地控制，基于PLC的远程监控及运行状态显示。
●建立基础自动化控制系统、过程自动化系统（MES）的硬件网络架构（MES层服务器用户提供），并为ERP系统的建立留有接口。
（3）可提供的场地条件及要求
●面积：
占地面积50平方米左右，长10.2m/宽4m/高3.0m–3.6m，布局时需留出人行过道；
●供水：
自来水，水压大于0.35MPa；
●供电：
220V/380V50Hz；
●负载总功率小于15KW。
（4）安全要求
●提供的设备具备完善的安全措施，有良好的密封性，杜绝出现原料泄漏等现象的发生，避免污染环境。
●具有系统信号连锁保护功能，当出现工艺设备超压、超温等异常状态时，系统应及时报警并自动安全停车。
●电源与安全特性：
电源具有接地、漏电、过流、过压保护功能，安全特性符合国家相关规定，能够保证使用者安全。
三、系统结构要求
以连续流程生产线（或模拟实验装置）为对象，建立基础自动化系统（PCS）/过程自动化系统（MES）两层结构的，集控制、优化与管理为一体的综合自动化系统，体现先进制造技术的现代自动化（仿真）工厂，控制系统结构如图1所示。
图1控制系统结构图
系统由反应釜、中和器、筛板精馏塔、填料精馏塔、相关的公辅设备及控制设备等组成，表1为主要设备一览表。
表1主要设备一览表
序号
名称
功能
备注
1
冷却水箱
提供所有公用工程冷却水源
公辅设备
2
冷却水泵
为所有冷却器提供冷却水动力
3
缓冲罐
真空泵缓冲
4
真空泵
为反应釜、中和器、筛板精馏塔、填料精馏塔提供真空源
5
反应釜
物料反应
反应釜工段
6
原料罐
物料A贮罐
7
原料罐
物料B贮罐
8
导热油冷却罐
导热油与冷却水换热
9
分液回流罐
反应釜蒸汽冷凝液分相及回流
10
冷凝器
反应釜蒸汽一级冷凝
11
冷凝器
反应釜蒸汽二级冷凝
12
原料泵
输送原料A至反应釜
13
原料泵
输送原料B至反应釜
14
油泵
输送油至反应釜夹套并返回油罐
15
中和釜
反应后物料中和处理
中和釜工段
16
中和液罐
中和用的标准碱（酸）液贮罐
17
生成液罐
反应釜或中和器产品贮罐
18
筛板精馏塔
普通精馏、萃取精馏和反应精馏等
筛板精馏塔工段
19
冷凝器
筛板精馏塔顶蒸汽冷凝
20
分液回流罐
筛板塔顶蒸汽冷凝液分相及回流
21
冷凝液罐
筛板精馏塔顶产品贮罐
22
原料罐
筛板精馏塔侧线出料贮罐、萃取精馏的萃取剂贮罐、反应精馏的反应物贮罐
23
残液贮罐
筛板精馏塔釜残液贮罐
24
原料泵
输送原料A至精馏塔
25
原料泵
输送原料B至精馏塔
26
填料精馏塔
普通精馏、萃取精馏和反应精馏等
填料精馏塔工段
27
冷凝器
填料精馏塔顶蒸汽冷凝
28
分液回流罐
填料精馏塔顶蒸汽冷凝液回流及分相
29
冷凝液罐
填料精馏塔顶产品贮罐
30
原料罐
填料精馏塔侧线出料贮罐、萃取精馏的萃取剂贮罐、反应精馏的反应物贮罐
31
残液贮罐A
填料精馏塔釜产品贮罐
32
原料泵
输送原料A至精馏塔
33
原料泵
输送原料B至精馏塔
34
检测与执行机构
温度、压力、流量等检测设备及阀门、泵等执行设备
控制系统
35
控制柜
PLC（至少配置4个控制站）
36
监控计算机
品牌台式计算机（至少五台）
37
操作台
至少配置五台
四、各工段配置及功能要求
1、反应釜工段
反应釜工段结构示意图如图2所示：
图2反应釜结构示意图
反应釜要求：
釜体、釜盖用316L制造；
釜体法兰、釜盖法兰用304制造；
反应釜容积24L；
设计温度320℃，最高工作温度300℃；
设计压力4MPa，最高工作压力3MPa；当压力大于3MPa时系统报警；
该系统包含如下显示及控制要求：
1、反应釜釜内温度，Pt100铂电阻检测，精度：
0.5%FS，量程范围0～300℃，数据在无纸记录仪上显示
2、反应釜夹套温度，Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～300℃，温度由西门子PLC系统进行PID控制
3、反应釜釜内压力，4-20mA，-0.1～0.39MPa，数据在无纸记录仪上显示
4、反应釜搅拌速度，Fr10～60HZ，西门子PLC控制系统进行控制
5、进料系统2个计量泵4-20mA2-20L/h西门子PLC进行控制
该工段要求完成如下实验：
1、温度传感器的认识实验
2、温度的特性测试实验
3、反应釜釜内压力特性测试实验
4、反应釜夹套温度的PID控制实验
5、反应釜釜内温度与夹套温度的串级控制实验
6、进料流量的PID控制实验
7、流量的比值控制实验
2、中和釜工段
该系统主体为中和器，中和器为上开式，备有推进式桨和锚式桨，可互换，釜盖上有两个液体进料口，保护气体氮气进出口，测压，测温。
反应釜示意图如图3所示。
中和釜要求：
1.釜体、釜盖用316L制造；
2.釜体法兰、釜盖法兰用304制造；
3.反应釜容积30L；
4.设计温度150℃，最高工作温度100℃；
5.设计压力0.3MPa，最高工作压力0.2MPa；
图3中和釜结构示意图
该系统包含如下显示及控制要求：
1、中和釜釜内温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～300℃，西门子PLC进行控制
2、中和釜釜内压力4-20mA，-0.1～0.39MPa，无纸记录仪显示
3、中和釜搅拌速度Fr10～60HZ，西门子PLC进行控制
该系统能完成如下实验：
1、温度传感器的认识实验
2、温度的特性测试实验
3、中和釜釜内压力特性测试实验
4、中和釜釜内温度的PID控制实验
3、筛板精馏塔工段
筛板精馏塔结构图如图4所示。
筛板精馏系统要求共计：
流量计4台1.6～16L/h；
铂热电阻5个0～150℃精度0.1℃；
压力传感器1个－0.1～0.1MPa；
原料泵2台20L/h，10m；
图4筛板精馏塔结构示意图
精馏塔塔釜部分：
塔釜容积35L
加热功率4KW
筛板精馏塔塔体部分：
1.塔体内径68mm，共10块筛板，板间距130mm；
2.一块板上开孔72个，每个孔孔径1.5mm；
3.塔顶第一块板至塔顶的空塔段高1000mm；
4.第一块塔板上方有一个回流液进口，进口管14×2；
5.塔的左侧第5，10块板上方各有一个进料口，进口管14×2；
6.塔的右侧第4，8块板上方各有一个进料口（或侧线出料口），进口管14×2；
该系统包含如下显示及控制要求：
1、主进料温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
2、塔釜温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，西门子PLC进行控制
3、塔顶温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
4、回流温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
5、副进料/侧线出料温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
6、塔顶压力压力传感器，4-20mA，-0.1～0.1MPa，无纸记录仪显示
7、塔釜液位液位传感器0-10KPa无纸记录仪显示
8、进料量金属转子流量计带远传西门子PLC进行控制
该系统能完成如下功能：
1.体现连续精馏塔的基本结构及流程；
2.体现连续精馏塔的操作方法；
3.测定板式精馏塔全塔效率、单板效率和压降；
4.能够检测筛板塔中灵敏板温度的变化；
5.温度传感器的认识实验
6.温度的特性测试实验
7.塔釜液位的PID控制实验
该工段控制要求：
介质：
乙醇—水体系
物料流量控制范围（通过塔径200mm计算得到）：
进料量控制范围2-20L/h
回流量控制范围1.6-16L/h
塔顶出料量控制范围1.6-16L/h
温度范围：
≤200℃使用导热油系统加热，外接导热油系统无须设计，只需留出导热油接口。
4、填料精馏塔工段
该工段主体为一座填料层高3米的精馏塔T501，底部有再沸器，顶部有冷凝器H501，分液回流罐V501，冷凝液罐V502，原料罐V503，残液贮罐V504，原料泵P501，原料泵P502及相关的测量仪表等组成。
该精馏塔可进行多种实验。
填料精馏塔结构示意图如图5所示：
图5填料精馏塔结构示意图
填料精馏系统共计：
1.流量计4台1.6～16L/h；
2.铂热电阻5个0～150℃精度0.1℃；
3.压力传感器1个－0.1～0.1MPa；
4.原料泵2台20L/h，10m；
精馏塔塔釜部分：
1.塔釜容积35L
2.加热功率4KW
填料精馏塔塔体部分：
1.塔体内径68mm，共1.5m填料;
2.所用的填料为不锈钢θ网环10×10填料，堆积个数760个/升，网目60，丝径0.15mm，比表面积620m2/m3，空隙率97.5%，堆积密度199kg/m3；
3.塔顶的空塔段高1000mm；
4.第一段填料层上方有一个回流液进口，进口管14×2；
5.塔的左侧有两个进料口，进口管14×2；
6.塔的右侧有一个进料口，进口管14×2；
该系统包含如下显示及控制要求：
4、主进料温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
5、塔釜温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，西门子PLC进行控制
6、塔顶温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
4、回流温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
5、副进料/侧线出料温度Pt100铂电阻，精度：
0.5%FS，量程范围0～120℃，无纸记录仪显示
6、塔顶压力压力传感器4-20mA-0.1～0.1MPa，无纸记录仪显示
7、塔釜液位液位传感器0-10KPa，无纸记录仪显示
8、进料量金属转子流量计带远传西门子PLC进行控制
该系统能完成如下功能：
1、体现连续精馏塔的基本结构及流程；
2、体现连续精馏塔的操作方法；
3、测定板式精馏塔全塔效率、单板效率和压降；
4、能够检测筛板塔中灵敏板温度的变化；
5、温度传感器的认识实验
6、温度的特性测试实验
7、塔釜液位的PID控制实验
该工段控制要求：
介质：
乙醇—水体系
物料流量控制范围（通过塔径200mm计算得到）：
进料量控制范围2-20L/h
回流量控制范围1.6-16L/h
塔顶出料量控制范围1.6-16L/h
温度范围：
≤200℃使用导热油系统加热，外接导热油系统无须设计，只需留出导热油接口。
五、设备位置及布置
平台设计、装置布置按照化工建筑行业国家标准执行。
整套装置设计全部按照化工企业布局规范进行布局。
装置部件如塔、换热器、储罐等均按GB-150钢质压力容器设计规范设计，并且严格按照钢质压力容器生产规范进行生产。
具体说明如下：
1、设备平台，构架
根据国家规定的甲类物质生产现场建筑设计规范，设备安装平台使用钢质结构，承重使用钢质承重梁，并且涂防火涂料。
辅以钢质网格板，整个框架做到安全、可靠，符合工业现场要求。
整体布局美观、科学。
2、容器、设备
所有压力容器、设备均参照GB150《钢制压力容器》设计、制造，安全可靠。
3、设备维护
管路清晰，并且所有装备、阀门均进行编号，设置标签，提供装置资料，建立档案，方便日后维护，使用。
六、资料提供、培训及售后服务要求
1、提供竣工图纸2套，包括设备的布置图、设备结构与尺寸图、盘台柜等的盘面布置及接线图、系统供电原理与接线图等；
2、提供控制系统的网络结构图、应用软件框图、变量地址分配表、源程序清单等，所设计的系统必须提供标准数据访问接口，其组态和编程必须对用户开放；
3、提供西门子PLC编程软件、上位机组态软件等工控系统软件2套；
4、提供检测、控制、执行等设备的产品说明书、使用说明书等相关技术资料；
5、有明确的培训方案，包括培训的内容、时间、地点、人数等；
6、有完善的售后服务体系，明确的售后服务承诺；
7、合同签订之日起三个月内交货。
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