专利名称：全玻璃化工柔性工艺系统装置的制作方法
化工生产工艺流程长，连续化，综合化，高度自动化，因易燃易爆必须封闭运行，另一方面，由于企业是以完成生产任务和提高效益为目的，不容许学生动手操作，无法提高学生实际动手操作能力，极大的限制了对学生进行实践能力的培养。因此我设计和制作了大型具有综合实验能力的教学设备——全玻璃化工柔性工艺系统装置。
该装置是一套将教学、试验和实际生产相结合的先进的教学试验设备，它采用实用的、精确的自控仪表和设备进行控制，具有仿真和简单的生产能力。该套装置主要包括三部分，即物料的精制过程、化学反应过程及产品的预处理过程，中间具有贮槽、计量、加热，冷凝、真空、分析取样、温度控制等工位或操作点。该套装置涵盖的教学内容涉及化工原理、工程分离、反应工程、化工过程控制等诸多方面，且可自由组合，灵活多样，属设计型、综合型实训装置，对培养学生创新思维、设计能力及动手能力可以起到重要作用。同时，该套装置可以促进化学工程与工艺学科中精细化工产品的工艺开发技术、流体力学及传热技术、分离过程与控制技术、化学反应工程技术以及取样产品分析和过程仪表控制等课程领域的发展。既可以为课程教学计划的实施提供实践手段，又可以为产、学、研基地建设提供发展的方向以及对教师科研能力的提高提供一定的帮助。该系统的适应面广，可以为化工(石油化工，日用化工)工程及工艺、环境工程，生物技术，生物化工，检测技术等专业的学生提供实习和实践的场所，使学生对课堂学习的理论知识有更深刻的理解。该套装置自动化程度高，技术先进，对学生能力的培养的确起到了重要作用。并且还可以提高办学实力和专业特色，使教学、试验更加透明和直接。
装置的自动检测和控制部分，基本参照仪表集散控制(DCS系统)要求进行设计具有参数检测控制精度高，计量准确，控制方案设计合理的特点，充分体现了该套设备的工艺特点和工艺要求。接有数字显示仪表，并将检测到的数据传送到计算机，计算机采用工控组态软件，构成显示和记录的平台，将现场上传来的数据进行实时动态显示、进行画面显示建立数据曲线、报警曲线、历史数据曲线等，并能长期保存实时数据和历史数据，为了保证工艺参数，该设计方案采用数显调节仪表进行调节控制，关键阀门采用电动调节阀进行自动调节，可以即完成手动控制也可以进行自动控制。
计算机控制系统在全玻精细化工柔性自动控制系统中起到很重要的作用，它能非常直观的把整个系统中所产生的所有数据汇总，列表，并能用曲线或图形表示出来，特别是该项目作为教学演示用，它可以把实验生产过程表现的更加明晰，直观，更能让学生很好的接受。
该计算机自动控制系统是采用研华813B全模拟量数据采集板卡采集实验生产数据，通过亚控组态王6.5对采集到数据进行组态，编辑。其中包括整个系统的概况图界主面，所有采集到的数据列表时实显示界面，所有需要的数据曲线绘制界面，所有需要报警的数据报警汇总，塔101的时实状态图界面，塔102的时实状态界面图，反应器的时实状态界面图等。
此外，还编写了“技能鉴定手册”，“操作工艺规程”并参照操作工艺规程编写实训教材，满足了教学要求和学生取得高级技能证书的需要。
学生可以以乙二醇-水溶液(或乙醇-水溶液)为原料进行精馏实训操作，以丙三醇，高碳醇为原料，进行护肤霜小批量生产实训操作，在这些实训中学生可以进行以下练习(1)按操作规程开停车。
(2)按操作规程运行并定时取样分析记录。
(3)老师设置数次异常现象，学生按操作规程处理完毕。
(4)仪表控制调节，设置多次手动，自动切换调节。
(5)温度、压力、液位指示各设置多次报警及解除训练。
同时要求学生做到(1)严格按照操作规程开停车及处理异常现象，及时取样分析。
(2)及时将数据进行画面显示和数据存储，并做出数据曲线打印。
(3)对精馏塔做物料衡算，对护肤霜生产进行物料衡算。
(4)对精馏塔冷凝器进行热量衡算。
(5)对实训装置尺寸进行测绘并画出设备总装图。
(6)画出精馏系统、釜式反应系统代控制点的工艺流程图(PI图)。
(7)画出精馏系统、釜式反应系统的平面布置图、立面图。
(8)画出精馏塔、釜式反应器的设备总装图。
这些实训的目的是使学生(1)了解精馏塔、各类反应器的结构、性能及特点。掌握精馏塔塔效率的测定方法。
(2)掌握精馏塔、各类反应器的基本操作方法，工艺条件和分析检测条件，正确分析各种操作因素，分析检测数据对精馏、对反应的影响。
(3)了解异常现象的处理及一般生产事故的调节处理方法。
(4)学会分析检测的一般方法。
(5)了解数显表进行本地显示、记录和报警并传到计算机中的基本原理。了解仪表集散控制(DCS系统)基本知识。
(6)练习化学工程制图基本功。
而且还要求学生达到“四懂三会六种能力”。
“四懂”懂原理、懂结构、懂性能，懂用途；“三会”会操作、会维护、会排除故障；“六种能力”思维能力、操作与作业能力、协调组织能力、处理事故能力、自我保护和消防救护能力。
培养了学生严谨求实的科学态度，使学生所学的理论知识得以巩固；动手能力得到培养，自身素质获得提高，操作技能掌握上更加系统和全面。
1工艺介绍该套装置主要包括三部分，即物料的精制过程、化学反应过程及产品的后处理过程，中间具有贮槽、计量槽、冷凝、真空、分析取样、温度控制等工位或操作点。系统概况如说明书附图
。
为涵盖的教学内容需要，安装两台精馏塔(板式精馏塔，填料精馏塔)，两台反应釜，三台冷凝器，两台加热器，两台循环加热槽，五台贮罐(包括两台高位计量槽，一台原料罐，一台回流罐，一台成品罐)，一台真空泵，一台进料泵，一台回流泵，一台循环泵。
(1)精馏塔精馏塔是进行精馏(蒸馏)操作的设备。其塔顶具有回流装置，以引回一部分冷凝液，使精馏连续进行。塔底有加热器，以提供热量和气相。精馏塔采用填料塔，板式塔两种结构。
(2)反应器化学反应过程的核心设备是反应器。反应器的型式多种多样，按不同的教学需要，可以采用连续反应或间歇式反应。本实训中心，安装有釜式反应器、流化床反应器、固定床反应器、管式反应器四类。
(3)冷凝器为塔顶冷凝器，目的是使汽化的物料产生回流。
(4)贮槽贮槽的目的是贮存原料、中间产品及成品。对反应物进行后处理等。
(5)高位计量槽作为贮槽，可以贮存两种不同的物料；作为加料装置，可以定量的把物料加入到反应器中；作为反应系统的一部分，可以实现反应器系统的半连续操作，或对反应物产料进行预处理混合、预乳化。
(6)分析取样为保证工艺的正常进行以及获得合格产品的需要，化工生产过程需要随机取样分析。
(7)电动搅拌在反应器中安装有电动搅拌器，其转速可以调节，搅拌桨叶可以更换。
(8)泵物料泵为上料泵，循环泵，回流泵，真空泵为整个系统抽真空。
(9)循环加热槽一台为热水循环加热槽，一台为导热油循环加热槽。
(10)电动调节阀为保证工艺参数，关键阀门采用电动调节阀进行自动调节。
2流程叙述精馏部分物料从原料罐经1号泵打出分为两路。
一路向板式精馏塔(T-101)灵敏点进料，进入塔釜，底部由再沸器加热，蒸汽上升至塔顶溢出，经塔顶外冷凝器(E-101)冷凝进入回流罐，回流液经3号泵分两路，一路的一部分打入塔顶进行回流，另一部分进入高位计量槽；另一路经气动阀调节进入成品罐，这样可以通过采出控制回流比。塔釜液位由电磁阀DCF-1控制。
物料的另一条向填料塔(T-102)塔釜进料，经塔顶内冷凝器冷凝进行内回流，出料进入板式精馏塔的回流罐。塔釜进行夹套加热，液位由电磁阀DCF-2控制。塔顶的冷凝器由气动阀调节冷凝水量。
反应部分由计量罐来的流体根据反应需要按一定比例进入反应器A(R-101)进行反应。由导热油循环加热槽而来的热油流经釜内的蛇管进行自身加热，反应一定程度后由反应器A(R-101)底部出料经物料循环泵打到冷凝器，进行釜外循环冷却控制反应温度。反应完全时按不同产品生产的不同要求，可直接出料或后处理或进入反应器B(R-102)继续深加工反应(脱色，综合等)。最终产品由反应器B(R-102)釜底采出。
3自动控制系统控制回路说明温度、压力和液位检测根据工艺的要求，对系统的温度、压力和液位进行检测。共有温度检测13个点，压力检测6个点，液位检测4个，三个流量(玻璃转子流量计)检测。
(1)温度检测现场采用PT100作为温度传感器，将PT100采集的温度信号传送到数显表，并上传到计算机中，用组态软件进行画面显示和监控。
(2)压力检测现场采用PMC800型压力变送器，然后传送给数显表，并上传到计算机中进行画面显示。
(3)液位检测现场采用ZH1151型模拟型差压变送器，采用差压测量方法，进行液位测量，然后传送到数显表，并上传到计算机进行画面显示。
试车调试进行冷试，热试，正常试车调试，均达到设计要求。
权利要求
1.全玻璃化工柔性工艺系统装置，并且已应用于教学，技术特性设计具有创新思想，为学生提供了解决和提高学生实践能力的教学平台。工艺合理，设备，仪表选型正确，符合安全规定。
2.贴近工业实际，各单元可拆装，自由组合，设备均为透明，工艺流程直观，可操作性强。
3.涵盖了涉及化工原理、工程分离、反应工程、化工过程控制等诸多方面教学内容，有利于培养学生创新思维、设计能力及动手操作能力。
4.可以促进化学工程与工艺学科中化工产品的技术开发、流体力学及传热技术、分离过程与控制技术、化学反应工程技术以及取样产品分析和过程仪表控制等课程的深化改革。
5.适应面广，自动化程度高，可以作为化工类、化工仪表类、环境工程类，生物化工类、生物制药类学生提供实习和实践教学的场所。
6，可以作为学生取得“职业技能鉴定证书”场所。
7.自行设计自行安装，具有投资少、功能全、适用面广等特点，属国内首创。要求保护全玻璃化工柔性工艺系统装置的设备加工技术及工艺技术，仪表控制技术。
全文摘要
该套装置属于化学工程与工艺学科中流体力学及传热技术、分离过程与控制技术、化学反应工程技术以及取样产品分析和过程仪表控制等领域。国内少数高校也有类似的装置，但均是从国外引进，价格昂贵，且功能单一。本装置是自行设计自行安装，与国外同类产品相比具有投资少、功能全、适用面广等特点，属国内首创。该套装置板式精馏塔，流化床反应器，固定床反应器是化学及石油化工工业重要的基本单元，自行设计自行安装，属国内首创。
文档编号G09B25/00GK1804947SQ200510014439
公开日2006年7月19日 申请日期2005年7月7日 优先权日2005年7月7日
发明者王艳国 申请人:王艳国