硝酸生产中氧化炉温度控制系统设计.doc

课程设计（论文）任务及评语 　　　　　　　　　　　 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论 文）题 目 硝酸生产中氧化炉温度控制系统的设计 课程设计（论文）任务 氧化炉是硝酸生产中的关键设备，氨气与空气混合后进入炉内，在铂触媒作用下进行氧化反应氨气氧化生成一氧化氮是一种放热反应过程，工艺要求反应温度为850±5℃。影响温度的主要因素是氨气和空气的比值。当温度受扰动而变化时，均以改变氨量来补偿。试设计硝酸生产中氧化炉温度控制系统。 1.技术要求: 测量范围：0～1000℃ 控制温度：850±5℃ 最大偏差：10℃； 2.说明书要求: 确定控制方案并绘制原理结构图、方框图； 选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号； 确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式； 若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及程序流程图； 编写设计说明书。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 目 录 第1章 绪论 1 第2章 方案论证 1 2.1 方案选择和论证 1 2.2 总体方案论证 1 第3章 控制系统组成及器件选择 3 3.1 被控参数的选择 3 3.2 传感器、变送器选择 3 3.3 执行器的选择 3 3.4 控制器的选择 4 第4章 总 结 6 参考文献 6 第1章 绪论 在硝酸铵生产过程中，氨氧化炉是关键设备。其工艺流程：氨气和空气混合气体进入氧化炉，在铂金触煤的作用下进行氧化反应，生成所需要的一氧化氮，这是一个多种参数相互制约的复杂过程，工艺控制指标的好坏关系到生产能否稳定运行，生产效益以及设备安全问题。 ?氨氧化法制硝酸是硝酸生产中比较普遍的方法，氨气和空气混合气体经静化后，进入氧化炉，在铂金网的作用下，在绝压0．45 MPa，温度850℃的条件下，将氨氧化成一氧化氮气体，影响氧化反应过程的因素有氨的体积分数，压力，氧化率，反应温度，混合气流量，铂网活性等，氧化率是氧化反应的指标，但目前没有有效的检测手段。在一定条件下，氧化率正比于反应温度，而氨气是氧化反应的主要成分，反应的温度取决于气体中氨的体积分数，而氨的体积分数又无法测量，只有氧化炉温度能间接反应出氧化率。为了获得更高的氧化率，氧化炉温度与氨的体积分数均控制在极值，而炉温超到1100℃会烧毁价值昂贵的铂金网，氨的体积分数超过14％会引起恶性爆炸事故毁坏生产设备，必需加设联锁保护系统，氧化炉温度及氨空比是最关键的控制参数，对仪表精度要求极高。因此氨氧化反应对氧化炉内的氨空流量比和炉温的要求非常严格，所以，氨空比与炉温的实时检测与稳定控制是氧化炉控制的关键。 第2章 方案论证 2.1 方案选择和论证 方案一：以炉温为主调参数，氨流量为副调参数，构成串级控制系统。但是此种设计调品质不好，偏差太大，原因是空气控制是开环的，当干扰出现时，由于对象通道太长检测滞后，而不能克服，因此不予采用。 方案二：以炉温为主调节回路，氨空比值为副调节回路，构成变比值控制系统。串级比值调节回路中，当出现直接引起氨气，空气流量变化的干扰时，通过比值系统，可以得到及时克服，以保持炉温不变，对于其他干扰如氨气、温度压力变化，触媒活性变化等引起的炉温变化，可通过主调节器对氨空比值进行修正，以保证炉温恒定。串级比值调节系统，快速而有效地克服各种干扰，可使温度控制精度达到恒定。故采用此种方案。 2.2 总体方案论证 氧化炉中部温度与氨的转化率有一定的对应关系, 选择氧化炉温度作为主控参数的间接指标既经济又合理。氧化炉温度取决于氨空比、混合器中的混合气预热温度、氨的氧化率、负荷等等。显然, 氨空比是控制氧化炉温度的决定性因素。氨空比受气氨、空气的工作压力、温度与含湿量的影响, 根据这些环境因素应进行气氨—空气分子数的动态修正。而保持氧化炉温度的平稳与随氧化炉温度的变化而改变氨空比为最佳变比值。 控制系统结构图如图2.1 所示。 图2.1 控制系统结构图