第九讲无水氯化镁生产过程的控制系统设计
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1、 孟范伟2015年04月09日镁镁镁是最轻的结构金属材料镁是最轻的结构金属材料具有具有高比强度高比强度、高比刚度高比刚度、高阻尼减振性以及良好电磁屏蔽等多项优异性能、高阻尼减振性以及良好电磁屏蔽等多项优异性能广泛应用于航空航天、汽车等交通工具以及电子通信领域广泛应用于航空航天、汽车等交通工具以及电子通信领域 具有比较强的还原性，具有比较强的还原性，能与沸水反应放出氢气能与沸水反应放出氢气，极易溶解于有机和无机酸，极易溶解于有机和无机酸中，中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合镁能直接与氮、硫和卤素等化合。但和卤代烃在无水的条件下反应却。但和卤代烃在无水的条件下反应却较为剧烈，镁能和二氧化碳发生较为剧
2、烈，镁能和二氧化碳发生燃烧反应燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和火器灭火。镁由于能和N和和O反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。化学性质化学性质氯化镁：工业上用于生产镁的原料氯化镁：
3、工业上用于生产镁的原料常态下存在形式：常态下存在形式：MgCl2 6H2O，俗称水氯镁石。易溶于水和酒精，俗称水氯镁石。易溶于水和酒精MgCl2MgCl2 6H2O脱脱4分子水，生成低水合氯化镁分子水，生成低水合氯化镁简单加热简单加热直接加热直接加热水解副反应水解副反应MgO一、工艺流程一、工艺流程反应结晶偶和脱水反应结晶偶和脱水工艺流程简图工艺流程简图吸吸收收塔塔LS离心机离心机精精溜溜塔塔煅烧炉煅烧炉固体去除固体去除LS溶解槽溶解槽水氯镁石水氯镁石结结晶晶器器产品产品液氨液氨滤液滤液水及杂质水及杂质溶溶剂剂溶溶剂剂洗涤液洗涤液氮气与氨气氮气与氨气氮气氮气P102P106冷却水冷却水P114
4、蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽调节阀调节阀无水氯化镁工艺流程（反应结晶偶和脱水）无水氯化镁工艺流程（反应结晶偶和脱水）低碳混合醇低碳混合醇40度下度下反应结晶反应结晶有机溶剂有机溶剂离心分离得离心分离得MgCl2 6NH3压力控制压力控制温度控制温度控制压力控制压力控制逻辑控制系统逻辑控制系统：根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通或者断：根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通或者断开电路，断续地或者连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电开电路，断续地或者连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控制电路。对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控
5、制电路。过程控制系统过程控制系统：是以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保：是以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。通过对过程参数的控制，可使生产过程持在给定范围内的自动控制系统。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。数字控制系统数字控制系统：简称数控系统，根据计算机存储器中存储的控制程序，执：简称数控系统，根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系
6、统。机系统。电梯控制系统设计成败的关键电梯控制系统设计成败的关键-系统总体控制方案系统总体控制方案系统充分调研基础之上进行的系统充分调研基础之上进行的控控制制要要求求技技术术指指标标现现场场调调研研理论与数据支持理论与数据支持二、控制要求二、控制要求系统方案的选择是在对系统充分调研的基础上进行的。系统方案的选择是在对系统充分调研的基础上进行的。调研内容：调研内容：（1）用户对系统的功能要求，常说的工艺要求？）用户对系统的功能要求，常说的工艺要求？（2）系统技术指标要求？）系统技术指标要求？（3）系统应用的现场信息：工业现场分布情况、控制方式）系统应用的现场信息：工业现场分布情况、控制方式（4）
7、现场环境：电磁干扰、温度、安装空间等）现场环境：电磁干扰、温度、安装空间等正常工业控制系统参考（正常工业控制系统参考（1）（）（2）（）（3）三个方面来确定系）三个方面来确定系统的功能，如统的功能，如（1）系统能实现工艺所要求的控制功能；（系统能实现工艺所要求的控制功能；（2）系统主要）系统主要设备能通过网络远程监控；（设备能通过网络远程监控；（3）故障警报功能；（）故障警报功能；（4）数）数据处理、报表打印功能等。据处理、报表打印功能等。无水氯化镁有三点特殊要求：无水氯化镁有三点特殊要求：（1）指定区域内的控制设备必须具有防爆特性）指定区域内的控制设备必须具有防爆特性；为什么？；为什么？（2
8、）对温度、流量、液位等过程量要求很高的控制精度；）对温度、流量、液位等过程量要求很高的控制精度；（3）现场环境对设备和系统的可靠性提出了严格要求。）现场环境对设备和系统的可靠性提出了严格要求。根据生产过程的原理，选择根据生产过程的原理，选择控制参数控制参数：控制控制P102和和P106两个泵的转速来控制结晶器两个液体流量，两个泵的转速来控制结晶器两个液体流量，P114控制冷水流速，实现温度控制控制冷水流速，实现温度控制吸收塔和精馏塔蒸汽阀的开启度控制压力吸收塔和精馏塔蒸汽阀的开启度控制压力一、系统设计流程：图一、系统设计流程：图4.2系统调研与分析系统总体控制方案设计系统可靠性设计与可行性分析
9、系统硬件设计控制柜设计PLC程序设计现场施工系统安装、调试交付使用二、控制方案设计：遵循的原则二、控制方案设计：遵循的原则满足要求、安全可靠、经济适用、适应发展满足要求、安全可靠、经济适用、适应发展三、系统可靠性设计三、系统可靠性设计冗余技术：两个冗余技术：两个CPUControlLogix平台：生产者平台：生产者/消费者消费者 模式模式本安防爆：原理、措施有三个本安防爆：原理、措施有三个良好的电源设计良好的电源设计变频器的用处：抑制浪涌电压和高次谐波电流变频器的用处：抑制浪涌电压和高次谐波电流输入输出抗扰：数字信号用硬件光电隔离，模拟信号用软件滤波输入输出抗扰：数字信号用硬件光电隔离，模拟信
10、号用软件滤波电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。一、硬件设计一、硬件设计BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危险危险区域区域安全安全区域区域上位机上位机CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模块模块1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPower
11、Monitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危险区域危险区域安全区域安全区域防爆电机防爆电机普通电机普通电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机带有双带有双CPU的的ControlLogix框架框架上位机上位机防爆系统防爆系统冗余系统冗余系统Rsview32监控系统监控系统E34传动系统传动系统ControlLogix平台采用了平台采用了生产者生产者/消费者消费者通信模式通信模式类似与点对点传送，又略有不同，一个生产者可类似与点对点传送，又略有不同，一个生产者可以对应以对应N个消费者，但是一个消费者只能对应一个个消费者，但是一个消费者只能对应一个生产者，每
