化工儀表及自動(dòng)化第11章

1、化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第十一章第十一章 典型化工單元的控制方案典型化工單元的控制方案 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案n離心泵的控制方案離心泵的控制方案n往復(fù)泵的控制方案往復(fù)泵的控制方案n壓氣機(jī)的控制方案壓氣機(jī)的控制方案n離心式壓縮機(jī)的防喘振控制離心式壓縮機(jī)的防喘振控制n 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制n兩側(cè)均無(wú)相變化的換熱器控制方案兩側(cè)均無(wú)相變化的換熱器控制方案n載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制n冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控

2、制n 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制n工藝要求工藝要求1化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n精餾塔的干擾因素精餾塔的干擾因素n精餾塔的控制方案精餾塔的控制方案n 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制n化學(xué)反應(yīng)器的控制要求化學(xué)反應(yīng)器的控制要求n釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制n固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制n流化床反應(yīng)器的自動(dòng)控制流化床反應(yīng)器的自動(dòng)控制n 升化過(guò)程的控制升化過(guò)程的控制n常用生化過(guò)程控制常用生化過(guò)程控制n青霉素發(fā)酵過(guò)程控制青霉素發(fā)酵過(guò)程控制n啤酒發(fā)酵過(guò)程控制啤酒發(fā)酵過(guò)程控制2化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送

3、設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案n 一、離心泵的控制方案一、離心泵的控制方案3 離心泵流量控制的目的是要將泵的排出流量恒定于某一給定的數(shù)值上。 當(dāng)干擾作用使被控變量（流量）發(fā)生變化偏離給定值時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)，閥門動(dòng)作，控制結(jié)果使流量回到給定值。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案4圖11-1 改變泵出口阻力控制流量圖11-2 泵的流量特性曲線與管路特性曲線 控制閥一般應(yīng)該安裝在泵的出口管線上，而不應(yīng)控制閥一般應(yīng)該安裝在泵的出口管線上，而不應(yīng)該安裝在泵的吸入管線上（特殊情況除外）。該安裝在泵的吸入管線上（特殊情況除外）。 化學(xué)工

4、業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案52.2.控制泵的轉(zhuǎn)速控制泵的轉(zhuǎn)速圖11-3 改變泵的轉(zhuǎn)速控制流量 圖11-3中曲線1、2、3表示轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3時(shí)的流量特性，且有n1n2n3。 該方案從能量消耗的角度來(lái)衡量最為經(jīng)濟(jì)，機(jī)械效率較高，但調(diào)速機(jī)構(gòu)一般較復(fù)雜，所以多用在蒸汽透平驅(qū)動(dòng)離心泵的場(chǎng)合，此時(shí)僅需控制蒸汽量即可控制轉(zhuǎn)速。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案6圖11-4 改變旁路閥控制流量 將泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改變旁路閥開(kāi)啟度的方法來(lái)控制泵的實(shí)際排出量。 控

5、制閥裝在旁路上，壓差大，流量小，因此控制閥的尺寸較小。 該方案不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榕月烽y消耗一部分高壓液體能量，使總的機(jī)械效率降低，故很少采用。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案n 二、往復(fù)泵的控制方案二、往復(fù)泵的控制方案7 往復(fù)泵往復(fù)泵多用于流量較小、壓頭要求較高的場(chǎng)合，它是利用活塞在汽缸中往復(fù)滑行來(lái)輸送流體的。 往復(fù)泵提供的理論流量可按下式計(jì)算 h/m603nFsQ 理（11-1）化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案8圖11-5 改變轉(zhuǎn)速的方案 該方案適用于以蒸汽機(jī)或汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)的

6、場(chǎng)合，此時(shí)，可借助于改變蒸汽流量的方法方便地控制轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制往復(fù)泵的出口流量。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案9圖11-6 改變旁路流量 該方案由于高壓流體的部分能量要白白消耗在旁路上，故經(jīng)濟(jì)性較差。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案10圖11-7 往復(fù)泵的特性曲線 計(jì)量泵常用改變沖程s來(lái)進(jìn)行流量控制。沖程s的調(diào)整可在停泵時(shí)進(jìn)行，也有可在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行的?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案n 三、壓氣機(jī)的控制方案三

7、、壓氣機(jī)的控制方案11 其作用原理不同可分為離心式和往復(fù)式兩大類； 按進(jìn)、出口壓力高低的差別，可分為真空泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等類型。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案12 對(duì)于低壓的離心式鼓風(fēng)機(jī)，一般可在其出口直接用控制閥控制流量。由于管徑較大，執(zhí)行器可采用蝶閥。其余情況下，為了防止出口壓力過(guò)高，通常在入口端控制流量。因?yàn)闅怏w的可壓縮性，所以這種方案對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)也是適用的。 為了減少阻力損失，對(duì)大型壓縮機(jī)，往往不用控制吸入閥的方法，而用調(diào)整導(dǎo)向葉片角度的方法。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流

8、體輸送設(shè)備的控制方案13圖11-8 分程控制方案圖11-9 分程閥的特性化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案14圖11-10 控制壓縮機(jī)旁路方案 對(duì)于壓縮比很高的多段壓縮機(jī)，從出口直接旁路回到入口是不適宜的。這樣控制閥前后壓差太大，功率損耗太大。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在中間某段安裝控制閥，使其回到入口端，用一只控制閥可滿足一定工作范圍的需要。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案15 壓氣機(jī)的流量控制可以通過(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到，這種方案效率最高，節(jié)能最好。 在于調(diào)速機(jī)構(gòu)一般比較

9、復(fù)雜，沒(méi)有前兩種方法簡(jiǎn)便。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案n 四、離心式壓縮機(jī)的防喘振控制四、離心式壓縮機(jī)的防喘振控制16圖11-11 離心式壓縮機(jī)特性曲線圖11-12 喘振現(xiàn)象示意圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案17是出現(xiàn)壓縮機(jī)工作點(diǎn)這種反復(fù)迅速突變這一現(xiàn)象時(shí)，由于氣體由壓縮機(jī)忽進(jìn)忽出，使轉(zhuǎn)子受到交變負(fù)荷，機(jī)身發(fā)生振動(dòng)并波及到相連的管線，表現(xiàn)在流量計(jì)和壓力表的指針大幅度擺動(dòng)。 喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性。負(fù)荷減小是離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的主要原因；此外，被輸送氣體的吸入

10、狀態(tài)，也是使壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的因素。一般講，吸入氣體的溫度或壓力越低，壓縮機(jī)越容易進(jìn)入喘振區(qū)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案（1 1）固定極限流量法）固定極限流量法 對(duì)于工作在一定轉(zhuǎn)速下的離心式壓縮機(jī)，都有一個(gè)進(jìn)入喘振區(qū)的極限流量QB，為了安全起見(jiàn)，規(guī)定一個(gè)壓縮機(jī)吸入流量的最小值QP，且有QPQB。 圖11-13 防喘振旁路控制18化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案圖11-14 防喘振曲線 圖11-14上的喘振極限線是對(duì)應(yīng)于不同轉(zhuǎn)速時(shí)的壓縮機(jī)特性曲線的最高點(diǎn)的連線。只要壓縮機(jī)

11、的工作點(diǎn)在喘振極限線的右側(cè)，就可以避免喘振發(fā)生。 19化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案12112TbQapp12112TbQapp安全操作線近似為拋物線，其方程可用下列近似公式表示 （11-2）在時(shí)，工況是安全的。經(jīng)過(guò)換算，上述不等式可寫(xiě)成如下形式1221appbkrp20（11-3）化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制方案流體輸送設(shè)備的控制方案21圖11-15 變極限流量防喘振控制方案 該方案控制器FC的給定值是經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到的，因此能根據(jù)壓縮機(jī)負(fù)荷變化的情況隨時(shí)調(diào)整入口流量的給定值，而且由于這種方案將運(yùn)

12、算部分放在閉合回路之外，因此可像單回路流量控制系統(tǒng)那樣整定控制器參數(shù)?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制n 一、兩側(cè)均無(wú)相變化的換熱器控制方案一、兩側(cè)均無(wú)相變化的換熱器控制方案22圖11-16 改變載熱體流量控制溫度 圖11-16表示利用控制載熱體流量來(lái)穩(wěn)定被加熱介質(zhì)出口溫度的控制方案。采用傳熱基本方程式的工作原理。 若不考慮傳熱過(guò)程中的熱損失12222111ttcGTTcGQ化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制mtKFQmtKFttcG122223傳熱過(guò)程中傳熱的速率可按下式計(jì)算1222tcGt

13、KFtm整理后，得移項(xiàng)后改寫(xiě)為化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制24圖11-17 換熱器串級(jí)控制系統(tǒng) 如果載熱體本身壓力不穩(wěn)定，可另設(shè)穩(wěn)壓系統(tǒng)，或者采用以溫度為主變量、流量為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制25圖11-18 用載熱體旁路控制溫度 采用三通控制閥來(lái)改變進(jìn)入換熱器的載流體流量與旁路流量的比例，可以改變進(jìn)入換熱器的載熱體流量，還可以保證載熱體總流量不受影響。 旁路的流量一般不用直通閥來(lái)直接進(jìn)行控制，因?yàn)樵趽Q熱器內(nèi)部流體阻力小的時(shí)候，控制閥前后壓降很小，這樣就使

14、控制閥的口徑要選得很大，而且閥的流量特性易發(fā)生畸變。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制26圖11-19 用介質(zhì)自身流量控制溫度化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制27圖11-20 用介質(zhì)旁路控制溫度 當(dāng)被加熱流體的總流量不允許控制，而且換熱器的傳熱面積有余量時(shí)，可將一小部分被加熱流體由旁路直接流到出口處，使冷熱物料混合來(lái)控制溫度。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制n 二、載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制二、載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制21211

15、GttcGQ28 在蒸汽加熱器中，蒸汽冷凝由汽相變液相，放熱，通過(guò)管壁加熱工藝介質(zhì)。如果要加熱到200以上或30以下時(shí)，常采用一些有機(jī)化工物作為載熱體。 這種傳熱過(guò)程分兩段進(jìn)行，先冷凝后降溫。 當(dāng)僅考慮汽化潛熱時(shí)，熱量平衡方程式為 傳熱速率方程式仍為mtKFGQ2化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制29 當(dāng)被加熱介質(zhì)的出口溫度t2為被控變量時(shí)，常采用下述兩種控制方案。圖11-21 用蒸汽流量控制溫度 通過(guò)改變加熱蒸汽量來(lái)穩(wěn)定被加熱介質(zhì)的出口溫度。當(dāng)閥前蒸汽壓力有波動(dòng)時(shí)，可對(duì)蒸汽總管加設(shè)壓力定值控制，或者采用溫度與蒸汽流量（或壓力）的串級(jí)控制。 化

16、學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制30圖11-22 用凝液排出量控制溫度圖11-23 溫度-液位串級(jí)控制系統(tǒng)圖11-24 溫度-流量串級(jí)控制系統(tǒng)化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制31控制蒸汽流量法 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短、控制迅速。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需選用較大的蒸汽閥門、傳熱量變化比較劇烈，有時(shí)凝液冷到100以下，這時(shí)加熱器內(nèi)蒸汽一側(cè)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，造成冷凝液的排放不連續(xù)，影響均勻傳熱。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制32控制換熱器的有效換

17、熱面積法缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：控制通道長(zhǎng)、變化遲緩，且需要有較大的傳熱面積裕量。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：防止局部過(guò)熱，對(duì)一些過(guò)熱后會(huì)引起化學(xué)變化的過(guò)敏性介質(zhì)比較適用。另外，由于蒸汽冷凝后凝液的體積比蒸汽體積小得多，所以可以選用尺寸較小的控制閥門。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制n 三、冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制三、冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制33圖11-25 用冷卻劑流量控制溫度 該方案不以液位為被控變量，但液位不能過(guò)高，過(guò)高會(huì)造成蒸發(fā)空間不足，使出去的氨氣中夾帶大量液氨，引起氨壓縮機(jī)的操作事故。 這種控制方案帶有上限液位報(bào)警，或采用溫度-液位自動(dòng)選擇性控

18、制，當(dāng)液位高于某上限值時(shí)，自動(dòng)把液氨閥關(guān)小或暫時(shí)切斷?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制34圖11-26 溫度-液位串級(jí)控制 該方案的實(shí)質(zhì)是改變傳熱面積。但采用了串級(jí)控制，將液氨壓力變化而引起液位變化的這一主要干擾包含在副環(huán)內(nèi)，從而提高了控制質(zhì)量。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制35圖11-27 用汽化壓力控制溫度 基于當(dāng)控制閥的開(kāi)度變化時(shí)，會(huì)引起氨冷器內(nèi)汽化壓力改變，于是相應(yīng)的汽化溫度也就改變了。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制36 這

19、種方案控制作用迅速，只要汽化壓力稍有變化，就能很快影響汽化溫度，達(dá)到控制工藝介質(zhì)出口溫度的目的。但是由于控制閥安裝在氣氨出口管道上，故要求氨冷器要耐壓，并且當(dāng)氣氨壓力由于整個(gè)制冷系統(tǒng)的統(tǒng)一要求不能隨意加以控制時(shí)，這個(gè)方案就不能采用了。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制n 一、工藝要求一、工藝要求37 對(duì)于一個(gè)正常操作的精餾塔，一般應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個(gè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度要求，另一個(gè)產(chǎn)品的成分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)當(dāng)取塔頂或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量作被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)。 質(zhì)量控制系統(tǒng)需要能測(cè)出產(chǎn)品成分的分析儀表。 化學(xué)工

20、業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制38 為了保證塔的平穩(wěn)操作，必須把進(jìn)塔之前的主要可控干擾盡可能預(yù)先克服，同時(shí)盡可能緩和一些不可控的主要干擾。 為了維持塔的物料平衡，必須控制塔頂餾出液和釜底采出量，使其之和等于進(jìn)料量，而且兩個(gè)采出量變化要緩慢，以保證塔的平穩(wěn)操作。 塔內(nèi)的持液量應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。控制塔內(nèi)壓力穩(wěn)定，對(duì)塔的平穩(wěn)操作是十分必要的。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制39 為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值為約束條件。化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)

21、控制40 在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。 其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，應(yīng)在控制過(guò)程中使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制n 二、精餾塔的干擾因素二、精餾塔的干擾因素41圖11-28 精餾塔的物料流程圖1.進(jìn)料流量F的波動(dòng)（）2.進(jìn)料成分ZF的變化（）3.進(jìn)料溫度TF及進(jìn)料熱焓QF的變化4.再沸器加熱劑（如蒸汽）加入熱量的變化5.冷卻劑在冷凝器內(nèi)除去熱量的變化6.環(huán)境溫度的變化 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自

22、動(dòng)控制n 三、精餾塔的控制方案三、精餾塔的控制方案42圖11-29 提餾段溫控的控制方案示意圖 如果采用以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為提餾段溫控提餾段溫控?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制43（1）采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，因此它能較直接地反映提餾段產(chǎn)品情況。將提餾段溫度恒定后，就能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定值。（2）當(dāng)干擾首先進(jìn)入提餾段時(shí)，用提餾段溫控就比較及時(shí)，動(dòng)態(tài)過(guò)程也比較快。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制44 如果采用以精餾

23、段溫度作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為精餾段溫控精餾段溫控。 圖11-30 精餾段溫控的控制方案示意圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制45 采用了精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，因此它能較直接地反映精餾段的產(chǎn)品情況。當(dāng)塔頂產(chǎn)品純度要求比塔底嚴(yán)格時(shí)，一般宜采用精餾段溫控方案。 如果干擾首先進(jìn)入精餾段，采用精餾段溫控就比較及時(shí)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制46 在采用精餾段溫控或提餾段溫控時(shí)，當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時(shí)，由于塔頂或塔底的溫度變化很小，對(duì)測(cè)溫儀表的靈敏度和控制

24、精度都提出了很高的要求，但實(shí)際上卻很難滿足。解決這一問(wèn)題的方法，是將測(cè)溫元件安裝在塔頂以下或塔底以上幾塊塔板的靈敏板上，以靈敏板的溫度作為被控變量。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制47 采用溫差作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接變量，是為了消除塔壓波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 圖11-31 T-x曲線化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制48圖11-32 雙溫差控制方案 雙溫差控制就是分別在精餾段及提餾段上選取溫差信號(hào)，然后將兩個(gè)溫差信號(hào)相減，作為控制器的測(cè)量信號(hào)（即控制系統(tǒng)的被控變量）。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社

25、n 第三節(jié)第三節(jié) 精餾塔的自動(dòng)控制精餾塔的自動(dòng)控制49 能利用成分分析器，例如紅外分析器、色譜儀、密度計(jì)、干點(diǎn)和閃點(diǎn)以及初餾點(diǎn)分析器等，分析出塔頂（或塔底）的產(chǎn)品成分并作為被控變量，用回流量（或再沸器加熱量）作為控制手段組成成分控制系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)按產(chǎn)品成分的直接指標(biāo)控制?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制n 一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求50 化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)一般指反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的規(guī)定濃度。如聚合釜出口溫差控制與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為Hxgcyiio化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

26、化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制51 以溫度、壓力等工藝變量作為間接控制指標(biāo)，有時(shí)并不能保證質(zhì)量穩(wěn)定。 當(dāng)有干擾作用時(shí)，轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)生成物組分等仍會(huì)受到影響。 特別是在有些反應(yīng)中，溫度、壓力等工藝變量與生成物組分間不完全是單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就需要不斷地根據(jù)工況變化去改變溫度控制系統(tǒng)的給定值。 在有催化劑的反應(yīng)器中，由于催化劑的活性變化，溫度給定值也要隨之改變。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制52 為使反應(yīng)正常，轉(zhuǎn)化率高，要求維持進(jìn)入反應(yīng)器的各種物料量恒定，配比符合要求。 對(duì)于反應(yīng)器，要防止工藝變量進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或不正常工況，應(yīng)當(dāng)配備一些報(bào)警、聯(lián)鎖裝置或

27、設(shè)置取代控制系統(tǒng)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制n 二、釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制二、釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制53圖11-33 改變進(jìn)料溫度控制釜溫化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制54 由于大多數(shù)反應(yīng)釜均有傳熱面，引入或移去反應(yīng)熱，所以用改變引入傳熱量多少的方法就能實(shí)現(xiàn)溫度控制。 圖11-34 改變加熱劑或冷卻劑流量控制釜溫化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制55為了針對(duì)反應(yīng)釜滯后較大的特點(diǎn)，可采用串級(jí)控制方案。圖11-35 釜溫

28、與冷劑流量串級(jí)控制示意圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制56圖11-36 釜溫與夾套溫度串級(jí)控制示意圖圖11-37 釜溫與釜壓串級(jí)控制系統(tǒng)示意圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制n 三、固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制三、固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制57 固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器是指催化劑床層固定于設(shè)備中不動(dòng)的反應(yīng)器，流體原料在催化劑作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以生成所需反應(yīng)物。 改變進(jìn)料濃度 改變進(jìn)料溫度 改變段間進(jìn)入的冷氣量 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自

29、動(dòng)控制58圖11-38 改變進(jìn)料濃度控制反應(yīng)器溫度圖11-39 用載熱體流量控制溫度化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制59圖11-40 用旁路控制溫度圖11-41 用改變段間冷氣量控制溫度圖11-42 用改變段間蒸汽量控制溫度化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制n 四、流化床反應(yīng)器的自動(dòng)控制四、流化床反應(yīng)器的自動(dòng)控制60圖11-43 流化床反應(yīng)器原理示意圖圖11-44 改變?nèi)肟跍囟瓤刂品磻?yīng)器溫度化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制61圖11-45 改變冷劑流量控制溫度圖11-46 流化床差壓指示系統(tǒng)化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 生化過(guò)程的控制生化過(guò)程的控制n 一、常用生化過(guò)程控制一、常用生化過(guò)程控制62 一般發(fā)酵過(guò)程均為放熱過(guò)程，溫度多數(shù)要求控制在3050（0.5）。過(guò)程操縱變量為冷卻水量，一般不需加熱（特別寒冷地區(qū)除外）。 圖11-47 發(fā)酵罐溫度控制化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 生化過(guò)程的控制生化過(guò)程的控制63圖11-48 發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓（或流通氣量）控制化學(xué)