工業(yè)儀表及自動(dòng)化控制 典型化工單元的控制方案 課件

工業(yè)儀表及自動(dòng)化控制模塊三典型化工單元的控制方案課程目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)1.能正確精餾塔控制的工藝要求2.能分析精餾塔的干擾因素3.能分析精餾塔的控制方案4.能分析生化反應(yīng)器的控制要求01知識(shí)目標(biāo)021.掌握精餾塔的提餾段控溫方案2.掌握精餾段控溫方案3.掌握釜式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器的控制方案精餾塔的自動(dòng)控制化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制目錄升化過(guò)程的控制精餾塔的自動(dòng)控制01精餾塔的自動(dòng)控制

概述精餾過(guò)程是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同將各組分進(jìn)行分離，并達(dá)到規(guī)定純度要求。精餾塔是精餾過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，被控變量多，操控變量多，所以控制方案繁多。

精餾塔的自動(dòng)控制

一、工藝要求1.保證質(zhì)量指標(biāo)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(chēng)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。2.保證平穩(wěn)操作為了保證塔的平穩(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)?？刂扑?nèi)壓力穩(wěn)定，對(duì)塔的平穩(wěn)操作是十分必要的。重點(diǎn)精餾塔的自動(dòng)控制

一、工藝要求3.約束條件

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。4.節(jié)能要求和經(jīng)濟(jì)性

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。精餾塔的自動(dòng)控制

二、精餾塔的干擾因素1.進(jìn)料流量F的波動(dòng)（＊）上工序設(shè)置液位均勻控制出料2.進(jìn)料成分ZF的變化（＊）不可控干擾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)境溫度的變化圖

精餾塔的物料流程圖精餾塔的自動(dòng)控制

三、精餾塔的控制方案1.精餾塔的提餾段溫控

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(chēng)為提餾段溫控。提餾段溫控的主要特點(diǎn)與使用場(chǎng)合（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。圖

提餾段溫控的控制方案示意圖難點(diǎn)精餾塔的自動(dòng)控制

三、精餾塔的控制方案2.精餾塔的精餾段溫控

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(chēng)為精餾段溫控精餾段溫控的主要特點(diǎn)與使用場(chǎng)合（1）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。（2）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)。圖

精餾段溫控的控制方案示意圖精餾塔的自動(dòng)控制

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精度都提出了很高的要求，但實(shí)際上卻很難滿(mǎn)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。精餾塔的自動(dòng)控制

三、精餾塔的控制方案3.精餾塔的溫差控制及雙溫差控制

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。溫差與產(chǎn)品純度之間并非單值關(guān)系。

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）。圖

雙溫差控制方案精餾塔的自動(dòng)控制

三、精餾塔的控制方案4.按產(chǎn)品成分或物性的直接控制方案能利用成分分析器，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)反應(yīng)器的自動(dòng)控制02化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求1.質(zhì)量指標(biāo)

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?；瘜W(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求2.物料平衡

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。3.約束條件

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)鎖裝置或設(shè)置取代控制系統(tǒng)。化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

二、釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制1.控制進(jìn)料溫度2.改變傳熱量由于大多數(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

改變進(jìn)料溫度控制釜溫圖

改變加熱劑或冷卻劑流量控制釜溫化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

二、釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制3.串級(jí)控制為了針對(duì)反應(yīng)釜滯后較大的特點(diǎn)，可采用串級(jí)控制方案。圖

釜溫與冷劑流量串級(jí)控制示意圖圖

釜溫與夾套溫度串級(jí)控制示意圖圖

釜溫與釜壓串級(jí)控制系統(tǒng)示意圖化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

三、固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制

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。常見(jiàn)的溫度控制方案有：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)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

三、固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制圖

改變進(jìn)料濃度控制反應(yīng)器溫度圖

用載熱體流量控制溫度化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

三、固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制圖

用旁路控制溫度圖用改變段間冷氣量控制溫度圖

用改變段間蒸汽量控制溫度化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制

四、流化床反應(yīng)器的自動(dòng)控制圖

流化床反應(yīng)器原理示意圖圖

改變?nèi)肟跍囟瓤刂品磻?yīng)器溫度圖

改變冷劑流量控制溫度圖

流化床差壓指示系統(tǒng)生化過(guò)程的控制03生化過(guò)程的控制

一、常用生化過(guò)程控制1.發(fā)酵罐溫度控制一般發(fā)酵過(guò)程均為放熱過(guò)程，溫度多數(shù)要求控制在30～50℃（±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）。2.通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制圖

發(fā)酵罐溫度控制圖

發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓（或流通氣量）控制生化過(guò)程的控制

一、常用生化過(guò)程控制3.溶氧濃度控制

在發(fā)酵過(guò)程中必須控制溶解氧濃度，使其在發(fā)酵過(guò)程的不同階段都略高于臨界值，這樣既不影響菌體的正常代謝，又不致為維持過(guò)高的溶氧水平而大量消耗動(dòng)力。培養(yǎng)液的溶解氧水平其實(shí)質(zhì)為供氧和需氧矛盾的結(jié)果。最常用的溶氧濃度控制方案：

改變攪拌速率；改變通氣速率。圖

改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧串級(jí)控制系統(tǒng)生化過(guò)程的控制

一、常用生化過(guò)程控制4.pH值控制

在發(fā)酵過(guò)程中為控制pH值而加入的酸堿性物料，往往就是工藝要求所需的補(bǔ)料基質(zhì)，所以在pH控制系統(tǒng)中還須對(duì)所加酸堿物料進(jìn)行計(jì)量，以便進(jìn)行有關(guān)離線(xiàn)參數(shù)的計(jì)算。圖

連續(xù)流加pH控制圖

脈沖式流加pH控制生化過(guò)程的控制

一、常用生化過(guò)程控制5.自動(dòng)消泡控制當(dāng)電極檢測(cè)到泡沫信號(hào)后，控制器便周期性地加入消泡劑，直至泡沫消失。

圖

消泡控制生化過(guò)程的控制

二、青霉素發(fā)酵過(guò)程控制青霉素發(fā)酵過(guò)程中直接檢測(cè)的變量有：溫度、pH值、溶解氧、通氣流量、轉(zhuǎn)速、罐壓、溶解CO2、發(fā)酵液體積、排氣CO2、排氣O2等。離線(xiàn)檢測(cè)的參數(shù)有：菌體量、殘?zhí)橇?、含氮量、前體濃度和產(chǎn)物濃度等。相關(guān)性包括兩個(gè)方面：理化相關(guān)和生物相關(guān)。生化過(guò)程的控制

三、啤酒發(fā)酵過(guò)程控制