讲新课 课程名称 过程控制工程 课 型 (传热设备的类型、控 制要求) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 16.传热设备的控制 161述 教学内容 16.11传热设备的类型 16.12传热设备的控制要求 通过本节课的学习，使同学了解传热设备的类型及其控制要求。 教学目的 教学重点 了解传热设备的类型及其控制要求 难点：了解传热设备的类型及其控制要求 教学难点 策略： 及相应的 通过教师分析讲解了解传热设备的类型及其控制要求 教学策略 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （传热设备的类型、控 制要求） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 16. 传热设备的控制 16.1 概述 16.1.1 传热设备的类型 16.1.2 传热设备的控制要求 教学目的 通过本节课的学习，使同学了解传热设备的类型及其控制要求。 教学重点 了解传热设备的类型及其控制要求 教学难点 及相应的 教学策略 难点：了解传热设备的类型及其控制要求 策略： 通过教师分析讲解了解传热设备的类型及其控制要求 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
教学过程 教学方法， 分配 手段 概述 16.传热设备的控制 16.1概述 探究式 定义：对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备 传热过程是工业生产过程中重要的组成部分。保证工艺过程的正常、安全运行 讲授法 必须对传热设备进行有效的控制。 16.1.1传热设备的类型 传热方式：热传导、对流、热辐射 物流接触关系：直接接触式、间壁式、蓄热式 热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换 结构形式 列管式 蛇管式、 夹套式 套管式 对图17-1中前四类传热设备以对流传热为主要传热方式，有时把它们统称为 般传热设备 特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等。 液体1进口 液体2出口 探究式 讲授法 列答 的类型 液体2入口 1) 液体1出口 Ca) 皆式焕热器 蛇管 多媒体 演示法 容器 0▣ (b) 蛇管式换热器 -1-
- 1 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 概 述 5 分 钟 16. 传热设备的控制 16.1 概述 定义：对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备 传热过程是工业生产过程中重要的组成部分。保证工艺过程的正常、安全运行， 必须对传热设备进行有效的控制。 探究式 讲授法 传 热 设 备 的 类 型 （1） 18 分 钟 16.1.1 传热设备的类型 传热方式：热传导、对流、热辐射 物流接触关系：直接接触式、间壁式、蓄热式 热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换 结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式 对图 17-1 中前四类传热设备以对流传热为主要传热方式，有时把它们统称为一 般传热设备 特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等。 探究式 讲授法 多媒体 演示法
冷液进口 蒸汽 不凝性气体 设备的类型 排出口 冷液出口 容器 板书、 夹套 互动法 冷凝水 (c)夹套式换热器 钟 热流体入口 冷流体入口 冷流体出口 传 热流体出口 备的 (d)套管式换热器 16.1.2传热设备的控制要求 在石油、化工等工业过程中，进行传热的目的主要有下列三种 控制要求： (1)使工艺介质达到规定的温度。对工艺介质进行加热或冷却，有时在工艺过 程中进行加入或除去热量，使工艺过程在规定的温度范围内进行 (2)使工艺介质发生相变。根据工艺过程的需要，有时加热使工艺介质汽化， 也有冷凝除热，使气相物料液化 (3)热量回收 根据传热设备的传热目的，传热设备的控制主要是热量平衡的控制，取温度 作为被控变量。以及一些保护性控制
- 2 - 传 热 设 备 的 类 型 （2） 15 分 钟 传 热 设 备 的 控 制 要 求 10 分 钟 16.1.2 传热设备的控制要求 在石油、化工等工业过程中，进行传热的目的主要有下列三种. 控制要求： （1）使工艺介质达到规定的温度。对工艺介质进行加热或冷却，有时在工艺过 程中进行加入或除去热量，使工艺过程在规定的温度范围内进行 （2）使工艺介质发生相变。根据工艺过程的需要，有时加热使工艺介质汽化， 也有冷凝除热，使气相物料液化 （3）热量回收 根据传热设备的传热目的，传热设备的控制主要是热量平衡的控制，取温度 作为被控变量。以及一些保护性控制 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
小结 1总结本次课所讲的主要内容。 2布置课后练习及下节课预习任务 探究式 讲授法 钟 课后练习： 顶习： 课程名称 过程控制工程 讲新课 乐 我 (换热器的控制、蒸汽 加热器的控制) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 16.2 般传热设备的控制 16.2.1换热器的控制 (1)特性分析 教学内容 ①对象静态特性分析 ②对象动态特性分析 (2)控制方案 16.2.2蒸汽加热器的控制 通过本节误的学习，使同学理解换热器的动、静态特性分析及其控制 教学目的 方案， 同时了解蒸汽加热器的控制方案 换热器的动、静态特性分析及其控制方案 教学重点 蒸汽加热器的控制方案 难点： 换热器的动、静态特性分析及其控制方案 教学难点 蒸汽加热器的控制方案 策略 及相应的 通过教师分析讲解换热器的动、静态特性分析及其控制方案和 蒸汽加热器的控制方案 教学策略 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 教学方法 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答》 教学手段 板书及多媒体有机结合 3
- 3 - 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 预习： 探究式 讲授法 课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （换热器的控制、蒸汽 加热器的控制） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 16.2 一般传热设备的控制 16.2.1 换热器的控制 （1）特性分析 ① 对象静态特性分析 ② 对象动态特性分析 （2）控制方案 16.2.2 蒸汽加热器的控制 教学目的 通过本节课的学习，使同学理解换热器的动、静态特性分析及其控制 方案，同时了解蒸汽加热器的控制方案。 教学重点 换热器的动、静态特性分析及其控制方案 蒸汽加热器的控制方案 教学难点 及相应的 教学策略 难点：换热器的动、静态特性分析及其控制方案 蒸汽加热器的控制方案 策略： 通过教师分析讲解换热器的动、静态特性分析及其控制方案和 蒸汽加热器的控制方案 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
时间 教学过程 教学方法、 分配 手段 16.2一般传热设备的控制 一般传热设备：换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等 16.2.1换热器的控制 探究式 换热器是传热设备中较为简单的一种，其两侧介质在换热过程中都没有相变化 讲授法 G2C2 换热 图16-2逆流单程换热器 (1)特性分析 ①对象静态特性分析 特性 对象特性就是要确定Ti、T1o、T2i、G2、G1之间的函数关系f 分析 静态特性的两个基本方程式：基于热量平衡方程和传热速率方程 静态特性的求得，可以用于系统扰动分析及静态控制设计依据 Sq=Gci(Tio-Ti)=Gae2(Tu -Tn) Lg-KFAT ◆ T10 -Tu 1 Ta -Tu G1C1 + 1 1+GC1 (16-6) 2( G2C2 多媒体 单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式 演示法 仿真分析（静态放大倍数）：各通道的静态放大倍数均可由16-6推出。 a工艺介质入口温度对出口温度的影响，即△T→△T。通道的静态放大倍数 载热体入口温度对工艺介质出口温度的影响，即△T→△T通道的静态放大 倍数 .4-
- 4 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 课 程 导 入 3 分 钟 16.2 一般传热设备的控制 一般传热设备：换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等 16.2.1 换热器的控制 换热器是传热设备中较为简单的一种，其两侧介质在换热过程中都没有相变化 探究式 讲授法 换热 器的 对象 静态 特性 分析 15 分 钟 图 16-2 逆流单程换热器 （1）特性分析 ① 对象静态特性分析 对象特性就是要确定 T1i、T1o、T2i、G2、G1 之间的函数关系 f 静态特性的两个基本方程式：基于热量平衡方程和传热速率方程 静态特性的求得，可以用于系统扰动分析及静态控制设计依据 仿真分析（静态放大倍数）：各通道的静态放大倍数均可由 16-6 推出。 a 工艺介质入口温度对出口温度的影响，即 ΔT1i → ΔT10 通道的静态放大倍数 b 载热体入口温度对工艺介质出口温度的影响，即 ΔT2i → ΔT10 通道的静态放大 倍数 探究式 讲授法 多媒体 演示法
c载热体流量对工艺介质出口温度的影响，即△G,→△T。通道的静态放大倍数 d工艺介质流量对其出口温度的影响，即△G→△T通道的静态放大倍数 探究式 讲授法 T1i→T10:式16-8 T2iT10:式16-9 △T10=1 1 多媒体 △T1 G1C1+ 1 1+ G1C1 演示法 KH 2 G2C2 △T10 1 板书、 △T21 G1C1+ G1C1 互动法 KF T10-G2: T10G1: -T -1 2 4 KF 换热 器的 图16-4 图16-5 对象 ②对象动态特性分析 静态 分布参数对象：既是时间函数，又是空间的函数，其变化规律需用偏微分方程来 特性 分析 精确描述：偏微分方程，求解困难 经验公式近似描述： x、 控制 516-114后 载热 (2)控制方案 体流 两类基本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量 ①控制载热体流量 用载热体流量控制介质出口温度，最常用的方法 机理：从传热速率方程来分析通过G2的变化，是如何改变传热量Q的 特点：简单易行 但是，当G2口经很大，而温差较小时，识钟控制 另外。若工艺上不允许对钱热体节流时。不能采用这种方案
- 5 - 换热 器的 对象 静态 特性 分析 5 分 钟 控制 载热 体流 量 5 分 钟 c 载热体流量对工艺介质出口温度的影响，即 ΔG2 → ΔT10 通道的静态放大倍数 d 工艺介质流量对其出口温度的影响，即 ΔG → ΔT10 通道的静态放大倍数 T1i → T1o ： 式 16-8 T2i → T1o ： 式 16-9 T1o --G2 ： T1o --G1 ： 图 16-4 图 16-5 ② 对象动态特性分析 分布参数对象：既是时间函数，又是空间的函数，其变化规律需用偏微分方程来 描述 精确描述：偏微分方程，求解困难 经验公式近似描述： （2）控制方案 两类基本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量 ① 控制载热体流量 用载热体流量控制介质出口温度，最常用的方法 机理：从传热速率方程来分析通过 G2 的变化，是如何改变传热量 Q 的 特点：简单易行 但是，当 G2 已经很大，而温差较小时，迟钝控制 另外，若工艺上不允许对载热体节流时，不能采用这种方案 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
钱热体 :2 介质 图16-7 旁路 控制 ②介质旁路控制 工艺介质旁路同样可分为分流与合流形式。图169为分流形式的工艺介质旁 路控制，其中一部分介质经换热器，另一部分走旁路。 探究式 从控制机理看县一个介质混合村程。反应控制及时（相当于前情机理） 讲授法 10 另外，还可以组成前馈 一串级控制方案，用于及时克服工艺介质的入口温度 和流最两个扰动因素。 找热体 G2 乔泼 多媒体 演示法 图11-9 162.2蒸汽加热器的控制 热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量：水蒸气是最常用的 载热体 ①控制截热体流量 自问自 蒸汽发生相变，可同时通过△T和传热面积控制，只是要注意出口液体能够连 答形式 蒸汽 续排出。 器的 蒸汽G2 控制 G 图16-11 凝液 ②控制冷凝液排量 热载体的出口控制，通过改变F控制 控制阀控制液体，口径可以小些，液体控制平稳，缺点：滞后 分钟 汽G, T© 凝液 图16-14前锁-反馈控制系统
- 6 - 介质 旁路 控制 10 分 钟 蒸汽 加热 器的 控制 10 分 钟 ② 介质旁路控制 工艺介质旁路同样可分为分流与合流形式。图 16-9 为分流形式的工艺介质旁 路控制，其中一部分介质经换热器，另一部分走旁路。 从控制机理看是一个介质混合过程，反应控制及时（相当于前馈机理） 另外，还可以组成前馈——串级控制方案，用于及时克服工艺介质的入口温度 和流量两个扰动因素。 16.2.2 蒸汽加热器的控制 热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量；水蒸气是最常用的 载热体 ① 控制载热体流量 蒸汽发生相变，可同时通过ΔT 和传热面积控制，只是要注意出口液体能够连 续排出。 ② 控制冷凝液排量 热载体的出口控制，通过改变 F 控制 控制阀控制液体，口径可以小些，液体 控制平稳，缺点：滞后 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式
小结 1总结本次课所讲的主要内容。 2布置课后练习及下节课预习任务 探究式 分钟 课后练习： 讲授法 预习： 课程名称 过程控制工程 讲新课 乐 色 (冷凝冷却器的控制、 锅炉汽包水位的控制) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 16.2.3冷凝冷却器的控制 16.3锅炉设备的控制 16.3.1概沫 教学内容 16.3.2锅炉汽包水位的控制 (1) (2) 通过本节课的学习，了解冷凝冷却器的控制，同时掌握锅炉汽包水位 教学目的 的控制中的单冲量控制和双冲量控制问题。 冷凝冷却器的控制： 教学重点 锅炉汽包水位的控制中的单冲量控制和双冲量控制问题。 难点：锅炉汽包水位的控制中的单冲量控制和双冲量控制问题 教学难点 策略 及相应的 通过教师举例分析讲解锅炉汽包水位的控制中的单冲量控制和双洲 量控制问题。 教学策略 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合 1
- 7 - 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 预习： 探究式 讲授法 课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （冷凝冷却器的控制、 锅炉汽包水位的控制） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 16.2.3 冷凝冷却器的控制 16.3 锅炉设备的控制 16.3.1 概述 16.3.2 锅炉汽包水位的控制 （1） 单冲量控制系统 （2） 双冲量控制系统 教学目的 通过本节课的学习，了解冷凝冷却器的控制，同时掌握锅炉汽包水位 的控制中的单冲量控制和双冲量控制问题。 教学重点 冷凝冷却器的控制； 锅炉汽包水位的控制中的单冲量控制和双冲量控制问题。 教学难点 及相应的 教学策略 难点：锅炉汽包水位的控制中的单冲量控制和双冲量控制问题 策略： 通过教师举例分析讲解锅炉汽包水位的控制中的单冲量控制和双冲 量控制问题。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 16.2.3冷凝冷却器的控制 热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量 ①控制载热体流量 优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响 缺点：控制不灵活， 另外要保证液位不能过高，防止汽带液TL串级控制系纺 图16-16 器的 控制 气氨 探究式 讲授法 T⊙ 液氯 图16-15 ②控制汽相流量 控制灵活，但出口压力波动，若直接进入压缩机，对压缩机有影响。另外冷 量的利用不充分 气氯 一 多媒体 演示法 16.3锅炉设备的控制 问题
- 8 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 冷凝 冷却 器的 控制 10 分 钟 提 出 问 题 5 分 钟 16.2.3 冷凝冷却器的控制 热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量 ① 控制载热体流量 优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响 缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液 T-L 串级控制系统 图 16-16 ② 控制汽相流量 控制灵活，但出口压力波动，若直接进入压缩机，对压缩机有影响。另外冷 量的利用不充分 16.3 锅炉设备的控制 探究式 讲授法 多媒体 演示法
16.3.1概述 作用：锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能最来源一一动力设备，而蒸汽 质量对过程生产有直接影 探究式 锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质（煤、油、气）、压力（高、 讲授法 中、低) 结构：主要结构图P199图16-19燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统 多媒体 士要均制系体】 演示法 (1)汽包水位控制 保持水量与蒸汽量的物料平衡 (2)燃烧控制 板书、 保证燃烧的经济性和安全性 互动法 (3)蒸汽控制 8分钟 控制过热 蒸汽的温度 (4)水处理控制 防止或减少结垢 16.3.2锅炉汽包水位的控制 汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证 水位过高 一影响汽水分离。 使饱和蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度下降 水位过低 可能全部汽化， 生危险 锅炉的汽包水位控制一般比较严格 汽包水位的动态特性 影响因素多，以锅炉蒸汽量和给水流量为主 主要讨论水流每 L特性 锅炉 ①给水流量一L,即控制通道的特性 汽 阶跃响应H曲线，用传递函数来描述时，近似于一个积分环节和纯滞后环节 水位 的串联 给水温度越低，纯滞后时间越大 W H H 图16-21给水流量作用下水位变化阶跃响应曲线 9
- 9 - 概 述 8 分 钟 锅炉 汽包 水位 的控 制 15 分 钟 16.3.1 概述 作用：锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源——动力设备，而蒸汽 质量对过程生产有直接影响 分类：锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质（煤、油、气）、压力（高、 中、低） 结构：主要结构图 P199 图 16-19 燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统 主要控制系统： （1）汽包水位控制 保持水量与蒸汽量的物料平衡 （2）燃烧控制 保证燃烧的经济性和安全性 （3）蒸汽控制 控制过热蒸汽的温度 （4）水处理控制 防止或减少结垢 16.3.2 锅炉汽包水位的控制 汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证 水位过高——影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度下降 水位过低——可能全部汽化，产生危险 锅炉的汽包水位控制一般比较严格 汽包水位的动态特性 影响因素多，以锅炉蒸汽量和给水流量为主 主要讨论水流量—L、蒸汽流量—L 特性 ① 给水流量 W—L，即控制通道的特性 阶跃响应 H 曲线 ，用传递函数来描述时，近似于一个积分环节和纯滞后环节 的串联 给水温度越低，纯滞后时间越大 图 16-21 给水流量作用下水位变化阶跃响应曲线 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法