第15章典型化工单元的控制 口化工单元自动控制的一般设计原则 流体输送设备的自动控制 口传热设备的控制 口化学反应器的自动控制
第15章 典型化工单元的控制 ❑ 化工单元自动控制的一般设计原则 ❑ 流体输送设备的自动控制 ❑ 传热设备的控制 ❑ 化学反应器的自动控制
典型化工草元哪些? 流体輪送设备——一泵(电机) 高心泵积式泵压机 传热设备 无相文才和文 反应景 反应釜化康國定戴泡床
典型化工单元有哪些？ 流体输送设备——泵（电机） 离心泵 容积式泵 压缩机 传热设备 无相变 有相变 反应器 反应釜 流化床 固定床 鼓泡床
化工草元自动控制的一般谩計原则? 选用化工单元的目的: 用来实现一些特定的物理和(或)化学反应过程 化工单元自动擅制的要求 使物理变化过程和(或)化学反应过程在符合预定的要求、条件下自动进行 实现化工草元自动控制的原则: 保证工艺质量指标 满足物料平衡条件 满足安全约束条件 提高机械效率和能源利用率
化工单元自动控制的一般设计原则 ？ 选用化工单元的目的： 用来实现一些特定的物理和（或）化学反应过程 化工单元自动控制的要求： 使物理变化过程和(或)化学反应过程在符合预定的要求、条件下自动进行 实现化工单元自动控制的原则： 保证工艺质量指标 满足物料平衡条件 满足安全约束条件 提高机械效率和能源利用率
第一节流体輪送设备的自动控制 泵的转速n 泵的主要控制内容有:出口流量Q压头H能耗 对离心泵来说,Q、H和满足以下关条: /B管路特性曲线 图10-1离心泵的特性曲线示意图
第一节 流体输送设备的自动控制 泵的主要控制内容有：出口流量Q 压头H 能耗 泵的转速n 对离心泵来说，Q、H和n满足以下关系： Q H n1 n2 n3 A1 A2 A3 图10-1 离心泵的特性曲线示意图 n1<n2<n3 B C1 C2 C3 管路特性曲线
高心最的自动控恻 4~20mA 离心泵的主要控制方法和特点 380VAC 电压可调 频率可调 调速控制 胆频 简 ztk 电源变换 机杭 可调的交 电动机( 特 调节。 降 日日 机转速与 很 频率即可 在 而对于 流壹 调节范围 0Hz之间 专速即可以
离心泵的自动控制 离心泵的主要控制方法和特点 FC 离心泵出口的直接节流 FT 简便易行、应用广泛 机械效率较低 特别是在阀门开度较 小的时候，阀上的压 降较大，即功率损耗 很大，因此不宜使用 在出口流量小于正常 流量30％的场合。 FC 离心泵旁路流量控制 FT 由于旁路阀前后的压 差很大，所以阀门口 径往往较小，工程实 施较方便。 但由于那部分回流的 高压液体能量将消耗 于旁路阀上，所以该 控制方案的机械效率 较低，在实际生产中 也较少采用。 FC 离心泵变频调速控制 FT 4～20mA 380VAC 50Hz 电压可调 频率可调 变频调速器——将三相工频 50Hz交流电源(或任意电源)变换 成三相电压可调、频率可调的交 流电源，主要用于交流电动机( 异步机或同步机)转速的调节。 根据电机理论可知，电机转速与 频率近似成正比，改变频率即可 以平滑地调节电机转速，而对于 变频器而言，其频率的调节范围 是很宽的，可在0～400Hz之间 任意调节，因此电机转速即可以 在较宽的范围内调节
轵泵的自动控多用于流量较小,压头较高的场合 特点:将机械能以静压能的形式直接传给流体 n<nx<n3 H 泵的流体排出量只取决于泵的转速,或者泵的往复次 数及泵的冲程大小,而与管路特性基本无关 往复泵的每一次往返或者齿轮泵的每周转动,都有 一定量的流体排出,在一定的转速下,随着流量的 减小压头急剧增大 因此,这类泵不允许在出口管路上安装调节阔,一旦 出口阀门关闭,将导致泵体损坏。 密积式泵的控恻与高心泵相似,只是有一种不能用 4~20mA 380VAC 压可调 50HZ 频率可调 出口的直接节流 旁路流量控制 变频调速控制
容积泵的自动控制 多用于流量较小，压头较高的场合 Q H n1 n2 n3 n1<n2<n3 特点： 将机械能以静压能的形式直接传给流体 泵的流体排出量只取决于泵的转速，或者泵的往复次 数及泵的冲程大小，而与管路特性基本无关 往复泵的每一次往返或者齿轮泵的每一周转动，都有 一定量的流体排出，在一定的转速下，随着流量的 减小压头急剧增大。 因此，这类泵不允许在出口管路上安装调节阀，一旦 出口阀门关闭，将导致泵体损坏。 容积式泵的控制与离心泵相似，只是有一种不能用 FC 出口的直接节流 FT FC 旁路流量控制 FT FC 变频调速控制 FT 4～20mA 380VAC 50Hz 电压可调 频率可调
高心式屈鑰机的自动控制 p2/p n<n<n3 离心式压縮机的特点 当负荷降低到一定程度时,气体的排送可能会出现强 烈的震荡,并使压缩机机身也出现剧烈的振动,这种 现象称为压缩机的“喘振”,喘振式离心式压缩机固 有的特性。由于喘振现象会严重损坏压缩机机体,这 在实际生产过程中是不允许的。因此,在离心式压缩 机控制中,防喘振控制是一个极其重要的课题。 图10-6离心式压缩机的特性曲线 离心式压缩机的防喘振控制一:圄定极限流量控制 固定极限流量的防喘振控制方案结构简单,运行安全 1a.可靠,系统投资费用较少 但这种方法主要适用于固定转速的场合。 当压缩机的转速变化时,如按高转速取给定值,势必 在低转速时给定值偏高,能耗过大;如按低转速取给 压缩机 定值,则在高转速时仍有因给定值偏低而使压缩机产 生喘振的危险。因此,当压缩机的转速不恒定时, 图107固定极限流量的防喘振控制般不宜采用这种控制方案。 离心式压缩机的防喘振控制二:可变极限流量控制略
离心式压缩机的自动控制 离心式压缩机的特点 喘 振 区 p2/p1 Q 图10-6 离心式压缩机的特性曲线 n1<n2<n3 n1 n2 n3 QP 1 2 当负荷降低到一定程度时，气体的排送可能会出现强 烈的震荡，并使压缩机机身也出现剧烈的振动，这种 现象称为压缩机的“喘振”，喘振式离心式压缩机固 有的特性。由于喘振现象会严重损坏压缩机机体，这 在实际生产过程中是不允许的。因此，在离心式压缩 机控制中，防喘振控制是一个极其重要的课题。 离心式压缩机的防喘振控制一：固定极限流量控制 压缩机 Q Qo 图10-7 固定极限流量的防喘振控制 FC FT 固定极限流量的防喘振控制方案结构简单，运行安全 可靠，系统投资费用较少 但这种方法主要适用于固定转速的场合。 当压缩机的转速变化时，如按高转速取给定值，势必 在低转速时给定值偏高，能耗过大；如按低转速取给 定值，则在高转速时仍有因给定值偏低而使压缩机产 生喘振的危险。因此，当压缩机的转速不恒定时，一 般不宜采用这种控制方案。 离心式压缩机的防喘振控制二：可变极限流量控制 略
第二节传热设备的自动控制 单回路控制和串级控制是最常用的两种控制方法 多数情况,还需要适当引入微分作用,以提高系统的控制质量 传熟方式加热或者冷却 传热介质(载热体) 无相变如:用热水加热某介质,载热体入口为液态 热水,经擴热滁以后,载热体的出口,还是 液态的水(温度较低而已) 有相叟如:燕加熟某介质,载熟体入口为燕( 汽态),经换热以后,载热体的出口,已 经成了城态的冷凝水 两种情况都有广泛应用,但后者的传热效率较高
第二节 传热设备的自动控制 传热方式 加热 或者 冷却 传热介质(载热体) 无相变 如：用热水加热某介质，载热体入口 为液态 热水，经换热器以后，载热体的出口，还是 液态的水（温度较低而已） 有相变 如：蒸汽加热某介质，载热体入口 为蒸汽（ 汽态），经换热器以后，载热体的出口，已 经变成了液态的冷凝水 两种情况都有广泛应用，但后者的传热效率较高 单回路控制和串级控制是最常用的两种控制方法 多数情况，还需要适当引入微分作用，以提高系统的控制质量
元叟传热设各的自动捡 如果载热体入口的压力不 载热体 平稳怎么办? D④ 思考题 被控介质 D 热器 如果被控介质的入口 被控介质 温度波动较大怎么办 图10-10换热器的单回路控制 换热器 结构简单,实施方便,使 用方程广泛 图10-11换热器的串级控制 般适用于载热体的流量如果载热体入口的压力波 如果被控介质的流量 变化对出口温度的影响较动较大,往往还需要对载 灵敏、载热体入口的压力热体另设稳压控制,或者 波动较大怎么办? 平稳而且负荷变化不大的采用以被控介质的温度为 场合。 主变量,以载热体的流量 (或压力)为副变量的串 级控制 很晕用 很用 采很常見
无相变传热设备的自动控制 图10-10 换热器的单回路控制 TC 载热体 被控介质 换热器 t TT 结构简单，实施方便，使 用方程广泛 一般适用于载热体的流量 变化对出口温度的影响较 灵敏、载热体入口的压力 平稳而且负荷变化不大的 场合。 如果载热体入口的压力不 平稳怎么办？ 图10-11 换热器的串级控制 TC 载热体 被控介质 换热器 t FC FT TT 如果载热体入口的压力波 动较大，往往还需要对载 热体另设稳压控制，或者 采用以被控介质的温度为 主变量，以载热体的流量 （或压力）为副变量的串 级控制， 如果载热体入口流量不允 许调节怎么办？ 图10-12 载热体的旁路流量控制 TC 载热体 被控 介质 换热器 t TT 可以用一个三通分流调节阀来取 代调节阀，三通调节阀用来改变 进入换热器的载热体流量和旁路 流量的比例，这样即可以调节进 入换热器的载热体流量，又可以 保证载热体总流量不受影响。 很常用 很常用 不很常见 思考题： 如果被控介质的入口 温度波动较大怎么办 ？ 如果被控介质的流量 波动较大怎么办？
前面介绍的几种控制方案都是采用载热体流量作为控制变量(操纵变量) 理论上,改变被控介质的流量同样也能达到控制其出口温度的目的 例如: 载热体 载热体 换热器 换热器 图10-13改变被控介质流量控制出口温度 图10-14改变介质旁路流量控制出口温度 不常見 不常息
前面介绍的几种控制方案都是采用载热体流量作为控制变量（操纵变量） 理论上，改变被控介质的流量同样也能达到控制其出口温度的目的 例如： 图10-13 改变被控介质流量控制出口温度 TC 载热体 被控 介质 换热器 t TT 图10-14 改变介质旁路流量控制出口温度 载热体 被控 介质 换热器 t TT TC 不常见 不常见