化工仪表及其自动化 第十一章典型化工单元的控制方案.ppt

化工仪表及自动化 内容提要 流体输送设备的控制方案 精馏塔的自动控制 化学反应器的自动控制 第一节 流体输送设备的自动控制 一、离心泵的自动控制方案 二、往复泵的自动控制方案 三、压气机的自动控制方案 四、离心式压缩机的防喘振控制 第三节 精馏塔的自动控制 一、工艺要求 二、精馏塔的干扰因素 三、精馏塔的控制方案 第四节 化学反应器的自动控制 一、化学反应器的控制要求 二、釜式反应器的温度自动控制 三、固定床反应器的自动控制 四、流化床反应器的自动控制 例题分析 例题分析 例题分析 30 在采用精馏段温控或提馏段温控时，当分离的产品较纯时，由于塔顶或塔底的温度变化很小，对测温仪表的灵敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却很难满足。解决这一问题的方法，是将测温元件安装在塔顶以下或塔底以上几块塔板的灵敏板上，以灵敏板的温度作为被控变量。 31 3.精馏塔的温差控制及双温差控制 图11-31 ΔT-x曲线 采用温差作为衡量质量指标的间接变量，是为了消除塔压波动对产品质量的影响。 注意：温差与产品纯度之间并非单值关系。 32 图11-32 双温差控制方案 双温差控制就是分别在精馏段及提馏段上选取温差信号，然后将两个温差信号相减，作为控制器的测量信号（即控制系统的被控变量）。 33 4.按产品成分或物性的直接控制 能利用成分分析器，例如红外分析器、色谱仪、密度计、干点和闪点以及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并作为被控变量，用回流量（或再沸器加热量）作为控制手段组成成分控制系统，就可实现按产品成分的直接指标控制。 34 (1)质量指标 化学反应器的质量指标一般指反应的转化率或反应生成物的规定浓度。 如聚合釜出口温差控制与转化率的关系为 35 以温度、压力等工艺变量作为间接控制指标，有时并不能保证质量稳定。 当有干扰作用时，转化率和反应生成物组分等仍会受到影响。 特别是在有些反应中，温度、压力等工艺变量与生成物组分间不完全是单值对应关系，这就需要不断地根据工况变化去改变温度控制系统的给定值。 在有催化剂的反应器中，由于催化剂的活性变化，温度给定值也要随之改变。 36 (2)物料平衡 为使反应正常，转化率高，要求维持进入反应器的各种物料量恒定，配比符合要求。 (3)约束条件 对于反应器，要防止工艺变量进入危险区域或不正常工况，应当配备一些报警、联锁装置或设置取代控制系统。 37 图11-33 改变进料温度控制釜温 (1)控制进料温度 38 图11-34 改变加热剂或冷却剂流量控制釜温 (2)控制传热量 由于大多数反应釜均有传热面，引入或移去反应热，所以用改变引入传热量多少的方法就能实现温度控制。 39 图11-35 釜温与冷剂流量串级控制示意图 (3)串级控制 为了针对反应釜滞后较大的特点，可采用串级控制方案。 40 图11-36 釜温与夹套温度串级控制示意图 图11-37 釜温与釜压串级控制系统示意图 41 固定床反应器是指催化剂床层固定于设备中不动的反应器，流体原料在催化剂作用下进行化学反应以生成所需反应物。 常见的温度控制方案有： 控制进料浓度 控制进料温度 控制段间进入的冷气量 42 图11-38 改变进料浓度控制反应器温度 图11-39 用载热体流量控制温度 43 图11-40 用旁路控制温度 图11-41 用改变段间冷气量控制温度 图11-42 用改变段间蒸汽量控制温度 44 图11-43 流化床反应器原理示意图 图11-44 改变入口温度控制反应器温度 45 图11-45 改变冷剂流量控制温度 图11-46 流化床差压指示系统 1.试判断图1 (a)、(b)控制方案是否正确。 图1 泵的控制方案 46 1 2 离心泵流量控制的目的是要将泵的排出流量恒定于某一给定的数值上。 离心泵的流量控制大体的三种方法 1. 控制泵的出口阀门开度 当干扰作用使被控变量（流量）发生变化偏离给定值时，控制器发出控制信号，阀门动作，控制结果使流量回到给定值。 3 图11-2 泵的流量特性曲线与管路特性曲线 控制阀一般应该安装在泵的出口管线上，而不应该安装在泵的吸入管线上（特殊情况除外）。 注意 图11-1 改变泵出口阻力调流量 4 2.控制泵的转速 图11-3 改变泵的转速调流量 图11-3中曲线1、2、3表示转速分别为n1、n2、n3时的流量特性，且有n1＞n2＞n3。 该方案从能量消耗的角度来衡量最为经济，机械效率较高，但调速机构一般较复杂，所以多用在蒸汽透平驱动离心泵的场合，此时仅需控制蒸汽量即可控制转速。 5 3.控制泵的出口旁路 将泵的部分排出量重新送回