夹套式反应器温度比值控制方案设计.doc

目 录一.概述……………………………………………………………2-6页1.1化学反映器的基本介绍………………………………… 2-3页1.2夹套式反映器的控制规定…………………………………3 页1.3夹套式反映器的扰动变量………………………………3-4页1.4基本动态方程式…………………………………………4-6页二．控制系统方案的拟定…………………………………………6-7页三．控制系统设计…………………………………………………7-18页 3.1被控变量和控制变量的选择………………………………7-8页 3.2主、副回路的设计…………………………………………8-9页 3.3现场仪表选型………………………………………………9-12页 3.4主、副控制器正反作用选择………………………………12-13页 3.5控制系统方框图……………………………………………13页 3.6分析被控对象特性及控制算法的选择……………………13-14页 3.7控制系统整定及参数整定…………………………………14-18页四．课程设计总结……………………………………………………18页五．结束语……………………………………………………………18页六．参考文献…………………………………………………………19页 一概述1.1 化学反映器的基本介绍反映器（或称反映釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。

化学反映器在结构、物料流程、反映机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易限度相差很大，自控方案差别也比较大化学反映器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四个方面分类：一、按反映器进出物料状况可分为间歇式和连续式反映器通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程间歇式反映器是将反映物料分次获一次加入反映器中，通过一定反映时间后取出反映中所有的物料，然后重新加料在进行反映间歇式反映器通常合用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反映时间长活对反映过程的反映温度有严格程序规定连续反映器则是物料连续加入，化学反映连续不断地进行，产品不断的取出，是工业生产最常用的一种一些大型的、基本化工产品的反映器都采用连续的形式二、从物料流程的进行方式可分为单程与循环两类物料在通过反映器后不再进行循环的流程称为单程，当反映的转化率和产率都较高时，可采用单程的排列假如反映速度较慢，祸首化学平衡的限制，物料一次通过反映器转化不完全，则必须在产品进行分离后，把没有反映的物料与新鲜物料混合后，再送送入反映器进行反映这种流程称为循环流程三、从反映器结构形式可分为釜式、管式、塔式、固定床、流化床、移动床反映器等。

四、从传热情况可分为绝热式反映器和非绝热式反映器绝热式反映器与外界不进行热量互换，非绝热式反映器与外界进行热量互换一般当反映过程的热效应大时，必须对反映器进行换热，其换热方式有夹套式、蛇管式、列管式等如今用的最广泛的是夹套传热方式，且采用最普通的夹套结构居多随着化学工业的发展，单套生产装置的产量越来越大，促使了反映设备的大型化也大大促进了夹套反映器的反展夹套式反映器是一类重要的化工生产设备，由于化学反映过程伴有许多化学和物理现象以及能量、物料平衡和物料、动量、热量和物质传递等过程，因此夹套反映器操作一般都比较复杂，夹套反映器的自动控制就尤为重要，他直接关系到产品的质量、产量和安全生产化工生产过程通常可划分为前解决、化学反映及后解决三个工序前解决工序为化学反映做准备，后解决工序用于分离和精制反映产物，而化学反映工序通常是整个生产过程的关键，因此在化学反映工序中设计一套比较完善的控制系统是很重要的设计夹套式反映器的控制方案应从质量指标，物料平衡和能量平衡，约束条件三个方面考虑（假设在本反映器中反映物为一般性的，无腐蚀，无爆炸的液液反映物）1.2 夹套式反映器的控制规定1.2.1 质量指标夹套式反映器的质量指标一般是反映转化率或反映生成物的浓度。

转化率是直接质量指标，假如转化率不能直接测量可选取与它相关的变量来计算间接反映出转化率的大小如出口温度与转化率的关系为：式中y是转化率，、分别是进料温度和出料温度，是进料重度，C是物料的比热容，是进料浓度，H是单位质量进料的反映热由于成分分析仪表价格高，维护困难等因素通常采用温度作为间接质量指标，有时辅以夹套式反映器的压力和解决量（流量）等控制系统，满足夹套式反映器正常操作的控制规定1.2.2 物料平衡和能量平衡为使反映正常操作，反映转化率高，需要保持进入夹套式反映器各种物料量份额或物料的配比符合规定为此对进入夹套式反映器的物料常采用流量的定值控制或比值控制此外部分物料循环的反映的过程中为保持原料的浓度和物料平衡需设立辅助控制系统由于反映过程有热效应，因此应当设立相应的热量平衡控制系统能量平衡控制要保持化学反映器的热量平衡应使进入反映器的热量与流出的热量及反映生成热之间互相平衡能量平衡控制对化学反映器来说是重要的，它关系到安全生产，也间接的保证了化学反映器的产品质量达成了生产工艺规定1.2.3 约束条件约束条件防止夹套式反映器的过程变量进入危险工作区或不正常工况必须设立相应的参数反映到控制系统中。

假设本设计是在一般条件下的反映器装置，没有爆炸危险，因此只涉及了反映液液位报警系统，在反映器内反映液液位过高或过低时系统将发出报警信号1.3 夹套式反映器的扰动变量夹套式反映器的扰动变量有进料口反映液的流量、出料口生成液的流量、夹套中冷水的流量、冷却水温度变化、反映器内压力等多个扰动变量，其中冷却水温度的变化是重要扰动 这些扰动变量有可控的和不可控的当扰动变量作用下反映转化率或反映生成物组分与温度、压力等参数之间不出现单值函数关系时，需要根据工况变化补偿温度控制系统的给定值1.4 夹套式反映器动态数学模型 绝大部分被控工业对象都是具有稳定性，是一个开环稳定的对象通常，化学反映过程伴有强烈的热效应有的是吸热，也有的是放热然而本反映器的反映设立为放热反映对于具有放热效应的对象，因外干扰式反映器温度升高，随着反映速度的加快，释放的热量也迅速增多，最终导致温度不断上升因此对于这种具有正负反馈性质的放热器，在外扰作用下，温度的变化将向两个极端方向发展：一种是温度一直上升，最终使反映器急速终了；另一种是若外扰先引起反映器温度下降，则温度不断下降，直到反映停止不少高分子聚合过程的情况就是如此，遂于这样的放热反映过程，假如没有适当的换热促使，将是一个开环不稳定的对象。

化学反映过程涉及物料、能量平衡、反映动力学等，运用动态数学模型可以更好的了解这些量的物理意义以夹套式液相反映器为例，来说明反映器激励模型的建模思绪其中夹套式液相反映器装置如图1-1所示：图1-1 夹套式反映器1.4.1 基本动态方程式（1）基本假设①两侧流体均呈活塞流状流动，无轴向混合；②径向热传导可用集中参数表达，即同一截面上各点温度相同；③传热系数U和比热Ca、Cb恒定不变；④管壁热容忽略不计；⑤外部绝热良好，即不考虑热损失2）系统基本方程式的建立对内管流体A列写微元dτ的热量衡算式： 式中：同理可得外管流体B的热量衡算式：式中：（2）偏微分方程的求解：在化工过程中，有很多典型操作单元如套管式和列管式换热器、填充式精馏塔和吸取塔、管式和固定床式反映器等都属于分布参数对象，它们的动态方程为偏微分方程 偏微分方程的求解方法重要有传递函数法、分段集总化解决方法、正交配置法和数值解法 对于较简朴的（自变量不大于两个，线性定常）偏微分方程，一般可以通过传递函数法求解①一方面进行由时间域t到复域S的拉氏变换，在TA、TB取增量形式时，初始条件为0，由式可得：②进行由距离域τ到复域Ｐ的拉氏变换，边界条件如下：令AP=(Φ1-Φ2)2+4a1a2，则式(4.42)右端分母可写为：TA0对TA1 、TB1的传递函数,以及TB0对TA1 、TB1的传递函数可以表达成矩阵的形式：1.4.2 模型的简化：有上式整理得被控对象传函为： ;二 控制系统方案拟定串级控制系统是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

它的重要特点是如下：（1）能迅速克服进入副回路扰动的影响，对进入副环的扰动具有较强的抗干扰能力；（2）改善除主控制器以外的广义对象特性，使系统的工作频率提高；（3）串级系统可以消除副过程的非线性特性和忧郁调节阀流量特性不适合而导致的对控制质量的影响；（4）串级控制系统可以兼顾两个变量，更精确控制操作变量；（5）串级控制系统可以实现灵活的控制方式，必要死可切除副调节器根据设计题目为夹套式反映器温度串级控制控制系统设计，假设该反映器用于常态常压反映，因此选择控制方案为夹套式反映器反映温度与夹套水温度构成的T-T串级控制方案图2-1 串级系统控制流程图如图2-1所示；被控过程有三个热容器：即夹套中的冷却水、反映器壁和反映器中的物料由于从干扰引起反映温度下降，到调节阀动作时温度升高，其间需要通过三个热容过程控制通道的时间常数和容量滞后较大，最终使调节不及时而出现较大的偏差图中控制器用于克服干扰对夹套水温度的影响通过稳定夹套水温度来及时克制干扰对反映温度产生的影响但是控制器不能克服干扰对的影响.因而也就不能保证符合工艺规定为此要根据反映器内的情况，适当改变的设定值以拟定夹套水温度能使稳定在工艺规定的数值上，即有控制器根据与的偏差来自动改变的设定值 。

三 控制系统设计3.1 被控变量和控制变量的选择3.1.1 被控变量的选择 （1）主被控变量的选择根据工艺过程的控制规定，主被控变量应当能反映工艺指标夹套式反映器的工艺指标重要是反映器内温度，运用反映器内温度来衡量反映物之间反映的充足情况因此，若要反映工艺指标，夹套式反映器内反映温度必须是T-T串级控制系统的主被控变量2）副被控变量的选择从串级控制的特点可知，当扰动进入副回路时，副回路能迅速而强有力地克服它，起到超前控制作用，因此在选择副变量时，一定要把重要扰动涉及在副回路内，并力求把尽量多的扰动包含在副回路中，以充足发挥串级控制的最大优点，吧对主变量影响最严重、最剧烈、最频繁的扰动因素克制到最低限度，以保证主被控变量的控制质量同时冷却水温度变化是重要扰动，涉及水温变化、水量变化等许多的扰动因此采用夹套水温度作为副被控变量这样完全符合副被控变量涉及重要扰动且包含尽也许多的扰动的原则3.1.2控制变量的选择 控制变量是在系统中加以控制的变量除去系统的主、副被控变量外的一切变量，这些变量有些必须加以控制在夹套式反映器中反映温度和夹套水温度构成的T-T串级控制系统中，冷却水流量这一变量在系统中涉及的扰动变量最多，因此选取冷却水流量作为系统的控制变量，这样符合系统的整体控制。

3.2 主、副回路的设计3.2.1 主回路的设计串级控制系统的主回路仍是一个定值控制系统，主回路的设计仍可用单回路控制系统的设计原则进行因此主回路应涉及重要的质量指标等标准因此拟定了主被控变量、主控制变量及重要扰动变量就能组成主回路由上述的主被控变量和控制变量的选择可设计出系统主回路如图3-1所示；图3-1 串级控制系统主回路3.2.2 副回路的。