化工仪表及自动化(厉玉鸣第三版)第17章

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1、化工仪表及自动化第十七章典型化工单元的控制方案内容提要n流体输送设备的自动控制n离心泵的自动控制方案n往复泵的自动控制方案n压气机的自动控制方案n传热设备的自动控制n两侧均无相变化的换热器控制方案n载热体进行冷凝的加热器自动控制n冷却剂进行汽化的冷却器自动控制n精馏塔的自动控制n精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求1内容提要n精馏塔的控制方案n化学反应器的自动控制n化学反应器的控制要求n釜式反应器的温度自动控制n固定床反应器的自动控制n流化床反应器的自动控制2第一节流体输送设备的自动控制n一、离心泵的自动控制方案离心泵流量控制的目的是要

2、将泵的排出流量恒定于某一给定的数值上。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第一节流体输送设备的自动控制图17-1改变泵出口阻力调流量图17-2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）。4第一节流体输送设备的自动控制2.控制泵的转速图17-3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

3、以多用在蒸汽透平驱动离心图17-3改变泵的转速泵的场合，此时仅需控制蒸汽调流量量即可控制转速。5第一节流体输送设备的自动控制将泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改变旁路阀开启度的方法来控制泵的实际排出量。控制阀装在旁路上，压差大，流量小，因此控制阀的尺寸较小。图17-4改变旁路阀调流量该方案不经济，因为旁路阀消耗一部分高压液体能量，使总的机械效率降低，故很少采用。6第一节流体输送设备的自动控制n二、往复泵的自动控制方案往复泵多用于流量较小、压头要求较高的场合，它是利用活塞在汽缸中往复滑行来输送流体的。往复泵提供的理论流量可按下式计算

4、3Q＝60nFsm/h理（17-1）7第一节流体输送设备的自动控制该方案适用于以蒸汽机或汽轮机作原动机的场合，此时，可借助于改变蒸汽流量的方法方便地控制转速。图17-5改变转速的方案8第一节流体输送设备的自动控制该方案由于高压流体的部分能量要白白消耗在旁路上，故经济性较差。图17-6改变旁路流量9第一节流体输送设备的自动控制计量泵常用改变冲程s来进行流量控制。冲程s的调整可在停泵时进行，也有可在运转图17-7往复泵的状态下进行的。特性曲线10第一节流体输送设备的自动控制n三、压气机的自动控制方案压力机的分类Ø其作用原理不同可分为离

5、心式和往复式两大类；Ø按进、出口压力高低的差别，可分为真空泵、鼓风机、压缩机等类型。11第一节流体输送设备的自动控制对于低压的离心式鼓风机，一般可在其出口直接用控制阀控制流量。由于管径较大，执行器可采用蝶阀。其余情况下，为了防止出口压力过高，通常在入口端控制流量。因为气体的可压缩性，所以这种方案对于往复式压缩机也是适用的。为了减少阻力损失，对大型压缩机，往往不用控制吸入阀的方法，而用调整导向叶片角度的方法。12第一节流体输送设备的自动控制图17-8分程控制方案图17-9分程阀的特性13第一节流体输送设备的自动控制对于压缩比很高的多段压

6、缩机，从出口直接旁路回到入口是不适宜的。这样控制阀前后压差太大，功率损耗太大。为了解决这个问题，可以在中间某段安装控制阀，使其回到入口端，用一只控制阀可图17-10控制压缩机旁路方案满足一定工作范围的需要。14第一节流体输送设备的自动控制15第一节流体输送设备的自动控制“喘振”现象16第二节传热设备的自动控制图17-18用凝液排出图17-19温度-液位串图17-20温度-流量量调温度级系统串级系统26第二节传热设备的自动控制两种方案比较控制蒸汽流量法优点：简单易行、过渡过程时间短、控制迅速。缺点：需选用较大的蒸汽阀门、传热量变化比较剧

7、烈，有时凝液冷到100℃以下，这时加热器内蒸汽一侧会产生负压，造成冷凝液的排放不连续，影响均匀传热。27第二节传热设备的自动控制控制换热器的有效换热面积法缺点：控制通道长、变化迟缓，且需要有较大的传热面积裕量。优点：防止局部过热，对一些过热后会引起化学变化的过敏性介质比较适用。另外，由于蒸汽冷凝后凝液的体积比蒸汽体积小得多，所以可以选用尺寸较小的控制阀门。28第二节传热设备的自动控制n三、冷却剂进行汽化的冷却器自动控制图11-25用冷却剂流量控制温度29第二节传热设备的自动控制该方案的实质是改变传热面积。但采用了串级控制，将液氨压力变

8、化而引起液位变化的这一主要干扰包含在副环内，从而提高了控制质量。图17-22温度-液位串级控制30第二节传热设备的自动控制基于当控制阀的开度变化时，会引起氨冷器内汽化压力改变，于是相应的汽化温度也就改变了。图17-23用