喷雾式干燥设备控制系统

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1、过程仪表课程设计喷雾式干燥设备控制系统主讲：主要内容系统简介设计概述设计方案及仪表选型仪表型号清单系统简介本次课程设计的题目是喷雾式干燥设备控制系统设计。在众多的干燥设备中，喷雾干燥器是应用较广的干燥器之一，是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。能从液体直接干燥成粉体，这是喷雾干燥器的最大优点；热效率低、体积庞大、生产能力低、投资高是它的缺点。喷雾干燥器的工作原理是：用喷雾的方法将物料喷成雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥的目的。在设计中选择物料的干燥温度为被控参数，而对于控制参数的

2、选择则是通过3种方案的比较最后选择用旁路空气量作为控制参数。通过查找大量的资料选择了比较适宜的仪表DDZ-III型仪表。由于被控温度为，所以选择了热电阻温度计和温度传感器。根据调节阀流通能力C又确定了调节阀的尺寸。调节器则选择了既能控制及时，又能消除余差的PI控制规律。最后运用了临界比例度法对调节器的参数进行整定。使整个控制系统处于最优的工作状态，满足生产工艺上的要求。设计概述以乳化物的干燥过程为例来设计干燥器。由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的办法。浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B，虑去凝结块和其他杂

3、质，并从干燥器顶部由喷嘴喷下。有鼓风机将一部分空气送至换热器，用蒸汽进行加热，并将与来自鼓风机的另一部分空气混合，经风管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸发掉乳液中的水分，使之成为粉状物，并随湿空气一起由底部送出进行分离。生产工艺对干燥后的产品质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而需要对干燥的温度进行严格控制。乳化物的干燥过程设计方案及仪表选型控制规律的选择被控参数与控制参数的选择仪表的选择温度控制原理图及其系统框图调节器的参数整定控制规律的选择比例控制规律积分控制规律比例积分控制规律比例控制规律(P)可以用下列数学式来表示：△u=Kce式中△

4、u——控制器输出变化量；e——控制器的输入，即偏差；Kc——控制器的比例增益或比例放大系数。由上式可以看出，比例控制器的输出变化量与输入偏差成正比，在时间上是没有延滞的。或者说，比例控制器的输出是与输入一一对应的。比例放大系数Kc是可调的。所以比例控制器实际上是一个放大系数可调的放大器。Kc愈大，在同样的偏差输入时，控制器的输出愈大，因此比例控制作用愈强；反之，Kc值愈小，表示比例控制作用愈弱。比例控制规律积分控制规律当控制器的输出变化量△u与输入偏差e的积分成比例时，就是积分控制规律（I）。其数学表达式为：式中KI——积分比例系数。积分控制

5、作用的特性可以用阶跃输入下的输出来说明。当控制器的输入偏差是一幅值为A的阶跃信号时，上式就可写为当积分控制器的输入是一常数A时，输出是一直线，其斜率为KIA，KI的大小与积分速度有关。只要偏差存在，积分控制器的输出随着时间不断增大(或减小)。比例积分控制规律比例积分控制规律（PI）是比例与积分两种控制规律的结合，其数学表达式为当输入偏差是一幅值为A的阶跃变化时，比例积分控制器的输出是比例和积分两部分之和。△u的变化开始是一阶跃变化，其值为KcA（比例作用），然后随时间逐渐上升（积分作用）。比例作用是即时的、快速的，而积分作用是缓慢的、渐变的。

6、由于比例积分控制规律是在比例控制的基础上加上积分控制，所以既具有比例控制作用及时、快速的特点，又具有积分控制能消除余差的性能，因此是生产上常用的控制规律。被控参数与控制参数的选择被控参数的选择控制参数的选择被控参数的选择根据生产工艺，水分含量与干燥温度密切相关。考虑到一般情况下的测量水分的仪表精度较低，故选用间接参数，即干燥的温度为被控参数，水分与温度一一对应，将温度控制在一定数值上。控制参数的选择经过对装置的分析，可知影响干燥器温度的因素有乳液流量，旁路空气流量，和加热蒸汽流量。选其中任意变量都可作为控制参数，均可构成温度控制系统。但并不是

7、每个变量都是最优的选择，为此我根据调节阀1、2、3的位置分别画出了其各自的系统框图，对其进行近一步的分析一边选取最优的方案。对上图进行分析可知，乳液直接进入干燥器，控制通道的滞后最小，对被控温度的校正作用最灵敏，而且干扰进入系统的位置远离被控量，所以将乳液流量作为控制参数应该是最佳的控制方案；但是，由于乳液流量是生产负荷，工艺要求必须稳定，若作为控制参数则很难满足工艺要求。所以，将乳液流量作为控制参数的控制方案应尽可能避免。图2-1对上图进行分析可知，旁路空气量与热风量混合，经风管进入干燥器，它与图2-1控制方案相比，控制通道存在一定的纯滞后

8、，对干燥温度校正作用的灵敏度虽然差一些，但可通过缩短传输管道的长度而减小纯滞后时间。图2-2对上图所示的控制方案分析可知，蒸汽需经过换热器的热交换，才能改变空气温度