乳化物干燥器温度比值控制2008

课程设计说明书１目录1.干燥器工作原理及特点……………………………………………………22.控制方案的选择…………………………………………………………………32.1乳化物干燥器比值控制系统参数的选择……………………………………32.2控制变量的确定………………………………………………………………42.3现场仪表选型…………………………………………………………………43.系统方块图……………………………………………………………………54.分析被控对象特性………………………………………………………………54.1比值系数确定…………………………………………………………………55.系统仿真…………………………………………………………………………6课程设计总结………………………………………………………………………8参考文献……………………………………………………………………………9２乳化物干燥器温度比值控制系统设计1、干燥器工作原理及结构特点干燥器是是通过加热使物料中的湿分(一般指水分或其他可挥发性液体成分)汽化逸出，以获得规定湿含量的固体物料的机械设备。干燥的目的是为了物料使用或进一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品变形，陶瓷坯料在煅烧前的干燥可以防止成品龟裂。另外干燥后的物料也便于运输和贮存，如将收获的粮食干燥到一定湿含量以下，以防霉变。由于自然干燥远不能满足生产发展的需要，各种机械化干燥器越来越广泛地得到应用。干燥过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的物料、含有固体物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在干燥器内干燥，以得到干的固体。在干燥过程中需要同时完成热量和质量(湿分)的传递，保证物料表面湿分蒸汽分压(浓度)高于外部空间中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于物料温度。热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。内部湿分向表面扩散并汽化，使物料湿含量不断降低，逐步完成物料整体的干燥。物料的干燥速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部条件不变，物料的干燥速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速干燥阶段；当物料湿含量降低到某一程度，内部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率时，干燥速率即主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速干燥阶段。按湿物料的运动方式，干燥器可分为固定床式、搅动式、喷雾式和组合式；按结构，干燥器可分为厢式干燥器、输送机式干燥器、滚筒式干燥器、立式干燥器、机械搅拌式干燥器、回转式干燥器、流化床式干燥器、气流式干燥器、振动式干燥器、喷雾式干燥器以及组合式干燥器等多种。对于乳化物的干燥要选用喷雾式的比较合适，这也是最为常用的一种。其干燥原理为，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，３使水分迅速蒸发，达到干燥目的。由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，不能用泵输送。帮采用高位槽的办法，即浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B（两个交换使用，保证连续操作），除去凝结块等杂物，再通过干燥器顶部从喷嘴喷出。空气由鼓风机直接来的空气混合后，经过风管进入干燥器，从而蒸发出乳液中的水分，并随湿空气混合后，再进行分离。生产工艺对干燥后的产吕质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而对干燥的求严格控制。下图为乳化物干燥过程中的喷雾式干燥工艺设备的原理图。图1：乳化物干燥器干燥原理图2、控制方案的选择为保证此系统物料流量比值的一定，我选择定比值控制系统中的单闭环比值控制系统，因为其比值器的参数经计算设置好后就不再变动了。2.1、乳化物干燥器比值控制系统参数选择被控参数选择由于此系统为温度控制系统，所以选用干燥器的温度为被控参数。４控制参数选择由图1的干燥过程流程图可知引起干燥器温度变化的因素大概主要有：（1）乳液流量（2）旁路空气流量（3）加热蒸汽量2.2、控制参数的确定干燥器中主要有乳液A、加热蒸汽B、旁路空气流量C。由图1知乳液直接进入干燥器，滞后最小，对于干燥温度的校正作用最灵敏。对于旁路空气流量和热风量混合后，再经过较长的风管进入干燥器，由于混合空气传输管道长，存在管道传输滞后，故控制通道的时间滞后较大，对于干燥温度校正作用的灵敏度要差一些。而调节换热器的蒸汽流量，以改变空气的温度，则由于换热器通常为一双容过程，时间常数较大，控制通道的滞后最大，对干燥温度的校正作用灵敏度最差。所以综合考虑选择乳液A为主流量和旁路空气流量C作为副流量，且选旁路空气流量为被控变量。2.3、现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件根据流程图，需要选择一个流量测量变送器、一个温度测量变送器、一个流量调节阀。①流量变送器的选择。流量测量仪表也称为流量计，它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量压差值便可求得流体流量，并转换成电信号输出。因此，差压式流量计由产生压差的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。节流式流量计可用于测量气体、液体或蒸汽的流量。②温度测量变送器的选择。温度测量的方法很多，一般可分为接触式测温法和非接触式测温法。接触式测温法是测量体与被测物体直接接触，两者进行热交换并最终达到热平衡，这时测量体的温度就反应了被测物体的温度，而非接触式测温法的误差较大。由于原料油的裂解需要对温度有较严格的规定，因此，选择接触式测温法。热电偶温度仪表是基于热电效应原理制成的测温仪器，两种不同材料的导体A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点t0、t温度不相同时（假５设tt0），回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电流的大小与导体材料性质和接点温度有关。把两种不同材料的组合称为热电偶，它感受被测温度信号，输出与温度相对应的直流电势信号。③执行机构（调节阀）的选择。执行器可分为气动、液动、和电动执行器，液动执行器使用较少，气动执行器是以压缩空气为能源的执行器（气动调节阀），主要特点是：结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便宜、维修方便、本质防爆、容易做成大功率等。与电动执行器相比，性能优越得多，故应用广泛。3、系统方块图下图为单闭环比值控制系统方框图，该系统的主流量为q1，副流量q2图2：干燥器比值控制系统方块图4、分析被控对象特性，选择控制算法（调节器控制规律的确定）变比值控制系统又可称为串级比值控制系统，它具有串级控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器的选择原则，主调节器选PI控制规律，比例控制器选用P控制规律。被控对象为单容对象，即Go1(s)=111sTKoo检测环节均为比例环节，即Gm1(s)=Km1控制阀为比例控制，即Gv(s)=Kv4.1、比值系数的确定工艺物料流量的比值K，是指两流量的体积流量或质量流量之比。比值系统K'是流量比值K的函数，当控制方案确定后，必须把工艺上的比值K折算成仪表上的比值系数K'，并正确设定在相应的控制仪表上，这是保证系统正常运行的前提。本系统的流量与测量信号成线性关系，设工艺要求Q2/Q1=K，测量流量q2q1控制器（PID）执行器空气流量温度检测干燥器温度度除法器器T６Q1和Q2的变送器的测量范围分别为0~Q1max和0~Q2max，则折算成仪表的比值系数为K'=Kmax2max1QQK'即为比值器的比值系数。5、进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能对于单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统的主动量来说，可按单回路控制系统的整定方法和要求来进行。一般希望主动量回路的过渡过程变化缓慢一些，以便从动量得以跟踪上。变比值控制系统结构上属于串级控制系统，因此其主调节器的参数可按串级控制系统进行整定。而从动量回路实质上是一个随动系统，要求从动量能迅速、准确地跟踪主动量变化，而且不宜有过大超调。从动量回路的过渡过程整定非周期临街状态为最佳，此时从动量回路的过渡过程既不震荡有反应最快。从动量回路控制器参数整定步骤如下：1、根据计算的比值系数K'在满足工艺生产流量比的情况下，将比值控制系统投入进行。2、将积分时间厂商置于最大，有大到小改变调节器的比例度，使系统响应迅速，并处于振荡与不振荡的临界过程。3、若有积分作用，则适当的加大比例度，投入积分作用，并减小积分时间，知道系统出现振荡与不振荡的临界过程。空气流量测量仪表为线性单元，动态滞后可忽略，则有：()QMQMGsK温度测量环节用一阶环节来近似1()1TMTMKGsTs假设10%/(/)QMKThr对于调节阀，由于其流量特性为直线和等百分比，故()()1%/%()VVVfsGsKus７对于调节阀控制流量对象，控制通道和扰动通道的动态特性为：222()1pKGsTs22ddGK假设20.1(/)/%KThr，21.5minT，26(/)/dKThrMPa，流量调节阀前压力波动为0.1MPa对于流量控制干燥器温度对象，控制通道和扰动通道的动态特性为1112()(1)(1)psppppKeGsTsTs111()(1)dsdddKeGsTs假设15/(/)opKCThr14minpT21minpT3minp11/(/)odKCThr13mindT2mind（公式出自过程控制工程此书）则根据传递函数方框图2，进行仿真得如下图4和图5所示。图4.仿真设备图８图5：系统在无干扰输入情况下的仿真图图6：系统在干扰作用下的输出值课程设计总结为期两周的课程设计结束了，这次的课程设计让我感觉无从下手，付出了更多的时间和精力之后当然收获也是更为丰富。以前做课程设计老师都布置好了具体的步骤，我只要按步走就行了，遇到什么困难就有目标的查资料，这此的却有点不一样了。这次课程设计对我们的能力要求有了进一步的提高，老师没有像以前那样，而是完全放开了手，具体怎么做你自己摸索去，只有你碰到困难时去问老师时，他才会给你具体的解答。刚拿到题目时大家都陷入了迷茫中，每个人设计的题目都不同，而且设计对象也是我们没有接触过的，这就要求我们花更多的精力去查阅资料，了解更多的知识，对我们提出了更强的独立性要求。但我还是一步一步的慢慢的把它做了下来，虽然我所做的单闭环控制系统比较简单，但这是我这两周的心血，通过这个简单的控制系统的设计，我对控制系统又有了更深的理解，尤其是对比值控制系统的认识了解的更多了。在这此的课程设计中要衷心的感谢刘广璞、王泽兵老师的大力指导和教诲。９参考文献[1]《过程装备控制技术及其应用》王毅主编化学工业出版社[2]《过程自动化及仪表》俞金寿主编化学工业出版社[3]《工业过程控制工程》王树青主编化学工业出版社[4]《控制仪表及装置》吴勤勤主编化学工业出版社[5]《过程控制仪表》徐春山主编冶金工业出版社[6]《过程装备成套技术设计指南工程》黄振仁主编化学工业出版社[7]《过程控制装置》张永德主编化学工业出版社[8]《化工单元过程及设备课程设计》匡国柱主编化学工业出版社[9]《化工设备设计设计手册》（上、下）朱有庭主编化学工业出版社[10]《工业过程检测与控制》孟华主编化学工业出版社