化学反应参数检测与控制课件

1、釜式反应器操作参数的检测与控制 搅拌釜式反应器主要适用常压或低压、以液相为主的反应。 釜式反应器操作参数：如温度、浓度、反应时间等。 温度的检测与控制是保证产品质量、降低成本、确保安全生产的重要手段。问题1：检测仪表有哪些分类方法？问题2：检测仪表的精确度和灵敏度分别代表了什么？问题3：检测仪表的构成有哪几部分？Company Logo1/常见温度检测仪表种类及应用2/自动控制系统组成3/控制器及控制规律4/执行器5/温度自动控制方案Company Logo1 常见温度检测仪表种类及应用问题：测温仪表的分类有哪些？液体膨胀式温度计 酒精式 水银式 Company Logo液体膨胀式温度计的工作

2、液 工作介质膨胀系数C-1测温范围0C 水银0.00018-30 550 乙醇0.00105 -46 150甘油 0.0005 20 175煤油 -30-150Company Logo光学高温计高温物体表面3000 温度计Company Logo双金属温度计Company Logo参数特性气体压力式温度计蒸气压力式温度计液体压力式温度计工作介质氢气、氮气等丙酮、乙醚、氯甲烷等水银、甲苯、甲醇、甘油等测温范围-100+500-20+500-50+500Company LogoCompany Logo热电偶测量温度计Company Logo补偿导线Company LogoCompany Logo热

3、电偶的测温场合与特点高温测量，用于温度较高的场合测量的误差较多，需要经常校验安装时需要补偿导线，较为复杂。Company Logo 热电阻 在低温区使用热电偶电势小，又不易得到完全补偿，可使用热电阻。 工业常用热电阻： 铜电阻，测温范围 -50150 。 铂电阻，测温范围 -200650 Company Logo常用温度检测仪表Company Logo温度变送器变送器：以24V DC为能源，以420mA DC为统一标准信号，其作用是将来自热电偶或热电阻或者其它仪表的热电势、热电阻阻值或直流毫伏信号，对应的转换成420mADC电流（或15VDC电压）。再送给其它单元进行指示、记录或控制，以实现对

4、温度（温差）变量的显示、记录或自动控制。温度变送器的种类很多，变送器通常与热电偶、热电阻组合在一起。Company Logo常用温度显示仪表显示仪表直接接受检测仪表、变送器或传感器送来的信号，经测量电路和显示装置，对被测变量予以指示、记录，以字、符、数、图象显示。显示仪表可分为模拟式、数字式和图象式三大类。Company LogoCompany Logo数字式智能显示Company Logo图示仪2003。9。20 09：25：18OC3MH315.005.0m0追 忆功 能翻 页时 标Company Logo测温仪表的选择要求：1、工艺要求，被测介质的温度是否需要指示、记录和自动控制；2、仪

5、表的测温范围、精度、稳定性、变差及灵敏度；3、仪表的防腐蚀性、防爆性及连续使用的期限；4、测温元件的体积大小及互换性；5、被测介质和环境条件对测温元件是否有损害；6、仪表的反应时间；7、仪表使用是否方便、安装维护是否容易。Company Logo思考：测温仪表的安装要求有哪些？Company Logo 2 自动控制系统组成以大家熟悉的液位控制说明自动控制过程被控变量y指需要控制的工艺变量。设定值x工艺上被调参数的期望值。偏差e被控变量的测量值与给定值之差。干扰f引起被调参数偏离给定值的一切因素。操纵变量q用来克服扰动对被控变量的影响，实现控制作用的参数。Company Logo被控对象：指需要

6、控制的设备或装置。检测元件和变送器：将被测变量转换成规定信号送给控制器（或远传显示仪表（或计算机系统）进行显示）处理。输出信号为国际统一标准信号420mA DC电流(或20100kPa气压)。比较机构：是将设定值与测量值进行比较并产生偏差。控制器：依据偏差、按预定的控制规律实施控制。有内-外设定；正反作用之分。执行器：也叫操纵器，执行控制器的信号、相应调节操纵变量。Company Logo 3 控制器及控制规律控制器：检测变送仪表将被控变量转换成测量信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录以外，更重要的是要送至控制器，在控制器内与设定值进行比较后得出偏差，然后由控制器按照预定的控制规律对偏差进行

7、运算，输出控制信号，操纵执行机构动作，使被控变量达到预期要求，最终实现生产过程的自动化。经常使用电动控制器、数字控制器控制规律控制规律：是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。被控变量能否回到设定值位置，以何种途径、经多长时间回到设定值位置，很大程度上取决于控制器的控制规律。基本控制规律有四种，即双位控制规律、比例（P）控制规律、积分（I）控制规律和微分（D）控制规律。基本控制规律有的可以单独使用，有的需要组合使用。如：双位控制、比例控制、比例积分（PI）控制、比例微分（PD）控制、比例积分微分（PID）控制。Company Logo双位控制规律的特点？比例控制规律的特点？比例积分

8、控制规律的特点？比例微分控制规律的特点？比例积分微分控制规律的特点？Company Logo名称控制的依据关系规律的作用比例P偏差的大小迅速、及时克服偏差，粗调；有余差存在。积分I偏差对时间的累积精调，消除余差。但有一个累积过程，响应较缓慢。微分D偏差变化的速度、趋势。超前调节，克服滞后；与偏差无关，响应快速，易引起振荡。对固定偏差无动作，不能单独使用比例、积分、微分三作用小结表控制规律选择 控制规律选择参考表 变量 流量 压力 液位 温度控制规律 PI PI P、PI PIDCompany Logo4 执行器作用：用来执行控制器下达命令的仪表，以改变操纵变量实现对工艺变量的控制作用。 执行器

9、按其使用的能源，可以分为气动执行器、电动执行器和液动执行器三大类。 应用最多的是气动执行器。气动执行器习惯上称为气动调节阀，它以纯净的压缩空气作为动力，具有结构简单、动作平稳可靠、输出推力较大、维修方便、防火防爆等特点，广泛应用于石油、化工等工业生产的过程控制中。气动执行器由执行机构和调节机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小产生相应的推力，推动调节机构动作。调节机构是执行器的调节部分，它直接与被控介质接触，以控制介质的流量。Company Logo调节阀的类型类型特点适用直通单座阀 结构简单，价格低廉，全关时的泄漏量小。但因为阀座前后有压力差的作用，使得阀芯不易平衡

10、，尤其是高压差大口径时的阀芯稳定性很差 适用于低差压的场合 直通双座阀 不平衡力小，阀芯的稳定性好，动作较灵敏，阀的口径可以做得较大，但由于加工装配等原因，很难使两个阀芯同时关闭，因此全关时的泄漏量较大。 应用很普遍角型阀流路简单，阻力小，易于清洗，阀体内不易积存污物特别适合于高粘度以及含有悬浮颗粒介质的控制三通阀三个出入口与管道相连，分为分流式和合流式两种 一般用于代替两个直通阀，对热交换器等装置的旁路进行控制。 Company Logo蝶形阀适用于低压差，大流量的气体控制；也可用于含少量悬浮物及纤维或粘度不高的液体控制，但泄漏量大。 隔膜阀流路简单，几乎无泄漏适合于腐蚀性介质的控制，也可用

11、于控制有毒介质、易燃易爆介质、贵重介质以及真空场合等。笼式阀笼式阀的可调比（调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比）大，不平衡力小，振动小，结构简单，套筒的互换性好，更换不同的套筒即可得到不同的流量特性，部件所受的汽蚀也小，是一种性能优良的调节阀，特别适用于差压较大以及需要降低噪音的场合。但使用中要求流体洁净，不能含有固体颗粒。 凸轮挠曲 阀可调比大（可达50比1或100比1），使用温度范围宽（195400），对流体的阻力小，密封性能好，体积小，重量轻，价格低。适用于粘度大的介质及一般场合。球阀“O”形阀芯的球阀，它一般用于双位式控制的切断场合；“V”形阀芯的球阀一般用于流量特性近似等百分比的

12、控制系统。 Company Logo结构型式的选择首先要考虑工艺条件，如介质的压力、温度、流量等；其次考虑介质的性质，如粘度、腐蚀性、毒性、状态、洁净程度；还要考虑系统的要求，如可调比、噪声、泄漏量等。例如：当阀前后压差较小，要求泄漏量小时，可选用直通单座阀；当阀前后压差大，且允许有较大的泄漏量时，宜选用直通双座阀；对于高粘度、含有悬浮物或压力较高的介质，最好选用角型阀；腐蚀性强的介质要用隔膜阀；要求低噪声时应选笼式阀；对于低压大流量大口径管道可用蝶形阀等等。一般情况下优先选用直通单座阀、直通双座阀和笼式阀。Company Logo电动控制阀Company Logo三通阀蝶阀Company L

13、ogo气动蝶阀Company Logo调节阀的工作方式1、气开式：有气则开，无气（20kPa）则关2、气关式：有气则关，无气（20kPa）则开Company Logo正作用式气动薄膜调节阀外形正作用气关式Company Logo反作用式气动薄膜调节阀结构 原理反作用气开式O型环Company Logo四种组合 正作用反作用反作用气关式气关式气开式气开式反作用正作用正作用Company Logo气开/气关型式的选择主要是考虑生产的安全。当信号压力中断时，应避免损坏设备和伤害人员。例如：控制加热炉的燃气流量时，一般应选用气开式。当控制器出现故障或执行器供气中断时，气开式的阀门会全关，停止燃气供应，

14、可避免炉温继续升高而导致事故。再如：对于易结晶的流体介质，应选用气关式，当出现意外时，气关式的阀门全开；若选用气开式，则阀门全关，就会使得管道内的介质结晶，导致不良后果。 Company Logo调节阀的流量特性 类型特点适用快开型 阀芯行程达到阀座口径的四分之一时，流量就已经达到最大，再开也不会改变流量了 多用于双位控制或程序控制等 直线型 相对流量与相对开度成直线关系小开度时控制作用太强，容易引起振荡；在大开度时控制作用太弱，调节缓慢，不够及时 不利于负荷变化大的对象控制 等百分比型 （对数型）在行程变化相同的数值情况下，流量小时，流量变化量小，调节平稳缓和；流量大时，调节灵敏有效。 一般

15、选择等百分比（对数）型调节阀比较有把握 抛物线型 相对流量与相对开度之间成抛物线关系 Company Logo 流量特性的选择常用的有快开型、直线型和等百分比（对数）型三种。快开型调节阀符合两位式动作的要求，适用于双位控制或程序控制的场合。直线型和对数型调节阀的选用，要根据系统特性、负荷变化等因素来决定。一般选择等百分比（对数）型调节阀比较有把握。Company Logo5温度自动控制方案Company Logo简单控制系统的组成 一个检测变送器、一个控制器、一个执行器和一个控制对象所构成的闭环控制系统控制符号图Company Logo五大变量与功能符号PLFTA压力液位流量温度成分TIRCA

16、传送指示记录控制报警变量功能Company Logo蒸气冷凝水接疏水器调节阀夹套夹套釜式反应器温度自控控制图TTTC 釜式反应器温度简单自动控制问题： 如果蒸汽流量频繁波动，将会引起釜温度的变化。尽管温度简单控制系统能克服这种扰动。可是，这种克服是在扰动对温度已经产生作用，使温度发生变化之后进行的。这势必对产品质量产生很大的影响。所以这种方案，并不十分理想。 Company Logo复杂控制系统生产规模的大型化和生产过程的复杂化，必然导致各变量之间的相互关系更加复杂、对控制手段的要求也越来越高。出现了串级、 均匀、比值、分程、前馈、选择等复杂控制系统以及一些更新型的控制系统，如发展过程中产生了

17、多变量线性控制、计算机智能化控制等现代控制方法。 Company Logo 1、串接控制方案 将温度控制器的输出串接在流量控制器的外设定上，出现了信号串联的形式。对进入副回路扰动的抑制力更强，控制精度高，控制滞后小。特别适用于滞后大的对象，如温度。Company Logo串接控制系统原理图调节器1执行器对象1、2变送器、检测元件+设定值+e（t） 比较机构测量值 x（t）y1（t）y2（t）干扰 f（t）z1主环调节器2+变送器+-z2副环-Company Logo 2、液位-流量均匀（衡）控制AB12LCLTFTFCCompany Logo3、比值控制 工业生产中，常会遇到将两种或两种以上物

18、料按一定比例（比值）混合或进行化学反应的问题。如合成氨反应中，氢氮比要求严格控制在31，否则，就会使氨的产量下降。比值控制的目的就是实现两种或两种以上物料的比例关系。 Company Logo开环比值控制系统主、从变量阀1F1被测主动量控制阀F2被控从动量 FT FC 设定Company Logo单环比值控制系统主、从变量阀1F1被测主动量控制阀F2被控从动量F2C F1T F2T Company Logo双环比值控制系统F1F2FC1FT2FT1FC2 K Company Logo变比值控制系统FC1FC2 KC 触媒层TTTCFT1FT2Company Logo4、分程控制系统12问题：反

19、应器配好物料以后，开始要用蒸汽对反应器加热启动反应过程。由于合成反应是一个放热反应，待化学反应开始后，需要及时用冷水移走反应热，以保证产品质量。Company Logo分程控制系统：就是利用阀门定位器的这种功能将控制器的输出分成几段，用每段分别控制一个阀门。 如通过调整阀门定位器，使1阀在2060kPa的信号范围内走完全程，使2阀在 60100kPa的信号范围内走完全程。夹套式反应器的温度分程控制系统。Company Logo分程控制的应用场合1）实现几种不同的控制手段 工艺上有时要求对一个被控变量采用两种或两种以上的介质或手段来控制。2）用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。 在生产过程中

20、，有时要求控制阀有很大的可调范围才能满足生产需要。如化学“中和过程”的PH值控制，有时流量有大幅度的变化，有时只有小范围的波动。用大口径阀不能进行精细调整，用小口径阀又不能适应流量大的变化。Company Logo5、选择性控制 一般的过程控制系统只能在生产工艺处于正常状态下工作，如果出现特殊情况，通常有两种处理方法。一是利用联锁保护系统自动报警后停车；二是转为人工操作，使生产逐步恢复正常。 但这两种方法都存在着不足，因为紧急停车虽然安全，但经济损失很大，时间也长。人工紧急处理虽然经济，但人工操作紧张，容易出错，操作的可靠性也较差。而选择性控制系统能克服二者的不足。 所谓选择性控制系统，就是有

21、两套控制系统可供选择。正常工况时，选择一套，而生产短期内处于不正常状态时，则选择另一套。这样既不停车又达到了自动保护的目的。所以，选择性控制又叫取代控制或超驰控制。如果说自动联锁是硬保护的话，那么选择性控制就是软保护。Company Logo6、前馈反馈控制系统大多数控制系统都是具有反馈的闭环控制系统，对于这种系统，不管什么干扰，只要引起被控变量变化，都可以消除掉，这是反馈（闭环）控制系统的优点。但是这种控制都是在扰动已经造成影响，被控变量偏离设定值之后进行的，控制作用滞后。最好能在它影响到出口温度之前就将其抑制住。如进料量刚一增大，立即使蒸汽阀门开大，用增加的蒸汽来对付过多的冷物料。如果设计的好，可以基本保证出口温度不受影响。这就是前馈控制系统。所谓前馈控制系统是指按扰动变化大小来进行控制的系统。其目的就是克服滞后，将扰动克服在其对被控变量产生影响之前。 Company Logo前馈-反馈控制 Company Logo类型组成特