笔记食用指南(by SJJ)
期末考试内容 = 过程控制系统 + 过程控制工程, 包含小题(填空, 判断等), 大题(简答, 计算等), 期中考试的内容期末也会考到, 但不一定是一样的题目, 会换种形式. 掌握1-9章(8除外)各种各样的典型控制系统是分析后面10-13章工程控制系统的基础. 前9章内容(8除外)明显远多于后4章, 大家可以根据自己的进度进行重点复习.
过程控制系统部分: 内容完整✔️
过程控制工程部分: 10, 11章内容完整度还可(针对上课讲的重点, 考点); 12, 13章因重装系统导致上课录屏丢失, 因此只能根据作业整理笔记, 效果很差. 这两章还是建议看课本即PPT上的文字(如果担心简答题和填空判断之类的话)
个人建议: 大题看所有的作业题, 课堂练习题, A4补充题; 小题前9章(8除外)可以笔记为主, 课本ppt为辅, 后4章以ppt课本为主, 笔记不一定全.
最后: 时间较紧, 本人精力有限, 很遗憾此份笔记无法达到100%完整, 祝愿大家都能过过过!
各环节增益注意点:
- 控制器: 正作用: 增益为-; 负作用: 增益为+
- 控制阀: 气开阀: 增益为+; 气闭阀: 增益为-
- 变送器: 一般为+
- 控制对象: 根据*操纵变量Q(S)的变化引起被控变量Y(S)*的变化确定. Q(s)↑Y(s)↑增益为+
符号: 由于是负反馈系统, 因此闭环系统各环节的增益乘积必须为+
干扰通道 | 控制通道 | |
---|---|---|
K(放大倍数) | 小, 越小越好 | 尽可能地大 |
T(时间常数) | 大, 越大越好 | 适当地小 |
τ \tau τ(纯滞后) | 无关 | 小, 越小越好 |
从保护锅炉出发,应选用气闭阀;从保护后续设备出发,应选用气开阀。主要要分清主次矛盾。
被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚, 在温度过低时会发生凝结
P: 适用于干扰变化幅度小,自衡能力强,对象滞后(τ∕T )较小,控制质量要求不高,且系统允许有一定范围余差的场合。
PI: 工艺要求静态无余差,控制对象容量滞后很小,负荷变化幅度较大,但变化过程又较缓慢的场合。
PD: 适用于控制对象T0较大的场合。对于滞后很小,信号有噪声或周期性干扰的系统不能采用微分作用。
PID: 适用于负荷变化和对象容量滞后都较大、时滞不太大且控制质量要求又较高,被控变量变化缓慢的场合。
串级控制系统:用两台控制器相串接,一个控制器的输出作为另一个控制器的输入。
所选用的仪表信号必须匹配
所选用的副控制器必须具有外给定输入接口
在选择实施方案时, 应是否增加一只切换开关, 作"串级"与"主控"的切换作用
实施方案应力求实用, 少花钱多办事
实施方案应便于操作
主回路 (定值系统)
主回路是一个定值系统,主控制器起着定值控制作用。保持主变量的稳定是首要任务,主控制器必须有积分作用,因此采用PI或PID
副回路 (随动系统)
副回路是一个随动系统,它的给定值随主控制器输出的变化而变化,为了能快速跟踪,副控制器一般不用积分作用,采用P或者PD(副对象的容量滞后T较大)
注意: 当主, 副控制器采用积分作用时:
注: 先副后主
副控制器
副控制器的正、反作用要根据副回路的具体情况决定,而与主回路无关。副环可以按照单回路控制系统确定正、反作用的方法来确定副控制器的正、反作用
主控制器
主控制器的正、反作用根据主回路所包括的各环节来确定。副回路的放大倍数可视为“正”,因变送器一般为“正”,这样主控制器的正负特性与主对象的正负特性一样
压力对象
检测环节在控制阀后面: “+”
检测环节在控制阀前面: “-”
温度对象
根据*操纵变量Q(S)的变化引起被控变量Y(S)*的变化确定. Q(s)↑Y(s)↑增益为+
例1: 确定下图所示加热炉出口温度与燃料油压力串级控制系统主、 副控制器的正反作用
绘制结构图
副环: 控制阀应选气开(正特性)→副对象放大倍数为正特性→副变送器放大倍数为正特性→副控制器应为正特性(选反作用)
主环: 主对象放大倍数为正特性→主控制器应选反作用(主控制器放大倍数应取主对象放大倍数的特性符号)
例2: 氧化炉温度与氨气流量的串级控制系统主、 副控制器的正反作用(氨气流量变化1%,氧化炉温度改变64℃ )
GO1(S): +, GO2(S): +, GV(S): +, GC2(S): +, GC1(S): +
TC: 反作用, FC: 反作用
注意:
投运顺序: 先副环, 后主环
无扰动切换: 预置给定等于测量
注意: 投运过程中应切除微分作用
原则
使系统主要干扰包含在副环内;
在可能情况下,应使副环包含更多一些的干扰;
当对象具有非线性环节时,在设计时应使非线性环节于副环之中;
当对象具有较大纯滞后时,在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后;
副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配,以防共振;
所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性
举例: 加热炉出口温度控制
主要干扰:
燃料气压力
燃料气热值
燃料效果
环境温度
原油流量
原油温度
比值控制系统: 实现两个或两个以上参数符合一定的比例关系的控制系统
主动量: 需要保持比值关系的两种物料中,处于主导地位物料,称之为主动量
从动量: 按主物量进行配比变化的物料,在控制过程中随主物料而变化,称之为从动量
比值控制系统就是要实现副流量F2 和主流量F1 成比值关系 K = F 2 F 1 K=\frac{F_2}{F_1} K=F1F2 , K为副流量与主流量的流量比值
单闭环比值控制系统与串级控制系统的区别: 单闭环比值控制系统的主流量相当于串级控制系统的主参数,而主流量没有构成闭环系统,F2的变化并不影响F1
电流与流量关系 I − 4 20 − 4 = F F m a x \frac{I-4}{20-4}=\frac{F}{F_{max}} 20−4I−4=FmaxF --> I = F F m a x ∗ 16 + 4 I=\frac{F}{F_{max}}*16+4 I=FmaxF∗16+4
比值系数K’为仪表信号之比 K ′ = I 2 − 4 I 1 − 4 K'=\frac{I_2-4}{I_1-4} K′=I1−4I2−4, I2, I1为副, 主流量测量信号值
联立两式可得: K ′ = F 2 F 1 ∗ F 1 m a x F 2 m a x = K ∗ F 1 m a x F 2 m a x K'=\frac{F_2}{F_1}*\frac{F_{1max}}{F_{2max}}=K*\frac{F_{1max}}{F_{2max}} K′=F1F2∗F2maxF1max=K∗F2maxF1max, F2max, F1max为副, 主流量变送器量程上限
流量与差压的非线性关系: F = k Δ p F=k\sqrt{\Delta p} F=kΔp
针对不同信号范围仪表:
此时, K ′ = K 2 ∗ ( F 1 m a x F 2 m a x ) 2 K'=K^2*(\frac{F_{1max}}{F_{2max}})^2 K′=K2∗(F2maxF1max)2, F2max, F1max为副, 主流量变送器量程上限
相乘方案(F2=KF1)
定义: 主流量F1的测量值乘上某一系数, 作为F2流量控制器的给定
乘法器: 把外接的恒流给定器输出设定为 Ik
相除方案(K=F2 / F1)
定义: 将F2与F1的测量值相除, 作为比值控制器的测量值
除法器: 在仪表上直接把输出设成 Ik
乘法器
比值设定步骤:
(1) 先由工艺规定的两物料的流量比值K,结合测量变送器的测量上限,正确的计算出仪表比值系数K′
(2) 根椐所使用的乘法器运算式,由K′进一步算出Ik,然后将恒流定器的输出值调整到上述计算值
除法器
比值设定步骤:
(1) 先由工艺规定的流量比,测量变送仪表的特性,计算比值系数K′
(2) 按给定值计算公式,算出给定值后再把比值器的给定值设置成上面的计算值
在生产过程中, 有时工艺上不但要求物料量成一定比例,而且要求在负荷变化时,它们的提降量有一定的先后次序.
逻辑规律: 指工艺上对主、副流量提降负荷时的先后要求而言。所以具有逻辑规律的比值控制也称为逻辑提量
正常情况: 低选器LS以PC的输出作为输出信号,高选器HS以燃料量F1T的信号作为输出。这样空气与燃料就有一定的比值关系
提量时: 蒸汽流量的增加,蒸汽压力PT↓→PC↑, 信号被高选器HS选中, 使F2C给定↑, 空气量F2T↑, 使其变送器输出↑, 经变送器的测量信号被低选器LS选中, 作为燃料流量控制器F1C的给定值↑, 使燃料提量. 提量过程直至Ip=I1=I2, 系统又恢复稳定状态. 实现了先提空气量后提燃料量的原则
减量时: 蒸汽流量的减少,蒸汽压力PT↑→PC↓, 信号被低选器LS选中, 使F1C↓, 燃料量F1T↓, 使其变送器输出↓, 经变送器的测量信号被高选器HS选中, 作为空气流量控制器F2C的给定值↓, 使空气降量. 降量过程直至Ip=I1=I2, 系统又恢复稳定状态. 实现了先降燃料量后降空气量的原则
考核点: 1. 方框图; 2. 阀, 控制器正反作用; 3. 加法器各信号的符号
冲量: 连续的信号和参数
定义: 用一个控制器, 以两个测量信号(液位和流量)之差为被控变量的系统.
举例: 双冲量均匀控制系统的原理图与方框图, 它以塔釜液位与采出流量两个信号之差为被控变量(如流量为进料时, 则为两信号之和), 通过控制, 使液位和流量两个参数均匀缓慢变化
原理图:
方框图:
理解: 工况稳定情况下, IL与IF符号相反, 互相抵消, 为此, 通过调整IS值, 使加法器的输出等于控制器的给定值. 当受到干扰时,若液位升高,则加法器的输出I0也增加,控制器感受到这一偏差信号而进行控制,发出信号去开大控制阀,于是流量开始增加。与此同时,液位从某一瞬间开始逐渐下降,当液位和流量变送器的输出逐渐接近到某一数值时,加法器的输出重新恢复到控制器的给定值,系统逐渐趋于稳定,控制阀停留在新的开度上,液位的平衡数值比原来有所提高,流量的平衡数值也比原来有所增加,从而达到了均匀控制的目的。
考核点
补充:前馈控制与反馈控制的比较
考核点
类型(3种)
设计方案, 画出结构图
方框图, 控制阀, 控制器正反作用
选择器确定<从非常情况入手>
积分饱和现象
产生条件
防止措施
工作过程
选择性控制系统: 在正常工况下,该参数不会超限,所以也不考虑对它进行直接控制;而在非常工况下,该参数会达到极限值,这时又要求采取强有力的控制手段,避免超限。
生产保护性措施
硬保护措施<停车>(不好)
软保护措施<不停车>(好)
构成选择性控制: 生产操作必须有一定选择性逻辑关系。而选择性控制的实现则需要具有选择功能的自动选择器(高值选择器和低值选择器)或有关切换装置来完成。
工作机理: 一般设有A、B两个可供选择的变量。其中A是工艺操作的主要指标;另一个变量B,工艺上对它只有一个限值要求。当B工作在限值以内时,生产过程按变量A进行连续控制,当B达到或超过限值时,选择控制系统将通过专门的装置切断A的输出,而控制阀迅速关闭或打开,直到B回到限值内,系统才重新恢复到按变量A进行连续控制
工作机理: 在连续型性选择控制系统中,一般具有两只连续控制器,它们的输出通过一只选择器后,送往控制阀。一只控制器工作在正常情况下,另一只工作在非正常情况下,并通过选择器进行切换
与开关型的区别: 取代作用发生后,控制阀不是立即全关或全开,而是在原有开度基础上继续控制,因此,对控制阀来说,控制作用是连续的
举例: 蒸汽压力与燃料气压力的选择性控制系统
注: 脱火现象–当燃料压力过高时,会将燃烧喷嘴的火焰吹灭,产生脱火现象
结构图
方块图
分析工作过程:
注意: 选择器LS最后确定<从非常情况入手>
定义: 既包含有开关型选择的内容,又包含有连续型选择的系统
考核点
分程控制系统定义: 一台控制器的输出可以同时控制两只或两只以上的控制阀,控制器的输出被分割成若干个信号范围段,而由每一段信号去控制一只控制阀
分程控制的实现: 阀门定位器<5个字>
分类
注意:
扩大控制阀可调范围, 改善控制品质
用于控制两种不同的介质, 以满足工艺生产的要求
eg. 间歇式化学反应器分程控制系统
分析: 反应开始前升温阶段→T测<给定值→TC↑→A阀↓ →( A阀 全关时)B阀↑ →蒸汽加热, T↑→ 达到反应温度时,反应开始 ;反应开始后T↑ → T测.>给定值→TC↓ →B阀↓(B阀全关时)A阀↑→ T↓,冷却水把反应热带走,使反应釜温度恒定,反应继续进行。
用作生产安全的防护措施
eg. 油品储罐N2封分程控制系统
分析: A阀(充N2)采用气开式,B阀(放空)为气闭式,控制器为反作用。(1)向油罐注油时P↑→PC↓(<0.06MPa) →A阀全关、B阀开→P↓;( 2)从油罐抽油时P↓→PC↑(>0.06MPa)→B阀全关、A阀开→P↑。
考核点
分析: 选用燃料气(油)作为操纵变量A是经济的和合理的,然而它对克服外界干扰的影响却不及时。操纵变量B对原油的出口温度十分及时、有效,然而从工艺考虑是不经济的(增加能耗)。将操纵变量A和B有机地结合起来,却能达到提高控制质量的效果。
方框图
工作过程分析:
操纵变量的选择
操纵变量A: 着重考虑它的经济和合理性 <阀位控制器>
操纵变量B: 着重考虑它的快速性和有效性 <主控制器>
控制阀开闭形式选择<同单回路>
控制器规律及正反作用
原理:
在广义对象上并联一个分路, 使得 G ( s ) = G p ( s ) ∗ e − τ s + G τ ( s ) = G p ( s ) G(s)=G_p(s)*e^{-τs}+G_τ(s)=G_p(s) G(s)=Gp(s)∗e−τs+Gτ(s)=Gp(s), 可得 G τ ( s ) = G p ( s ) ( 1 − e − τ s ) G_τ(s)=G_p(s)(1-e^{-τs}) Gτ(s)=Gp(s)(1−e−τs), 这种方法称为史密斯补偿法, 这种补偿器称为史密斯补偿器
考核点
精馏塔内回流控制<设计>
精馏塔进料热焓控制<设计>
(1) 为什么要用热焓控制?
(2) 什么情况下可以用温度控制取代热焓控制
定义: 假若不可测的被控变量,只要依靠可测的辅助输出变量即能推算出来,这是<推断控制>中最简单的情况,称为“按计算指标的控制系统”
内回流是使精馏塔平稳操作的一个重要因素。内回流的变化将会影响塔板上汽液平衡状况,要使工况稳定,需保持内回流流量的恒定
内外回流关系
塔板向下流的内回流Li应等于外回流L0与由它们的温差而产生的冷凝液ΔL之和, L i = L 0 + Δ L L_i=L_0+ΔL Li=L0+ΔL
实现内回流控制的方法
热焓定义: 单位重量(或单位体积)的物料所积存的热量
为何要进行热焓控制?
在精馏操作中,进料状态即进料流量、组成及热焓为精馏过程的主要干扰,其中进料热焓是个重要因素,故要求进料热焓应该恒定. 对于单相进料时,热焓与温度成单值对应关系,常用温度控制来代替热焓控制。当汽、液混相进料时,热焓与温度就不存在单值对应关系,这时就需要对进料进行热焓控制。⭐️
热焓运算的数学模型及实施原理图
载热体进出热交换器的情况
(1) 载热体进出热交换器都是液相,无相变
(2) 载热体进出热交换器都是汽相,无相变
(3) 载热体进热交换器前是汽相,释放热量后冷凝成液相
热平衡关系 E F = c f ∗ T 1 + F s F ∗ h s + F s F ∗ c s ( T 2 − T 3 ) E_F=c_f*T_1+\frac{F_s}{F}*h_s+\frac{F_s}{F}*c_s(T_2-T_3) EF=cf∗T1+FFs∗hs+FFs∗cs(T2−T3)
实施原理图
考核点
引入: 在同一设备或装置上设置两套控制系统时,就要考虑系统间关联的问题,其关联程度可通过计算各通道相对增益大小来判断. 如相对增益都接近于1,则说明系统间关联较小;如相对增益于1差距较大,则说明系统间关联较为严重。对于系统间关联比较小的情况,可以采用控制器参数整定,将各系统工作频率拉开的办法,以削弱系统间的关联的影响。如果系统间的关联严重,就需要考虑解耦的办法加以解决。
解耦控制就是设计一个控制系统,使之能够消除系统之间的耦合关系,而使各个系统变成相互独立的控制回路
方块图
数学关系式:
Y 1 ( s ) = G 11 ( s ) P 1 ( s ) + G 12 ( s ) P 2 ( s ) Y_1(s)=G_{11}(s)P_1(s)+G_{12}(s)P_2(s) Y1(s)=G11(s)P1(s)+G12(s)P2(s)
Y 2 ( s ) = G 21 ( s ) P 1 ( s ) + G 22 ( s ) P 2 ( s ) Y_2(s)=G_{21}(s)P_1(s)+G_{22}(s)P_2(s) Y2(s)=G21(s)P1(s)+G22(s)P2(s)
即: [ Y 1 ( s ) Y 2 ( s ) ] = [ G 11 ( s ) G 12 ( s ) G 21 ( s ) G 22 ( s ) ] ∗ [ P 1 ( s ) P 2 ( s ) ] \begin{bmatrix} Y_1(s) \\ Y_2(s) \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} G_{11}(s) & G_{12}(s) \\ G_{21}(s) & G_{22}(s)\end{bmatrix}*\begin{bmatrix} P_1(s) \\ P_2(s)\end{bmatrix} [Y1(s)Y2(s)]=[G11(s)G21(s)G12(s)G22(s)]∗[P1(s)P2(s)]
关联系统的解耦条件是系统的闭环传递矩阵必须是对角阵
<可改为>系统的开环传递矩阵Go(s)必须是对角阵
<最终总结为>广义对象的传递矩阵G(s)必须是对角阵
做法: 在相互关联的系统中增加一个解耦装置(通常称为解耦矩阵,用F(S)表示),使对象的传递矩阵与解耦装置矩阵的乘积为对角矩阵,即可达到解耦的目的
对于2×2的系统来说,所谓简化解耦,就是选择一种简化解耦装置,以达到解耦的目的。而在这种简化解耦装置模型中令F(S)的某两个元素固定为1。
四种组合
单元操作中的控制方案设置主要考虑的四个方面:
- 物料平衡控制
- 能量平衡控制
- 质量控制
- 约束条件控制
考点:
- 根据已知操作线方程设计方案, 画结构图✔️
- 喘振现象及产生原因✔️
- 防喘振控制方案类型✔️
- 控制阀, 控制器正反作用
- 何时打开旁路阀✔️
流体: 输送的物料流和能量流 (液体+气体)
流体输送设备: 泵 (输送液体和提高其压头的机械) + 风机/压缩机 (输送气体并提高其压力的机械)
对流体输送设备的控制主要保证物料平衡的流量和压力控制
压缩机的控制方案
喘振现象: 当负荷低于某一定值时,气体的正常输送遭到破坏,气体的排出量时多时少,忽进忽出,发生强烈震荡,并发出如同哮喘病人“喘气”的噪声。
喘振是离心式压缩机的固有特性,由特性曲线呈驼峰型而引起的, 如下图. 根据能量平衡分析稳定性, 压缩比 p 2 p 1 \frac{p_2}{p_1} p1p2看作衡量位能的指标, 排量 Q Q Q看成衡量动能的指标. 二者相互转化
引起喘振现象的原因:
固定极限流量防喘振控制
可变极限流量防喘振控制: 它是在整个压缩机负荷变化范围内, 设置极限流量跟随转速而变的一种防喘振控制. 设计的关键是确定压缩机喘振极限线方程:
设吸入口, 排出口的绝对压力为 p 1 , p 2 p_1, p_2 p1,p2, 吸入口气体的体积流量和绝对温度为 Q 1 , T 1 Q_1, T_1 Q1,T1, 由安全操作线方程: p 2 p 1 = a + b Q 1 2 T 1 \frac{p_{2}}{p_{1}}=a+b \frac{Q_{1}^{2}}{T_{1}} p1p2=a+bT1Q12可得
Δ p 1 = r b K 2 ( p 2 − a p 1 ) \Delta p_{1}=\frac{r}{b K^{2}}\left(p_{2}-a p_{1}\right) Δp1=bK2r(p2−ap1) 左边是给定值, 右边是测量值, 1代表吸入, 2代表排出
可变极限流量防喘振控制系统设计1如下:
Δ p 1 ( p 2 − a p 1 ) = r b K 2 \frac{\Delta p_{1}}{\left(p_{2}-a p_{1}\right)}=\frac{r}{b K^{2}} (p2−ap1)Δp1=bK2r
可变极限流量防喘振控制系统设计2如下
在防喘振控制系统中,当测量值大于给定值时,旁路阀始终关闭;而当测量值小于给定值时,旁路阀开启到一定位置,故能防止喘振的出现,确保压缩机的安全运行。
注意问题:
考点:
虚假水位现象及其危害性
设计整体方案, 注: 双冲量, 三冲量控制系统
方块图, 控制阀, 控制器正反作用, 加法器符号的确定, I0的作用
炉膛负压控制
设计控制方案的理由: 负压值过小/大
传热设备的类型
传热设备的控制要求
一般传热设备通常指:换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝冷却器
换热器的控制
换热器两侧介质(工艺介质和载热体)在换热过程中都没有相变
换热器的控制方案
锅炉可产生高压蒸汽用于驱动蒸汽透平的动力源或作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源,是石油化工、发电厂的重要动力设备
锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要,供应一定压力或温度的蒸汽,同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行
汽包水位动态特性
虚假水位现象: 当蒸汽量加大时, 虽然锅炉的给水量小于蒸发量, 但在一开始, 水位不仅不下降, 反而迅速上升, 然后再下降; 反之, 蒸汽流量突然减少时, 水位先下降, 然后上升.
虚假水位现象属于反向特性,会使控制器反向错误动作
单冲量控制系统
冲量指的是变量
缺点:
双冲量控制系统
根据蒸汽流量作为校正作用,可以纠正虚假水位引起的误动作,也能提前发现负荷的变化,从而大大改善了控制质量
本质: 前馈(蒸汽流量)-反馈控制系统
方块图如下:
三冲量控制系统
双冲量控制系统无法克服给水干扰的影响,引入给水量,构成三冲量控制系统
本质: 前馈(蒸汽流量)-串级控制系统
方块图如下:
阀的开闭形式, 控制器正反作用及运算器符号决定
蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统
负荷提量: 先提空气, 再提燃料
负荷减量: 先减燃料, 再减空气
炉膛负压控制与有关安全保护系统
(1) 炉膛负压控制系统
本质: 前馈-反馈控制系统
通常把炉膛负压控制在-20Pa左右
设计控制方案的理由
负压值过小, 造成炉膛热烟气往外冒, 危及操作人员, 设备安全
负压值过大, 大量冷空气漏进炉膛内, 使热量损失增加
(2) 防脱火和防回火控制系统
精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程,通过精馏过程,使混合物料中的各组分分离,分别达到规定的纯度。
分离机理: 是利用混合物中各组分的挥发度不同( 沸点不同),使液相中的轻组分(低沸点)和汽相中的重组分(高沸点)相互转移,从而实现分离。
特点: 精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程,内在机理较复杂,动态响应迟缓、变量之间相互关联,不同的塔工艺结构差别很大,而工艺对控制提出的要求又较高,所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。而且从能耗的角度,精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备<判断>。
物料平衡关系
总物料平衡: F=D+B
能量平衡关系
在保证产品质量合格的前提下, 使塔的总收益最大或总成本最小
进料流量F, 进料组分zf, 进料温度Tf, 热焓FE
一. 直接产品成分信号
制约因素:
二. 间接温度信号
二元组分精馏塔
一定压力下, 沸点和产品的成分有单值的对应关系
多元精馏过程
一定压力下, 温度与成分也有近似对应关系
关于温度点的位置
温度检测点放在塔顶:精馏段温控系统
温度检测点放在塔底:提馏段温控系统
Shinskey精馏塔控制中变量配对的三条准则:
当仅需要控制塔的一端产品时,应当选用物料平衡方式来控制该产品的质量
塔两端产品流量较小者,应作为操纵变量去控制塔的质量
当塔的两端产品均需按质量控制时,一般对含纯产品较少,杂质较多的一端的质量控制选用物料平衡控制,而含纯产品较多,杂质较少的一端的质量控制选用能量平衡控制
当选用塔顶部产品馏出物流量D或塔底采出液量B来作为操纵变量控制产品质量时,称为物料平衡控制
而当选用塔顶部回流L或再沸器加热量Q(V)来作为操纵变量控制产品质量时,称为能量平衡控制
一般说来,精馏塔的质量指标只设定一个,分别称为精馏段控制和提馏段控制
操纵变量(4种):
被控变量(3种):
以上搭配可构成精馏塔的控制方案----精馏段/提馏段+物料平衡控制/能量平衡控制----核心是观察温度监测点TC的位置+与TC相对应控制阀的操纵变量⭐️
方案一:精馏段物料平衡控制方案
方案二:精馏段能量平衡控制方案
方案三:提馏段能量平衡控制方案
方案四:提馏段物料平衡控制方案
该部分即为前面的各种控制系统在精馏塔中的应用
化学反应器类型
化学反应器的控制要求
绝热反应器由于与外界没有热量的交换。因此,要对反应器的温度进行控制,只能通过控制物料的进口状态来实现。所谓的物料进口状态的控制,即控制物料的进口浓度x0、进料温度θf、和负荷量G
进口浓度x0的控制
以进口浓度x0作为操纵变量来控制反应器温度, 当θf不变时,随着x0的增大(放热Q1增大),反应器温度θ也增大
改变进口浓度的常用方法
进料温度θf的控制
提高进料温度θf,将使反应温度θ升高
改变负荷G
由于非绝热反应器是在反应器上外加传热,因此可以像传热设备那样来控制反应温度。控制方案中常采用分程控制和分段控制