流化床反应器温度串级控制系统设计
流化床反应器操作与控制—流化床反应器的工作原理
竖管离中心位置的校正系数
流化床的传热
(5)颗粒与气体的物理性质对给热系数的影响
颗粒和气体的物理性质对给热系数都有影响，其中影响最大的是 气体的导热系数。不同的气固系统，给热系数是有区别的。
《化学反应器操作与控制》
流化床的异常现象及处理
异常现象和处理方法
大气泡
沟流
异常 现象
腾涌
沟流
催化剂床层中形成的狭窄的气体流动通道
沟流
局部沟流
贯穿沟流
沟流
沟流 发生
正常 生产
沟流
颗粒的粒度很细、密度大且气速很低时 潮湿的物料和易于黏结的物料
气体分布板设计不好，布气不均沟流 产生 原因 Nhomakorabea沟流
后果：导致床层的中气固接触不均匀，有可能 产生死床，造成催化剂烧结，降低了催化剂的 活性和寿命，同时也降低了设备的生产能力。
采用小颗粒；调整至最佳气速
异常现象和处理方法
沟流
大气泡
腾涌
《化学反应器操作与控制》
流化床反应器内的流体流动
流化床反应器
醋 酸 乙 烯 合 成 工 段
流化床反应器内流体流动
固体流态化的形成
固体流态化
将固体颗粒悬浮于运动的流体中，从 而使颗粒具有类似于流体的某些宏观特性， 这种流固接触状态称为固体流态化。
理想流化床的△p-u关系图
驼峰
《化学反应器操作与控制》
流化床的传热
流化床的传热
传热效果
传热效率高是流化床反应器的一大 优点，大多数流化床反应器都用于 热负荷较大的化学反应。
流化床的传热
（1）流化床反应器的传热过程分析
流化床传热速率快，床层温度均匀。 气体进入流化床后很快达到床层温 度，其主要原因是传热面积大；颗 粒循环速度高。
过程控制工程课程设计参考题目
过程控制工程课程设计参考题目(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--14级过程控制课程设计题目1班课程设计参考题目：一、温度控制（单回路、串级、前馈—反馈、比值控制）（40）1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计2班课程设计参考题目：1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计课程设计教材及主要参考资料：1、戴连奎，《过程控制工程》，化学工业出版社，20122、杜维，《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，20013、姜培正，《过程流体机械》，化学工业出版社，20024、王毅，《过程装备控制技术与应用》，化学工业出版社，20015、厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2006一、课程设计教学目的及基本要求：1．课程设计的教学目的培养学生将理论知识应用到解决实际问题的能力，通过该课程的学生，可以很好地训练学生的实际动手能力和解决工程问题的能力，为学生从学校到工厂和技术部门提供前期的训练。
流化床反应器操作与控制
• 对象和类 • 关联和链 • 层次结构
动态模型
• 动态模型是与时间和变化有关的系统性质。该模型描述了系统的 控制结构，它表示了瞬间的、行为化的系统控制。它关心的是系 统的控制、操作的执行顺序，它从对象的事件和状态的角度出发， 表现了对象的相互行为。
面向对象的模型
• 模型是对实体的特征和变化规律的一种表示或抽象，即把对象实 体通过适当的过滤，用适当的表现规则描绘出的模仿品。该模型 主要关心系统中对象的结构、属性和操作，它是分析阶段三个模 型的核心，是其他两个模型的框架。
• 在面向对象的开发中，有对象模型、动态模型和功能模型这三种 常用模型。
对象模型
面向对象的设计
• 面向对象的设计（Object Oriented Design，OOD），是根据OOA中 确定的类和对象，设计软件系统，以作为面向对象的编程的基础。 整个设计过程分为系统设计和对象设计。
• 系统设计过程包括：
• 系统分解 • 确定并发性 • 设计人机交互子系统 • 设计任务管理子系统 • 设计数据管理子系统
• 这些定义蕴含了类层次的存在，父类的属性和操作被子类继承， 而子类也可以加入自己“私有的”属性和方法。
属性
• 属性依附于类和对象，并且以某种方式描述类或对象。 Champeaux及其同事给出了如下的关于属性的讨论：
• 现实的实体经常用指明其稳定特性的词来描述。大多数物理对象 具有形状、重量、颜色和材料类型等特性；人具有生日、父母、 名字、肤色等特性，特性可被视为在类和某确定域之间的二元关 系。
流化床反应器的操作与控制—流化床反应器的工艺计算
A组分总消失量 dCAb dt
dl dt
dCAb dl
ub
dCAb dl
流化床反应器内的传热
流化床反应器具有温度分布均匀和传热速率高的特点，特别适于产生大量反 应热的化学反应，同时换热器的传热面积可以减小，结构更紧凑。
传热的三种基本形式：
• 固体颗粒与固体颗粒之间的传热 • 固体颗粒与流体间的传热 • 床层与器壁或换热器表面的传热
这三种传热的基本形式中，前两种传热速度比后一种要大得多，所以要提 高整个流化床的传热速度，关键就在于提高后一种传热速度。
1.844 102 C 1
Re0.23
Pr 0.43
CP P
CP
0.8
P
0.66
0.43
• 注意： 是有单位的，其单位为[s.cm-2]
• 床层与横放的换热器器壁之间传热时，给热系数计
算式为
Nu
0.66 Re0.44
Pr 0.3
P
1
0.44
流化床传热小结
• 水平管的给热系数比垂直管低5－15％，因此倾向 于使用垂直管。
• u：气流的空塔流速[m.s-1]
可见，流化床的内径取决于气流的空塔气速，而流化床的空塔气速应介
于初始流化速度（也称临界流化速度）与逸出速度之间。即维持流化状态的最 低气速与最高气速之间。
例8-1 计算萘氧化制苯酐的微球硅胶钒催化剂的起始流化 速度和逸出速度
已知催化剂粒度分布如下：
目 >1 100 80- 60 40 < 数 20 - 10 - - 4
d p gumf
2
流化床反应器的设计
mf U R =1000p d ep ρμ>mf U R =20p d ep ρμ<应器设计流化床反1 操作工艺参数反应温度为：450℃操作空速为：1~5h -1MTO 成型催化剂选用Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为：30～80μm催化剂平均粒径为60μm催化剂颗粒密度为1500kg/m 3催化剂装填密度为 750kg/m 33×（32/14）烯烃的生产要求是35000t/a ，甲醇的量为89385/a 。
2 操作气速当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作U mf 起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示：对于的小颗粒()2U 1650p p mf d gρρμ-= （1）对于的大颗粒()1/2d U 24.5p p mf g ρρρ⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （2） 式中：d p 为颗粒的平均粒径；ρp ，ρ分别为颗粒和气体的密度；μ为气体的粘度假设颗粒的雷诺数R ep <20，将已知数据代入公式（1），校核雷诺数：将U mf带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化，F rmfrmf代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。
床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗粒的重力等于流体对颗粒的曳力）时，颗粒开始从床内带出，此时流体的速度成为颗粒的带出速度U t其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度U t，其计算公式如下式所示：当UR=0.4dp tepρμ<时，2U18d gp ptρρμ⎛⎫-⎪⎝⎭=（3）当U0.4<R=500dp tepρμ<时，221/34U d225gpt pρρρμ⎡⎤⎛⎫-⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（4）当UR=500dp tepρμ>时，1/23.1dUgp ptρρρ⎡⎤⎛⎫-⎪⎢⎥⎝⎭=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（5）流化床正常操作时不希望夹带，床内的最大气速不能超过床层平均粒径颗粒的带出速度U t，因此用d p=60μm计算带出速度。
管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计.(DOC)
过程控制系统课程设计题目:管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计摘要当今世界，随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。
为了能将课程中所学理论知识初步尝试应用于实践，本次设计将采用过程控制系统原理来实现工业生产控制问题的解决，通过设计一个温度-流量串级控制系统来实现对管式炉加热原料油的温度控制。
管式加热炉是石油工业中重要的设备之一，它的任务是把原油加热到一定的温度，以保证下一道工序的顺利进行。
加热炉的工艺过程为：燃料油经雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管后，就被加热到出口温度。
本此设计内容包括总体方案设计，系统原理阐述，系统框图与结构的搭建，变量检测环节，变量变送环节，控制器，调节阀，联锁保护等环节的具体选择与设计，最终形成一个可行可靠的完整串级过程控制系统方案，力图通过具体应用获得理论知识的进一步提升，并为工业生产提出可行性建议。
关键字：流量温度串级控制目录1.管式加热炉温度控制系统的设计意义 (1)1.1管式加热炉简介 (1)1.2温度控制系统设计意义 (1)2.管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (2)3.总体方案设计 (3)3.1传统简单控制系统 (3)3.2串级控制系统 (4)3.3管式加热炉温度-流量串级控制系统控制原理及调节过程 (5)4.系统的设计与参数整定 (7)4.1主回路设计 (7)4.2副回路设计 (7)4.3主副调节器调节规律的选择 (7)4.4主副调节器正反作用方式的确定 (8)4.5控制系统的参数整定 (8)5.所需检测元件、执行元件及调节仪表技术参数 (9)5.1温度变送器 (9)5.2温度检测元件 (10)5.3流量检测及变送 (10)5.4调节阀 (11)5.5联锁保护 (11)6.组态软件设计 (12)6.1 新建工程 (12)6.2 连接设备及设备测试 (13)6.3 数据词典 (13)6.4 建立画面 (14)6.5 调试执行...................................................................................................... 错误！未定义书签。
流化床反应器操作与控制
3.温度的测量与控制
流化床催化反应器的温度控制取决于化学反应的最优反 应温度的要求。一般要求床内温度分布均匀，符合工艺 要求的温度范围。通过温度测量可以发现过高温度区， 进一步判断产生的原因是存在死区，还是反应过于剧烈 ，或者是换热设备发生故障。通常由于存在死区造成的 高温，可及时调整气体流量来改变流化状态，从而消除 死区。如果是因为反应过于激烈，可以通过调节反应物 流量或配比加以改变。
2019/5/28
5.开停车及防止事故的发生
由粗颗粒形成的流化床反应器，开车启动操 作一般不存在问题。而细颗粒流化床，特别是 采用旋风分离器的情况下，开车启动操作需按 一定的要求来进行。这是因为细颗粒在常温下 容易团聚。当用未经脱油、脱湿的气体流化时 ，这种团聚现象就容易发生，常使旋风分离器 工作不正常，导致严重后果。
2019/5/28
5.开停车及防止事故的发生
③当床温达到可以投料反应的温度时，开始 投料。如果是放热反应，随着反应的进行，逐 步降低进气温度，直至切断热源，送入常温气 体。如果有过剩的热能，可以提高进气温度， 以便回收高值热能的余热，只要工艺许可，应 尽可能实行。 ④当反应和换热系统都调整到正常的操作状态后 ，再逐步将未加入的1/2～1/3催化剂送入床内 ，并逐渐把反应操作调整到要求的工艺状况。
2019/5/28
5.开停车及防止事故的发生
正常的停车操作对保证生产安全，减少 对催化剂和设备的损害，为开车创造有利条件 等都是非常重要的。不论是对固相加工或气相 加工，正常停车的顺序都是首先切断热源（对 于放热反应过程，则是停止送料），随后降温 。至于是否需要停气或放料，则视工艺特点而 定。
2019/5/28
2019/5/28
流化床反应器的操作与控制—流化床反应器的操作与控制
• 任务描述 : 在仿真实训室进行对高抗冲击共聚物的HIMONT聚丙烯生产本体聚合装置的流化
床反应器工艺进行实际操作与控制。 要求： （1）能掌握工艺原理及流程； （2）能编写操作规程； （3）能进行开、停车操作 （4）对关键工艺参数进行调节； 2．分析与思考 分析操作过程中出现的异常现象的原因与解决方案
干态运行开车
旨在聚合物进入之前，共聚集反应系统具备合适的单体浓度，另外通过该 步骤也可以在实际工艺条件下，预先对仪表进行操作和调节。
共聚反应物的开车
(1)确认系统温度TC451维持在70度左右。 (2)当系统压力升至1.2Mpa（表）时，开大HC403开度在40%和LV401在20-
25%，以维持流态化。 (3)打开来自D-301的聚合物进料阀。 (4)停低压加热蒸汽，关闭HV451。
稳定状态的过渡
• 反应器的液位 • 反应器压力和气相组成控制
正常操作
停车操作
降反应器料位 关闭乙烯进料，保压 关丙烯及氢气进料 氮气吹扫
事故设置
1、泵P401停 2、压缩机C-401停 3、丙烯进料停 4、乙烯进料停 5、D301供料停
流化床中常见异常现象
• 沟流
流化床中常见异常现象
• 大气泡 流化床中生成的气泡在上升过程中不断合并和长大，直到床面破裂，若
大气泡很多，床层波动大，操作不稳定。
• 腾涌 在大气泡状态下继续增大气速，当气泡直径大到与床层直径相等时，将
床层分为几段，变成一段气泡一段颗粒的相互间隔状态。
总结评价
• 学生分组回报操作过程的心得 • 仿真软件实训成绩 • 自评、互评 • 教师教师评价、给工作成绩
聚乙烯流化床反应器床内温度分布的模拟
聚乙烯流化床反应器床内温度分布的模拟聚乙烯是一种广泛应用的塑料，其生产过程中需要使用一些特殊的反应器，其中流化床反应器是一种常用的设备。
在流化床反应器中，聚乙烯颗粒被加热至高温，然后通过催化剂进行反应，最终形成聚乙烯产品。
在这个过程中，反应器床内的温度分布对反应的效率和产品质量都有着重要的影响。
因此，模拟反应器床内温度分布是一个非常重要的课题。
本文将介绍聚乙烯流化床反应器床内温度分布的模拟方法和结果。
首先，我们将介绍流化床反应器的基本原理和反应机理。
然后，我们将详细介绍模拟方法，包括数值模拟的基本原理和计算流体力学（CFD）模拟方法。
最后，我们将呈现模拟结果，并对结果进行分析和讨论。
一、流化床反应器的基本原理和反应机理流化床反应器是一种将反应物料放在气体流动中进行反应的设备。
在流化床反应器中，催化剂通常被放置在一个床层中，并被气体携带到反应物料中进行反应。
在聚乙烯生产中，反应物料通常是乙烯气体，而催化剂则是一种Ziegler-Natta催化剂。
聚乙烯的反应机理比较复杂，但可以简单地概括为以下几个步骤：1. 乙烯气体被吸附在催化剂表面。
2. 催化剂与乙烯气体反应，形成聚合物链。
3. 聚合物链不断生长，直到达到一定长度。
4. 聚合物链脱离催化剂表面，成为自由的聚合物。
5. 自由的聚合物不断生长，直到形成聚乙烯颗粒。
在这个过程中，床层内的温度对反应的速率和产物的质量都有着非常重要的影响。
二、模拟方法1. 数值模拟的基本原理数值模拟是一种通过计算机模拟物理现象的方法。
在模拟过程中，将物理现象分割成许多小的区域，并在每个区域中进行计算。
这种方法可以帮助我们更好地理解物理现象，并预测未来的变化。
2. 计算流体力学（CFD）模拟方法计算流体力学（CFD）是一种通过计算机模拟流体力学现象的方法。
在CFD模拟中，将流体分割成小的区域，并在每个区域中进行计算。
这种方法可以帮助我们更好地理解流体力学现象，并预测未来的变化。
反应器串级控制系统整定
目录1 前言................................................... 错误!未定义书签。
2 总体方案设计........................................... 错误!未定义书签。
2.1 方案比较..................................................................................... 错误!未定义书签。
2.2 方案选择..................................................................................... 错误!未定义书签。
3 反映器串级控制系统分析................................. 错误!未定义书签。
3.1 被控变量和控制变量的选择................................................... 错误!未定义书签。
3.2 主、副回路的设计................................................................... 错误!未定义书签。
3.3 主、副控制器正、反作用的选择........................................... 错误!未定义书签。
3.4 控制系统方框图....................................................................... 错误!未定义书签。
3.5 分析被控对象特性及控制算法的选择................................... 错误!未定义书签。
4 串级控制系统的参数整定................................. 错误!未定义书签。
流化床反应器的温度控制方法[发明专利]
![流化床反应器的温度控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/098a2a0986c24028915f804d2b160b4e767f8112.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101543752A [43]公开日2009年9月30日[21]申请号200810084826.5[22]申请日2008.03.27[21]申请号200810084826.5[71]申请人旭化成化学株式会社地址日本东京都[72]发明人杉山直树 福薗敏彦 [74]专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所代理人刘新宇 李茂家[51]Int.CI.B01J 8/24 (2006.01)权利要求书 2 页 说明书 18 页 附图 2 页[54]发明名称流化床反应器的温度控制方法[57]摘要提供一种流化床反应器的温度控制方法，其在用流化床反应器实施气相放热反应时，可更精确地控制流动反应器内的温度。
温度控制方法，其为使用流化床反应器实施气相放热反应时的温度控制方法，该方法包括如下工序：前述流化床反应器在各不超过20平方米的有效截面积分别具有除热管和温度检测器，用前述温度检测器检测的温度偏离设定温度时，调节前述除热管的除热能力，各前述有效截面积分别控制温度。
200810084826.5权 利 要 求 书第1/2页1.温度控制方法，其为使用流化床反应器实施气相放热反应时的温度控制方法，该方法包括如下工序：前述流化床反应器在各不超过20平方米的有效截面积分别具有除热管和温度检测器，用前述温度检测器检测的温度偏离设定温度时，调节前述除热管的除热能力，各前述有效截面积分别控制温度。
2.根据权利要求1所述的方法，在实施前述气相放热反应的温度范围中，总反应热为50～2500kJ/mol(原料)，且前述总反应热的对温度的偏微分系数为0.2～40kJ/mol(原料)·K。
3.根据权利要求1或2所述的方法，前述气相放热反应为以丙烷和/或丙烯为原料的气相氨氧化反应，反应的产物为丙烯腈。
4.根据权利要求1或2所述的方法，前述气相放热反应为以选自正丁烷、1-丁烯、2-丁烯、丁二烯、苯中的1种以上为原料的气相氧化反应，反应的产物为马来酸酐。
廖薇流化床反应器温度串级控制系统设计
中北大学课程设计任务书2014/2015 学年第 1 学期学院:机械与动力工程学院专业:过程装备与控制工程学生姓名:廖薇学号:1102034208课程设计题目:流化床反应器温度单回路控制方案设计起迄日期:2015年1月19 日~2015年 1 月30 日课程设计地点:中北大学指导教师:孟江姚竹婷系主任:下达任务书日期: 2015年1月19日课程设计任务书1.设计目的:(1)培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识,结合毕业实习中学到的实践知识,独立地分析和解决实际过程控制的问题,初步具备设计分析一个过程控制系统的能力。
(2)运用工程的方法,通过一个简单课题的设计练习,可使学生初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。
(3)培养学生独立工作能力和创造力;综合运用专业及基础知识,解决实际工程技术问题的能力;(4)培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力;(5)培养编写技术报告和编制技术资料的能力。
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):经过过程检测、过程控制工程、工程测试技术、过程装备原理、过程流体机械、过程装备监测与诊断等课程的学习和生产实习后,对现场的实际过程控制策略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。
在此基础上,针对实践环节中的被控对象(控制装置),独立完成控制系统的设计,并通过调节系统控制参数,达到较好的控制效果。
1.确定系统整体控制方案以及系统的构成方式,给出控制流程图;2.现场仪表选型,编制有关仪表信息的设计文件;3.给出控制系统方框图;4.分析被控对象特性,选择控制算法;5.进行系统仿真,调节控制参数,分析系统性能;6.写出设计工作小结。
对在完成以上设计过程所进行的有关步骤:如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明,并对所完成的设计作出评价,对自己整个设计工作中经验教训,总结收获。
流化床反应器温度串级控制系统设计
目录第一章流化床的工作原理 (2)1.1流化现象 (2)1.2流化床的种类与结构 (2)1.3流化床反应器的特性 (2)第二章流化床的一般控制方法 (4)第三章丙烯腈温度串级控制系统的设计 (6)3.1控制系统方框图 (6)3.2仪表的选型及参数的确定 (6)3.2.1温度的测量 (6)第四章控制系统的仿真 (12)4.1各个环节传递函数及各个参数的确定 (12)4.2控制系统的simulink仿真 (13)4.4温度串级控制与单回路控制的比较 (14)第五章课程设计总结 (17)第六章结束语 (18)第一章流化床的工作原理流化床反应器是气相反应常用的一种反应器。
当反应气体通过反应器时，催化剂颗粒受到气流的作用悬浮起来，在反应器内作剧烈的翻滚、流动，整个系统与流动的或沸腾的液体很相像，所以称流化床或沸腾床。
它既具有化学反应器的共同点，又具有自身的特点。
1.1流化现象对于固定床反应器，因为催化剂是固定的。
流体实际上只能在催化剂颗粒间的孔隙内穿流，不但催化剂的表面反应受到限制，降低了催化剂利用率。
而且，床层的温度分布不均匀，不能保证各部分都在最适宜的温度条件下进行化学反应。
如果减少颗粒大小，增加气流温度，且让气流由下自上通过，当气流速度达到某一值以后，催化剂在床内处于气流的湍动状态，大大增加了催化剂和气流的接触面积，既增加了催化剂的利用率，又改善了温度分布，这种固体在气流作用下产生像流体一样流动状态称流化态。
1.2流化床的种类与结构为了保证流化和一定反应温度以及回收催化剂等原因，使流化床结构不同于固定床。
1.2.1流化床的种类大体上可以分为单器和双器；单层和多层；圆柱床和圆锥床；自由床和限制床等几类。
1.2.2流化床反应器的结构为适应流化状态、传热和催化剂回收等作用，流化床结构一般都由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气固分离装置和固体颗粒加卸载装置等组成。
1.3流化床反应器的特性1.3.1流化床内温度分布比较均匀在流化床内固体颗粒成湍动状态。
流化床反应器自控系统的设计
流化床反应器自控系统的设计刘长春;吴俊;孙宏国【摘要】Considering three important indicators such as the flow velocity,feed gas temperature and the dif-ferential pressure that affecting the operating quality of the fluidized bed reactor,their measuring circuit,con-trol circuit and alarm circuit were designed.As for measuring the feed gas temperature,the combination of K-thermocouple and customized MAX6675 A /D conversion chip was adopted free of cold junction compensation;through employing Carman vortex air flow sensor,measuring feed gas flow was implemented,including having the digital barometer which consisted by PY209 used to measure the differential pressure in the reactor.Simu-lation with Proteus software proves the feasibility of this design.%针对影响流化床反应器运行质量的3个重要指标(原料气流速、温度和反应器内的压差)的测量电路、控制电路和报警电路进行设计.原料气温度测量采用K型热电偶与K型热电偶的专用模数转换芯片MAX6675的组合,不再进行冷端温度补偿;采用卡曼涡旋式空气流量传感器,实现对原料气流量的测量;反应器内压差的测量采用由PY209构成的数字气压计实现.Proteus软件仿真结果验证了该设计的可行性.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2017(044)009【总页数】5页(P864-867,872)【关键词】自控系统;流化床反应器;电路设计【作者】刘长春;吴俊;孙宏国【作者单位】盐城工学院电气工程学院;盐城工学院电气工程学院;盐城工学院电气工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH862流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
流化床反应器的设计
年产3.5万吨烯烃流化床反应器设计1 操作工艺参数反应温度为：450℃反应压力为：0.12MPa(绝压)操作空速为：1~5h-1MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为：30～80μm催化剂平均粒径为60μm催化剂颗粒密度为1500kg/m3催化剂装填密度为750kg/m3催化性能：乙烯收率，67.1wt%；丙烯收率，22.4wt%；总收率，89.5wt%。
水醇质量比为0.2甲醇在450℃下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3μPa.s甲醇450℃下的密度根据理想气体状态方程估算为0.54kg/m3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为89.5wt%，甲醇的用量=烯烃质量×（32/14）/0.895烯烃的生产要求是35000t/a，甲醇的量为89385/a。
2 操作气速2.1 最小流化速度计算当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起2U mfF mf d gp=mf U R =1000p d ep ρμ>mf U R =20p d ep ρμ<来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作U mf起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示： 对于的小颗粒()2U 1650p p mf d gρρμ-=（1）对于的大颗粒()1/2d U 24.5p p mf g ρρρ⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （2）式中：d p 为颗粒的平均粒径；ρp ，ρ分别为颗粒和气体的密度；μ为气体的粘度假设颗粒的雷诺数R ep <20，将已知数据代入公式（1），()()22561015000.549.81U 0.0013/516501650 2.4310d g p p m smf ρρμ⎛⎫--⨯-⨯ ⎪⎝⎭===-⨯⨯校核雷诺数：3U 56100.00130.54mf=1.73102052.4310d p R epρμ--⨯⨯⨯==⨯<-⨯将U mf 带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化， F rmf ＜0.13；聚式流化，F rmf ＞0.13。
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课程设计任务书学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：学号：课程设计题目：流化床反应器温度单回路控制方案设计起迄日期：课程设计地点：指导教师：系主任：课程设计任务书1．设计目的：（1）培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识，结合毕业实习中学到的实践知识，独立地分析和解决实际过程控制的问题，初步具备设计分析一个过程控制系统的能力。
（2）运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。
（3）培养学生独立工作能力和创造力；综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；（4）培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；（5）培养编写技术报告和编制技术资料的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：经过过程检测、过程控制工程、工程测试技术、过程装备原理、过程流体机械、过程装备监测与诊断等课程的学习和生产实习后，对现场的实际过程控制策略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。
在此基础上，针对实践环节中的被控对象（控制装置），独立完成控制系统的设计，并通过调节系统控制参数，达到较好的控制效果。
1.确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，给出控制流程图；2.现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件；3.给出控制系统方框图；4.分析被控对象特性，选择控制算法；5.进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能；6.写出设计工作小结。
对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1．确定系统整体控制方案、仪表选型、系统控制流程图、选择控制算法。
2．撰写课程设计说明书一份（A4纸）。
4．主要参考文献：[1] 戴连奎.过程控制工程. 第3版.北京:化学工业出版社,2012.[2] 王毅.过程装备控制技术及其应用. 第2版.化学工业出版社,2011.[3] 王树青.工业过程控制工程.化学工业出版社,2003.[4] 厉玉鸣.化工仪表及自动化. 第4版.化学工业出版社,2008.[5]孟华.工业过程检测与控制. 北京:北京航空航天大学出版社，2002.[6] 吴勤勤.控制仪表及装置. 第2版.北京:化学工业出版社,2002.[7] 张永德. 过程控制装置. 北京:化学工业出版社，2002.[8] 俞金寿.过程自动化及仪表. 北京:化学工业出版社,2003.[9]康勇、张建伟、李桂水. 过程流体机械.北京：化学工业出版社，2008.[10] 刘文定，王东林. 过程控制系统的MATLAB仿真. 北京:机械工业出版社，2009.[11] 王正林,郭阳宽. MATLAB/Simulink与过程控制系统仿真（修订版）.北京:电子工业出版社，2012.5．设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求；其中应包括系统控制流程图、方框图、Simlink仿真模型；并且方框图中各环节的传递函数应该和被控对象、控制装置的分析一致，Simlink仿真模型的传递函数应该和方框图中分析的一致；6．工作计划及进度：2015年1月日 -1月日确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，画出控制流程图，完成仪表选型，接线图；2015年月日 - 月日控制系统方框图，分析被控对象特性，选择控制算法；月日- 月日进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能；月日 - 月日编写课程设计说明书月日答辩负责人审查意见：签字：年月日课程设计说明书学生姓名：学号：学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：指导教师：职称:职称:职称:职称:目录1. 流化床的工作原理 (2)1.1流化现象 (2)1.2流化床的种类与结构 (2)1.3流化床反应器的特性 (3)2. 流化床的一般控制方法 (4)3. 流化床控制系统的设计 (5)3.1单回路控制系统原理 (5)3.2控制系统方框图 (6)3.3仪表的选型及参数的确定 (6)4. 控制系统的仿真 (19)4.1各个环节传递函数及各个参数的确定 (20)4.2控制系统的simulink仿真 (20)4.3对PID参数的整定…………………………………………………………………………错误！未定义书签。
5. 课程设计总结 (24)6.结束语 (19)1. 流化床的工作原理流化床反应器是气相反应常用的一种反应器。
当反应气体通过反应器时，催化剂颗粒受到气流的作用悬浮起来，在反应器内作剧烈的翻滚、流动，整个系统与流动的或沸腾的液体很相像，所以称流化床或沸腾床。
它既具有化学反应器的共同点，又具有自身的特点。
1.1流化现象对于固定床反应器，因为催化剂是固定的。
流体实际上只能在催化剂颗粒间的孔隙内穿流，不但催化剂的表面反应受到限制，降低了催化剂利用率。
而且，床层的温度分布不均匀，不能保证各部分都在最适宜的温度条件下进行化学反应。
如果减少颗粒大小，增加气流温度，且让气流由下自上通过，当气流速度达到某一值以后，催化剂在床内处于气流的湍动状态，大大增加了催化剂和气流的接触面积，既增加了催化剂的利用率，又改善了温度分布，这种固体在气流作用下产生像流体一样流动状态称流化态。
1.2流化床的种类与结构为了保证流化和一定反应温度以及回收催化剂等原因，使流化床结构不同于固定床。
1.2.1流化床的种类大体上可以分为单器和双器；单层和多层；圆柱床和圆锥床；自由床和限制床等几类。
1.2.2流化床反应器的结构为适应流化状态、传热和催化剂回收等作用，流化床结构一般都由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气固分离装置和固体颗粒加卸载装置等组成。
1.3流化床反应器的特性1.3.1流化床内温度分布比较均匀在流化床内固体颗粒成湍动状态。
因此，带来两个重要结果：传热系数大，床内温度均匀。
流化床内由于颗粒的湍动，颗粒之间碰撞机会多，所以固体颗粒之间传热很快，而固体主要又是悬浮状态，所以传热面积很大，大大增加了气体和固体之间的传热速率，另外，还由于固体颗粒不断与换热器壁相碰撞，使得床层与换热器的传热系数也大大增加。
高的传热系数，不仅导致热量容易移去，而且使得床层内温度均匀，不论是径向还是轴向温度基本上一致。
1.3.2反应物料流速的影响反应物料流速变化给反应器带来两个方面的问题，一是对反应放出的热量的影响，另一是对传热系数的影响。
1.3.3关于传热系数K的问题反应物料从底部经分布板进入反应器的浓相区，有序固体颗粒催化剂激烈湍动，反应物料与催化剂表面迅速接触，反应发部分在这很快完成，并放出大量的热。
随着气流上升，进入稀相区，反应缓和，放出的热量减少。
而流化床传热系数主要取决于固体颗粒多少和湍动程度。
在浓相区，固体颗粒多，所以传热系数也大，热量容易移走。
在稀相区，固体颗粒大为减少，接近于气管传热情况，所以传热系数小，传热效果也差。
因此，虽然整个床层温度比较均匀，传热推动力差不多，由于传热系数相差很大，它们热量主要在浓相区移去。
因而浓相区的换热器担负主要冷却作用。
它的冷却情况变化对流化床反应温度的影响远比稀相区换热器影响大。
2.流化床的一般控制方法根据以上分析，显而易见，对单器流化床的基本控制方法是流化床浓相区温度为被调参数，调节手段为下列管换热器进水量和稳定反应物料流量。
在冷水流量变化较大情况下，应该用反应温度与冷却水单回路流量调节，因为，对流化床下部列管换热器来说，冷却剂流量、温度等变化，对反应影响极大。
对中、上部列管换热器，由于对反应影响小，冷却剂有些扰动影响不大。
图1流化床控制流程图本课程设计以流化床的温度自动控制为例，说明流化床温度控制的设计方法。
图2反应流化床液态的丙烯与液氨经过气化后，在管路中汇合后经反应器底部的丙烯、氨分布器进入反应器，压缩空气经反应器底部的空气分布器进入反应器，三种物料在处于流化状态下的催化剂的作用下。
反应温度是丙烯、氨氧化法合成的一个重要工艺参数，流化床工作的好坏，可以明显地从反应温度上表现出来，当反应状况良好时，反应温度易于控制。
图3 反应温度对吸收率的影响如图所示，反应温度高，但当反应温度过高时，合成物易深度氧化，生成较多的CO2，温度难以控制；另外，若持续长时间的高温，还会缩短催化剂的寿命。
生产中，实际温度控制在450℃左右。
3. 温度单回路控制系统的设计3.1单回路控制系统原理单回路控制系统由对象、测量变送器、调节器、调节阀等环节组成。
由于系统结构简单，投资少，易于调整、投运，又能满足一般生产过程的控制要求，所以应用十分广泛。
单回路控制系统的设计原则同样适用于复杂控制系统的设计，控制方案的设计和调节器整定参数值的确定，是系统设计中的两个重要内容。
如果控制方案设计不正确，仅凭调节器参数的整定是不可能获得较好的控制质量的；反之，如果控制方案设计很好，但是调节器参数整定不合适，也不能使系统运行在最佳状态。
3.1.1 选择被控参数对于一个生产过程来说，影响正常操作的因素是很多的，但是，并非对所有影响因素都需要加以控制。
选择被控参数的一般原则为：[1]、选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护等具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数。
[2]、当不能用直接参数（如测量滞后过大）作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。
[3]、被控参数必须具有足够大的灵敏度。
[4]、被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所采用仪表的性能。
2、选择控制参数3.1.2选择控制参数扰动作用是由扰动通道对对象的被控参数产生影响的，使被控参数偏离给定值。
选择控制参数的一般原则为：[1]、选择控制通道的静态放大系数K0要适当大一些，时间常数T0应适当小一些，纯滞后时间τ0则越小越好。
[2]、选择扰动通道的静态放大系数Kf 应尽可能小，时间常数Tf 应大些，扰动引入系统的位置离被控参数越远，即越靠近调节阀，控制质量越好。
[3]、当控制通道由几个一阶惯性环节组成时，为了提高系统的性能，应尽量拉开各个时间常数。
[4]、应注意工艺上的合理性。
3.2控制系统方框图调节器被控过程测量元件及变送器执行器+-控制信号操纵变量F 干扰作用（干扰变量）被控变量Y参比变量（设定点）偏差eYmYs图4控制系统方框图3.3仪表的选型及参数的确定3.3.1温度的测量对流化床温度的测量选择装配式热电偶图5热电偶表1热电偶的分度规格及特性表根据图中热电偶的测量范围和线性度，选择镍铬-铜镍型热电偶。
热电偶的时间常数为60s(1min)。