夹套式反应器温度串级系统控制

仪表选型
2、温度变送器
检测信号要进入控制系统，必须 符合控制系统的信号标准。变送 器的任务就是将检测信号转换成 标准信号输出。因此，热电偶和 热电阻的输出信号必须经温度变 送器转换成标准信号后，才能进 入控制系统，与调节器等其他仪 表配合工作。
本设计采用镍铬-铜镍热电偶温度 变送器。
电量 传感元件 输入电路 + 放大电路 反馈电路
设计要求：设计夹套式反应器的控制方案应从质量指标，物料 平衡和能量平衡，约束条件三个方面考虑
控制要求分析
质量指标：出口温度与转化率的关系为：y=rC(Ɵo-Ɵi)/XiH式中y 是转化率，Ɵi、Ɵo分别是进料温度和出料温度，r是进料重度，C 是物料的比热容，Xi是进料浓度，H是单位质量进料的反应热 物料平衡和能量平衡：为使反应正常操作，反应转化率高，需要 保持进入夹套式反应器各种物料量份额或物料的配比符合要求。 为此对进入夹套式反应器的物料常采用流量的定值控制或比值控 制。能量平衡控制要保持化学反应器的热量平衡。 约束条件：为防止夹套式反应器的过程变量进入危险工作区或不 正常工况，要设置相应的参数反应到控制系统中。本系统假定为 正常工作状态下，只设定了液位过高或过低进行报警。
建立数学模型
绝大部分被控工业对象都是具 有稳定性，是一个开环稳定的 对象。通常，化学反应过程伴 有强烈的热效应。本反应器的 反应设置为放热反应
1、建立基本假设 2、建立系统基本方程式：内外 管的热量衡算
3、求解微分方程，简化得出系 统传函
确定系统控制方案
串级系统控制流程图
串级控制系统是两只调节器串联起来 工作，其中一个调节器的输出作为另 一个调节器的给定值的系统 主要特点： （1）能迅速克服进入副回路扰动的影 响，对进入副环的扰动具有较强的抗 干扰能力； （2）改善除主控制器以外的广义对象 特性，使系统的工作频率提高； （3）串级系统可以消除副过程的非线 性特性和忧郁调节阀流量特性不适合 而造成的对控制质量的影响； （4）串级控制系统可以兼顾两个变量， 更精确控制操作变量； （5）串级控制系统可以实现灵活的控 制方式，必要死可切除副调节器。
主副控制器正反控制选择
假设夹套式反应器中反应为放热反应。则选择如下： （1）控制阀：从安全角度考虑，选择气关型控制阀Kv<0 ； （2）副控制对象（T2T）：冷却水流量增加，夹套温度下降，因此 Kp2<0 ； （3）副控制器（T2C）：为保证负反馈，应满足Kp2Kc2KvKm2>0， 因此Km2>0，应选Kc2>0，即选用反作用控制器； （4）主被控对象（T1T）：当夹套温度升高时，反应器温度升高，因 此Kp1>0； （5）主控制器（T1C）：为保证负反馈，应满足Kc1Kp1Km1>0，因 此Km1>0，应选Kc1>0，即选用反作用控制器。
夹套式反应器温度串级控制系统
课程设计
夹套式反应器
反应器简介：夹套式反应器属于釜式反应器：一种低高径比的 圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液 固、气液固等多相反应过程。 由于化学反应过程伴有许多化学和物理现象以及能量、物料平 衡和物料、动量、热量和物质传递等过程，因此夹套反应器操 作一般都比较复杂，夹套反应器的自动控制就尤为重要，他直 接关系到产品的质量、产量和安全生产。
输出电流
原理方框图
仪表选型
3、执行器 4、调节器 执行器选择气动内螺纹球阀。 该阀体铸造，结构合理、造型美 观。阀座采用弹性密封结构，密 封可靠，启闭轻松。可设置90° 开关定位机构，根据需要加锁以 防止误操作。内螺纹连接不堪阀 及对焊连接球阀适用于PN1.0～ 4.0MPa,工作温度-29～180℃（密 封圈为增强聚四氟乙烯）或-29～ 300℃（密封圈为对位聚苯）的各 种管路上，用于截断或接通管路 中的介质，选用不同的材质，可 分别适用于水、蒸汽、油品、硝 酸、醋酸、氨盐水、中和水等多 种介质。 调节器选择智能PID调节仪。 智能PID调节仪与各类传感器、变送器配 合使用，实现对温度、压力、液位、容 量、力等物理量的测量显示、智能PID调 节仪并配合各种执行器对电加热设备和 电磁、电动、气动阀门进行PID调节和控 制、报警控制、数据采集、记录。
设计控制系统
主控变量：反应温度T1 副控变量：夹套温度T2 主扰动变量：进料口进料流量F1 副扰动变量；冷却水流量F2
根据夹套式反应器的工艺指标及工艺要求，该系统设计的控制算法选择PID算法。
仪表选型
1、温度检测元件选型
Fra Baidu bibliotek
由于主、副回路的温度变 送器的温度范围相差不大 可以忽略，因此两个热电 偶可以选择相同的。假设 该夹套式反应器用于普通 常压的情况下100℃条件 下的反应。由此可选镍铬铜镍（GB/T4993-1998） 的热电极代号为EP。