工业过程与过程控制7单元课后习题

1.6 图1-43为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况下控制阀的开闭形式及控制器的正反作用：
①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚；
②被加热物料在温度过低时会发生凝结；③如果操纵变量为冷却水流量，该地区最低温度在0℃以下，如何防止热交换器被冻坏。

答：
TC
冷却水
物料被冷却物料
①控制阀选气关阀，选反作用控制器。

②控制阀选气开阀，选正作用控制器。

③控制阀选气关阀，选反作用控制器。

2．7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。

由于工艺对该反应温度控制精度要求很高，单回路满足不了要求，需用串级控制。

⑴当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。

⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。

⑶对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。

(1)选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.
(2)夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.
答案
h /kg 2000F ,h /kg 3600F max 2max 1==，
要求：
① 画出该比值控制系统方块图。

② 如果要求1:2F :F 21=，应如何设置乘法器的设置值0I ？
解：①方框图如下：
1I 2F ② 12I I =‘系统稳定时：
21
11'1004444(4)(4)44,0.811616
I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒==‘’
0164160.81416.96I K mA
'=+=⨯+=
21221max 2max 1213600((0.8122000F K F F K K F =='==⨯=，由于流量用孔板配差压变送器，没加开方器，所以
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图2-21为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。

要求：
⑴选择阀的开闭形式？
⑵确定主、副控制器的正、反作用方式？
⑶在系统稳定的情况下，如果燃料压力突然升高，结合控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用方式，分析串级系统的工作过程。

(1) 气开阀
(2)主控制器反作用,副控制器反作
用。

(3)如果燃料气的P1突然生高，
副回路首先有一个“粗调”：
P1↑→F1↑→T2↑→u2↓→ F1↓
没有完全被副回路克服的部
分干扰，通过主回路“细调”：
T2↑→T1↑→u1↓→ F1↓→T2↓→T1↓
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见书上例题
7-2-1 某化学反应过程要求参与反应的A 、B 两物料保持5.2:4F :F B A =的比例，两物料的最大
流量h m F h m F B A /290,/6253max 3max ==。

通过观察发现A 、B 两物料流量因管线压力波
动而经常变化。

根据上述情况，要求：
① 设计一个比较合适的比值控制系统。

② 计算该比值系统的比值系数K '。

③ 在该比值系统中，比值系数应设置于何处？设置值应该是多少（假定采用DDZ-III 型仪表）。

④ 选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用。

解：①系统设计如下：
②81.1)290
62545.2()F F K (K 22max B max A =⨯==' ③1K ≤'，所以要将max B F 调大。

所以 625.39062545.2KF F Amxa max B =⨯=
≥ 取450max =B F 75.0)45062545.2()(22max max =⨯=='B A F F K
K 比值系数K ＇通过I 0设置，mA K I 164160=+'=
④选择A 阀为气开阀，主对象为正环节，测量变送为正环节，则主调节器为反作用。

选取B 阀为气开阀，副对象为正环节，测量变送为正环节，则副调节器为反作用。

7-2-2
7-2-3 7-2-4
7-3-1 一双闭环比值控制系统如图所示。

其比值用DDZ-III 型乘法器来实现。

已知
h /kg 4000F ,h /kg 7000F max 2max 1==。

要求：
① 画出该系统方块图。

② 若已知mA 18I 0=求该比值系统的比值K=？比值系数？K ='
③ 待该比值系统稳定时，测m A 10I 1=，试计算此时2I =？
解：①
②
③
7-3-2
在硝酸生产过程中有一氧化工序，其任务是将氨氧化成一氧化氮。

为了提高氧化率，要求
维持氨与氧的比例为2：1。

该比值控制系统采用如图所示的结构形式。

已知h /m 5000F ,h /m 12000F 3max 3max ==氧氨。

试求比值系数K ’=？如果上述比值控制用DDZ-II 型仪表来实现，比值系数的设置0I 应该是多少？ 解：121.15000
1200021max max
〉=⨯=='氧氨F F K K 调整副流量的测量上限，使K ＜1’
取8.0='K ，则7500max =氧F 即可。

对于DDZ-II ，mA K I 88.010100=⨯='=
2170004000875.0875.0161418 ,416max 1max 2max 2max 100=⨯='=⇒='=='⇒=+'=F F K K F F K K K mA I K I mA
I K I I I K 25.94)410(875.04)4(441212=+-⨯=+-'=⇒--='。