化学反应器设计、操作与控制

• 4、比例微分控制（PD）控制 • 微分控制规律 • 其输出正比于输入对时间的导数。
• TD为微分时间常数。
• 传递函数：
•
理想微分控制器在阶跃偏差信号作用下的开环 输出特性如图7－10所示。微分控制器的输出只与 偏差的变化速度有关，而与偏差存在与否无关。 因此，纯粹的微分控制作用是无意义的，一般都 将微分控制作用与比例控制结合起来使用。
结论：选用水蒸气
反应温度只需达到120氏度即 可，而且比较经济。
温度检测仪表的种类及其应用
• 按测温范围分类： • 把测温600℃以上温度的仪表叫高温器。测温 600℃以下的仪表叫低温仪表叫温度计。 • 按工作原理分类： • 通常分为膨胀温度计、热电偶温度计、热电阻温 度计、压力式温度计、辐射高温计和光学高温计 等。 • 按测温方式分类： • 根据感温元件和被测介质接触与否，可将温度仪 表分为接触式与非接触式两大类。
• 双卫控制系统结构简单、成本低、容易实现，但 质量控制较差，大多应用于允许被控制变量上下 波动的场合。如原料储罐、恒温箱、空调、电冰 箱中的温度控制，为气动仪表提供气源的压缩空 气罐中的压力控制等。 • 利用浮球阀控制水箱水位的控制系统也属于双卫 控制。
• 2、比例（P）控制 • 如果控制系统能使执行机构的行程变化与被控制变量偏差 的大小成一定比例关系的话，就可能使上述贮槽的物料流 入量等于流出量，从而使液位能稳定在某一值上，即系统 在连续控制下达到平衡状态。这种控制器输出的变化与输 入控制器的偏差大小成比例关系的控制规律，称为比例控 制规律。 • 比例控制规律 • 控制器输出变化与输入偏差成正比。 • 在时间上没有延迟。 • 在相同的偏差下，Kc越大，输出也越大，因此Kc是衡量比 例作用强弱的参数。 • 工业上用比例度来表示比例作用的强弱。 • 单纯的比例控制适用于扰动不大、滞后较小、负荷变化小、 要求不高、允许有一定余差存在的场合。
乙酸丁酯反应器用测温仪表
• 选用压力式温度仪表 • 理由：乙酸丁酯反应温度在120℃左右，在压力式 温度仪表（—50~600℃）测量范围之内，具有价 廉，最易就地集中监测的优点。
自动控制系统组成及其分类
• 自动控制系统主要由：控制器，被控对象，执行 机构和变送器四个环节组成 • 分类方法 • 自动控制系统有几种分类方法 • 按控制原理的不同，自动控制系统分为开环 控制系统和闭环控制系统。 • 开环控制系统 • 在开环控制系统中，系统输出只受输入的控 制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环 控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺 序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行 机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、 化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和 生产自动线。
DTL—3110控制器正面示意图
控制规律
• 常用控制规律： • 1、双位控制 • 在所有的控制规律中，双卫控制规律最为简单， 也最容易实现。其动作规律是：当测量值大于或 小于设定值时，控制器的输出为最大（或最小）， 即控制器的输出要么最大，要么最小。相应的执 行机构也就只有两个极限位置——要么全开，要 么全关。双卫控制由此得名。
• 积分控制作用总是滞后于偏差的存在，因此它不 能有效地克服扰动的影响，难以使得控制系统稳 定下来，因此积分控制作用很少单独使用。如图7 －5分析，引入积分作用会使系统容易振荡。 • 比例作用的输出与偏差同步，偏差大，输出大， 偏差小，输出小，因此控制及时。而积分作用则 不是。
• 比例积分控制器是目前应用最广泛的一种控制器， 多用于工业上液位、压力、流量等控制系统。由 于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制 的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的 引入，会使系统的稳定性变差。对于有较大滞后 性的系统控制，要尽可能避免使用积分控制。
• 按结构形式分类 • 基地式 特点：结构简单，通用性差，使用不够 灵活，一般仅适用一些简单控制系统 • 单元组合式 特点：使用灵活方便，在生产现 场得到广泛运用 • 组装式 特点：在单元组合仪表基础上发展起来 的一种功能分离，结构组件化的成套仪表装置 • 集散控制系统 特点：除有控制功能外，还具备 网络通信功能
执行器种类及其应用
• 执行器是自动控制系统的终端执行部件，由执行 机构和调节机构组成，负责从自动化技术工具中 接收控制信息并对受控对象施加控制作用。 • 执行器的分类 • 1、执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压 执行器三种。 • 2、按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和 比例型三类。 • 3、按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型 两种。 • 4、按输入控制型号，执行器分为可以输入空气压 力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲 信号等几类。
反应器温度检测及控制方案的确定
• 精细1111班 • 第二组
换热装置及热载体的分析选择
换热装置---夹套
夹套内可走换热介 质：饱和水蒸气、 热水、冷水、冷冻 盐水、热导油等
传热装置----蛇管
换热装置---电加热
结论：选用夹套 本工艺反应的量不是很大， 反应的温度为120℃，且工 业上一般首先夹套式。
• 4、高温温度计：是指专门用来测量500℃以上的温度的温 度计，有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。高温温 度计的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。其测量范 围为500℃至3000℃以上，不适用于测量低温。 • 5、指针式温度计：是形如仪表盘的温度计，也称寒暑表， 用来测室温，是用金属的热胀冷缩原理制成的。它是以双 金属片做为感温元件，用来控制指针。双金属片通常是用 铜片和铁片铆在一起，且铜片在左，铁片在右。由于铜的 热胀冷缩效果要比铁明显的多，因此当温度升高时，铜片 牵拉铁片向右弯曲，指针在双金属片的带动下就向右偏转 (指向高温)；反之，温度变低，指针在双金属片的带动下 就向左偏转(指向低温)。 • 6、玻璃管温度计：玻璃管温度计是利用热胀冷缩的原理 来实现温度的测量的。由于测温介质的膨胀系数与沸点及 凝固点的不同，所以我们常见的玻璃管温度计主要有：煤 油温度计、水银温度计、红钢笔水温度计。他的优点是结 构简单，使用方便，测量精度相对较高，价格低廉。缺点 是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制。 且不能远传，易碎。
• 闭环控制系统 • 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输 出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控 制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 • 按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、 随动控制系统和程序控制系统。 • 恒值控制系统 • 给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定 希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位 高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 • 随动控制系统 • 给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的 变化。如跟随卫星的雷达天线系统。 • 程序控制系统 • 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。
控制器及控制规律
• 控制器是控制系统的核心，生产过程中被控变量 偏离设定要求后，必须依靠控制器的作用去控制 执行器，改变操纵变量，使被控变量符合生产要 求。控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传 送过来的信息与被控变量的设定值比较后得到偏 差，然后根据偏差按照一定的控制规律进行核算， 最终输出控制信号作用于执行器上。
控制器分类
• 按能源形式分类 • 电动控制仪 特点：在信号传输，放大，变换 处理，实行远距离检视操作等方面比气动仪容易 • 气动控制仪 特点：结构简单，性能稳定，可 靠性高，价格便宜 • 按信号形式分类 • 模拟式 特点：线路较为简单，操作方便，在过 程控制中已经广泛运用 • 数字式 特点：功能完善，性能优越，能够解决 模ห้องสมุดไป่ตู้式仪表难以解决的问题
载热体的选择 工业上常用的高温载热体有： ①矿物油,如重油、汽缸油、润滑油等，最高使用 温度在敞开系统约为 250°C，在封闭系统约为 320°C； ②过热水,最高使用温度可达水的临界温度374°C， 但此时压力高达22.5MPa； ③有机载热体,常用的是26.5%联苯和73.5%二苯 醚的混合物,最高使用温度可达380°C； ④熔盐混合物,常用的熔盐是亚硝酸盐和硝酸盐的 混合物,使用温度可达540°C； ⑤液态金属，如汞、铅或钠钾合金等，主要用于 核工业中。
• 7、压力式温度计：压力式温度计是利用封闭容器内的液体，气体或 饱和蒸气受热后产生体积膨胀或压力变化作为测信号。它的基本结构 是由温包、毛细管和指示表三部分组成。它是最早应用于生产过程温 度控制的方法之一。压力式测温系统现在仍然是就地指示和控制温度 中应用十分广泛的测量方法。压力式温度计的优点是：结构简单，机 械强度高，不怕震动。价格低廉，不需要外部能源。缺点是：测温范 围有限制，一般在-80~400℃；热损失大响应时间较慢；仪表密封系 统(温包，毛细管，弹簧管)损坏难于修理，必须更换；测量精度受环 境温度、温包安装位置影响较大，精度相对较低；毛细管传送距离有 限制。 • 8、半导体温度计：半导体的电阻变化和金属不同，温度升高时，其 电阻反而减少，并且变化幅度较大。因此少量的温度变化也可使电阻 产生明显的变化，所制成的温度计有较高的精密度，常被称为感温器。 • 9、热电偶温度计：热电偶温度计是由两条不同金属连接着一个灵敏 的电压计所组成。金属接点在不同的温度下，会在金属的两端产生不 同的电位差。电位差非常微小，故需灵敏的电压计才能测得。由电压 计的读数，便可知道温度为何。
• 应用广泛
自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。 在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各 种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、 相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建 立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控 制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动 控制系统、农业机械的自动操作系统等。 • 在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、 火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了 各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各 种仿真器。 • 此外，在办公室自动化、图书管理 、交通 管 理乃至日常家务方 面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的 发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、 生态、经济、社会等所有领域。 • •
• 3、比例积分（PI）控制 • 比例控制规律是基本控制规律中最基本的，应用最普遍的 一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生， 控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺 点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的 比例控制的基础加上积分控制作用。 • 积分控制规律 • KI表示积分速度。 • 控制器输出信号的大小，不仅与偏差大小有关，还取决于 偏差存在的时间长短。 • 只要有偏差存在，控制器的输出就不断变化。偏差存在时 间越长，输出信号的变化量越大，直到达到输出极限。 • 只有余差为0，控制器的输出才稳定。 • 力图消除余差是积分作用的重要特性。
• 1、气体温度计：多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气 和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范 围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。 • 2、电阻温度计：分为金属电阻温度计和半导体电阻温度 计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属 温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青 铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使 用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至 600℃左右。 • 3、温差电偶温度计：是一种工业上广泛应用的测温仪器。 利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成 工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放 在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电 动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已 知处的温度，就可以测定另一处的温度。这种温度计多用 铜——康铜、铁——康铜、镍铭——康铜、金钴——铜、 铂——铑等组成。它适用于温差较大的两种物质之间，多 用于高温和低浊测量。有的温差电偶能测量高达3000℃的 高温，有的能测接近绝对零度的低温。