第八章 化工过程控制方案.

图 8-12 表示利用控制载热 体流量来稳定被加热介质出口 温度的控制方案。采用传热基 本方程式的工作原理。 若不考虑传热过程中的热损失
Q G1c1 T1 T2 G2c2 t2 t1
图8-12 改变载热体流 量控制温度
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第二节 传热设备的自动控制
传热过程中传热的速率可按下式计算
1. 控制泵的出口阀门开度
当干扰作用使被控变量（流量）发生变化偏离给定 值时，控制器发出控制信号，阀门动作，控制结果使流 量回到给定值。
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第一节 流体输送设备的自动控制
图8-1 改变泵出口阻力调 流量
图8-2 泵的流量特性曲线与 管路特性曲线
注意 控制阀一般应该安装在泵的出口管线上，而不应 该安装在泵的吸入管线上（特殊情况除外）。
精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求
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内容提要
精馏塔的控制方案
化学反应器的自动控制
化学反应器的控制要求 釜式反应器的温度自动控制 固定床反应器的自动控制 流化床反应器的自动控制
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第一节 流体输送设备的自动控制
一、离心泵的自动控制方案
离心泵流量控制的目的是要将泵的排出流量恒定于 某一给定的数值上。 离心泵的流量控制大体的三种方法
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第二节 传热设备的自动控制
2.控制载热体旁路
采用三通控制阀来改变进入换热 器的载流体流量与旁路流量的比例， 可以改变进入换热器的载热体流量， 还可以保证载热体总流量不受影响。 旁路的流量一般不用直通阀来直 接进行控制，因为在换热器内部流体 阻力小的时候，控制阀前后压降很小， 这样就使控制阀的口径要选得很大， 而且阀的流量特性易发生畸变。
图8-14 用载热体旁路控 制温度
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第二节 传热设备的自动控制
3.控制被加热流体自身流量
只能用在工艺介 质的流量允许变化 的场合。
图8-15 用介质自身流量调温度
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第二节 传热设备的自动控制
4. 控制被加热流体自身流量的旁路
当被加热流体的总流 量不允许控制，而且换热 器的传热面积有余量时 ， 可将一小部分被加热流体 由旁路直接流到出口处 ， 使冷热物料混合来控制温 度。
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第一节 流体输送设备的自动控制
图8-8 分程控制方案
图8-9 分程阀的特性
出口流量控制器控制吸入阀和旁路阀
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第一节 流体输送设备的自动控制
2.控制旁路流量
对于压缩比很高的多段压 缩机，从出口直接旁路回到入 口是不适宜的。这样控制阀前 后压差太大，功率损耗太大。 为了解决这个问题，可以 在中间某段安装控制阀，使其 回到入口端，用一只控制阀可 满足一定工作范围的需要。
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第一节 流体输送设备的自动控制
2.控制泵的转速
图8-3中曲线1、2、3表示 转速分别为 n1 、 n2 、 n3 时的流 量特性，且有n1＞n2＞n3。 该方案从能量消耗的角度 来衡量最为经济，机械效率较 高，但调速机构一般较复杂， 所以多用在蒸汽透平驱动离心 泵的场合，此时仅需控制蒸汽 量即可控制转速。
3.改变冲程 s
计量泵常用改变冲 程 s 来进行流量控制。 冲程 s 的调整可在停泵 时进行，也有可在运转 状态下进行的。
图8-7 往复泵的特 性曲线
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第一节 流体输送设备的自动控制
三、压气机的自动控制方案 压力机的分类
其作用原理不同可分为离心式和往复式两大类；
按进、出口压力高低的差别，可分为真空泵、鼓 风机、压缩机等类型。
Q KFtm
整理后，得
G2c2 t2 t1 G2c2 T1 T2 KFtm
KFt m t2 t1 G2c2
移项后改写为
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第二节 传热设备的自动控制
如果载热体本身压力 不稳定，可另设稳压系统， 或者采用以温度为主变量、 流量为副变量的串级控制 系统。
图8-13 换热器串级控制系统
1.改变原动机的转速
该方案适用于以蒸汽 机或汽轮机作原动机的场 合，此时，可借助于改变 蒸汽流量的方法方便地控 制转速。
图8-5 改变转速的方案
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第一节 流体输送设备的自动控制
2.控制泵的出口旁路
该方案由于 高压流体的部分 能量要白白消耗 在旁路上，故经 济性较差。
图8-6 改变旁路流量
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第一节 流体输送设备的自动控制
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第一节 流体输送设备的自动控制
1.直接控制流量
对于低压的离心式鼓风机，一般可在其出口直 接用控制阀控制流量。由于管径较大，执行器可采 用蝶阀。其余情况下，为了防止出口压力过高，通 常在入口端控制流量。因为气体的可压缩性，所以 这种方案对于往复式压缩机也是适用的。
为了减少阻力损失，对大型压缩机，往往不用 控制吸入阀的方法，而用调整导向叶片角度的方法。
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第一节 流体输送设备的自动控制
二、往复泵的自动控制方案
往复泵多用于流量较小、压头要求较高的场合， 它是利用活塞在汽缸中往复滑行来输送流体的。 往复泵提供的理论流量可按下式计算
Q理＝60nFs
m / h
3
（8-1）
n－每分钟的往复次数 F－气缸面积 S－活塞冲程
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第一节 流体输送设备的自动控制
图8-10 控制压缩机旁路方案
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第一节 流体输送设备的自动控制
3.调节转速
压气机的流量控制可以通过调节原动机的 转速来达到，这种方案效率最高，节能最好。 问题在于调速机构一般比较复杂，没有前 两种方法简便。
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第二节 传热设备的自动控制
一、两侧均无相变化的换热器控制方案
1. 控制载热体的流量
化工仪表及自动化
第八章 典型化工单元的控制方案
内容提要
流体输送设备的自动控制
离心泵的自动控制方案 往复泵的自动控制方案 压气机的自动控制方案
传热设备的自动控制
两侧均无相变化的换热器控制方案 载热体进行冷凝的加热器自动控制 冷却剂进行汽化的冷却器自动控制
精馏塔的自动控制
图8-3 改变泵的转速调 流量
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第一节 流体输送设备的自动控制
3.控制泵的出口旁路
将泵的部分排出量重新送回到 吸入管路，用改变旁路阀开启度的 方法来控制泵的实际排出量。 控制阀装在旁路上，压差大， 流量小，因此控制阀的尺寸较小。
图8-4 改变旁路阀调流 量
该方案不经济，因为旁路阀消耗一部分高压液体能量， 使总的机械效率降低，故很少采用。