乳化物干燥器温度比值控制系统设计课程设计文档格式.docx

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乳化物干燥器温度比值控制系统设计

1、干燥器工作原理及结构特点

干燥器是是通过加热使物料中的湿分（一般指水分或其他可挥发性液体成分）汽化逸出，以获得规定湿含量的固体物料的机械设备。

干燥的目的是为了物料使用或进一步加工的需要。

如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品变形，陶瓷坯料在煅烧前的干燥可以防止成品龟裂。

另外干燥后的物料也便于运输和贮存，如将收获的粮食干燥到一定湿含量以下，以防霉变。

由于自然干燥远不能满足生产发展的需要，各种机械化干燥器越来越广泛地得到应用。

干燥过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的物料、含有固体物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在干燥器内干燥，以得到干的固体。

在干燥过程中需要同时完成热量和质量（湿分）的传递，保证物料表面湿分蒸汽分压（浓度）高于外部空间中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于物料温度。

热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。

内部湿分向表面扩散并汽化，使物料湿含量不断降低，逐步完成物料整体的干燥。

物料的干燥速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。

通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制；

而后，只要干燥的外部条件不变，物料的干燥速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速干燥阶段；

当物料湿含量降低到某一程度，内部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率时，干燥速率即主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速干燥阶段。

按湿物料的运动方式，干燥器可分为固定床式、搅动式、喷雾式和组合式；

按结构，干燥器可分为厢式干燥器、输送机式干燥器、滚筒式干燥器、立式干燥器、机械搅拌式干燥器、回转式干燥器、流化床式干燥器、气流式干燥器、振动式干燥器、喷雾式干燥器以及组合式干燥器等多种。

对于乳化物的干燥要选用喷雾式的比较合适，这也是最为常用的一种。

其干燥原理为，用喷雾的方法将物料喷成雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。

由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，不能用泵输送。

采用高位槽的办法，即浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B（两个交换使用，保证连续操作），除去凝结块等杂物，再通过干燥器顶部从喷嘴喷出。

空气由鼓风机直接来的空气混合后，经过风管进入干燥器，从而蒸发出乳液中的水分，并随湿空气混合后，再进行分离。

生产工艺对干燥后的产品质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而对干燥的要求需严格控制。

下图为乳化物干燥过程中的喷雾式干燥工艺设备的原理图。

图1：

乳化物干燥器干燥原理图

2、控制方案的选择

为保证此系统物料流量比值的一定，以使生产能安全正常地进行，我选择定比值控制系统中的单闭环比值控制系统，因为其比值器的参数经计算设置好后就不再变动了，两种物料的比值较为精确，实施也比较方便。

2.1、乳化物干燥器比值控制系统参数选择

被控参数选择由于此系统为温度控制系统，所以选用干燥器的温度为被控

参数。

控制参数选择由图1的干燥过程流程图可知引起干燥器温度变化的因素大概主要有：

（1）乳液流量

（2）旁路空气流量

（3）加热蒸汽量

2.2、控制参数的确定

干燥器中主要有乳液A、加热蒸汽B、旁路空气流量C。

由图1知乳液直接进入干燥器，滞后最小，对于干燥温度的校正作用最灵敏。

对于旁路空气流量和热风量混合后，再经过较长的风管进入干燥器，由于混合空气传输管道长，存在管道传输滞后，故控制通道的时间滞后较大，对于干燥温度校正作用的灵敏度要差一些。

而调节换热器的蒸汽流量，以改变空气的温度，则由于换热器通常为一双容过程，时间常数较大，控制通道的滞后最大，对干燥温度的校正作用灵敏度最差。

所以综合考虑选择乳液A为主流量和旁路空气流量C作为副流量，且选旁路空气流量为被控变量。

2.3、现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件

根据流程图，需要选择一个流量测量变送器、一个温度测量变送器、一个流量调节阀。

①流量变送器的选择。

流量测量仪表也称为流量计，它通常由一次仪表和二次仪表组成。

一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。

差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量压差值便可求得流体流量，并转换成电信号输出。

因此，差压式流量计由产生压差的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。

节流式流量计可用于测量气体、液体或蒸汽的流量。

②温度测量变送器的选择。

温度测量的方法很多，一般可分为接触式测温法和非接触式测温法。

接触式测温法是测量体与被测物体直接接触，两者进行热交换并最终达到热平衡，这时测量体的温度就反应了被测物体的温度，而非接触式测温法的误差较大。

由于原料油的裂解需要对温度有较严格的规定，因此，选择接触式测温法。

热电偶温度仪表是基于热电效应原理制成的测温仪器。

两种不同材料的导体A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点t0、t温度不相同时（假设t>

t0），回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电流的大小与导体材料性质和接点温度有关。

把两种不同材料的组合称为热电偶，它感受被测温度信号，输出与温度相对应的直流电势信号。

③执行机构（调节阀）的选择。

执行器可分为气动、液动、和电动执行器，液动执行器使用较少，气动执行器是以压缩空气为能源的执行器（气动调节阀），主要特点是：

结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便宜、维修方便、本质防爆、容易做成大功率等。

与电动执行器相比，性能优越得多，故应用广泛。

3、系统方块图

下图为单闭环比值控制系统方框图，该系统的主流量为q1，副流量q2

图2：

干燥器比值控制系统方块图

4、分析被控对象特性，选择控制算法（调节器控制规律的确定）

变比值控制系统又可称为串级比值控制系统，它具有串级控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器的选择原则，主调节器选PI控制规律，比例控制器选用P控制规律。

被控对象为单容对象，即Go1（s）=

检测环节均为比例环节，即Gm1（s）=Km1

控制阀为比例控制，即Gv（s）=Kv

4.1、比值系数的确定

工艺物料流量的比值K，是指两流量的体积流量或质量流量之比。

比值系统K'

是流量比值K的函数，当控制方案确定后，必须把工艺上的比值K折算成仪表上的比值系数K'

，并正确设定在相应的控制仪表上，这是保证系统正常运行的前提。

本系统的流量与测量信号成线性关系，设工艺要求Q2/Q1=K，测量流量Q1和Q2的变送器的测量范围分别为0~Q1max和0~Q2max，则折算成仪表的比值系数为

K'

=K

即为比值器的比值系数。

5、进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能

对于单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统的主动量来说，可按单回路控制系统的整定方法和要求来进行。

一般希望主动量回路的过渡过程变化缓慢一些，以便从动量得以跟踪上。

变比值控制系统结构上属于串级控制系统，因此其主调节器的参数可按串级控制系统进行整定。

而从动量回路实质上是一个随动系统，要求从动量能迅速、准确地跟踪主动量变化，而且不宜有过大超调。

从动量回路的过渡过程整定非周期临街状态为最佳，此时从动量回路的过渡过程既不震荡有反应最快。

从动量回路控制器参数整定步骤如下：

1、根据计算的比值系数K'

在满足工艺生产流量比的情况下，将比值控制系统投入进行。

2、将积分时间厂商置于最大，有大到小改变调节器的比例度，使系统响应迅速，并处于振荡与不振荡的临界过程。

3、若有积分作用，则适当的加大比例度，投入积分作用，并减小积分时间，知道系统出现振荡与不振荡的临界过程。

空气流量测量仪表为线性单元，动态滞后可忽略，则有：

温度测量环节用一阶环节来近似

故假设

对于调节阀，由于其流量特性为直线和等百分比，

对于调节阀控制流量对象，控制通道和扰动通道的动态特性为：

假设

，

，流量调节阀前压力波动为

对于流量控制干燥器温度对象，控制通道和扰动通道的动态特性为

则根据传递函数方框图3，进行仿真得如下图4和图5所示。

图3传递函数方框图

图4.干燥器温度仿真图

图5：

系统在无干扰输入情况下的流量仿真图

课程设计总结

为期两周的课程设计结束了，这次的课程设计让我感觉无从下手，付出了更多的时间和精力之后当然收获也是更为丰富。

以前做课程设计老师都布置好了具体的步骤，我只要按步走就行了，遇到什么困难就有目标的查资料，这此的却有点不一样了。

这次课程设计对我们的能力要求有了进一步的提高，老师没有像以前那样，而是完全放开了手，具体怎么做你自己摸索去，只有你碰到困难时去问老师时，他才会给你具体的解答。

刚拿到题目时大家都陷入了迷茫中，每个人设计的题目都不同，而且设计对象也是我们没有接触过的，这就要求我们花更多的精力去查阅资料，了解更多的知识，对我们提出了更强的独立性要求。

但我还是一步一步的慢慢的把它做了下来，虽然我所做的单闭环控制系统比较简单，但这是我这两周的心血，通过这个简单的控制系统的设计，我对控制系统又有了更深的理解，尤其是对比值控制系统的认识了解的更多了。

在这此的课程设计中要衷心的感谢刘广璞、崔宝珍老师的大力指导和教诲。

参考文献

[1]林德杰.过程控制仪表及控制系统.北京：

机械工业出版社,2004

[2]孟华.工业过程检测与控制.北京：

北京航空航天大学出版社，2006

[3]王毅，张早校编.过程装备控制技术及应用.第2版.北京：

化学工业出版社，2007

[4]田丹碧.仪器分析.北京：

化学工业出版社，2004

[5]吴勤勤.电动控制仪表及装置.北京：

化学工业出版社，1996

[6]胡寿松.自动控制原理.第2版.北京：

科学出版社，2008

[7]鲁明休罗安编.化工过程控制系统.北京：

化学工业出版社，2006