反应器温度分程控制系统.docx

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反应器温度分程控制系统

河南工业职业技术学院

HenanPolytechnicInstitute

课程设计

题目：

反应器温度分程控制系统

班级：

*********

姓名：

*********

学号：

**********

指导老师：

********

完成日期2012年11-22

前言：

什么是反应器

反应器（reactor）实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。

化学反应工程以工业反应器中进行的反应过程为研究对象，运用数学模型方法建立反应器数学模型，研究反应器传递过程对化学反应的影响以及反应器动态特性和反应器参数敏感性，以实现工业反应器的可靠设计和操作控制。

一．什么是分程控制系统：

分程控制系统是将一个控制器的输出分成若干个信号范围，由各个信号段去控制相应的

控制阀，从而实现了一个控制器对多个控制阀的控制，有效地提高了过程控制系统的控制能

力，其方框图如图6—7所示。

图6—7中，是把控制器的输出信号分成两段，利用不同的输出信号分别控制两个控制阀，

如阀A在控制器的输出信号为0—50％范阳内工作，阀B则在控制器输山信号为50％—100％

范围内工作，每个控制阀的动作信号范围都是相同的。

分程控制系统，就控制阀的气开、气关形式可分为两类：

一类是控制阀同向动作，即随着控制器输出信号的增加或减小，控制阀均逐渐升大或逐渐减小，同向分程控制的两个控制阀同为气开式或同为气关式，其动作过程如图6—8所示；

另一类是控制阀异向动作，即随着控制器输出信号的增加或减小，控制阀中一个逐渐升大，另一个逐渐减小，异向分样控制的两个控制阀一个为气开式，一个为气关式。

如图，6—9所示：

分程控制中控制阀同向或异向的选择，要根据生产工艺的实际需要来确定。

为了实现分程控制，一般需要在每个控制阀上引入阀门定位器。

阀门定位器相当于一台

放大系数可变且零点可调的放大器。

借助于它对信号的转换功能，多个控制阅在分别接受控

制器输出的不同信号段后，均被调整为0—100％，使之走完全行程。

二、分程控制的应用场合

1．用于扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质

控制阀有个重要指标是阀的可调范围A，即

式R=Cmax/Cmin式中Cmax一——最大流量系数；Cmin——最小流量系数。

通常国产控制阀的可调比R为30，在绝大部分场合下能满足生产要求。

但有些场合需要控制阀的可调范围很宽，这时若采用一个控制阀就满足不了生产上流旦人范围变化的要求。

这种情况下，可将两个口径不同的控制阎当作一个控制阎使用，从而扩大阀的可调范围。

分程控制用于扩大控制阀可调范围时．总是采用两个向向动作的分程控制阀并联安装在向一流体不同管线上．如图6—10所示。

图6—10中，若Camax=4,Cbmax＝100，且两阀的可调比相等，R＝30，忽略大阀的泄漏

采用分程控制后，其最小流量系数为Cmin=4/30=0.133,最大流量系数为Cmax=Camax+Cbmax=4+100=104

因此，两阀组合在一起的可调比将扩大到R=104/0.133=782>>30

为了流量的变化平缓和控制及时有效，在A阀接近全开时，B阀已有一定的开度

图6—11所示。

分程控制阎的分程范围．一般取0—50％和50％—100％均分的两段分压。

在实际过程中，要结合阀的特性及工艺要求来决定。

2．用于控制两种不同的介质，以满足工艺生产的要求

在某些间歇式生产的化学反应过程小，有时需要加热，有时又需要移走热员．为了满足这些

殊要求，一方面需配置蒸汽和冷水两种传热介质；另—方面需设计一个分程控制系统。

当反应物料投入设备后，开始需加热升温，以引发反应。

此时通人蒸汽使循环水被加

热，循环热水再通过反府器夹套为反应物加热，以使反应物温度慢慢升高。

一旦达到反应

温度后，由于放出大量反应热，若不及时移走热量，会使反应越来越剧烈，严重时会有爆炸

的危险。

这时，反应器夹套中流过的将不再是热水而是冷水。

这样一来，反应所产生的热

望就不断被冷水所移入，从而达到维持反应温度不变的日的。

在该系统中，利用A、B两个

控制阀，分别控制冷水和蒸汽两种介质，以满足工艺—亡需要冷却和加热的不同要求。

下面

进行分析和讨论。

1）选择控制阀气开、气关形式

从安全的角度考虑，一旦出现气源故障，为避免反应器温度过高而引起事故

开，蒸汽阀将全关，因此，冷水阀A选择气关式，蒸汽阎B选择气开式。

2）确定分程区间

判断，温度控制器应为反作用方式。

末反应前温度低，需加热，由于温度控制器为反作用方式，控制器输出较大．此时控制器控制蒸汽的流员，蒸汽阀B应工作在控制器输出50％—100％K间。

冷水阀应工作在控制器输出o—50％区间。

其分程情况如图6—13所不。

3.用于保证生产过程的安全和稳定

有些生产过程，尤其在各类炼油或石油化工小，许多存放各种油品或石油化工产品的储罐都建在室外，为避免这些原料或产品与空气相接触而氧化变质或引起爆炸．常在储罐上方充以氮气，位其与空气隔绝，通常称之为氮封。

采用氮封技术的工艺要求是保持储罐内的氮气压力为微正压。

储罐中物料旦的增减，将引起罐顶压力的升降，故必须及时进行控制，否则将引起储罐变形，甚至破裂，造成浪费或引起燃烧、爆炸等危险。

因此，当储耀内物料虽增加时（即液位升高时），应及时使罐内氮气适量排出。

反之，当储罐内物料量减少时（即液体下降时），为保证罐内氮气呈微正压的[它要求，向储罐充氮气。

基于这样的考虑，可采用如图6—14的

分析控制系统。

本系统中，从安全方面的考虑，阀A为气开式，阎B为气关式，控制器为反作用方式。

根

据上述工艺要求，控制系统工作过程如下：

当罐内物料增加，液位上升时，储罐压力升高，测旦值将大于给定值，压力控制器输汽减小，于是阀A将关闭，停gL允氮气，阀B将刃开，通过放空使储耀内压力降低。

反之，当罐内物料减少，液位下降时，惦罐内压力降低，测量值将小于给定值，于是压力控制器输出增大，使阀

B关闭，停止徘气，而阀A打开，向罐内补充氮气，以提高储罐的压力。

为了防止储罐内压力在给定值附近变化时A、g两阀的频繁动作，可在两阀信号交接处设置个不灵敏区，如图6—15所示。

通过阀门定位器的调整，当控制器的输出压力在这个不灵

敏区变化时，A、B两阀部处于全关位置。

加入这样一个不灵敏区后，将会使抨制过程变化趋于缓慢，系统更为稳定。

三、分程控制中的几个问题

1．正确选择控制冈的流量特性

在两个控制阀的分程点上（即由一个控制阀转到另一个控制阀的交替点），系统要求

其流量的变化要平缓，否则对系统的控制不利。

促由于控制阀的放大系数不同，造成分

程点上流量特性的突变，尤其是大、小阎并联动作时显得尤为突出。

如两控制阀均为线

性阀，其突变情况非常严重，如图6—16所示。

当均采用对数阀时，突变情况要好一些，

如图6—17

分程控制中，控制阎流量特性的选择异常重要，为使总的流量特性比较平滑，一般尽量选用对数阀，如果两个控制阀的流通能力比较接近，且阀的可按范围不大时，可选用线性阀。

2．控制闯泄漏的问题

在分程控制中，阀的泄漏旦大小是一个很重要的问题。

当分程控制系统中采用人小阎并

联时，若大阀泄漏员过大，小阀将不能充分发挥其控制作用，其至起不到控制作用。

因此，要选

择泄漏员较小或没有泄漏的控制阀。

3．控制规律的选择及参数整定问题

分程控制系统本质上仍是一个简单控制系统，有关控制器控制规律的选择及其参数按定

可参考简单控制系统处理。

但当两个控制通道特性不相同时，应照顾正常情况下的对象特性，

按正常工况整定控制器的参数，另一阀只要在工艺允许的范围内工作即可。

心得体会

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。

为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

我们是在做单片机课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

后，要做好一个课程设计，就必须做到：

在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。

发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。

设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。

在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。

虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。

我认为这个收获应该说是相当大的。

觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。

小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。

参考文献

【1】王银锁主编.过程控制系统石油工业出版社

【2】王树青主编.工业过程控制工程化学工业出版社

【3】方康玲主编.过程控制系统武汉理工大学出版社

【4】俞金寿、蒋慰孙编著.过程控制工程电子工业出版社