文档介绍：第15章典型化工单元的控制
化工单元自动控制的一般设计原则
流体输送设备的自动控制
传热设备的控制
化学反应器的自动控制
典型化工单元有哪些?
流体输送设备——泵(电机)
离心泵
容积式泵
压缩机
传热设备
无相变
有相变
反应器
反应釜
流化床
固定床
鼓泡床
化工单元自动控制的一般设计原则?
选用化工单元的目的:
用来实现一些特定的物理和(或)化学反应过程
化工单元自动控制的要求:
使物理变化过程和(或)化学反应过程在符合预定的要求、条件下自动进行
实现化工单元自动控制的原则:
保证工艺质量指标
满足物料平衡条件
满足安全约束条件
提高机械效率和能源利用率
第一节流体输送设备的自动控制
泵的主要控制内容有:
出口流量Q
压头H
能耗
泵的转速n
对离心泵来说,Q、H和n满足以下关系:
Q
H
n1
n2
n3
A1 A2 A3
图10-1 离心泵的特性曲线示意图
n1<n2<n3
B
C1
C2
C3
管路特性曲线
离心泵的自动控制
离心泵的主要控制方法和特点
FC
离心泵出口的直接节流
FT
简便易行、应用广泛
机械效率较低
特别是在阀门开度较小的时候,阀上的压降较大,即功率损耗很大,因此不宜使用在出口流量小于正常流量30%的场合。
FC
离心泵旁路流量控制
FT
由于旁路阀前后的压差很大,所以阀门口径往往较小,工程实施较方便。
但由于那部分回流的高压液体能量将消耗于旁路阀上,所以该控制方案的机械效率较低,在实际生产中也较少采用。
FC
离心泵变频调速控制
FT
4~20mA
380VAC
50Hz
电压可调
频率可调
变频调速器——将三相工频50Hz交流电源(或任意电源)变换成三相电压可调、频率可调的交流电源,主要用于交流电动机(异步机或同步机)转速的调节。
根据电机理论可知,电机转速与频率近似成正比,改变频率即可以平滑地调节电机转速,而对于变频器而言,其频率的调节范围是很宽的,可在0~400Hz之间任意调节,因此电机转速即可以在较宽的范围内调节。
容积泵的自动控制
多用于流量较小,压头较高的场合
Q
H
n1
n2
n3
n1<n2<n3
特点: 将机械能以静压能的形式直接传给流体
泵的流体排出量只取决于泵的转速,或者泵的往复次数及泵的冲程大小,而与管路特性基本无关
往复泵的每一次往返或者齿轮泵的每一周转动,都有一定量的流体排出,在一定的转速下,随着流量的减小压头急剧增大。
因此,这类泵不允许在出口管路上安装调节阀,一旦出口阀门关闭,将导致泵体损坏。
容积式泵的控制与离心泵相似,只是有一种不能用
FC
出口的直接节流
FT
FC
旁路流量控制
FT
FC
变频调速控制
FT
4~20mA
380VAC
50Hz
电压可调
频率可调
离心式压缩机的自动控制
离心式压缩机的特点
喘振区
p2/p1
Q
图10-6 离心式压缩机的特性曲线
n1<n2<n3
n1
n2
n3
QP
1
2
当负荷降低到一定程度时,气体的排送可能会出现强烈的震荡,并使压缩机机身也出现剧烈的振动,这种现象称为压缩机的“喘振”,喘振式离心式压缩机固有的特性。由于喘振现象会严重损坏压缩机机体,这在实际生产过程中是不允许的。因此,在离心式压缩机控制中,防喘振控制是一个极其重要的课题。
离心式压缩机的防喘振控制一:固定极限流量控制
压缩机
Q
Qo
图10-7 固定极限流量的防喘振控制
FC
FT
固定极限流量的防喘振控制方案结构简单,运行安全可靠,系统投资费用较少
但这种方法主要适用于固定转速的场合。
当压缩机的转速变化时,如按高转速取给定值,势必在低转速时给定值偏高,能耗过大;如按低转速取给定值,则在高转速时仍有因给定值偏低而使压缩机产生喘振的危险。因此,当压缩机的转速不恒定时,一般不宜采用这种控制方案。
离心式压缩机的防喘振控制二:可变极限流量控制
略
第二节传热设备的自动控制
传热方式
加热或者冷却
传热介质(载热体)
无相变
如:用热水加热某介质,载热体入口为液态热水,经换热器以后,载热体的出口,还是液态的水(温度较低而已)
有相变
如:蒸汽加热某介质,载热体入口为蒸汽(汽态),经换热器以后,载热体的出口,已经变成了液态的冷凝水
两种情况都有广泛应用,但后者的传热效率较高
单回路控制和串级控制是最常用的两种控制方法
多数情况,还需要适当引入微分作用,以提高系统的控制质量
无相变传热设备的自动控制
图10-10 换热器的单回路控制
TC
载热体
被控介质
换热器
t
TT
结构简单,实施方