第五組—反應溫度檢測及控制方案的確定

1、課程：化學反應器設計、 操作與控制項目任務：反應器溫度檢測及控制方案的確定班級：化工1111組別：第五組成員：徐延延、張春鳳、苗曉瑞、 何蘊升、周豪、顧敏健1具體任務描述：任務點0103-1 常見溫度檢測儀表種類及應用任務點0103-2 乙酸丁酯反應器用測溫儀表任務點0103-3 自動控制系統(tǒng)組成任務點0103-4 控制器及控制規(guī)律 任務點0103-5 執(zhí)行器任務點0103-6 溫度自動控制方案任務點0103-7 乙酸丁酯反應器溫度自動控制方案2常用溫度檢測儀表種類及應用：1、按測溫范圍分類： 把測溫600以上溫度的儀表叫高溫器。測溫600以下的儀表叫低溫儀表叫溫度計。2、按工作原理分類： 通

2、常分為膨脹溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計、壓力式溫度計、輻射高溫計和光學高溫計等。3、按測溫方式分類： 根據(jù)感溫元件和被測介質(zhì)接觸與否，可 將溫度儀表分為接觸式與非接觸式兩大類。3工業(yè)上常用的測溫儀表：接觸式優(yōu)點：溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；缺點：因測溫元件與被測介質(zhì)需要進行充分的熱交環(huán)，需要一定的時間才能達到熱平衡，存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。非接觸式優(yōu)點： 通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快；缺點：但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水

3、氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。4接觸式 溫度計名稱 溫度計名稱 簡單原理及常用測溫范圍 優(yōu) 點 缺 點 熱膨脹玻璃溫度計 液體受熱時體積膨脹，100600 價廉，精確較高，穩(wěn)定性較好 易破損，只能安裝在易觀察的地方 雙金屬溫度計 金屬受熱時線性膨脹，50600 示值清楚，機械強度較好 精度較低 壓力式溫度計 溫包內(nèi)的氣體或液體因受熱而改變壓力，50600 價廉，最易就地集中監(jiān)測 毛細管機械強度差，損壞后不易修復 熱電阻熱電阻溫度計 導體或半導體的阻值溫度隨溫度而改變，200600 測量準確，可用于低溫或低溫差測量 和熱電偶相比，維護工作量大，振動場合容易損壞熱電偶熱電偶溫度計 兩種不同金

4、屬導體接點受熱產(chǎn)生熱電勢，501600 測量準確，和熱電阻相比安裝、維護方便，不宜損壞 需要補償導線，安裝費用較高 5非接觸式溫度計名稱溫度計名稱簡單原理及常用測溫范圍 優(yōu) 點 缺 點熱輻射光學高溫計 加熱體的亮度隨溫度高低而變化7003200 加熱體的亮度隨溫度高低而變化7003200 只能目測，必須熟練才能測得比較準確的數(shù)據(jù)光電高溫計 加熱體的顏色隨溫度高低而變化502000 反應速度快，測量較準確 構(gòu)造復雜，價格高，讀數(shù)麻煩 輻射高溫計 加熱體的輻射能量隨溫度高低而變化502000反應速度快誤差較大6乙酸丁酯反應器用測溫儀表：結(jié)論：選用壓力式溫度儀表理由：乙酸丁酯反應溫度在120左 右，

5、在壓力式溫度儀表（50600）測量范圍之內(nèi)，而且壓力式溫度儀表具有價廉，最易就地集中監(jiān)測的優(yōu)點。7 自動控制系統(tǒng)組成及作用：1、控制器控制系統(tǒng)的核心，生產(chǎn)過程中被控變量偏離設定要求后，必須依靠控制器的作用去控制執(zhí)行器，改變操縱變量，使被控變量符合生產(chǎn)要求。2、被控對象通過控制能達到工藝要求設定值的工藝變量。3、執(zhí)行機構(gòu)接受控制器送來的信號，相應地去改變操控變量以穩(wěn)定被控變量。（最常用的執(zhí)行器是氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥）4、變送器把被控變量轉(zhuǎn)化為測量值。89控制器及控制規(guī)律：控制器分類：1、按能源形式分：電動控制儀 氣動控制儀2、按信號形式分 ：模擬式 數(shù)字式3、按結(jié)構(gòu)形式分 ：基地式 單元組合式

6、 組裝式 集散控制系統(tǒng)常用控制器：電動控制器和數(shù)字控制器10電動控制器：以交流220V或直流24V作為儀表能源，以直流電流或直流電壓為輸出信號。通常選用直流信號，因為直流信號不受傳輸線路中電感、電容及負荷性質(zhì)影響，抗干擾能力強，容易實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，方便與工業(yè)控制計算機配合使用；直流信號獲取方便，應用靈活?？刂破鞴灿小白詣印?、“保持”、“軟手動”和“硬手動”四種工作狀態(tài)，通過面板上的聯(lián)動開關進行切換。電動控制器是連續(xù)的模擬控制儀表。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和自動化的不斷提高，模擬控制儀表很難滿足生產(chǎn)要求。電控制器基本被數(shù)字控制器取代。 11數(shù)字控制器：實現(xiàn)了儀表、計算機一體化；具有豐

7、富的運算、控制功能；通用性強、使用方便；使用靈活、便于擴展；可靠性高、維護方便數(shù)字控制器的種類很多，應用最多的是單回路控制器，其品種有以下五類：可編程序控制器固定程序控制器可編程脈寬輸出控制器混合控制器批量控制器12常用控制規(guī)律：1、雙位控制規(guī)律最為簡單，最容易實現(xiàn)。動作規(guī)律：當測量值大于或小于設定值時，控制器的輸出為最大（或最?。刂破鞯妮敵鲆醋畲?，要么最小）。相應執(zhí)行機構(gòu)也就只有兩個極限位置要么全開，要么全關。雙衛(wèi)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易實現(xiàn)，但質(zhì)量控制較差，多應用于允許被控制變量上下波動的場合。如原料儲罐、恒溫箱、空調(diào)、電冰箱中的溫度控制，為氣動儀表提供氣源的壓縮空氣罐中的壓

8、力控制等。利用浮球閥控制水箱水位的控制系統(tǒng)也屬于雙衛(wèi)控制。132、比例（P）控制系統(tǒng)在連續(xù)控制下達到平衡狀態(tài)。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差大小成比例關系的控制規(guī)律。比例控制規(guī)律： 控制器輸出變化與輸入偏差成正比。在相同的偏差下，Kc越大，輸出也越大，因此Kc是衡量比例作用強弱的參數(shù)。工業(yè)上用比例度來表示比例作用的強弱。單純的比例控制適用于擾動不大、滯后較小、負荷變化小、要求不高、允許有一定余差存在的場合。143、比例積分（PI）控制基本控制規(guī)律中最基本的，應用最普遍的一種。優(yōu)點：控制及時、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。缺點：不能最終消除余差限制它單獨使用，克服余差的辦

9、法是在比例控制的基礎加上積分控制作用。積分控制規(guī)律KI表示積分速度。積分控制作用總是滯后于偏差的存在，故它不能有效地克服擾動的影響，難以使得控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來，因此積分控制作用很少單獨使用。比例積分控制器是目前應用最廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)上液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)因引入積分作用能消除余差，彌補了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。對于有較大滯后性的系統(tǒng)控制，要盡可能避免使用積分控制。154、比例微分控制（PD）控制其輸出正比于輸入對時間的導數(shù)TD為微分時間常數(shù)。傳遞函數(shù)：微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關，而與偏差存在與否無關。因此，純粹的

10、微分控制作用是無意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來使用。16執(zhí)行器：執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行部件，由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，從自動化技術工具中接收控制信息并對受控對象施加控制作用。執(zhí)行器的分類1、執(zhí)行器按所用驅(qū)動能源分為氣動、電動和液壓執(zhí)行器。2、按動作規(guī)律分為開關型、積分型和比例型。3、按輸出位移的形式分為轉(zhuǎn)角型和直線型。4、按輸入控制型號分為可以輸入空氣壓力信號、直流電流信號、電接點通斷信號、脈沖信號等。17執(zhí)行器的應用：氣動執(zhí)行器以純凈的壓縮氣體為能源，結(jié)構(gòu)簡單，動作平穩(wěn)可靠，輸出推動力大維修方便，防火防爆。在化工、煉油等對安全要求較高的生產(chǎn)過程中得到廣泛的應用。液動執(zhí)

11、行器利用液壓推動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，推動力大、適用負荷較大。但輔助設備龐大且笨重，生產(chǎn)中很少用。電動執(zhí)行器反應迅速，便于集中控制。但結(jié)構(gòu)復雜，防火防爆能差，使用受一定限制。18溫度自動控制方案：常用的溫度自動控制方案： 1、低溫控制特點是周圍環(huán)境溫度比樣品溫度高，熱量源源不斷通過對流、傳導和輻射等形式傳輸給樣品。低溫控制的任務是：有節(jié)制的控制輸入熱量與冷量，借以得到所需的溫度。借助于低溫實驗室常備的冷卻液，如液氧、液氮和液氦（或包括液氫），控制液體沸騰的壓強，即可得到下列溫度范圍：14K(液氦)；5490K(液氧);6377K(液氮);1020.4K(液氫).192、中溫控制 以恒溫油槽為例，說明溫度自

12、動控制原理。油槽結(jié)構(gòu)分為恒溫槽部分和控制部分。恒溫槽由槽體、保溫層、隔離筒和攪拌器等構(gòu)成，由敏感元件、控制元件、執(zhí)行原件組成控制系統(tǒng)，控制對象為油的溫度。 導電表傳感溫度的變化，反映為水銀柱的高度。當溫度高于給定溫度時，導電表接通繼電器的輸入電路，繼電器切斷加熱器，油溫在冷卻水作用下降低；當油溫低于給定溫度是，導電表水銀柱下降，繼電器輸入電路斷開，繼電器動作并接通加熱器，油溫在加熱器作用下上升。如此循環(huán)，維持油恒定在給定溫度。203、高溫控制 由于外界的影響引起敏感元件材料不穩(wěn)定，使接觸式溫度計量器具（如熱電偶、電阻溫度計等）的應用受到了限制。因此，在高溫控制中經(jīng)常采用不接觸方法光學高溫計和輻

13、射高溫計。但光學高溫計的檢測結(jié)果帶有主觀性并且不能實現(xiàn)自動檢測。而輻射高溫計難于測量小物體的溫度和難于靠近被測物體，同時易受其它受熱物體輻射的影響。帶有光導接收和傳感元件的輻射高溫計可以消除上述溫度計所固有的缺點，用于控制生產(chǎn)過程中溫度的穩(wěn)定性和保證從一個過程到另一個過程的溫度復現(xiàn)，以及作為自動恒溫中的傳感器。使用光導高溫計來控制高溫，并不低于用熱電偶的精度。同時還用于熱電偶退火爐的溫度控制。保證了加熱器工作狀態(tài)能準確及時的得到校正。光導高溫計結(jié)構(gòu)簡單、配備較容易，完全能夠保證在各種情況下可靠的進行高溫控制。21乙酸丁酯反應器溫度自動控制方案：采用改變傳熱量方法中溫控制：反應釜由夾套和攪拌器等構(gòu)成，由敏感元件、控制元件、執(zhí)行原件組成控制系統(tǒng)，控制對象為反應釜的溫度。 導電表傳感溫度的變化，反映為顯示器度數(shù)變化。當溫度高于給定溫度時，導電表接通執(zhí)行器（以電動調(diào)節(jié)閥為例），電動調(diào)節(jié)閥切斷加熱管路，開冷卻管路，反應釜溫度在冷卻水作用下降低；當反應釜溫度低于給定溫度是，讀數(shù)減小，冷卻管路斷