工業(yè)儀表及自動化控制模塊三典型化工單元的控制方案課程目標能力（技能）目標1.能正確精餾塔控制的工藝要求2.能分析精餾塔的干擾因素3.能分析精餾塔的控制方案4.能分析生化反應(yīng)器的控制要求01知識目標021.掌握精餾塔的提餾段控溫方案2.掌握精餾段控溫方案3.掌握釜式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器的控制方案精餾塔的自動控制化學(xué)反應(yīng)器的自動控制目錄升化過程的控制精餾塔的自動控制01精餾塔的自動控制

概述精餾過程是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同將各組分進行分離，并達到規(guī)定純度要求。精餾塔是精餾過程的關(guān)鍵設(shè)備，被控變量多，操控變量多，所以控制方案繁多。

精餾塔的自動控制

一、工藝要求1.保證質(zhì)量指標對于一個正常操作的精餾塔，一般應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個產(chǎn)品達到規(guī)定的純度要求，另一個產(chǎn)品的成分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)當(dāng)取塔頂或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量作被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)量控制系統(tǒng)需要能測出產(chǎn)品成分的分析儀表。2.保證平穩(wěn)操作為了保證塔的平穩(wěn)操作，必須把進塔之前的主要可控干擾盡可能預(yù)先克服，同時盡可能緩和一些不可控的主要干擾。為了維持塔的物料平衡，必須控制塔頂餾出液和釜底采出量，使其之和等于進料量，而且兩個采出量變化要緩慢，以保證塔的平穩(wěn)操作。塔內(nèi)的持液量應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)?？刂扑?nèi)壓力穩(wěn)定，對塔的平穩(wěn)操作是十分必要的。重點精餾塔的自動控制

一、工藝要求3.約束條件

為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值為約束條件。4.節(jié)能要求和經(jīng)濟性

在精餾操作中，質(zhì)量指標、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標。其中質(zhì)量指標是必要條件，在質(zhì)量指標一定的前提下，應(yīng)在控制過程中使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時能量消耗盡可能低一些。精餾塔的自動控制

二、精餾塔的干擾因素1.進料流量F的波動（＊）上工序設(shè)置液位均勻控制出料2.進料成分ZF的變化（＊）不可控干擾3.進料溫度TF及進料熱焓QF的變化4.再沸器加熱劑（如蒸汽）加入熱量的變化5.冷卻劑在冷凝器內(nèi)除去熱量的變化6.環(huán)境溫度的變化圖

精餾塔的物料流程圖精餾塔的自動控制

三、精餾塔的控制方案1.精餾塔的提餾段溫控

如果采用以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標的間接指標，而以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為提餾段溫控。提餾段溫控的主要特點與使用場合（1）采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標，因此它能較直接地反映提餾段產(chǎn)品情況。將提餾段溫度恒定后，就能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量達到規(guī)定值。（2）當(dāng)干擾首先進入提餾段時，用提餾段溫控就比較及時，動態(tài)過程也比較快。圖

提餾段溫控的控制方案示意圖難點精餾塔的自動控制

三、精餾塔的控制方案2.精餾塔的精餾段溫控

如果采用以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標的間接指標，而以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為精餾段溫控精餾段溫控的主要特點與使用場合（1）采用了精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標，因此它能較直接地反映精餾段的產(chǎn)品情況。當(dāng)塔頂產(chǎn)品純度要求比塔底嚴格時，一般宜采用精餾段溫控方案。（2）如果干擾首先進入精餾段，采用精餾段溫控就比較及時。圖

精餾段溫控的控制方案示意圖精餾塔的自動控制

在采用精餾段溫控或提餾段溫控時，當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時，由于塔頂或塔底的溫度變化很小，對測溫儀表的靈敏度和控制精度都提出了很高的要求，但實際上卻很難滿足。解決這一問題的方法，是將測溫元件安裝在塔頂以下或塔底以上幾塊塔板的靈敏板上，以靈敏板的溫度作為被控變量。精餾塔的自動控制

三、精餾塔的控制方案3.精餾塔的溫差控制及雙溫差控制

采用溫差作為衡量質(zhì)量指標的間接變量，是為了消除塔壓波動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。溫差與產(chǎn)品純度之間并非單值關(guān)系。

雙溫差控制就是分別在精餾段及提餾段上選取溫差信號，然后將兩個溫差信號相減，作為控制器的測量信號（即控制系統(tǒng)的被控變量）。圖

雙溫差控制方案精餾塔的自動控制

三、精餾塔的控制方案4.按產(chǎn)品成分或物性的直接控制方案能利用成分分析器，例如紅外分析器、色譜儀、密度計、干點和閃點以及初餾點分析器等，分析出塔頂（或塔底）的產(chǎn)品成分并作為被控變量，用回流量（或再沸器加熱量）作為控制手段組成成分控制系統(tǒng)，就可實現(xiàn)按產(chǎn)品成分的直接指標控制?；瘜W(xué)反應(yīng)器的自動控制02化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求1.質(zhì)量指標

化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標一般指反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的規(guī)定濃度。如聚合釜出口溫差控制與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為以溫度、壓力等工藝變量作為間接控制指標，有時并不能保證質(zhì)量穩(wěn)定。當(dāng)有干擾作用時，轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)生成物組分等仍會受到影響。特別是在有些反應(yīng)中，溫度、壓力等工藝變量與生成物組分間不完全是單值對應(yīng)關(guān)系，這就需要不斷地根據(jù)工況變化去改變溫度控制系統(tǒng)的給定值。在有催化劑的反應(yīng)器中，由于催化劑的活性變化，溫度給定值也要隨之改變?；瘜W(xué)反應(yīng)器的自動控制

一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求2.物料平衡

為使反應(yīng)正常，轉(zhuǎn)化率高，要求維持進入反應(yīng)器的各種物料量恒定，配比符合要求。3.約束條件

對于反應(yīng)器，要防止工藝變量進入危險區(qū)域或不正常工況，應(yīng)當(dāng)配備一些報警、聯(lián)鎖裝置或設(shè)置取代控制系統(tǒng)?；瘜W(xué)反應(yīng)器的自動控制

二、釜式反應(yīng)器的溫度自動控制1.控制進料溫度2.改變傳熱量由于大多數(shù)反應(yīng)釜均有傳熱面，引入或移去反應(yīng)熱，所以用改變引入傳熱量多少的方法就能實現(xiàn)溫度控制。圖

改變進料溫度控制釜溫圖

改變加熱劑或冷卻劑流量控制釜溫化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

二、釜式反應(yīng)器的溫度自動控制3.串級控制為了針對反應(yīng)釜滯后較大的特點，可采用串級控制方案。圖

釜溫與冷劑流量串級控制示意圖圖

釜溫與夾套溫度串級控制示意圖圖

釜溫與釜壓串級控制系統(tǒng)示意圖化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

三、固定床反應(yīng)器的自動控制

固定床反應(yīng)器是指催化劑床層固定于設(shè)備中不動的反應(yīng)器，流體原料在催化劑作用下進行化學(xué)反應(yīng)以生成所需反應(yīng)物。常見的溫度控制方案有：改變進料濃度改變進料溫度改變段間進入的冷氣量化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

三、固定床反應(yīng)器的自動控制圖

改變進料濃度控制反應(yīng)器溫度圖

用載熱體流量控制溫度化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

三、固定床反應(yīng)器的自動控制圖

用旁路控制溫度圖用改變段間冷氣量控制溫度圖

用改變段間蒸汽量控制溫度化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

四、流化床反應(yīng)器的自動控制圖

流化床反應(yīng)器原理示意圖圖

改變?nèi)肟跍囟瓤刂品磻?yīng)器溫度圖

改變冷劑流量控制溫度圖

流化床差壓指示系統(tǒng)生化過程的控制03生化過程的控制

一、常用生化過程控制1.發(fā)酵罐溫度控制一般發(fā)酵過程均為放熱過程，溫度多數(shù)要求控制在30～50℃（±0.5℃）。過程操縱變量為冷卻水量，一般不需加熱（特別寒冷地區(qū)除外）。2.通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制圖

發(fā)酵罐溫度控制圖

發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓（或流通氣量）控制生化過程的控制

一、常用生化過程控制3.溶氧濃度控制

在發(fā)酵過程中必須控制溶解氧濃度，使其在發(fā)酵過程的不同階段都略高于臨界值，這樣既不影響菌體的正常代謝，又不致為維持過高的溶氧水平而大量消耗動力。培養(yǎng)液的溶解氧水平其實質(zhì)為供氧和需氧矛盾的結(jié)果。最常用的溶氧濃度控制方案：

改變攪拌速率；改變通氣速率。圖

改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧串級控制系統(tǒng)生化過程的控制

一、常用生化過程控制4.pH值控制

在發(fā)酵過程中為控制pH值而加入的酸堿性物料，往往就是工藝要求所需的補料基質(zhì)，所以在pH控制系統(tǒng)中還須對所加酸堿物料進行計量，以便進行有關(guān)離線參數(shù)的計算。圖

連續(xù)流加pH控制圖

脈沖式流加pH控制生化過程的控制

一、常用生化過程控制5.自動消泡控制當(dāng)電極檢測到泡沫信號后，控制器便周期性地加入消泡劑，直至泡沫消失。

圖

消泡控制生化過程的控制

二、青霉素發(fā)酵過程控制青霉素發(fā)酵過程中直接檢測的變量有：溫度、pH值、溶解氧、通氣流量、轉(zhuǎn)速、罐壓、溶解CO2、發(fā)酵液體積、排氣CO2、排氣O2等。離線檢測的參數(shù)有：菌體量、殘?zhí)橇?、含氮量、前體濃度和產(chǎn)物濃度等。相關(guān)性包括兩個方面：理化相關(guān)和生物相關(guān)。生化過程的控制

三、啤酒發(fā)酵過程控制