1、1 考慮如題圖1所示的系統(tǒng)，希望將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的NaOH溶液稀釋為30%。NaOH控制閥受其它控制器（未在圖中展示）控制。由于50% NaOH溶液的流量變化頻繁，希望設(shè)計(jì)一個(gè)比值控制方案，通過(guò)控制稀釋水的流量以達(dá)到稀釋要求。50%NaOH溶液的標(biāo)稱流量（即設(shè)計(jì)值）為100 kg/hr。假設(shè)選用的兩個(gè)流量變送器為質(zhì)量流量計(jì)，其輸出信號(hào)與質(zhì)量流量成線性比例關(guān)系。50%NaOH溶液的變送器量程為0到200 kg/hr，水的變送器量程為0到160 kg/hr。請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述其比值控制方案，并計(jì)算控制系統(tǒng)所涉及的比值系數(shù)。題圖1 混合過(guò)程2 考慮如題圖2所示的制氫反應(yīng)器。同鍋爐一樣，該反應(yīng)器需要通過(guò)燃料

2、和空氣進(jìn)行燃燒才能提供反應(yīng)所需要的能量（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，溫度控制系統(tǒng)并未全部在圖中畫出）。甲烷和水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)方程為該反應(yīng)發(fā)生在反應(yīng)器的內(nèi)部管道中，管道內(nèi)填充著反應(yīng)所需的催化劑。為避免催化劑結(jié)焦，保證反應(yīng)混合物中水蒸氣富余十分重要。如果碳沉積在催化劑表面，將會(huì)使催化劑中毒。通過(guò)保證輸入混合物中水蒸氣富余，就可以避免此種現(xiàn)象。然而，過(guò)多的水蒸氣又會(huì)引起能量消耗過(guò)大。工程部門估算，應(yīng)當(dāng)保證的最佳甲烷-水比為R1（質(zhì)量比）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套控制方案，可使實(shí)際比例維持在最佳比例；并且在生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論產(chǎn)量增加或減少，都要保證反應(yīng)混合物中水蒸氣富余（即高于最佳比例）。注意：甲烷需求量由另外專門的信號(hào)控制

3、。題圖2 制氫反應(yīng)器3 氯化反應(yīng)用于對(duì)廢水處理廠的最終排放物進(jìn)行消毒處理。環(huán)保部門要求廢水中維持一定的氯含量剩余。為了達(dá)到這個(gè)要求，通常在接觸池的開始位置，測(cè)量廢水中的游離氯離子的殘余量，如題圖3所示。通常在過(guò)濾器的流出物中，加入次氯酸鈉水溶液來(lái)控制接觸池中游離氯離子的殘余量。廢水廠有兩個(gè)平行的過(guò)濾水流，它們將在氯接觸池中混合。根據(jù)池中的游離氯離子的殘余量分別向兩個(gè)水流中加入次氯酸鈉。a) 設(shè)計(jì)一套控制方案，來(lái)控制接觸池開始處的氯離子的殘余量。b) 由于接觸池中將會(huì)發(fā)生一系列的反應(yīng)，氯離子真實(shí)殘余量并不等于進(jìn)入接觸池的氯離子含量。環(huán)保局對(duì)氯離子真實(shí)殘余量很感興趣。因此，在接觸池的出口處安裝了第

4、二臺(tái)分析器。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套控制方案來(lái)控制流出物中的氯離子殘余量。題圖3 污水氯接觸池4考慮如題圖4所示的混合池。三種原料以一個(gè)確定的比例注入水箱之中形成一種混合液，供后續(xù)過(guò)程使用。對(duì)于某一種配方，要求最終混合物包含50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的A、30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的B以及20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的C。根據(jù)需求量的不同，后續(xù)過(guò)程將提供泵的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。試設(shè)計(jì)一個(gè)控制方案用以控制水箱液位，并且同時(shí)保證正確的配方要求。題圖45考慮如下圖所示的裂解爐，它由兩部分組成，但有一個(gè)共同的煙道。在每一個(gè)部分中都在發(fā)生輕烴（碳?xì)浠衔铮┖退魵獾牧鸦磻?yīng)。該裝置通過(guò)控制進(jìn)入到每一部分的燃料來(lái)控制裂解產(chǎn)品的溫度，通過(guò)控制安裝在煙道上的排風(fēng)扇的

5、轉(zhuǎn)速來(lái)控制爐內(nèi)壓力。風(fēng)扇可以引導(dǎo)燃?xì)馀懦鰺焽?。?dāng)爐內(nèi)壓力增加時(shí)，壓力控制器就會(huì)增加風(fēng)扇速度來(lái)降低壓力。a) 設(shè)計(jì)一個(gè)比值控制方案，以使每一部分都能根據(jù)輕烴流量按比例控制水蒸氣的流量。操作員只需要設(shè)定輕烴的流量。b) 在過(guò)去幾周的運(yùn)行中，操作人員注意到壓力控制器的輸出總是100%。這表明控制器PC 57在盡最大可能來(lái)保證壓力控制。然而，這并不是理想狀態(tài)。這表明壓力超出了可控范圍。因此，必須設(shè)計(jì)一種控制方案。當(dāng)該控制器的輸出大于90%時(shí)，輕烴流量就需要減少來(lái)維持壓力控制器輸出穩(wěn)定在90%。當(dāng)輕烴流量減少時(shí)，用來(lái)保持出口溫度的燃料需求量也會(huì)減少，這樣會(huì)降低煙道壓力，使得壓力控制器降低風(fēng)扇速度。當(dāng)控制

6、器的輸出少于90%時(shí)，輕烴的輸入流量就為操作人員的設(shè)定量。由于左邊鍋爐的效率沒(méi)有右邊的高。因此，減少輕烴流量的正確策略為首先將左側(cè)的輸入量減少到35%；如果還需要繼續(xù)減少，再對(duì)右側(cè)的輸入進(jìn)行減少，直到減少至35%（如果還需要繼續(xù)減少，一個(gè)連鎖系統(tǒng)將會(huì)關(guān)閉裂解爐）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)控制方案，以保證壓力控制器的輸出低于90%。題圖5 裂解反應(yīng)器6考慮如題圖6所示的過(guò)程，污泥被送入儲(chǔ)液槽T3，然后通過(guò)污泥泵被注入到兩個(gè)過(guò)濾器中。該裝置通過(guò)控制出口流量來(lái)控制儲(chǔ)液槽液位，要求進(jìn)入兩個(gè)過(guò)濾器的流量必須符合以下比例，圖中顯示的兩個(gè)流量變送器和控制閥不可以從現(xiàn)有位置移動(dòng)，也不可以添加其他儀器。試設(shè)計(jì)一個(gè)控制方案，在

7、可以保證流量比例的同時(shí)，控制儲(chǔ)槽液位。題圖67 考慮如題圖7所示的加熱爐，它使用兩種不同的燃料來(lái)控制工藝介質(zhì)的爐出口溫度，一種燃料是廢氣，另外一種燃料是燃油。由于廢氣是免費(fèi)的，所以要盡可能多地使用。然而，環(huán)境保護(hù)條例規(guī)定廢氣的使用量不得超過(guò)燃燒油的1/4。廢氣的熱值為HVwg，燃油的熱值為HVoil。空氣/廢氣的比值為Rwg，空氣/燃油的比值為Roil。a) 設(shè)計(jì)一套完整的雙交叉控制方案來(lái)控制工藝介質(zhì)的爐出口溫度。b) 假設(shè)廢氣的熱值隨著成分的變化會(huì)發(fā)生顯著的變化。在線測(cè)量廢氣的熱值非常困難，然而，實(shí)驗(yàn)分析表明氣體熱值和密度之間存在明確的相關(guān)性。假設(shè)已安裝了一臺(tái)密度計(jì)可以測(cè)量密度，因此可測(cè)量熱

8、值HVwg。試完善上述控制方案以考慮熱值HVwg的變化。c) 從安全角度考慮，必須設(shè)計(jì)出一種控制方案，當(dāng)燃燒火焰熄滅時(shí)或廢氣和燃油停止供應(yīng)時(shí)，要求空氣閥全開。假設(shè)有一個(gè)火焰檢測(cè)器用于此設(shè)計(jì)，當(dāng)有火焰的時(shí)候，其輸出量為20mA；而當(dāng)火焰熄滅的時(shí)候，其輸出為4mA。請(qǐng)?jiān)谏鲜龌A(chǔ)上進(jìn)一步完善控制方案。題圖78某一油料過(guò)濾系統(tǒng)如題圖8所示。待過(guò)濾油料首先進(jìn)入一總管，為安全起見(jiàn)，總管壓力通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)油閥門得到有效控制?？偣苤械挠土想S后被分配到四個(gè)過(guò)濾器。類似于熱交換器，過(guò)濾器也由外殼與內(nèi)部導(dǎo)管組成，其中內(nèi)部導(dǎo)管的上端面封閉，下端面開放；而外殼的上端面開放，下端面封閉。內(nèi)部導(dǎo)管管壁為過(guò)濾網(wǎng)，待過(guò)濾油料先進(jìn)入

9、殼程，其中液體經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入內(nèi)部導(dǎo)管，再內(nèi)部導(dǎo)管流出。隨著時(shí)間的推移，過(guò)濾網(wǎng)上將不斷產(chǎn)生膠質(zhì)。為使油料中的液體通過(guò)，需要逐步提高殼程壓力。但如果壓力提高過(guò)大，則過(guò)濾器墻壁就會(huì)崩塌。因此，當(dāng)達(dá)到某一臨界值時(shí)，過(guò)濾器就需要被取下進(jìn)行清理。在正常情況下，3個(gè)過(guò)濾器就可以處理所有的油料。a) 設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，以維持通過(guò)系統(tǒng)的總油量不變。b) 完善補(bǔ)充上述控制系統(tǒng)，以滿足：（1）如果進(jìn)入某一個(gè)過(guò)濾器的油料壓力超過(guò)一個(gè)事先設(shè)定值，那么就開始減少進(jìn)入此過(guò)濾器油量；（2）一旦某一過(guò)濾器進(jìn)料閥門達(dá)到10%的開度，聯(lián)鎖系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉此過(guò)濾器，等待清理。與此同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)的總油量要保持不變。題圖89 考慮如題圖9所示的精餾塔底部，有兩個(gè)物料流出，一個(gè)由用戶控制以滿足自身需求，另一個(gè)用以保持塔底液位。在一些情況下，當(dāng)液位下降到一定程度時(shí)，液位控制閥將全關(guān)；此時(shí)，液位將失去控制。如果塔底液位下降到低于0.5m，這將很難保證有足夠的流量通過(guò)再沸器為精餾塔提供上升蒸汽，這對(duì)精餾塔操作將是災(zāi)難性的。試設(shè)計(jì)一種控制方案，以避免上述情況的發(fā)生。題圖910考慮如題圖10所示的過(guò)程，該過(guò)程通過(guò)A和B的反應(yīng)制造產(chǎn)品E。反應(yīng)器出料包括E和其他一些未反應(yīng)物（主要成分為原料A），簡(jiǎn)稱為液體C；然后采用分離器將E和C分開。液體C被送入精餾塔T-104，并從底部反饋