第五組—反應(yīng)溫度檢測(cè)及控制方案的確定

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

2、常分為膨脹溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、輻射高溫計(jì)和光學(xué)高溫計(jì)等。3、按測(cè)溫方式分類： 根據(jù)感溫元件和被測(cè)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(cè)溫儀表：接觸式優(yōu)點(diǎn)：溫儀表比較簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度較高；缺點(diǎn)：因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交環(huán)，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。非接觸式優(yōu)點(diǎn)： 通過(guò)熱輻射原理來(lái)測(cè)量溫度的，測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)溫范圍廣，不受測(cè)溫上限的限制，也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，反應(yīng)速度一般也比較快；缺點(diǎn)：但受到物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙塵和水

3、氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。4接觸式 溫度計(jì)名稱 溫度計(jì)名稱 簡(jiǎn)單原理及常用測(cè)溫范圍 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 熱膨脹玻璃溫度計(jì) 液體受熱時(shí)體積膨脹，100600 價(jià)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(jì) 金屬受熱時(shí)線性膨脹，50600 示值清楚，機(jī)械強(qiáng)度較好 精度較低 壓力式溫度計(jì) 溫包內(nèi)的氣體或液體因受熱而改變壓力，50600 價(jià)廉，最易就地集中監(jiān)測(cè) 毛細(xì)管機(jī)械強(qiáng)度差，損壞后不易修復(fù) 熱電阻熱電阻溫度計(jì) 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值溫度隨溫度而改變，200600 測(cè)量準(zhǔn)確，可用于低溫或低溫差測(cè)量 和熱電偶相比，維護(hù)工作量大，振動(dòng)場(chǎng)合容易損壞熱電偶熱電偶溫度計(jì) 兩種不同金

4、屬導(dǎo)體接點(diǎn)受熱產(chǎn)生熱電勢(shì)，501600 測(cè)量準(zhǔn)確，和熱電阻相比安裝、維護(hù)方便，不宜損壞 需要補(bǔ)償導(dǎo)線，安裝費(fèi)用較高 5非接觸式溫度計(jì)名稱溫度計(jì)名稱簡(jiǎn)單原理及常用測(cè)溫范圍 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn)熱輻射光學(xué)高溫計(jì) 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(cè)，必須熟練才能測(cè)得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)光電高溫計(jì) 加熱體的顏色隨溫度高低而變化502000 反應(yīng)速度快，測(cè)量較準(zhǔn)確 構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格高，讀數(shù)麻煩 輻射高溫計(jì) 加熱體的輻射能量隨溫度高低而變化502000反應(yīng)速度快誤差較大6乙酸丁酯反應(yīng)器用測(cè)溫儀表：結(jié)論：選用壓力式溫度儀表理由：乙酸丁酯反應(yīng)溫度在120左 右，

5、在壓力式溫度儀表（50600）測(cè)量范圍之內(nèi)，而且壓力式溫度儀表具有價(jià)廉，最易就地集中監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。7 自動(dòng)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(guò)程中被控變量偏離設(shè)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(duì)象通過(guò)控制能達(dá)到工藝要求設(shè)定值的工藝變量。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制器送來(lái)的信號(hào)，相應(yīng)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(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）4、變送器把被控變量轉(zhuǎn)化為測(cè)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(dòng)控制儀 氣動(dòng)控制儀2、按信號(hào)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(dòng)控制器和數(shù)字控制器10電動(dòng)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(hào)。通常選用直流信號(hào)，因?yàn)橹绷餍盘?hào)不受傳輸線路中電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)影響，抗干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，方便與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用；直流信號(hào)獲取方便，應(yīng)用靈活?？刂破鞴灿小白詣?dòng)”、“保持”、“軟手動(dòng)”和“硬手動(dòng)”四種工作狀態(tài)，通過(guò)面板上的聯(lián)動(dòng)開關(guān)進(jìn)行切換。電動(dòng)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(kuò)大和自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了儀表、計(jì)算機(jī)一體化；具有豐

7、富的運(yùn)算、控制功能；通用性強(qiáng)、使用方便；使用靈活、便于擴(kuò)展；可靠性高、維護(hù)方便數(shù)字控制器的種類很多，應(yīng)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(jiǎn)單，最容易實(shí)現(xiàn)。動(dòng)作規(guī)律：當(dāng)測(cè)量值大于或小于設(shè)定值時(shí)，控制器的輸出為最大（或最?。?，（控制器的輸出要么最大，要么最?。?。相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就只有兩個(gè)極限位置要么全開，要么全關(guān)。雙衛(wèi)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)，但質(zhì)量控制較差，多應(yīng)用于允許被控制變量上下波動(dòng)的場(chǎng)合。如原料儲(chǔ)罐、恒溫箱、空調(diào)、電冰箱中的溫度控制，為氣動(dòng)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(dá)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(guān)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(qiáng)弱的參數(shù)。工業(yè)上用比例度來(lái)表示比例作用的強(qiáng)弱。單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大、滯后較小、負(fù)荷變化小、要求不高、允許有一定余差存在的場(chǎng)合。143、比例積分（PI）控制基本控制規(guī)律中最基本的，應(yīng)用最普遍的一種。優(yōu)點(diǎn)：控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。缺點(diǎn)：不能最終消除余差限制它單獨(dú)使用，克服余差的辦

9、法是在比例控制的基礎(chǔ)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(dòng)的影響，難以使得控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)，因此積分控制作用很少單獨(dú)使用。比例積分控制器是目前應(yīng)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(bǔ)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(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。對(duì)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(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)TD為微分時(shí)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(guān)，而與偏差存在與否無(wú)關(guān)。因此，純粹的

10、微分控制作用是無(wú)意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來(lái)使用。16執(zhí)行器：執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行部件，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，從自動(dòng)化技術(shù)工具中接收控制信息并對(duì)受控對(duì)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(dòng)能源分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓執(zhí)行器。2、按動(dòng)作規(guī)律分為開關(guān)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(hào)分為可以輸入空氣壓力信號(hào)、直流電流信號(hào)、電接點(diǎn)通斷信號(hào)、脈沖信號(hào)等。17執(zhí)行器的應(yīng)用：氣動(dòng)執(zhí)行器以純凈的壓縮氣體為能源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作平穩(wěn)可靠，輸出推動(dòng)力大維修方便，防火防爆。在化工、煉油等對(duì)安全要求較高的生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用。液動(dòng)執(zhí)

11、行器利用液壓推動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，推動(dòng)力大、適用負(fù)荷較大。但輔助設(shè)備龐大且笨重，生產(chǎn)中很少用。電動(dòng)執(zhí)行器反應(yīng)迅速，便于集中控制。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防火防爆能差，使用受一定限制。18溫度自動(dòng)控制方案：常用的溫度自動(dòng)控制方案： 1、低溫控制特點(diǎn)是周圍環(huán)境溫度比樣品溫度高，熱量源源不斷通過(guò)對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射等形式傳輸給樣品。低溫控制的任務(wù)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)，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(shuō)明溫度自

12、動(dòng)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(duì)象為油的溫度。 導(dǎo)電表傳感溫度的變化，反映為水銀柱的高度。當(dāng)溫度高于給定溫度時(shí)，導(dǎo)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(dāng)油溫低于給定溫度是，導(dǎo)電表水銀柱下降，繼電器輸入電路斷開，繼電器動(dòng)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(jì)量器具（如熱電偶、電阻溫度計(jì)等）的應(yīng)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(xué)高溫計(jì)和輻

13、射高溫計(jì)。但光學(xué)高溫計(jì)的檢測(cè)結(jié)果帶有主觀性并且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。而輻射高溫計(jì)難于測(cè)量小物體的溫度和難于靠近被測(cè)物體，同時(shí)易受其它受熱物體輻射的影響。帶有光導(dǎo)接收和傳感元件的輻射高溫計(jì)可以消除上述溫度計(jì)所固有的缺點(diǎn)，用于控制生產(chǎn)過(guò)程中溫度的穩(wěn)定性和保證從一個(gè)過(guò)程到另一個(gè)過(guò)程的溫度復(fù)現(xiàn)，以及作為自動(dòng)恒溫中的傳感器。使用光導(dǎo)高溫計(jì)來(lái)控制高溫，并不低于用熱電偶的精度。同時(shí)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(zhǔn)確及時(shí)的得到校正。光導(dǎo)高溫計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配備較容易，完全能夠保證在各種情況下可靠的進(jìn)行高溫控制。21乙酸丁酯反應(yīng)器溫度自動(dòng)控制方案：采用改變傳熱量方法中溫控制：反應(yīng)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(duì)象為反應(yīng)釜的溫度。 導(dǎo)電表傳感溫度的變化，反映為顯示器度數(shù)變化。當(dāng)溫度高于給定溫度時(shí)，導(dǎo)電表接通執(zhí)行器（以電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為例），電動(dòng)調(diào)節(jié)閥切斷加熱管路，開冷卻管路，反應(yīng)釜溫度在冷卻水作用下降低；當(dāng)反應(yīng)釜溫度低于給定溫度是，讀數(shù)減小，冷卻管路斷