夹套式反应器温度串级系统控制

目录一.概述……………………………………………………………2-6页1.1化学反应器的基本介绍…………………………………2-3页1.2夹套式反应器的控制要求…………………………………3 页1.3夹套式反应器的扰动变量………………………………3-4页1.4基本动态方程式…………………………………………4-6页二．控制系统方案的确定…………………………………………6-7页三．控制系统设计…………………………………………………7-18页3.1被控变量和控制变量的选择………………………………7-8页3.2主、副回路的设计…………………………………………8-9页3.3现场仪表选型………………………………………………9-12页3.4主、副控制器正反作用选择………………………………12-13页3.5控制系统方框图……………………………………………13页3.6分析被控对象特性及控制算法的选择……………………13-14页3.7控制系统整定及参数整定…………………………………14-18页四．课程设计总结……………………………………………………18页五．结束语……………………………………………………………18页六．参考文献…………………………………………………………19页一概述1.1 化学反应器的基本介绍反应器（或称反应釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。

化学反应器在结构、物料流程、反应机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易程度相差很大，自控方案差别也比较大。

化学反应器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四个方面分类：一、按反应器进出物料状况可分为间歇式和连续式反应器通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程。

间歇式反应器是将反应物料分次获一次加入反应器中，经过一定反应时间后取出反应中所有的物料，然后重新加料在进行反应。

间歇式反应器通常适用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反应时间长活对反应过程的反应温度有严格程序要求。

化工设备夹套反应釜温度控制浅析吴康明　李嘉斌(中国天辰化学工程公司黑龙江分公司 150076) 摘　要:在叔十二碳乙硫醇的设计中,采用分程控制系统来保持釜温的稳定并使反应釜的起动和正常生产都能自动操作。

关键词:反应釜;分程控制;气开式;气关式中图分类号:T Q 052　文献标识码:BSimple Explanation for Stillage T emperatureWu Kangming Li Jiabin(China T ianchen Chemical Enginceing corp.Heilong Jiang Branch 150076)Abstract :During the designing of producing tert -dode -canoic E thylsulfhydrate ,we use the step control system to stabilize the stillage temperature and to operate the start and normal production of stillage automatically.K eyw ords :S tillage ;S tep control ;Air open ;Air close 在叔十二碳乙硫醇的设计中,夹套反应釜的温度控制是一个难点。

当十二烯等原料及催化剂在反应釜中配置好后,一开始时,需要对反应釜加热,以起动反应过程,反应起动后,因为此化学反应是放热反应,所以会放出大量的热量,为了使反应持续平稳地进行下去,就需要保持釜温的稳定,这样必须要把反应热取走。

在这种场合,若要反应釜的起动和正常生产都能自动操作,就必须要采用分程控制系统。

在简单控制系统中,一个调节器的输出只带动一个调节阀。

而所谓的分程控制系统,就是一个调节器的输出去带动两个或两个以上的调节阀工作。

每个调节阀仅在调节器输出的某段信号范围内动作。

基于反应釜自动控制系统的夹套温度控制研究摘要：随着时代发展，规模各异的化工厂在我国大地不断崛起。

与此同时，由于工业自动化技术的发展，化工行业正逐步实现自动化。

在现代合成化工企业中，常见的一种反应器就是聚合反应釜。

本设计以某化工公司的间歇式PVC聚合反应釜为例，对其自动控制系统中的夹套温度控制展开研究讨论。

关键词: 聚合反应釜；温度控制；串级控制；参数整定本文以具体的一个化工厂的氯乙烯聚合反应釜为例，阐述一个间歇式PVC聚合反应釜的自动控制系统。

PVC聚合反应釜的自动控制系统包含着进料控制、悬浮辅助水的液位控制以及温度控制，本文具体介绍夹套温度串级控制的控制方案。

一、分程调节在PVC聚合反应中，夹套的温度控制可分为蒸汽加热升温过程与冷却水换热冷却过程，而这两个过程也是这个反应的主体控制部分。

为了更好的实现两个阀门的分程控制，在此处可安装两个两位五通电磁阀，采用DCS控制电磁阀的动作，分别控制两个阀门的动作从而构成温度分程控制系统。

在这里特别要注意，反应釜夹套的热水排出端口安装的调节阀应选用气开阀，相应的在冷却水出水端选用气关阀。

DCS控制系统启动反应后，根据釜内温度与夹套温度来调整夹套的蒸汽和冷却水出口调节阀的阀开度，在完成分程控制后，蒸汽阀门关闭，冷却水阀门根据温度保持调节状态。

二、温度控制步骤根据工艺要求，我们可以把反应釜的温度控制部分分为加热、过渡、反应、结束四个阶段。

整个控制系统的转化率主要依赖于温度控制，加热速率控制后，恒温稳定控制成为整个系统的核心。

通过DCS控制系统的控制，PVC聚合反应时反应釜的温度控制通常采用顺序控制方法，自动程序控制如框图1所示：图1顺序控制程序框图示意图1、加热阶段：根据PVC的合成配方，虽然PVC的聚合反应是放热反应，但反应物要达到一定温度反应才会进行聚合反应，因而在反应开始前要在夹套中通入加热蒸汽使反应釜内温度上升，使得反应物更快到达引发聚合反应的温度从而引发聚合。

锅炉夹套水温与内胆水温串级控制系统一、实验目的1．熟悉温度串级控制系统的结构与组成。

2．掌握温度串级控制系统的参数整定与投运方法。

3．研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

4．主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。

二、实验设备三、实验原理本实验系统的主控量为锅炉夹套的水温T1，副控量为锅炉内胆的水温T2，它是一个辅助的控制变量。

系统由主、副两个回路所组成。

主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量T1等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID 控制。

副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T1的控制目的，因而副调节器可采用P控制。

由于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象下水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。

本实验系统结构图和方框图如图15所示。

图15 锅炉夹套与内胆温度串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择锅炉夹套和锅炉内胆组成串级控制系统。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。

将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。

然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13。

待实验投入运行时，用变频器支路以较小的流量给锅炉内胆供循环冷却水。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。

图16 智能仪表控制温度串级控制实验接线图图17 远程数据采集控制温度串级控制实验接线图图18 DCS分布式控制温度串级控制实验接线图图19 S7-200PLC控制温度串级控制实验接线图图20 S7-300PLC控制温度串级控制实验接线图五、实验报告要求1．画出温度串级控制系统的结构框图。

锅炉内胆与夹套温度串级控制作者：吴程来源：《电子技术与软件工程》2015年第18期介绍了锅炉内胆与夹套温度串级控制系统的特点，描述了利用西门子S7300PLC，以及supcon软件，用串级控制设计一个温度控制系统。

【关键词】PLC 串级控制温度控制1 概述随着现代工业生产过程的迅速发展，单回路控制系统往往满足不了生产工艺的要求，在这样的情况下，串级控制系统就开发生产了。

串级控制系统是一种常用的复杂控制系统，由两个或两个以上控制器串联组成，一个控制器的输出作为另一个的设定值，这类控制系统称为串级控制系统。

2 串级控制系统设计2.1 系统设计2.1.1 结构框图及说明图1为温度串级控制系统方框图。

副回路即控制锅炉内胆温度的环路为随动控制系统，主回路即控制锅炉夹套温度的环路为定值控制系统。

2.1.2 系统原理图及工作原理图2为锅炉内胆和夹套温度串级控制系统原理图。

当调节锅炉内胆和夹套进出水量平衡时，设定夹套温度，主调节器工作，主调节器的输出值是内胆温度控制的给定值。

副回路工作，调压装置输出电压，电压被加到电加热管上，加热管加热内胆温度，由于热传递，夹套温度上升；当夹套温度上升超过给定值时，主调节器作用，使得调压装置不工作，没有输出电压，电加热管停止工作，夹套温度被流动的水带走，温度下降，如此反复工作。

2.2 单元电路设计2.2.1 单元电路工作原理（1）可控硅移相调压装置。

依据固态继电器（SSR）图，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。

（2）变频器。

变频器型号为三菱FR-S520S-0.4K-CHR，变频器的输出端控制副管路泵，通过控制水泵电机的转速来控制副管路的流量，其电源开关在变频器的左下方。

（3）Pt100热电阻温度传感器。

热电阻测温仪表是根据金属导体的电阻随温度变化的特性进行测温的，对确定的电阻，只要精确地测定其阻值的变化，便可知道温度的高低。

《过程控制工程》课程设计参考题目14级过程控制课程设计题目1班课程设计参考题目：一、温度控制（单回路、串级、前馈—反馈、比值控制）（40）1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计2班课程设计参考题目：1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计课程设计教材及主要参考资料：1、戴连奎，《过程控制工程》，化学工业出版社，20122、杜维，《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，20013、姜培正，《过程流体机械》，化学工业出版社，20024、王毅，《过程装备控制技术与应用》，化学工业出版社，20015、厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2006一、课程设计教学目的及基本要求：1．课程设计的教学目的培养学生将理论知识应用到解决实际问题的能力，通过该课程的学生，可以很好地训练学生的实际动手能力和解决工程问题的能力，为学生从学校到工厂和技术部门提供前期的训练。

夹套式反应器温度控制系统设计仿真随着工业化的快速发展，夹套式反应器在化工生产中的应用越来越广泛。

而夹套式反应器的温度控制系统则成为了保证反应器稳定运行的关键。

本文将介绍夹套式反应器温度控制系统的设计和仿真，以及该系统的优势和应用前景。

一、夹套式反应器温度控制系统的设计在夹套式反应器中，温度控制系统的设计需要考虑多个因素，如反应物料的性质、反应速率、热量传递效率等。

首先，我们需要选择合适的温度传感器来获取反应器内部的温度信息。

常见的温度传感器有热电偶和红外线测温仪等。

其次，我们需要选择合适的控制器来实现温度的调节。

常用的控制器有PID控制器和模糊控制器等。

最后，我们需要设计合理的控制策略来实现温度的稳定控制。

常见的控制策略有比例控制、积分控制和微分控制等。

二、夹套式反应器温度控制系统的仿真为了验证设计的合理性和可行性，我们可以利用仿真软件进行夹套式反应器温度控制系统的仿真。

通过建立反应器的数学模型，我们可以模拟不同的工况和操作情况，并对温度控制系统的性能进行评估。

在仿真过程中，我们可以调整控制器的参数，优化控制策略，以达到更好的控制效果。

三、夹套式反应器温度控制系统的优势相比于其他类型的反应器，夹套式反应器具有温度控制更加稳定、反应物料更加均匀、反应速率更加快速等优势。

夹套式反应器温度控制系统的设计和优化可以提高反应器的生产效率和产品质量，降低能耗和生产成本。

四、夹套式反应器温度控制系统的应用前景夹套式反应器温度控制系统的应用前景非常广阔。

在化工生产中，夹套式反应器被广泛应用于有机合成、催化反应、聚合反应等领域。

随着科技的不断进步，夹套式反应器温度控制系统的设计和优化将会更加智能化和自动化，为化工生产带来更多的便利和效益。

夹套式反应器温度控制系统的设计和仿真对于保证反应器的稳定运行具有重要意义。

通过合理的设计和优化，夹套式反应器温度控制系统可以实现温度的精确控制，提高生产效率和产品质量。

随着科技的不断发展，夹套式反应器温度控制系统的应用前景将会更加广阔。