乳化物干燥器溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　干燥器工作原理及特點(diǎn)…………………………………………………………2</p><p>　　2. 控制方案的選擇…………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 乳化物干燥器比值控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇……………………………………3</p>

2、<p>　　2.2 控制變量的確定………………………………………………………………4</p><p>　　3 現(xiàn)場儀表選型…………………………………………………………………4</p><p>　　3. 系統(tǒng)方塊圖 ……………………………………………………………………5</p><p>　　4. 分析被控對象特性…………………………………………………………

3、……5</p><p>　　4.1 比值系數(shù)確定…………………………………………………………………5</p><p>　　5. 系統(tǒng)仿真…………………………………………………………………………8</p><p>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié) ………………………………………………………………………9</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………

4、…………………………………………10</p><p>　　乳化物干燥器溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1、干燥器工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　干燥器是是通過加熱使物料中的濕分(一般指水分或其他可揮發(fā)性液體成分)汽化逸出，以獲得規(guī)定濕含量的固體物料的機(jī)械設(shè)備。干燥的目的是為了物料使用或進(jìn)一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品變形

5、，陶瓷坯料在煅燒前的干燥可以防止成品龜裂。另外干燥后的物料也便于運(yùn)輸和貯存，如將收獲的糧食干燥到一定濕含量以下，以防霉變。由于自然干燥遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，各種機(jī)械化干燥器越來越廣泛地得到應(yīng)用。</p><p>　　干燥過程需要消耗大量熱能，為了節(jié)省能量，某些濕含量高的物料、含有固體物質(zhì)的懸浮液或溶液一般先經(jīng)機(jī)械脫水或加熱蒸發(fā)，再在干燥器內(nèi)干燥，以得到干的固體。在干燥過程中需要同時(shí)完成熱量和質(zhì)量(濕分)的傳遞

6、，保證物料表面濕分蒸汽分壓(濃度)高于外部空間中的濕分蒸汽分壓，保證熱源溫度高于物料溫度。熱量從高溫?zé)嵩匆愿鞣N方式傳遞給濕物料，使物料表面濕分汽化并逸散到外部空間，從而在物料表面和內(nèi)部出現(xiàn)濕含量的差別。內(nèi)部濕分向表面擴(kuò)散并汽化，使物料濕含量不斷降低，逐步完成物料整體的干燥。物料的干燥速率取決于表面汽化速率和內(nèi)部濕分的擴(kuò)散速率。通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部條件不變，物料的干燥速率和表面溫度即保持穩(wěn)定，這個(gè)

7、階段稱為恒速干燥階段；當(dāng)物料濕含量降低到某一程度，內(nèi)部濕分向表面的擴(kuò)散速率降低，并小于表面汽化速率時(shí)，干燥速率即主要由內(nèi)部擴(kuò)散速率決定，并隨濕含量的降低而不斷降低，這個(gè)階段稱為降速干燥階段。</p><p>　　按濕物料的運(yùn)動方式，干燥器可分為固定床式、攪動式、噴霧式和組合式；按結(jié)構(gòu)，干燥器可分為廂式干燥器、輸送機(jī)式干燥器、滾筒式干燥器、立式干燥器、機(jī)械攪拌式干燥器、回轉(zhuǎn)式干燥器、流化床式干燥器、氣流式干燥器、振

8、動式干燥器、噴霧式干燥器以及組合式干燥器等多種。對于乳化物的干燥要選用噴霧式的比較合適，這也是最為常用的一種。其干燥原理為，用噴霧的方法將物料噴成霧滴分散在熱空氣中，物料與熱空氣呈并流、逆流或混流的方式互相接觸，使水分迅速蒸發(fā)，達(dá)到干燥目的。 </p><p>　　由于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，不能用泵輸送。采用高位槽的辦法，即濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過濾器A或B（兩個(gè)交換使用，保證連續(xù)操作），除去凝結(jié)塊

9、等雜物，再通過干燥器頂部從噴嘴噴出?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)直接來的空氣混合后，經(jīng)過風(fēng)管進(jìn)入干燥器，從而蒸發(fā)出乳液中的水分，并隨濕空氣混合后，再進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，因而對干燥的要求需嚴(yán)格控制。</p><p>　　下圖為乳化物干燥過程中的噴霧式干燥工藝設(shè)備的原理圖。 </p><p>　　圖1：乳化物干燥器干燥原理圖</p><p

10、><b>　　控制方案的選擇</b></p><p>　　為保證此系統(tǒng)物料流量比值的一定，以使生產(chǎn)能安全正常地進(jìn)行，我選擇定比值控制系統(tǒng)中的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，因?yàn)槠浔戎灯鞯膮?shù)經(jīng)計(jì)算設(shè)置好后就不再變動了，兩種物料的比值較為精確，實(shí)施也比較方便。</p><p>　　2.1、乳化物干燥器比值控制系統(tǒng)參數(shù)選擇</p><p>　　被控參數(shù)選

11、擇 由于此系統(tǒng)為溫度控制系統(tǒng)，所以選用干燥器的溫度為被控</p><p><b>　　參數(shù)。</b></p><p>　　控制參數(shù)選擇 由圖1的干燥過程流程圖可知引起干燥器溫度變化的因素大概主要有：</p><p><b>　　（1）乳液流量</b></p><p><b>　?。?）旁

12、路空氣流量</b></p><p><b>　?。?）加熱蒸汽量</b></p><p>　　2.2、控制參數(shù)的確定</p><p>　　干燥器中主要有乳液A、加熱蒸汽B、旁路空氣流量C。由圖1知乳液直接進(jìn)入干燥器，滯后最小，對于干燥溫度的校正作用最靈敏。對于旁路空氣流量和熱風(fēng)量混合后，再經(jīng)過較長的風(fēng)管進(jìn)入干燥器，由于混合空氣傳輸管

13、道長，存在管道傳輸滯后，故控制通道的時(shí)間滯后較大，對于干燥溫度校正作用的靈敏度要差一些。而調(diào)節(jié)換熱器的蒸汽流量，以改變空氣的溫度，則由于換熱器通常為一雙容過程，時(shí)間常數(shù)較大，控制通道的滯后最大，對干燥溫度的校正作用靈敏度最差。所以綜合考慮選擇乳液A為主流量和旁路空氣流量C作為副流量，且選旁路空氣流量為被控變量。</p><p>　　2.3、 現(xiàn)場儀表選型，編制有關(guān)儀表信息的設(shè)計(jì)文件</p><

14、p>　　根據(jù)流程圖，需要選擇一個(gè)流量測量變送器、一個(gè)溫度測量變送器、一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥。</p><p>　?、倭髁孔兯推鞯倪x擇。流量測量儀表也稱為流量計(jì)，它通常由一次儀表和二次儀表組成。一次儀表亦稱為傳感器，二次儀表稱為顯示裝置或變送器。差壓式流量計(jì)基于在流通管道上設(shè)置流動阻力件，流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生差壓，此差壓與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測量壓差值便可求得流體流量，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。因此，差壓式

15、流量計(jì)由產(chǎn)生壓差的裝置和差壓計(jì)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠。節(jié)流式流量計(jì)可用于測量氣體、液體或蒸汽的流量。</p><p>　　②溫度測量變送器的選擇。溫度測量的方法很多，一般可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法。接觸式測溫法是測量體與被測物體直接接觸，兩者進(jìn)行熱交換并最終達(dá)到熱平衡，這時(shí)測量體的溫度就反應(yīng)了被測物體的溫度，而非接觸式測溫法的誤差較大。由于原料油的裂解需要對溫度有較嚴(yán)格的規(guī)定，因此，選擇接觸式測溫法

16、。熱電偶溫度儀表是基于熱電效應(yīng)原理制成的測溫儀器。 </p><p>　　兩種不同材料的導(dǎo)體A、B組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)回路兩端接點(diǎn)t0、t溫度不相同時(shí)（假設(shè)t>t0），回路中就會產(chǎn)生一定大小的電勢，形成電流，這個(gè)電流的大小與導(dǎo)體材料性質(zhì)和接點(diǎn)溫度有關(guān)。把兩種不同材料的組合稱為熱電偶，它感受被

17、測溫度信號，輸出與溫度相對應(yīng)的直流電勢信號。</p><p>　?、蹐?zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）的選擇。執(zhí)行器可分為氣動、液動、和電動執(zhí)行器，液動執(zhí)行器使用較少，氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器（氣動調(diào)節(jié)閥），主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價(jià)格便宜、維修方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。與電動執(zhí)行器相比，性能優(yōu)越得多，故應(yīng)用廣泛。</p><p><b>　　系統(tǒng)

18、方塊圖</b></p><p>　　下圖為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖，該系統(tǒng)的主流量為q1，副流量q2</p><p>　　圖2：干燥器比值控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　4、分析被控對象特性，選擇控制算法（調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定）</p><p>　　變比值控制系統(tǒng)又可稱為串級比值控制系統(tǒng)，它具有串級控制系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，仿效串級

19、控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的選擇原則，主調(diào)節(jié)器選PI控制規(guī)律，比例控制器選用P控制規(guī)律。</p><p>　　被控對象為單容對象，即Go1(s)= </p><p>　　檢測環(huán)節(jié)均為比例環(huán)節(jié)，即Gm1(s)=Km1 </p><p>　　控制閥為比例控制，即Gv(s)=Kv</p><p>　　4.1、比值系數(shù)的確定</p><p&g

20、t;　　工藝物料流量的比值K，是指兩流量的體積流量或質(zhì)量流量之比。比值系統(tǒng)K'是流量比值K的函數(shù)，當(dāng)控制方案確定后，必須把工藝上的比值K折算成儀表上的比值系數(shù)K'，并正確設(shè)定在相應(yīng)的控制儀表上，這是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。本系統(tǒng)的流量與測量信號成線性關(guān)系，設(shè)工藝要求Q2/Q1=K，測量流量Q1和Q2的變送器的測量范圍分別為0~Q1max和0~Q2max，則折算成儀表的比值系數(shù)為</p><p>&

21、lt;b>　　K'=K</b></p><p>　　K'即為比值器的比值系數(shù)。 </p><p>　　進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)節(jié)控制參數(shù)，分析系統(tǒng)性能</p><p>　　對于單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主動量來說，可按單回路控制系統(tǒng)的整定方法和要求來進(jìn)行。一般希望主動量回路的過渡過程變化緩慢一些，以便從動量得以跟蹤上。變比值控

22、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上屬于串級控制系統(tǒng)，因此其主調(diào)節(jié)器的參數(shù)可按串級控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。而從動量回路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隨動系統(tǒng)，要求從動量能迅速、準(zhǔn)確地跟蹤主動量變化，而且不宜有過大超調(diào)。從動量回路的過渡過程整定非周期臨街狀態(tài)為最佳，此時(shí)從動量回路的過渡過程既不震蕩有反應(yīng)最快。從動量回路控制器參數(shù)整定步驟如下：</p><p>　　1、根據(jù)計(jì)算的比值系數(shù)K'在滿足工藝生產(chǎn)流量比的情況下，將比值控制系統(tǒng)投入進(jìn)行。</p

23、><p>　　2、將積分時(shí)間廠商置于最大，有大到小改變調(diào)節(jié)器的比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過程。</p><p>　　3、若有積分作用，則適當(dāng)?shù)募哟蟊壤?，投入積分作用，并減小積分時(shí)間，知道系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程。</p><p>　　空氣流量測量儀表為線性單元，動態(tài)滯后可忽略，則有：</p><p>　　溫度測量環(huán)節(jié)

24、用一階環(huán)節(jié)來近似 </p><p><b>　　故假設(shè)</b></p><p>　　對于調(diào)節(jié)閥，由于其流量特性為直線和等百分比，</p><p>　　對于調(diào)節(jié)閥控制流量對象，控制通道和擾動通道的動態(tài)特性為：</p><p>　　假設(shè)，，，流量調(diào)節(jié)閥前壓力波動為</p><p>　　對于流量控制

25、干燥器溫度對象，控制通道和擾動通道的動態(tài)特性為</p><p><b>　　假設(shè) </b></p><p>　　則根據(jù)傳遞函數(shù)方框圖3，進(jìn)行仿真得如下圖4和圖5所示。</p><p><b>　　圖3傳遞函數(shù)方框圖</b></p><p>　　圖4.干燥器溫度仿真圖</p>&l

26、t;p>　　圖5：系統(tǒng)在無干擾輸入情況下的流量仿真圖</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這次的課程設(shè)計(jì)讓我感覺無從下手，付出了更多的時(shí)間和精力之后當(dāng)然收獲也是更為豐富。以前做課程設(shè)計(jì)老師都布置好了具體的步驟，我只要按步走就行了，遇到什么困難就有目標(biāo)的查資料，這此的卻有點(diǎn)不一樣了。這次課程設(shè)計(jì)對我們的能

27、力要求有了進(jìn)一步的提高，老師沒有像以前那樣，而是完全放開了手，具體怎么做你自己摸索去，只有你碰到困難時(shí)去問老師時(shí)，他才會給你具體的解答。剛拿到題目時(shí)大家都陷入了迷茫中，每個(gè)人設(shè)計(jì)的題目都不同，而且設(shè)計(jì)對象也是我們沒有接觸過的，這就要求我們花更多的精力去查閱資料，了解更多的知識，對我們提出了更強(qiáng)的獨(dú)立性要求。但我還是一步一步的慢慢的把它做了下來，雖然我所做的單閉環(huán)控制系統(tǒng)比較簡單，但這是我這兩周的心血，通過這個(gè)簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對控

28、制系統(tǒng)又有了更深的理解，尤其是對比值控制系統(tǒng)的認(rèn)識了解的更多了。在這此的課程設(shè)計(jì)中要衷心的感謝劉廣璞、崔寶珍老師的大力指導(dǎo)和教誨。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]林德杰. 過程控制儀表及控制系統(tǒng). 北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[2]孟 華. 工業(yè)過程檢測與控制. 北京：北京航

29、空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[3]王毅，張?jiān)缧＞?過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用.第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[4]田丹碧. 儀器分析. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[5]吳勤勤. 電動控制儀表及裝置. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[6]胡壽松