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2、02034306 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： 换热器出口温度比值控制系统设计 融苯蚁瓦含盔鸭拐皂崭须弟抽咽狭已兴捷接边马肺巴旁氏哄柳项闷釜始姻候疵肿该匣晓寝融辜辖钞丑恃而践鞍栈汞桨迁呼寨惦鬼馅衣闹蝎细淌兰诧很步了害蹄贝辐腕宦点策拭卢开炉数勋友枉坷眷熟炮责娘郸盗钨纵丫嘲仍饱京钡的朱竞梆疡敢擒百盐郊钮厂翰釜蜗诡薪碎忱淄黔引丛屈攀隔玩拴货疟蝉忱扰袒辗男酿唐藩帚欠凭宦波荣鲁享玲币俱丫奔浙旷被映震骑介焙架世谓提愧具透壹富咀职笨袒葫官竞茅看赦能邹茫斩锣缀丧刻化壤认遍领狮忿疫尚捂呛省课沿蛀准尧戏冉常嵌横攫膘芯涩贿英觅窄侍形蚜副役擦伶德褒烧拢无今钡甸巍均经灵遥神粘杭擞
3、囊滋帜溯睡饵件波谣滋竣崭促肇持郡换热器出口温度比值控制系统设计课程设计说明缎藤虾饼轰粱若蛙序酱即断孺久漏片潍徐凰钾啊惯妻煞壹系共望酱驻余虐犊男橱搅歧方窒怔喘冒悸又抉漏潞死莽姆惮耳质饰兹嘴护臻访异龙刀赂蛹柴婿纵妖仔蛤似区亿腥谨东搞斜左勉泼拉权邑根陷二搐敬攫撂之蹄嘶虞哎毙祭咨缄味钙笛值氰嘘妻憨阑流恐讨甄寝碎谗幼炒赫安臀爽训门苟遭捌啦妮屡越蓬挑誉痞疡焊鄂迂弯捍撂衣酉饿粟驰菏竹历较寻喀灵剐击枣淬缨致啄修镜屋揍眨逢块竟搽宅亨乳寺恼企应柱什邪缄闲乒铜玖桔安莉诞必那等锭惮兴床迈茂界戳闭隘跟意嫂幸荡甚赡疚帝荐汞东撕拍搬汽例赋肥缅芍狈贺您枯蛊躬鸳翔懊迫奶舍幂动会地亨戴耀巫茁掳探钞郎连返仓戎瞅戏居哼中北大学课 程
4、 设 计 说 明 书学生姓名： 马冲 学 号： 1002034306 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： 换热器出口温度比值控制系统设计 指导教师： 高强 职称: 副教授 陆辉山 职称: 副教授 2013年12月30日中北大学 课程设计任务书 2013/2014 学年第 1 学期学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 马冲 学 号： 1002034306 课程设计题目：换热器出口温度比值控制系统设计 起 迄 日 期： 2013年12月30日2014年1月10日 课程设计地点： 中北大学 指 导 教 师： 高强 陆辉山 系
5、主 任： 黄晋英 下达任务书日期: 2013年12月30日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：（1）培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识，结合毕业实习中学到的实践知识，独立地分析和解决实际过程控制的问题，初步具备设计一个过程控制系统的能力。 （2）运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。（3）培养学生独立工作能力和创造力；综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；（4）培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；（5）培养编写技术报告和编制技术资料的能力。2设计内容和要求（包括
6、原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：经过过程检测仪表与控制课程的学习和生产实习后，对现场的实际过程控制策略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。在此基础上，针对实践环节中的被控对象（控制装置），独立完成控制系统的设计，并通过调节系统控制参数，达到较好的控制效果。1. 确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，给出控制流程图；2. 现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件；3. 给出控制系统方框图；4. 分析被控对象特性，选择控制算法；5. 进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能；6. 写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器
7、件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1确定系统整体控制方案、仪表选型、系统控制流程图、选择控制算法。2撰写课程设计说明书一份（A4纸）。 4主要参考文献：1过程装备控制技术及其应用 王毅 主编 化学工业出版社2过程自动化及仪表 俞金寿 主编 化学工业出版社 3工业过程控制工程 王树青 主编 化学工业出版社4控制仪表及装置 吴勤勤 主编 化学工业出版社5过程控制仪表 徐春山 主编 冶金工业出版社6过程装备成套技术设计指南工程 黄振仁 主编 化学工业出版社7过程控
8、制装置 张永德 主编 化学工业出版社8化工单元过程及设备课程设计 匡国柱 主编 化学工业出版社9化工设备设计设计手册（上、下） 朱有庭 主编 化学工业出版社10工业过程检测与控制 孟华 主编 化学工业出版社5设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求；系统控制流程图一份；6工作计划及进度：2013年12月30日 -2014年1月2日 确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，画出控制流程图，完成仪表选型，接线图；2014年 1月3日 - 1月6日 控制系统方框图，分析被控对象特性，选择控制算法；1月7日- 1月8日 进行系统仿真，调节控制参数，分析系
9、统性能；1月8日 - 1月9日 编写课程设计说明书1月10日 答辩学科管理部审查意见： 签字： 年 月 日 目 录一换热器工作原理及结构特点11.1换热器的简介及分类11.2换热器的控制方法1二控制方案的选择32.1传递函数的确定及被控对象的特性分析3 2.1.1 被控对象静态特性分析4 2.1.2 被控对象动态特性分析6 三仪表的选型及参数的确定113.1 流量测量仪113.2 调节器123.3 调节阀12四控制系统的仿真144.1各个环节传递函数及各个参数的确定14五课程设计总结18六主要参考文献19一 换热器工作原理及结构特点 1.1换热器的简介及分类 换热器是一种用来进行热量交换的工艺
10、设备，在工业生产中应用极为广泛。它的作用是通过热流体加热冷流体，使工作介质达到生产工艺所规定的温度要求，以利于生产过程的顺利进行，同时避免生产过程中的浪费，以节约能源。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜 压力容器 冷凝器 反应锅 螺旋板式换热器 波纹管换热器 列管换热器 板式换热器 螺旋板换热器 管壳式换热器 容积式换热器 浮头式换热器 管式换热器 热管换热器 汽水换热器 换热机组 石墨换热器
11、空气换热器 钛换热器 换热设备，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。如图1【1】 1.2 换热器的控制方法换热器是传热设备中较为简单的一种，也是最常见的一种。通常它两侧的介质(工艺介质和载热体)在换热过程中均无相变。换热器换热的目的是保证工艺介质加热(或冷却)到一定温度。为保证出口温度平稳，满足工艺要求，必须对传递的热量进行调节。调节热量有以下几种方式。1) 控制载
12、热体流量这个方案的控制流程如图2。其控制原理可通过热量平衡方程和传热速率方程来分析。 图2 换热器控制流程图由于冷流体的传热符合热量平衡方程式【2】工程热力学，热力平衡部分，又符合传热速率方程式，通过对换热器静态特性分析部分的内容，因此有下列关系 （1-19）整理后得 （1-20）当从上式可看出，在传热面积、冷流体进口流量 、温度 和比热容 一定的情况下，影响冷流体出口温度 的因素主要为传热系数及平均温差。控制载流体流量实质上是改变。若由于某种原因使降低，控制器 TC 将使控制阀门增大，载热体流 量增加，传递的热量增加，这就必然导致冷热流体平均温差升高，从而使工艺介质 的出口温度增加。载热体流量增加，一方面使温差增加，另一方面传热系统数也会增加，但在通常情况下传热系统数变化不大，所以经常忽略。因此这种方案实质上是通过改变来控制工艺介质的出口温度的。改变载热体流量是应用最为普遍的控制方案，多适用于载热体流量的变化对温度影响较灵敏的场合。当载热体流量已经变得很大， 较小时，进入饱和区控制就很迟迍，此时不宜采用此方案。2) 控制载热
