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1、目录第一章流化床的工作原理21.1 流化现象21.2 流化床的种类与结构2.1.3 流化床反应器的特性2.第二章流化床的一般控制方法4第三章丙烯月青温度审级控制系统的设计 63.1 控制系统方框图6.3.2 仪表的选型及参数的确定 6.3.2.1 温度的测量6.第四章控制系统的仿真124.1 各个环节传递函数及各个参数的确定 1.24.2 控制系统的simulink 仿真134.4 温度审级控制与单回路控制的比较 1.4第五章课程设计总结17第六章结束语18第一章流化床的工作原理流化床反应器是气相反应常用的一种反应器。当反应气体通过反应器时，催化剂颗粒受 到气流的作用悬浮起来，在反应器内作剧烈
2、的翻滚、流动，整个系统与流动的或沸腾的液体 很相像，所以称流化床或沸腾床。它既具有化学反应器的共同点，又具有自身的特点。1.1 流化现象对于固定床反应器，因为催化剂是固定的。流体实际上只能在催化剂颗粒间的孔隙内穿 流，不但催化剂的表面反应受到限制，降低了催化剂利用率。而且，床层的温度分布不均匀， 不能保证各部分都在最适宜的温度条件下进行化学反应。如果减少颗粒大小，增加气流温度，且让气流由下自上通过，当气流速度达到某一值以后，催化剂在床内处于气流的湍动状态， 大大增加了催化剂和气流的接触面积，既增加了催化剂的利用率，又改善了温度分布，这种 固体在气流作用下产生像流体一样流动状态称流化态。1.2
3、流化床的种类与结构为了保证流化和一定反应温度以及回收催化剂等原因，使流化床结构不同于固定床。1.2.1 流化床的种类大体上可以分为单器和双器；单层和多层；圆柱床和圆锥床；自由床和限制床等几类。1.2.2 流化床反应器的结构为适应流化状态、传热和催化剂回收等作用，流化床结构一般都由壳体、气体分布装置、 内部构件、换热装置、气固分离装置和固体颗粒加卸载装置等组成。1.3 流化床反应器的特性1.3.1 流化床内温度分布比较均匀在流化床内固体颗粒成湍动状态。因此，带来两个重要结果：传热系数大，床内温度均匀。流化床内由于颗粒的湍动，颗粒之间碰撞机会多，所以固体颗粒之间传热很快，而固体 主要又是悬浮状态，
4、所以传热面积很大，大大增加了气体和固体之间的传热速率，另外，还 由于固体颗粒不断与换热器壁相碰撞，使得床层与换热器的传热系数也大大增加。高的传热 系数，不仅导致热量容易移去，而且使得床层内温度均匀，不论是径向还是轴向温度基本上 一致。1.3.2 反应物料流速的影响反应物料流速变化给反应器带来两个方面的问题，一是对反应放出的热量的影响，另一 是对传热系数的影响。1.3.3 关于传热系数K的问题反应物料从底部经分布板进入反应器的浓相区，有序固体颗粒催化剂激烈湍动，反应物 料与催化剂表面迅速接触，反应发部分在这很快完成，并放出大量的热。随着气流上升，进 入稀相区，反应缓和，放出的热量减少。而流化床传
5、热系数主要取决于固体颗粒多少和湍动 程度。在浓相区，固体颗粒多，所以传热系数也大，热量容易移走。在稀相区，固体颗粒大 为减少，接近于气管传热情况，所以传热系数小，传热效果也差。因此，虽然整个床层温度 比较均匀，传热推动力差不多，由于传热系数相差很大，它们热量主要在浓相区移去。因而 浓相区的换热器担负主要冷却作用。它的冷却情况变化对流化床反应温度的影响远比稀相区 换热器影响大。第二章流化床的一般控制方法根据以上分析，显而易见，对单器流化床的基本控制方法是流化床浓相区温度为被调参 数，调节手段为下列管换热器进水量和稳定反应物料流量。在冷水流量变化较大情况下，应该用反应温度与冷却水流量用级调节，因为
6、，对流化床 下部列管换热器来说，冷却剂流量、温度等变化，对反应影响极大。对中、上部列管换热器, 由于对反应影响小，冷却剂有些扰动影响不大。图1流化床控制流程图本课程设计以丙烯月青流化床的温度自动控制为例，说明流化床温度用级控制的设计方法。图2丙烯月青反应流化床液态的丙烯与液氨经过气化后，在管路中汇合后经反应器底部的丙烯、氨分布器进入反 应器，压缩空气经反应器底部的空气分布器进入反应器，三种物料在处于流化状态下的催化 剂的作用下，生成丙烯月青。反应温度是丙烯、氨氧化法合成丙烯月青的一个重要工艺参数，流化床工作的好坏，可以明显地从反应温度上表现出来，当反应状况良好时，反应温度易于控制。另外反应温度
7、对丙 烯月青及副产品乙月青、氢氟酸的单程收率有一定的影响。反应温度七如图所示，反应温度高，丙烯月青单程收率高、副产少。但当反应温度过高时，合成物易 深度氧化，生成较多的 CO2,温度难以控制；另外，若持续长时间的高温，还会缩短催化剂的寿命。生产中，实际温度控制在 450c左右。对丙烯月青流化床温度的控制方法就选择上述的对冷却剂流量的审级控制。第三章丙烯睛温度串级控制系统的设计3.1 控制系统方框图图4控制系统方框图图中，Tsp为温度给定值，TC为温度控制器，FC为流量控制器，Gv为调节阀传递函数， Gp2为流量对象传递函数，Gpi为温度对象传递函数，Gqm为流量计传递函数，Gtm为温度检测 环
8、节传递函数，Gd2为副回路干扰传递函数，Gdi为主回路干扰传递函数。3.2 仪表的选型及参数的确定3.2.1 温度的测量对流化床温度的测量选择装配式热电偶图5热电偶热电偶的分度规格及特性表热电喝将将湿度范司热电特性曲线图B01600伯楮I朋50-1300j0605010302010E/*3:媚勺;金二的艳十伯R0-1300愎络诲畀K0-1200银格-铜银康拓nE0-750铁-第银（卑审）J0-750铜一铜僚原铜THOQ-35O200 iOO 600 800 1000 1200 MOO 1600 1800 20(K 22第温度wv蝶描叶一眸就联N0-1200热电喝的西电特性曲活L至考瑞0V）钙俅
9、*广鹤=5球由一昨（X0-2300表1热电偶的分度规格及特性表根据图中热电偶的测量范围和线性度，选择锲铭-铜锲型热电偶。热电偶的时间常数为60s（1min）。热电偶时间常数热情性级别时间常数（秒）热情性级别时间常数（秒）190-18011110-301130-90IV10表2热电偶时间常数3.2.2 温度变送器选择智能温度变送器，如同所示:图6智能温度变送器性能简介输入单路或双路热电偶、热电阻信号，变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信 号，并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。接线方式如图：c物o热电困输入4-20mADCWU 籍接线仅申.压输比时用】图7热电偶接线图3.2.3流量测
10、量选用SKLUC型插入式涡街流量计，如图所示:图8插入式涡街流量计工作原理:按国际标准化组织507145在环形截面封闭管道中的流体流量测定一在截面一点的速度 测量法），采用埋入压电晶体的涡街测速探头，插入大口径工业管道内，将卡门旋涡频率转换 为与流量成正比的电流或电压脉冲信号或 420mADC电流信号。技术参数：表3流量计技术参数公称通经（mm2501500仪表材质1Cr18Ni 9Ti公称压力（MpaPN1.6Mpa； PN2.5Mpa被测介质温度（C）40 +250 C环境条件温度10+55C,相对湿度 5%90%,大气压力 86106Kpa精度等级示值的士 2.5%量程比1:10 ; 1
11、:15阻力损失系数Cd2.6传感器：脉冲频率信号 0.1 3000Hz 低电平w 1V高电平6V输出信号变送器：两线制 4 20mADC电流信号3.2.4调节器的选择选才? SK 808/900系歹【智能PID调节仪图9 PID调节器智能PID调节仪与各类传感器、变送器配合使用，实现对温度、压力、液位、容量、力 等物理量的测量显示、智能 PID调节仪并配合各种执行器对电加热设备和电磁、电动、气动 阀门进行PID调节和控制、报警控制、数据采集、记录。3.2.5调节阀的选择选才? KVQJ系列电动单座、套筒调节阀图10调节阀KVQJ系列电动单座、套筒调节阀，接受调节仪表来的直流电流信号，改变被调介
12、质流量, 使被控工艺参数保持在给定值。广泛应用于电力、冶金、化工、石油、轻纺、制药、造纸等工业部门的生产自动化控制本系列产品公称通径由20至200mm,公称压力有1.0、1.6、4.0、6.4MPa,使用温度范 围由-40C450C,接受信号为010mA.DC或420mA.DG流量特性为线性或等百分比。配 用不同的执行机构可分为普通型和电子型两种。主要技术参数：表4-1调节阀技术参数公称通径DN（mm）（阀座直径dn）20253240506580100125150200(10)(12)(15)(20)额定流量系数直级1.82.84.46.91117.627.544691101762754406
13、90等白分比1.62.546.31016254063100160250400630额定行程（mm）16254060公称压力PN（MPa）1.0 1.6 4.0 6.4固有流量特性直线、等白分比固后可倜比50工作温度t（ C）-20200 -40250 -40450 -60450彳各号范围（mA.D。010 420作用方式电关式电开式,用环境温度（C）电动调节阀：-2070 c伺服放大器：050c使用划、境湿度电动调节阀： 95%伺服放大器： 85%电源电压220V 50Hz 380V 50Hz 24AC/DC第四章控制系统的仿真4.1 各个环节传递函数及各个参数的确定冷却剂流量测量仪表插入式涡
14、街流量计为线性单元，动态滞后可忽略，则有:Gqm(s)= Kqm温度测量环节用一阶环节来近似GKtm TM (s) -T1s 1这里假设涡街流量计的量程为0|_10T/hr,则Kqm =10%/(T/hr)温度仪表量程为4001_| 500oC ,则K TM =1%/ oC ,时间常数T1 =1min对于调节阀，由于其流量特性为直线和等百分比，故Gv(s) =fv(S)u(s)-KV =1%/%对于调节阀控制流量对象，控制通道和扰动通道的动态特性为:Gp2(s) =K2T2s 1Gd2 ; Kd2这里假设 K2 =0.1(T/hr)/% , T2=1.5minKd2 =6(T/hr)/MPa ,流量调节阀前压力波动为0.1MPa对于流量控制流化床温度对象，控制通道和扰动通道的动态特性为Gp1(s):Kp1e-ps(Tp1s 1)(Tp2S 1)c / Kd1dGd1(s) Jd U 1)假设 Kp1 =5oC/(T/hr) ,
