化工仪表及自动化-课后-标准答案-第5版-厉玉鸣-(史上最全版本)

#/44控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。题解8-5图2聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器T2C。副控制器T2c为“反”作用，主控制器TCT2c为“反”作用，主控制器TC也为“反”作用。题解8-5图3聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统题8-9图串级均匀控制系统8-9题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC和FC控制器的正、反作用。解控制系统的方块图（略）。该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。当控制阀选择为气开式时，LC应为“正”作用，FC应为“反”作用。8-12试简述题8-12图所示单闭环比值控制系统，在Q1和Q2分别有波动时控制系统的控制过程。题8-12图单闭环比值控制系统解当主流量Q1变化时，经变送器送至主控制器F1C（或其他计算装置）。FlC按预先设置好的比值使输出成比例地变化，也就是成比例地改变副流量控制器F2c的给定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系统，从而Q2跟随Q1变化，使得在新的工况下，流量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由于自身干扰发生变化时，此副流量闭环系统相当于一个定值控制系统，通过控制克服干扰，使工艺要求的流量比值仍保持不变。8-16在题8-16图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温度，控制手段是改变进入塔底再沸器的热剂流量，该系统采用2℃的气态丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液贮罐。试分析：（1）该系统是一个什么类型的控制系统？试画出其方块图；

（2）若贮罐中的液位不能过低，试确定调节阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用型式；（3）简述系统的控制过程。乙烯精镭塔塔釜乙烯精镭塔塔釜题8-16图精馏塔控制系统解该控制系统是温度-流量串级控制与液位简单控制构成的选择性控制系统（串级选择性控制系统）。系统方块图如下图所示。题解8-16图串级选择性控制系统方块图根据工艺要求，贮罐中的液位不能过低，则调节阀应为气开式。液位控制器LC应为“正”作用；温度控制器为“反”作用；流量控制器为“反”作用。正常工况下，为一温度-流量串级控制系统，气态丙烯流量（压力）的波动通过副回路及时得到克服。如塔釜温度升高，则TC输出减少，FC的输出减少，控制阀关小，减少丙烯流量，使温度下降，起到负反馈的作用。异常工况下，贮罐液位过低，LC输出降低，被LS选中，这时实际上是一个液位的单回路控制系统。串级控制系统的FC被切断，处于开环状态。第9章典型设备控制方案9-2为了控制往复泵的出口流量，采用题9-2图所示的方案行吗？为什么？题9-2图往复泵的流量控制解这种控制方案不行。

往复泵的出口管道上不允许安装控制阀，因为往复泵活塞每往返一次，总有一定体积的流体排出。当在出口管线上节流时，压头H会大幅度增加。在一定的转速下，随着流量的减少压头急剧增加。因此，企图用改变出口管道阻力来改变出口流量，既达不到控制流量的目的，又极易导致泵体损坏。9-3试述题9-3图所示的离心式压缩机两种方案的特点，它们在控制目的上有什么不同？题9-3图离心式压缩机的控制方案解第一种控制方案是控制旁路回流量的大小，其目的是控制出口流量恒定；第二种控制方案控制旁路流量控制进口流量的，其目的是控制入口流量恒定（足够的吸入流量）以防“喘振”。9-6某换热器，其载热体是工艺中的主要介质，其流量不允许控制。为了使被加热的物料出口温度恒定，采用了载热体旁路的控制方案如图1l—30（a）、（b）所示。试问该两种方案是否合理？为什么？题9-6图换热器控制方案解不合理。因为在图11—30（a）中，控制阀与旁路并联，在图（b）中控制阀与换热器并联。这种并联的连接方式使阀的特性变坏，可调范围降低。且因换热器内流路简单，旁路更是如此，因此阻力小，压差小，必须选择大口径的控制阀，使投资增加。9-7题9-7图中（a）、（b）表示蒸汽加热器，（c）、（d）表示氨冷器，都是属于一侧有相变的换热器。试从传热速率方程式来分析，上述各方案是通过什么方法来改变传热量，从而维持物料出口温度恒定的？出口物料温度控制题出口物料温度控制题9-7图解题9-7图中（a）、（d）是通过改变冷热两流体的传热温差，来达到控制物料出口温度的目的。题9-7图中（b）、（c）是通过改变传热面积的方法，来达到控制物料出口温度的目的。9-8题9-8图所示蒸汽加热器，工艺要求出口物料温度稳定在（90±1）℃。已知主要干扰为进口物料流量的波动。

题9-8图蒸汽加热器确定被控变量，并选择相应的测量元件；制定合理的控制方案，以获得较好的控制质量；若物料温度不允许过低，否则易结晶，试确定控制阀的气开、气关型式；画出控制系统的原理图与方块图；确定温度控制器的正、反作用。解(1)被控变量是出口物料的温度。测量元件应为热电阻体，可选Ptl00、Cu50或Cul00；也可选K型或E型热电偶测温元件。应设计前馈-反馈控制系统。题解9-8图1前馈-反馈控制系统原理图控制阀应为气关型。控制系统原理图如题解9-8图1所示，控制系统方块图如题解9-8图2所示。题解9-6图2前馈-反馈控制系统方块图图中TC为反馈控制器，FC为前馈控制器(或前馈补偿装置)。TC应为正作用。9-9题9-9图所示的列管式换热器，工艺要求出口物料温度稳定，无余差，超调量小。已知主要干扰为载热体(蒸汽)压力不稳定。试确定控制方案，画出该自动控制系统原理图与方块图；若工艺要求换热器内不允许温度过高，试确定控制阀的气开、气关型式，并确定所选控制器的控制规律及正、反作用。如果主要干扰是入口介质流量不稳定，又如何设计控制方案？

题9-9图列管式换热器解根据工艺要求，可以设计如下图所示的前馈-反馈控制系统，题解9-9图1列管式换热器的前馈-反馈控制系统其方块图如下图所示，题解9-9图2列管式换热器的前馈-反馈控制系统方块图其中，被控对象是列管式换热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量；主要干扰是蒸汽压力不稳定；前馈控制器是压力控制器PC；反馈控制器是温度控制器TC。由于工艺要求换热器内温度不宜过高，则控制阀应确定为气开型，控制器TC应为“反”作用，PC应为“反”作用；（如果工艺要求换热器内温度不宜过底，则控制阀应确定为气关型，控制器TC应为“正”作用，PC应为“正”作用。）温度控制器TC一般为比例积分控制规律；压力控制器PC一般为比例控制规律。还可以设计温度-压力串级控制系统。如果主要干扰是入口介质流量不稳定，可以设计如下图所示的温度与流量的前馈-反馈控制系统题解9-9图3列管式换热器的温度与流量的前馈-反馈控制系统也可以设计成温度-流量串级控制系统。9-20某原油加热炉系统如题9-20图所示，工艺要求原油出口温度稳定，无余差，已知燃料入口的压力

波动频繁，是该控制系统的主要干扰。试根据上述要求设计一个温度控制系统，画出控制系统原理图和方块图，确定调节阀的作用形式，并选择合适的控制规律和控制器的正、反作用。（加热器内不允许温度过高）如果原油的流量波动频繁，如何设计使原油出口温度稳定的控制系统？题9-20图原加热炉的温度控制解根据工艺要求，可以设计如下图所示的温度-压力串级控制系统，题解9-20图1加热炉温度-压力串级控制系统控制系统的方块图如下图所示，题解9-20图2加热炉温