《噴霧式乳液干燥過程控制系統(tǒng)設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。

1、1.引言在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時，最適合用PID控制技術。本文以工業(yè)中的噴霧式乳液干燥系統(tǒng)為控制系統(tǒng),利用PID進行控制。2.生產過程簡介及設計要求2.1生產過程簡介如圖2-1所示通

2、過氣干燥器將濃縮乳液干燥成乳粉。圖2-1乳液程示意圖閥1閥2閥3濃縮的乳液由高位槽流經過濾器A和B，濾去凝結塊和其它雜質后，從干燥器頂部由噴嘴噴下?？諝庥晒娘L機送至換熱器（蒸汽）加熱后，再與來自鼓風機的空氣混合，經風管送往干燥器，由下而上吹出，從而蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為奶粉，并隨濕空氣一起送出進行分離。生產工藝對干燥后的產品質量要求很高，水分含量不能波動太大，因而需要對干燥的溫度進行嚴格控制。若溫度波動±2℃，產品質量可以符合要求。112.2設計要求以乳化物的干燥過程為例來設計干燥器。由于乳化物屬于

3、膠體物質，激烈攪拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的辦法。濃縮的乳液由高位槽流經過濾器A或B，慮去凝結塊和其他雜質，并從干燥器頂部由噴嘴噴下。有鼓風機將一部分空氣送至換熱器，用蒸汽進行加熱，并將與來自鼓風機的另一部分空氣混合，經風管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕空氣一起由底部送出進行分離。生產工藝對干燥后的產品質量要求很高，水分含量不能波動太大，因而需要對干燥的溫度進行嚴格控制。1.被控參數與控制參數的選擇3.1被控參數的選擇根據生產工藝，水分含量與干燥溫度密

4、切相關?？紤]到一般情況下的測量水分的儀表精度較低，故選用間接參數，即干燥的溫度為被控參數，水分與溫度一一對應，將溫度控制在一定數值上。3.2控制參數的選擇經過對圖1的分析，可知影響干燥器溫度的因素有乳液流量，旁路空氣流量，和加熱蒸汽流量。選其中任意變量都可作為控制參數，均可構成溫度控制系統(tǒng)。選其中任意變量作為控制參數，，均可構成溫度控制系統(tǒng)。圖中用調節(jié)閥位置代表三中控制方案。其框圖分別如圖3-1，圖3-2，圖3-3所示。對其進行近一步的分析一邊選取最優(yōu)的方案。按圖3-1進行分析可知，乳液直接進入干燥器，控

5、制通道的滯后最小，對被控溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進入系統(tǒng)的位置遠離被控量，所以將乳液流量作為控制參數應該是最佳的控制方案；但是，由于乳液流量是生產負荷，工藝要求必須穩(wěn)定，若作為控制參數則很難滿足工藝要求。所以，將乳液流量作為控制參數的控制方案應盡可能避免。11圖3-1乳液流量為控制參數時系統(tǒng)框圖圖3-2風量為控制參數時系統(tǒng)框圖按圖3-2進行分析可知，旁路空氣量與熱風量混合，經風管進入干燥器，它與圖311-1控制方案相比，控制通道存在一定的純滯后，對干燥溫度校正作用的靈敏度雖然差一些，但可通過縮短傳輸

6、管道的長度而減小純滯后時間。圖3-3蒸汽量為控制參數時系統(tǒng)框圖按圖3-3所示的控制方案分析可知，蒸汽需經過換熱器的熱交換，才能改變空氣溫度。由于換熱器的時間常數較大，而且該方案的控制通道既存在容量滯后又存在純滯后，因而對干燥溫度校正作用的靈敏度最差.根據以上分析可知，選擇旁路空氣量作為控制參數的方案比較適宜。1.檢測儀表的選擇4.1測溫元件及變送器的選擇因被控溫度在600攝氏度以下，熱電阻的線性特性要優(yōu)于熱電偶，而且無需進行冷端溫度補償，使用更加方便，故選用熱電阻溫度計。由于熱電阻的三線制接法可利用電橋平

7、衡原理較好地消除導線電阻的影響，所以選用三線制接法，并配用溫度變送器。114.2調節(jié)閥的選擇根據生產工藝安全的原則，適宜選用氣關式調節(jié)閥；根據過程特性與控制要求，宜選用對數流量特性的調節(jié)閥。調節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑Dg和閥座直徑dg表示，它們的確定是合理應用執(zhí)行器的前提條件。確定調節(jié)閥尺寸的主要依據是流通能力，它定義為調節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為1g/cm3時，每小時通過閥門的流體流量（m3或kg）。可見流通能力直接代表了調節(jié)閥的容量。由流體力學理論可知，當流體為不可壓縮時，通過調節(jié)

8、閥的體積流量為：式中，α為流量系數，它取決于調節(jié)閥的結構形狀和流體流動狀況，可從有關手冊查閱或由實驗確定；A0為調節(jié)閥接管截面積；g為重力加速度；r為流體重度。依據流通能力的定義，則有：流通能力C與調節(jié)閥的結構參數有確定的對應關系。這就是確定調節(jié)閥尺寸的理論依據可得流通能力與流體重度、閥前后壓差和介質流量三者的定量關系，即調節(jié)閥尺寸的確定過程為根據通過調節(jié)閥的最大流量，r為流體重度，以及調節(jié)閥的前后壓差，先由上式求得最大的流通