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喷雾式乳化物干燥器控制系统介绍 摘要：喷雾式干燥器是应用较广的干燥器之一，是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。本文介绍了乳化物干燥器控制系统的设计，主要包括了根据干燥的工艺流程和控制系统的设计要求选择被控变量和操纵变量，选择执行器以及选择控制器的控制规律和作用方式等。 关键词：喷雾式干燥器 乳化物 控制系统 参数 1 乳化物干燥工艺流程及控制要求 1.1工艺流程简介 如图1.1所示为乳化物干燥过程中使用的喷雾式干燥器。 图1.1乳化物干燥过程工艺流程示意图 由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌容易使其固化，所以不能采用泵对其进行输送，因而采用高位槽的办法。浓缩的乳化物由高位槽流经过滤器A或B，滤去凝结块和其它杂质后，再从干燥器顶部由喷嘴喷出。一部分的空气由鼓风机送至换热器，由蒸汽加热变成热空气后，再与另一部分由鼓风机直接送来的空气混合，经过风管送往干燥器，由下而上吹出，从而充分与干燥器中至上而下喷出的乳化物相接触，蒸发掉其中的水分，使乳化物成为产品从干燥器下端流出，而吸收了乳化物中所含水分的热空气则变成了湿热空气从干燥器的上端流出。 1.2控制系统的设计要求 因为生产工艺对乳化物干燥后的产品质量要求很高，要求其水分含量不能波动太大，所以对干燥过程的温度要进行严格的控制。若生产过程的温度波动小于±2℃，则产品的质量可以符合要求。 2 被控变量与操纵变量的选择 2.1被控变量的选择 根据乳化物干燥的生产工艺，干燥后乳化物中的水分含量与干燥时的温度密切相关。因为一般情况下的测量水分的仪表精度不高，产品水分含量精确测量存在困难，所以选用间接参数，即干燥器的温度为被控变量。 2.2操纵变量的选择 通过对图1.1的分析，可知影响干燥器温度的因素有乳化物流量，旁路空气流量 ，和加热蒸汽流量 ，所以有三个变量可以作为操纵变量，选其中任意变量作为控制参数，均可构成温度控制系统。但并不是每个变量都是最优的选择，为此根据调节阀1、2、3的位置分别画出了其各自的系统框图，分别以三个变量作为操纵变量构成三种不同的控制方案，对三种控制方案进行进一步的比较分析，选取最优的方案。三种控制方案的方框图分别如图2-1、图2-2和图2-3所示。 对图2-1进行分析可知，图2-1采用乳化物流量作为操纵变量，乳液直接进入干燥器，控制通道的滞后最小，对干燥温度的校正作用最迅速，而且扰动通道延时较大，从控制方面进行考虑，将乳化物流量作为操纵变量应该是最佳的控制方案。但由于乳液流量是生产负荷(亦是产量)，若作为操纵变量，则干燥器不可能始终在最大而且是最稳定的负荷点工作，从而限制了装置的生产能力。此外，如果在乳化物的进口管线上安装控制阀，容易使浓缩乳液结块，降低产品的质量。所以，将乳液流量作为操纵变量在工艺要求上不合理。综合考虑，一般不采用此控制方案。 图2-1 乳化物流量作为操纵变量的控制系统方框图 对图2-2进行分析可知，旁路空气量与热风量混合，经风管进入干燥器，它与图2-1的控制方案相比，控制通道存在一定的纯滞后，对干燥温度校正作用的灵敏度虽然差一些，但可通过缩短传输管道的长度而减小纯滞后时间。 图2-2 风量作为操纵变量的控制系统方框图 对图2-3所示的控制方案分析可知，采用蒸汽量作为操纵变量，控制通道时间常数较大，扰动通道时间常数反而较小。蒸汽需经过换热器的热交换，才能改变空气温度。由于换热器的时间常数较大，而且该方案的控制通道既存在容量滞后又存在纯滞后，因而对干燥温度校正作用的灵敏度最差. 根据以上分析可知，选择旁路空气量作为操纵变量的方案为最佳。 图2-3 蒸汽量作为操纵变量的控制系统方框图 3 控制方式与控制过程 3.1调节阀的选择 根据生产工艺安全原则及被控介质的特点，选调节阀用气关式。根据过程特性与控制要求，宜选用对数流量特性的调节阀。 调节阀的尺寸通常用公称直径Dg和阀座直径dg表示，它们的确定是合理应用执行器的前提条件。确定调节阀尺寸的主要依据是流通能力，它定义为调节阀全开、阀前后压差为0.1MPa、流体重度为1g/cm3时，每小时通过阀门的流体流量（m3或kg）。可见流通能力直接代表了调节阀的容量。 由流体力学理论可知，当流体为不可压缩时，通过调节阀的体积流量为： （式3-1） 式中，α为流量系数，它取决于调节阀的结构形状和流体流动状况，可从有关手册查阅或由实验确定；A0为调节阀接管截面积；g为重力加速度；r为流体重度。 依据流通能力的定义，则有 ： （式3-2） 流通能力C与调节阀的结构参数有确定的对应关系。这就是确定调节阀尺寸的理论依据可得流通能力与流体重度、阀前后压差和介质流量三者的定量关系，即 （式3-3） 调节阀尺寸的确定过程为根