廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-05-17 07:25 本頁面
【正文】 活中水也是必不可少的 [1]。 pH 值，亦稱氫離子濃度指數(shù)、酸堿值，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下（ 25℃ 、 298K 左右），當(dāng) pH7 的時(shí)候，溶液呈酸性，當(dāng) pH7 的時(shí)候，溶液呈堿性，當(dāng) pH=7 的時(shí)候，溶液為中性，而我們所說的水一般指 pH=7 時(shí)的水 [2]。 工業(yè)廢水指工藝生產(chǎn)過程中排出的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，是造成環(huán)境污染，特別是水污染的重要原因 [3]?，F(xiàn)在的工業(yè)廢水的酸堿離子濃度總是達(dá)不到平衡，所以 pH 值總是略高或略低，也總是會呈堿性或者是酸性，不能實(shí)現(xiàn) pH 值 =7。 工業(yè)廢水做好處理，意義很重要。有毒廢水的排放不僅會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染并威脅著人們的身體健康。水質(zhì)污染進(jìn)入 人體，會引起中毒。工業(yè)廢水直接流入，會導(dǎo)致水生動植物的死亡，污染地下水。如果滲入土壤，會影響植物的生長。廢水的處理方法有很多，可以用物理、化學(xué)和生物的方法對廢水進(jìn)行處理，使廢水凈化，減少污染，以至達(dá)到廢水回收、復(fù)用，充分利用水資源，并且保證環(huán)境不受到破壞 [4]。 隨著的發(fā)展，城市水資源短缺的壓力越來越大，追究城市水危機(jī)的根本原因，人們越來越認(rèn)識到，是水的社會循環(huán)超出了水的自然循環(huán)可承載的范圍。因此，只有充分尊重水的自然運(yùn)動規(guī)律，合理地使用水資源，使上游地區(qū)的用水循環(huán)不影響下游水域的水體功能、社會循環(huán)不損害自 然循環(huán)的客觀規(guī)律，從而維系或恢復(fù)城市乃至流域的良好水環(huán)境，才是水資源可持續(xù)利用的有效途徑。這就要求我們從 “取水－輸水－用戶－排放 ”的單向開放型的用水模式轉(zhuǎn)變?yōu)?“節(jié)制地取水－輸水－用戶－再生水 ”的反饋式循環(huán)流程，提高水的利用效率。實(shí)現(xiàn)這一重大用水模式的轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)污水再生利用是關(guān)鍵。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，城市污水已不再是廢水，而是一種寶貴的資源。既然是一種資源，就要最大程度的利用。提高城市污水的再生利用率，一是可以減少污染物排放，二是節(jié)約了有限的水資源。 課程設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 pH 中和 控制的研究現(xiàn)狀 酸堿中和反應(yīng)是反應(yīng)過 程中常見的一類反應(yīng)。但由于酸堿中和反應(yīng)中 pH 值呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性，加之反應(yīng)大多發(fā)生在容器和循環(huán)管路中，使得系統(tǒng)存在較大時(shí)滯，給 pH 值控制不僅帶來極大困難，而且浪費(fèi)大量的中和劑。 pH 值滴定曲線是非線性曲線，在中和反應(yīng)過程中，不同的工作點(diǎn)增益相差很大，并且在實(shí)際反應(yīng)過程中還存在著混合、測量等純滯后因素，增加了控制過程的難度。為此pH 值被公認(rèn)為最難的控制變量之一。并且 pH 值過程滴定曲線的非線性主要表現(xiàn)在中和終點(diǎn)附近，此處滴定曲線的增益很大，此時(shí)添加的中和劑略有變化，就能引起 pH 值較大幅度的變化；而當(dāng) pH 值遠(yuǎn)離中和終 點(diǎn)時(shí)滴定曲線的增益小，只有加入大量的中和劑，才能造成 pH 值的少量變化 [5]。 因此 pH 值的控制，被認(rèn)為是一個典型的非線性嚴(yán)重的控制系統(tǒng)。由于這些特點(diǎn)， pH 值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是過程控制界的難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。弄清 pH 中和控制過程的原理 ,并在計(jì)算機(jī)上模擬其控制過程及參數(shù)擾動的影響 ,對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用 [6]。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，很好地提高了儀器的性能和自動化程度。但是 pH 值的控制由于其高度非線性而依然存在很多困難。目前， pH 中和過程的控制方法主要包括早期的傳統(tǒng) PID 控制方法和后期的現(xiàn)代控制方 法與智能控制方法。由于傳統(tǒng)控制主要是基于模型的控制，而被控對象越來越復(fù)雜，很多不確定性難以用精確的數(shù)學(xué)方法加以描述。 2 課程設(shè)計(jì)方案 概述 用 pH 計(jì)時(shí) 來測量費(fèi)也氫離子濃度的一種儀器。氫離子濃度越大， pH 值越小，但 pH 計(jì)輸出的電流就越大。當(dāng)液體為酸性時(shí)，加入適量堿液使廢液中和，此時(shí)加酸的閥門關(guān)閉。當(dāng)廢液呈堿性時(shí)，此時(shí)加入適量酸使廢液呈中性，此時(shí)加堿的閥門關(guān)閉?，F(xiàn)假設(shè)廢液為酸性的，則用兩個電動調(diào)節(jié)閥，一個粗調(diào)，一個細(xì)調(diào)從而控制加入堿的量。故此系統(tǒng)采用的是同向分程控制。 本 設(shè)計(jì) 的要求如下： 課程設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 1． 溫度 測量 范圍： 080℃ ； pH 測量范圍： 010； 2． 控制點(diǎn)： pH 值 7177。； 3． 最大偏差： pH 值為 2； 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 分程控制概述 一般來說，一臺調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)器去控制兩個以上的閥并且是按輸出信號的不同區(qū)間去操作不同的閥門，這種控制方式習(xí)慣上稱為分程控制。分程控制系統(tǒng)中，根據(jù)執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)類型和分程工作范圍的不同，分程控制系統(tǒng)可分為四種不同的結(jié)構(gòu)類型。分為：氣開氣開、氣關(guān)氣關(guān)同向分程；氣開氣關(guān)、氣關(guān)氣開異向分程?，F(xiàn)選擇氣開氣開同向分程系統(tǒng)。一般調(diào)節(jié)閥分程 動作采用同向規(guī)律的是為了滿足工藝上擴(kuò)大可調(diào)比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿足工藝的特殊要求。 分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （ 1） 不同工況需要不同控制手段：就廢液中和處理來說，剛開始時(shí)先將小閥全開，看 pH 值是否滿足 7，當(dāng) pH 值不等于 7 時(shí)，即 pH 值小于 7 時(shí)，開動大閥繼續(xù)調(diào)節(jié)，直到 pH 值等于 7 或接近于 7 時(shí)停止。同一個流量控制器需要控制粗調(diào)閥和細(xì)調(diào)閥兩個控制閥，因此需要分程控制。 （ 2） 擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍：為了使控制系統(tǒng)在小流量和大流量時(shí)都能夠精確控制，應(yīng)擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍 R， R=控制閥最小可調(diào)節(jié)流量控制閥最大可調(diào)節(jié)流量，也稱為可調(diào)比。 （ 3） 分程控制系統(tǒng)中控制閥的泄漏量：當(dāng)壓力為 時(shí)定義流量為最大流量；當(dāng)壓力為 時(shí)定義流量為最小流量；當(dāng)壓力為 0
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