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1、精选优质文档-倾情为你奉上合 肥 学 院测量仪表及自动化N+2过程考核课程报告 课程报告题目无机非金属材料生产中的一些典型控制放法或技术系 别化学与材料工程系专业/班级无机非金属材料学 号姓 名 授课老师 材料生产中的典型控制方法摘要：本文主要介绍了材料在工业中的常见生产方法以及在生产过程中的控制方法与工艺，并分析了各种控制方法的特点和发展前景。 关键词：材料、生产制备、过程控制、控制方法引言 材料是直接制造成产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。近几年来，各种新材料的不断涌现，带动了包括制备技术(高分子材料合成和粉体制备技术等)、成形与加工技术(如凝固成形、塑性加工和连接技术等)、改质
2、改性技术(如各种热处理和三束改性技术等)、防护技术(如涂镀层处理技术等)、评价表征技术、模拟仿真技术等在内的材料技术的发展。为了获得我们所需要的产品以及实现对生产的控制必须有完整的控制工艺。1、 材料制备的方法 1.物理方法(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。(2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。(3)机械球磨法采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低
3、，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。1. 化学方法(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。(2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。(3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。(4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和族化合物的制备。 (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液
4、，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，族半导体纳米粒子多用此法制备。二、 化工生产中典型控制方法 1、双位控制2、比例（P）控制 3、积分（I）控制4、微分（D）控制5、数字控制6、串级控制7、比值控制三、材料成型与控制工程 材料控制工程（材料加工控制及信息化方向）培养具备材料加工基本原理、 计算机控制及信息学科的知识和技能，掌握材料加工成形过程的自动化与人工智能、专家信息系统的建立与开发、机械零件及工模具的计算机辅助设计与制造、新材料制备与加工、先进成形加工技术与设备、材料组织与性能的分析及控制等专业知识，能够从事材料加工、计算机和信息技术应用领域的
5、产品和技术开发、设计制造、质量控制、经营管理等方面的高级工程技术人才。主要学习材料科学基础、材料成型原理、材料组织与性能控制原理、先进材料加工技术、现代材料表面工程学、计算机辅助设计与制造、模具CAD/CAM、计算机数值模拟技术、控制工程基础、数控原理与编程、检测技术与控制工程基础、计算机网络与专家信息系统在材料加工中的应用、材料加工企业管理及计算机信息系统、材料加工品质分析与控制、材料微观分析及计算机图像处理。毕业后可在电子信息产品制造业、机械制造行业、汽车制造业等领域从事各种材料加工与制备、计算机和信息技术应用于材料加工工艺与控制、工模具的计算机辅助设计与制造、技术与产品研发、质量控制、经
6、营管理、商品检验及技术监督等方面的工作，亦可在教育科研、商业贸易和专业咨询等部门广泛就业。四、材料加工的自动控制 材料是直接制造成产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。近几 年来，各种新材料的不断涌现，带动了包括制备技术(高分子材料合成和粉体制备技术等)、成形与加工技术(如凝固成形、塑性加工和连接技术等)、改质改性技术(如各种热处理和三束改性技术等)、防护技术(如涂镀层处理技术等)、评价表征技术、模拟仿真技术等在内的材料技术的发展。 通过改变和控制材料的外部形状和内部组织结构，将材料制造成为人类社会所需要的各种零部件和产品的过程成为材料加工，也成为材料成型制造。把材料加工成产品的方法有好
7、多种，第一类方法，如液态浇铸，塑性变形加工等，不仅使材料的形状发生了改变，而且材料的内部组织和性能也发生了巨大变化，这一类方法称为材料加工或者材料成型，又因为这一类加工需要在一定的温度下进行，因而通常称这一类加工方法为热加工；另一类加工方法，如车，削，刨等切削加工，加工的目的只是获得一定的形状、尺寸和表面光洁度，这种加工一般在常温下，甚至在强制冷却到常温下进行，所以习惯上称之为冷加工。五、典型控制方法1. 流体输送设备的控制（1） 离心泵的控制 泵和压缩机是生产过程用来输送流体或者提高流体压头的一种重要的机械设备，泵是液体的输送设备，压缩机是气体的输送设备。由于离心力的作用,使叶轮通道内的液体
8、被排出时,叶轮进口处在负压情况之下,液体即被吸进。 工作特性：对于一个离心泵，其压头H和流量Q及转速n之间的关系，称为泵的机械恃性，以经验公式表示则为：H=K1n2-K2Q2式中，K1、k2比例系数。 管路特性：考虑管网特性一一管网中流体和管网中阻力的关系:管路两端静压差相应的压头hp 将液体提升一定高度所需的压头h1管路摩擦损耗压头hf控制阀两端压头hv管路特性:hp+h1+hf+hv当流量系统达到稳定时，泵的特性曲线与管路特性曲线的交点，就是离心泵的工作点。 （2） 往复泵的控制 往复泵及直接旋转泵它们均是正位移形式的容积泵，是常见的流体输送设备，多用于流量较小、压头要求较高的场合。 往复
9、泵提供的理论流量可按下式计算：Q=60nFS（m3/h） Q理论流量,单位m3/h；n每分钟的往复次数；F汽缸的截面积，单位m2；S活塞冲程，单位m。 从泵体角度来说，影响往复泵出口流量变化的仅有n、F、S等三个参数，通过改变这三个参数来控制流量，泵的排出流量几乎与压头无关，因此不能在出口管线上安装控制阀控制流量，否则，一旦阀门关闭，泵容易损坏。采用的流量控制方案有以下三种。 1改变回流量-改变旁路控制阀的开度大小来改变回流量的大小，达到稳定出口流量的目的。这种利用旁路返回来控制流量，虽然消耗功率较大，但由于控制方案简单所以应用较广。2改变原动力机的转速-当原动力机用蒸汽机或汽轮机驱动，只要改
10、变蒸汽量便可控制转速，从而控制往复泵的出口流量。如果泵是由电动机带动时，可直接对电动机进行调速，或在电动机和泵的联接变速机构上进行控制。 3改变往复泵的冲程-计量泵常用改变冲程来进行流量控制。冲程的调整可在停泵时进行，也有可在运转状态下进行。2. 传热设备的控制（1） 、换热器的控制 换热器自动控制的目的是保证换热器出口的工艺介质温度恒定在给定值上。若不考虑传热过程中的热损失，则热流体失去的热量应等于冷流体获得的热量，可用下列热量平衡方程式：Q=G1C1（T1o-T1i）=G2C2（T2i-T2o） Q传热速率，J/S；G质量流量，/h；C流体的平均定压比热容，J/（）；T温度，。 式中的下标
11、1为冷流体，2为载热体；i为入口；o为出口 传热过程中传热的速率可按下式计算：Q=KFmTm式中： K传热系数，W/（m2）或；W/（m2K）; Fm传热面积,m2； Tm平均温差,或K。 与冷热流体出口、入口的温度有关。 控制换热器介质出口温度，可通过改变换热器的热负荷，常常采用以下几种控制方案： 1控制载热体流量2控制载热体旁路流量 3将工艺介质分路（2） 蒸汽加热器的控制 在蒸汽加热器(steamheater)内蒸汽冷凝，由汽态变成液态,放出热量，传给工艺介质。在一般情况下,用蒸汽作为载热体。在低温时也可用乙烯、丙烯等烃类蒸气作载热体。 传热速率关系式为：Q=KFmTm 蒸汽加热器的被控
12、变量是工艺介质的出口温度T1o，常用的操纵变量从以上内在关系出发有两种：一是将控制阀装在蒸汽入口管线上，改变进入加热器的蒸汽流量G；二是将控制阀装在凝液出口管线上，改变冷凝有效面积。 （3） 低温冷却剂的控制1控制冷剂的流量2控制传热面积3控制汽化压力（4） 加热炉的控制 在生产过程中有各式各样的加热炉，按工艺用途来分有加热用的炉子及加热-反应用的炉子两类。对于加热用炉子，工艺介质受热升温或同时进行气化，其工艺介质温度的高低，会直接影响后一工序的工况和产品质量，同时当炉子温度过高时会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦，而烧坏炉管。加热炉平稳操作可以延长炉管使用寿命,因此加热炉出口温度必须严加控
13、制。 影响加热炉出口温度的干扰因素有：工艺介质进料的流量、温度、组分，燃料方面有燃料油（或气）的流量、压力、成分,燃料油的雾化情况，空气过量情况，喷嘴的阻力，烟囱抽力等等。3. 精馏塔的控制 （一）要求： 1)质量指标塔顶或塔底产品之一应保证合乎规定的纯度,另一产品成分亦应维持在规定范围内。 2)物料平衡,能量平衡以保证塔的平稳操作，当然塔压是否恒定，对塔的平稳操作有很大影响。 3)约束条件为了使塔正常操作，必须满足一些约束条件。例如：塔内部气相速度限。 太低会使气液接触不好,塔板效率降低，太高会产生液泛现象，将完全破坏塔的操作。塔本身还有最高压力限，越过这个压力，容器的安全就没有保障。 （二
14、）精馏塔的干扰因素1)进料量F波动的影响2)进料成分波动的影响3)进料温度波动的影响 4)塔的蒸气速度和加热量波动的影响5)回流量及冷剂量波动的影响 6)塔顶（或塔底）产品量的影响（三）精馏塔的基本控制1提馏段温度控制2精馏段温度控制四：锅炉设备的控制 锅炉设备的主要控制系统有三个。1,锅炉汽包液位控制2,蒸汽过热系统的控制3,锅炉燃烧系统的控制6、 材料控制的发展前景 进入2l世纪后，材料加工控制技术的发展面临环保、资源、消费观念变革、市场竞争、制造全球化和信息技术等挑战。同时也面临制造业持续增长、我国加入WTO等机遇。这就促使新世纪材料加工控制技术在发展中形成了自己新的特征，并且不断向着精密化、优质化、快速化、复合化、绿色化、信息化的方向前进。7、 参考文献： 1化学工业出版社化工仪表及自动化,化学工业出版社2011年。 2化工仪表及自动化.孟华，刘娜，历玉鸣.北京：化学工业出版社，2009 3化工仪表及自动化第五版.厉玉鸣.化工工业出版社专心-专注-专业