Автоматизация технологических процессов основных химических производств
Объект имеет транспортное запаздывание:
(11),
где Vтруб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.
Таким образом, в целом динамика объекта по каналу управления описывается математической моделью апериодического звена 1-го порядка с запаздыванием:
(12).
Анализ статической характеристики объекта.
Из уравнения статики выразим вых в явном виде:
(13).
Статическая характеристика линейна по каналам:
.Статическая характеристика нелинейна по каналу
.Статическую характеристику можно линеаризовать по отношению к G введением стабилизации соотношения расходов:
,
тогда получим:
(14).
Линеаризованное представление статической характеристики через разложение в ряд Тейлора:
(15).
Линеаризованное представление приращения выходной переменной через приращения всех возможных входных переменных:
(16).
Типовая схема автоматизации
кожухотрубного теплообменника.
Рис.3.
Типовое решение автоматизации.
Типовое решение автоматизации кожухотрубных теплообменников включает в себя подсистемы регулирования, контроля, сигнализации и защиты.
Регулирование.
Регулирование температуры
по подаче
теплоносителя
Gт
- как показателя
эффективности
процесса нагревания
в кожухотрубном
теплообменнике.
Контроль.
расходы - Gт, G;
температуры -
;давление - Рт, Р.
Сигнализация.
существенные отклонения вых от задания;
резкое падение расхода технологического потока G , при этом формируется сигнал «В схему защиты».
Система защиты.
По сигналу «В схему защиты» - отключается магистраль подачи теплоносителя Gт.
Схема парожидкостного теплообменника
(с изменяющимся агрегатным состоянием теплоносителя).
Рис.1.
Технологический поток (нагреваемая жидкость) Gж подается по трубкам теплообменника.
Теплоноситель с изменяющимся агрегатным состоянием (греющий пар) Gп подается по межтрубному пространству.
Показатель эффективности:
.
Цель управления: поддержание
.
Математическое описание на основе физики процесса.
Теплопередача от паровой фазы теплоносителя:
(1),
Теплопередача от жидкой фазы теплоносителя:
(2),
где:
- количество
тепла, передаваемое
от паровой фазы
и конденсата
теплоносителя
в единицу времени,
дж/с;
- коэффициенты
теплопередачи
для паровой
фазы и конденсата
теплоносителя,
дж/(м2*К*с);
- поверхность
теплопередачи
для паровой
фазы и конденсата
теплоносителя,
м2;
- средняя
движущая сила
при теплопередаче
от паровой фазы
к жидкому
технологическому
потоку и от
конденсата
к жидкому
технологическому
потоку.
Общая тепловая нагрузка парожидкостного теплообменника:
(3).
Так как
,
то интенсивность
теплопередачи
от паровой
фазы значительно
выше, чем от
конденсата.
Поэтому на величину Q влияет величина соотношения Fп /Fк, которая зависит от уровня конденсата:
(4а).
где
и
(4б).
На основании (4а) общая тепловая нагрузка Q также будет зависеть от уровня конденсата hк:
(4в),
Q(дж/с) позволяет определить Gпэфф и Gжэфф на основе тепловых балансов:
(5а);
(5б);
(6а);
(6б),
при hк =hэфф.
Эффективное время пребывания:
.
(7).
Тепловой баланс парожидкостного теплообменника.
Уравнение динамики:
Полагаем:
пар перегретый
и конденсат
охлаждается
:
(8).
Уравнение
статики при
:
(9).
На основании (8) и (9) а также (6а) и (4в) можно записать:
.
(10),
где
,
так как при Pп
кип
rп
.
Материальный баланс по жидкой фазе
для межтрубного пространства.
Уравнение динамики:
,
(11),
Уравнение
статики при
:
