• Общая тепловая нагрузка, получаемая технологическим потоком, определяет следующие его параметры:

и (8);

(9).

Математическое описание на основе

теплового и материальных балансов процесса.

Тепловой баланс испарителя.

Уравнение динамики:

В развернутом виде при условии и :

(10а).

• т.е. тепло выделяется за счет охлаждения G_гр от исходной температуры _гр до температуры насыщенного пара , конденсации пара и последующего охлаждения конденсата до _к .

• тепло расходуется на нагревание G_ж до температуры , испарение жидкости и отводится с образующейся паровой фазой.

В свернутом наиболее общем виде выражение (10а) преобразуется к виду:

(10б).

Уравнение статики при :

(10в)

Выводы по тепловому балансу процесса:

• В целом температура в испарителе на основании выражений (8) и (9) зависит от следующих параметров процесса:

(10г).

• Так как температура в испарителе у поверхности раздела фаз, т.е. в зоне испарения должна быть равна температуре кипения, то можно полагать:

 = _ж = _п = _кип ,

а температура кипения зависит от давления паровой фазы в испарителе, т.е. при Р_п _кип  (при этом r_ж ).

• Поэтому температура не может использоваться как показатель эффективности процесса испарения.

• Однако, на основании (6а, 6б) температура важна для обеспечения расчетной общей тепловой нагрузки Q в испарителе, т.е. теплового баланса в аппарате.

• Из выражения (10г) следует, что основными параметрами, характеризующими данный процесс, являются:

• уровень h_ж и давление Р_п технологического потока в испарителе;

• уровень h_к и давление Р_гр потока греющего пара в кипятильнике;

Материальный баланс по жидкой фазе в испарителе

(для технологического потока)

• Уравнение динамики:

, (11),

• Уравнение статики при :

(12).

• На основании (11) и (12) можно считать:

. (13),

• Предпочтительное управляющее воздействие G_гр.

Материальный баланс по жидкой фазе в кипятильнике

(для конденсата греющего пара).

• Уравнение динамики:

, (14),

• Уравнение статики при :

(15).

• На основании (14) и (15) можно считать:

. (16).

• Предпочтительное управляющее воздействие является отбор конденсата G_к.

Материальный баланс по паровой фазе

для технологического потока в испарителе.

• Уравнение динамики:

(17),

где

М_п - мольная масса паровой фазы технологического потока, кг/моль;

Р_п - давление паровой фазы технологического

потока, Па;

_п - температура паровой фазы технологического

потока, К,

V_п - объем паровой фазы технологического

потока, м³ .

• Уравнение статики при :

(18).

• На основании (17) и (18)можно считать:

(19),

Предпочтительное управляющее воздействие G_п.

Материальный баланс по паровой фазе для кипятильника.

Уравнение динамики:

(20),

где М_гр - мольная масса паровой фазы греющего пара,

кг/моль;

Р_гр - давление паровой фазы греющего пара, Па;

_гр - температура паровой фазы греющего пара, К,

V_гр - объем паровой фазы греющего пара, м³ .

• Уравнение статики при :

(21).

На основании (20) и (21) можно считать:

(22).

Предпочтительное управляющее G_гр .

Информационная схема испарителя

на основе материального баланса.

Рис.2.

• Возможные управляющие воздействия:

.

• Возможные управляемые переменные:

.

Информационная схема испарителя

для типового решения автоматизации.

Рис.3.

• В типовом решении автоматизации испарителей объект рассматривают как односвязный для основных каналов управления рис.3.

• Однако, на основании схемы рис.3. объект можно рассматривать как многосвязный.

• Многосвязность объекта с позиций физики процесса можно объяснить следующим образом:

• При ; т.к. при

• При ; т.к. при

Типовая схема автоматизации испарителей.

Рис.4.

Типовое решение автоматизации испарителей.

1. Регулирование.

• Регулирование уровня h_ж по подаче греющего пара G_гр - как показателя эффективности процесса нагревания в испарителе.

• Регулирование давления Р_п по отбору паровой фазы из испарителя - для обеспечения материального баланса по паровой фазе и стабилизации r_ж=f(P_п).

2. Контроль.

• расходы - G_гр, G_п , G_ж ;

• температуры - ;

• давление - Р_гр, Р_ж Р_п ;

• уровень - h_ж

3. Сигнализация.

• существенные отклонения h_ж и Р_п от заданий;

• резкое падение расхода технологического потока G_ж , при этом формируется сигнал «В схему защиты».

4. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи греющего пара G_гр и отбора пара для технологических нужд.

Материалы к лекции №8

Автоматизация процесса выпаривания

Движущая сила процесса выпаривания.

• Движущей силой процесса выпаривания является полезная разность температур _полезн :

_полезн = _т - _р-ра^кип