Автоматизация технологических процессов основных химических производств

МинистерствообразованияРоссийскойфедерации

Санкт-Петербургскийгосударственныйтехнологическийинститут

(техническийуниверситет)

Кафедраавтоматизациипроцессовхимическойпромышленности

Г.В.Иванова

«Автоматизациятехнологическихпроцессов

основныххимическихпроизводств»

Методическиематериалы покурсу лекций

(в двухчастях)

Часть1.

2003г.

УДК 66-52:66(075)

ИвановаГ.В. Автоматизациятехнологическихпроцессовосновных химическихпроизводств:Методическоепособие. Часть1/ СПбГТИ(ТУ).-СПб.,2003.- 70с.

Методическоепособие предназначенодля курса лекцийпо учебнойдисциплине«Автоматизациятехнологическихпроцессовосновных химическихпроизводств»,являющейсядисциплинойспециализации210201 – «Автоматизациятехнологическихпроцессовхимическойпромышленности»учебного планапо специальности210200.

Пособиеразработанов виде методическихматериалов,используемыхпри чтениилекций по дисциплине.

Часть 1 методическогопособия включаетв себя общуюхарактеристикухимико-технологическихпроцессов (ХТП)как технологическихобъектов управления(ТОУ); методикуанализа ХТПкак ТОУ; физико-химическиеосновы технологическихпроцессов,технологическиесхемы рассматриваемыхобъектов управления,математическиеописания объектовуправления,постановкузадачи автоматизации,типовые схемыавтоматизации,типовые решенияавтоматизациидля гидромеханическихи тепловыхпроцессов.

Утвержденона заседанииметодическойкомиссии факультетаИнформатикии управления23 июня 2003г., протокол№ 6.

Материалык лекции №1

Введение.Общие подходык автоматизацииХТП.

Предметомизучения вданном курсеявляются проблемыавтоматизацииосновных химическихпроизводств.

Основныехимическиепроизводстваи составляющиеих технологическиепроцессы мырассматриваемв данном курсекакобъекты управления.

Химико-технологическиеобъекты управления.

ОпределениеТОУ:

• ТОУ - это совокупностьсовместнофункционирующихтехнологическогооборудованияи реализованногона нем технологическогопроцесса.

• К ТОУ относяткак отдельныетехнологическиеагрегатыи установки,реализующиелокальныйтехнологическийпроцесс, таки целые производства(участки, цехи).Существуют«супер-ТОУ» - установки,включающиесотни технологическихаппаратов (нанефтеперерабатывающихзаводах).

Требованияк ТОУ.

• ОборудованиеТОУ должнобыть полностьюмеханизированои должно безотказноработать вмежремонтныйпериод.

• ТОУ долженбыть управляем,т.е. разделенна определенныезоны с возможностьювоздействияна технологическийрежим в каждойиз них изменениемматериальныхи энергетическихпотоков.

• Возможностьвоздействияна характеристикиоборудования.

• Возможностьдоступа обслуживающегоперсонала кместам установкидатчиков,исполнительныхмеханизмов,регулирующихорганов.

• Число возмущающихвоздействийдолжно бытьсведено к минимуму,что возможнов результатеустановки: ресиверов;емкостей смешалками;теплообменников,уменьшающихамплитуду ичастоту изменениятаких параметров,как давление,состав, температура.

Типоваясхема технологическогопроизводства

химическихпродуктов.

• Типоваятехнологическаясхема производствасостоит изстадий подготовкисырья, химическогосинтеза, выделенияи очистки целевыхпродуктов.

Классификацияхимико-технологических

процессови производствкак ТОУ.

1. По тоннажупродукции иструктуреассортимента:

• КрупнотоннажныеТОУ- ориентированныена продукциюконкретной,фиксированнойноменклатурыс объемамивыпуска: сотни - десятки тысячтонн.

• МалотоннажныеТОУ - ориентированныена выпуск продукцииразнообразнойи быстро меняющейсяноменклатуры,с объемамивыпуска: граммы - десятки тонн.

2. По характерувременногорежимафункционирования:

• ТОУ периодическогодействия - ТОУ, в которыхаппараты (ТО)работают вциклическомрежиме, а технологическиепроцессы (ТП)представляютсобой последовательностьтехнологическихи организационныхопераций, имеющихконечнуюпродолжительность.Термину «периодическийпроцесс»,принятому вхимическойтехнологиисоответствуетобщесистемныйтермин «дискретныйпроцесс».

• ТОУ непрерывногодействия - ТОУ, в которыхаппараты работаютнепрерывно,на вход аппаратанепрерывноподаются исходныереагенты, навыходе аппаратанепрерывноотводятсявыходные продуктыа технологическийпроцесс ведетсяв установившемсярежиме.

• ТОУ полунепрерывногодействия - ТОУ,в которых аппаратыфункционируютнепрерывнотолько в пределахинтервалавремени, необходимогодля переработкиконечной порциисырья илипромежуточногопродукта. Вэтих пределахв аппаратынепрерывноподаются исходныереагенты, а свыходов - непрерывноотводятсяпродукты.Технологическиепроцессы ведутсяв установившемсярежиме. Междуинтерваламивремени работыаппараты находятсяв режиме ожидания.

3. По степениважности ТОУв производстве.

• ОсновныеТОУ - ТОУдля реализацииосновныхтехнологическихпроцессовпроизводства.К основнымТОУ относятпроцессы иоборудованиедля реализациистадий подготовкисырья, химическогосинтеза, разделенияи очистки целевыхпродуктов.

• ВспомогательныеТОУ - квспомогательнымТОУ относятпроцессы иоборудованиедля временногохранения исходныхреагентов,промежуточныхи конечныхпродуктов,осуществлениятранспортныхопераций.

4. По информационнойемкости ТОУ:

Степеньсложности ТОУхарактеризуетсяинформационнойсложностьюобъекта, т.е.числом технологическихпараметров,участвующихв управлении.

Таблица1

КлассификацияТОУ по информационнойемкости.

Информационная емкостьобъекта	Числопараметров,участв. в управл.	ПримерТОУ
Минимальная	10 - 40	Насоснаястанция Резиносмеситель
Малая	41 - 160	Массообменная Колонна
Средняя	161 - 650	Установкапервичнойперегонкинефти
Повышенная	651 - 2500	Производство Этилена
Высокая	2500и выше	Производство Технического углерода

5. Похарактерупараметровуправления.

• ТОУ с сосредоточеннымипараметрами - ТОУ, в которыхрегулируемыепараметры (вданный моментвремени, в разныхточках аппарата),имеют однозначениесоответствующегопараметра.

• ТОУ с распределеннымипараметрами - ТОУ, в которыхзначения параметровнеодинаковыв различныхточках объектав данный моментвремени. Большинствопроцессовхимическойтехнологииявляются объектамис распределеннымипараметрами.

• Пример:температураи концентрацияпо высотеректификационнойколонны.

6. Потипу технологическогопроцесса.

• Гидромеханическиепроцессы - процессы,осуществляющиепереносколичествадвижения.

• Тепловыепроцессы - процессыпереноса энергиив форме теплоты(теплопроводностью,конвекцией,излучением).

• Массообменныепроцессы - процессыперемещениявещества впространствеза счет разностиконцентраций.

• Механическиепроцессы - процессыпереработкитвердых материаловпод действиеммеханическихсил (их измельчениеи разделениепо фракциям).

• Химическиепроцессы - процессы,характеризующиеобразованиеновых, отличающихсяот исходныхпо химическомусоставу илистроению, веществпри сохраненииобщего числаатомов и изотопногосостава.

Методикаанализа ХТПкак ТОУ.

1. ОпределениекритерияэффективностиТОУ.

• Дляпроизводств - это, как правило,экономическиекритериимаксимизацииприбыли илиминимизациисебестоимостипродукции.

• Длятехнологическихпроцессов - это технологическиекритериимаксимизациикачества илимаксимизациивыхода целевогопродукта.

2. Разработкаматематическогоописания процессакак объектауправленияв статике идинамике.

• Приразработкематематическогоописания сложныхХТП стремятсяк созданиюнаиболее простыхмоделей.

• Строятне полные иисчерпывающиемат. модели, адостаточныедля решениязадач управления.

3. Математическоемоделированиеи исследованиестатическихрежимов ТОУ.

• Основныеметоды созданиямат. описаниядляцелей управления - аналитические;статистические(регрессионные,методы групповогоучета аргументов);модели на основенечетких методов.

• ИсследованиестатическиххарактеристикТОУ,на основаниикоторого определяют:

• Возможныедиапазоныварьированияпараметровпри управлении;

• Возможноечисло стационарныхсостоянийпроцесса;

• Анализустойчивостистационарныхсостоянийпроцесса;

• Влияниеосновных режимныхпараметровна рабочиеобласти ТОУ;

• Исследованиенелинейностикоэффициентовусиления ивозможностилинеаризациистатическиххарактеристики т.д.

4. Построениеинформационнойсхемы ТОУ.

Информационнаясхема ТОУ - этосхема, показывающаявходные и выходныепеременныеТОУ и их связи.

Построениеинформационнойсхемы возможнона основе мат.описания (приразработкеновых технологий)или на основеинформациипо эксплуатацииобъекта (примодернизациисистемы управления).

5. Анализинформационнойсхемы.

Выполняетсяанализ информационнойсхемы на предметклассификациивходных и выходныхвоздействийна следующиегруппы:

• Возможныевозмущающиевоздействия.

• Возможныеуправляющиевоздействия.

• Наиболеецелесообразныеуправляемыепеременные.

Осуществляетсявыбор возможныхканалов управления.

6. Математическоеописание динамикиТОУ.

• Составляетсямат. описаниединамики объектапо возможнымканалам управления.

• Выполняетсяисследованиединамики возможныхканалов управления.

• Выполняетсявыбор наиболеецелесообразныхканалов управления.

• Составляетсяструктурнаясхема системыуправления.

7. Выборпараметровконтроля,сигнализациии защиты.

Материалык лекции №2

Автоматизацияпроцессаперемешивания

Общаяхарактеристикапроцессовперемешиванияв жидких средах.

Перемешивание - гидромеханическийпроцесс взаимногоперемещениячастиц в жидкойсреде с цельюих равномерногораспределенияво всем объемепод действиемимпульса,передаваемогосреде мешалкой,струей жидкостиили газа (ТябинН.В.,с.95).

Целиперемешивания

• Созданиесуспензий - обеспечениеравномерногораспределениятвердых частицв объеме жидкости;

• Образованиеэмульсий, аэрация - равномерноераспределениеи дроблениедо заданныхразмеров частицжидкости вжидкости илигаза в жидкости;

• Интенсификациянагреванияили охлажденияорабатываемыхмасс;

• Интенсификациямассообменав перемешиваемойсистеме (растворение,выщелачивание).

Основныесхемы перемешивания.

Рис.1.

• Механическое - перемешиваниемешалками,вращающимисяв аппарате сперемешиваемойсредой.

• Барботажное - перемешиваниепутем пропусканиячерез жидкуюсреду потокавоздуха илигаза, раздробленногона мелкие пузырьки,которые, поднимаясьв слое жидкостипод действиемАрхимедовойсилы, интенсивноперемешиваютжидкость.

• Циркуляционноеперемешивание - перемешивание,осуществляемоепутем созданиямногократныхциркуляционныхпотоков в аппаратес помощью насоса.

Объектуправления

Объектуправления - емкостьс мешалкой,аппарат непрерывногодействия, вкотором смешиваютсядве жидкостиА (с концентрациейцелевого компонентаСа) иБ (с концентрациейцелевого компонентаСб) дляполучениягомогенизированногораствора сзаданнойконцентрациейцелевого компонентаСсм.

Схемаобъекта управления.

Рис.1.1

Показательэффективностипроцесса - концентрацияцелевого компонентав гомогенизированномрастворе (смеси) - Ссм.

Цель управленияпроцессом - обеспечениезаданной концентрациисмеси при эффективноми интенсивномперемешивании.

Эффективностьперемешиванияобеспечиваетсявыбором параметроваппарата,перемешивающегоустройства,числа оборотовмешалки, обеспечивающихравномерностьконцентрациисмеси в аппаратес заданнойинтенсивностью(т.е. за заданноевремя).

Однако вреальных условияхтехнологическиеобъекты подверженыдействию внешнихи внутреннихвозмущений,которые приводятк отклонениютехнологическихрежимов работыот расчетных.

Задачаразработкисистемы автоматизацииобеспечитьв условияхдействия внешнихи внутреннихвозмущенийв процессеэффективноеи интенсивноеего функционированиес требуемымихарактеристикамикачества.

Теоретическиеаспекты процессамеханическогоперемешивания.

• При вращениилопасти мешалкив аппаратевозникаетвынужденноедвижениежидкости, котороеописываетсякритериальнымуравнениемвида:

Eu_м= f(Re_м, Г) (1),

где

• модифицированныйкритерий ЭйлераEu_м :

2),

• модифицированныйкритерий РейнольдсаRe_м :





• геометрическийсимплекс Г:

Г=d_м/ D_апп (4),

где dм - диаметрмешалки, м;

n - скорость вращениямешалки, об /с;

• - плотностьжидкости, кг/м^3;

N_м - мощность,потребляемаямешалкой, вт;

- динамическаявязкость, Па*с;

К_N– критериймощности.

Методикарасчета конструктивно-технологическихпараметровпроцессамеханическогоперемешивания.

1. Выбираюттип мешалки,ее диаметр d_м,размеры аппаратаD_aппи H_апп.

2. ОпределяюткоэффициентСв зависимостиот размероваппарата итипа перемешивающегоустройства.

3. Определяютчисло оборотовмешалки:

   .

4. РассчитываютRe_мпо соотношению(3).

5. По графикуKN= f(Re_м)находят KN.

6. РассчитываютN_миз выражения(2):

.

7. Рассчитываютмощность Nдв,потребляемуюприводомперемешивающегоустройства:

гдеК - поправочныйкоэффициент,учитывающийконструктивныеособенностиаппарата иперемешивающегоустройства;_пер - к.п.д. передачи.

В реальнойустановкенепрерывногодействия:

т.е. необходимообеспечить:

и .

Материальныйбаланс по целевомукомпоненту.

Уравнениединамики:

(1).

Уравнениестатики при

:

(2)

Наосновании (1) и(2) можно принять:

. (3).

Материальныйбаланс по всемувеществу.

Уравнениединамики:

(4).

Уравнениестатики при

:

(5).

Наосновании (4) и(5) можно принять:

. (6).

Информационнаясхема объекта.

Рис.4.1.

• Управляемыепеременные - С_сми h_см.

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  ,

причемзадано, что

.

• Возможныеуправляющиевоздействия:

  .

• Однако,в данном случае,G_см определяетсяпоследующимтехнологическимпроцессом ипоэтому неможет использоватьсяв качестверегулирующеговоздействия.

Анализуравнениядинамики

наоснове материальногобаланса поцелевому компоненту.

Уравнениединамики внормализованномвиде.

(1)

Начальныеусловия длявывода передаточнойфункции поканалу управленияG_A– C_см:

; ;

;

.

Уравнениестатики:

(2)

Уравнениединамики вприращениях:

(послеподстановкиначальныхусловий в выражение(1), вычитанияуравнениястатики (2) иприведенияподобных членов):

(3).

Уравнениединамики сбезразмернымипеременными:

(4).

Нормализованноеуравнениединамики объектаво временнойобласти безучета транспортногозапаздывания:

(7).

Уравнениединамики поканалу управления

во временнойобласти с учетомтранспортногозапаздывания:

(8).

Передаточнаяфункция объектапо каналу управления

:

(10),

где:

;

(11),

где V_труб - объем трубопроводаот Р.О. до входав аппарат.

Анализуравнениядинамики

наоснове материальногобаланса повсему веществу.

Уравнениединамики:

(1)

Начальныеусловия длявывода передаточнойфункции поканалу управленияG_Б– h_см:

;

;

;

.

Уравнениестатики:

(2).

Уравнениединамики вприращениях:

(послеподстановкиначальныхусловий в выражение(1), вычитанияуравнениястатики (2) иприведенияподобных членов):

(3).

Уравнениединамики сбезразмернымипеременными:

(4).

Нормализованноеуравнениединамики объектаво временнойобласти

(7).

Уравнениединамики поканалу управления

во временнойобласти с учетомтранспортногозапаздывания:

(8).

Передаточнаяфункция объектапо каналу управления

:

(10),

где:

;

(11),

где V_труб - объем трубопроводаот Р.О. до входав аппарат.

Анализстатическойхарактеристикиобъекта.

Уравнениестатики наоснове материальногобаланса поцелевому компоненту:

(1).

Изуравнения (1)выразим

в явном виде:

(2).

Анализвыражения (2)показывает,что:

• Статическаяхарактеристикалинейна поканалам:

  ;

• Статическаяхарактеристиканелинейна поканалам

  .

Линеаризованноепредставлениестатическойхарактеристикина основестабилизациисоотношениярасходов:

(или

):

(3).

Линеаризованноепредставлениестатическойхарактеристикичерез разложениев ряд Тейлора:

(4).

Обозначим:

Линеаризованноепредставлениеприращениявыходной переменнойчерез приращениявсех возможныхвходных переменных:

(5).

Типоваясхема автоматизациипроцессаперемешивания.

Рис.7.1.

Типовоерешение автоматизации.

1. Регулирование.

• РегулированиеконцентрацииС_смпо подаче реагентаG_А - как показателяэффективностипроцессаперемешиванияс целью получениягомогенизированногораствора.

• Регулированиеуровня в аппаратеh_смпо подаче реагентаG_Б- для обеспеченияматериальногобаланса пожидкой фазе.

2. Контроль.

• расходы - G_А,G_Б,G_см;

• концентрация - С_см;

• уровень - h_см.

3. Сигнализация.

• существенныеотклоненияС_сми h_смот задания;

• резкое падениерасходов исходныхреагентов G_Аили G_Б,при этом формируетсясигнал «В схемузащиты».

4. Системазащиты.

Посигналу «Всхему защиты» - отключаютсямагистралиподачи исходныхреагентов G_А, G_Б и отборасмеси G_см.

Материалык лекции №3

Типоваясхема процессаперемещения.Трубопроводкак объектуправления

Типоваясхема процессаперемещенияжидкости.

1.Объектуправления - схема, приведеннаяна рис.1.

Рис.1.

Иземкости 1 насосом2 по трубопроводу3 жидкостьперекачиваетсяв емкость 4.

2.Показательэффективностипроцесса - расходQ.

3.Цель управленияпроцессом Q=Q_зд.

4.Анализтиповой схемыкак объектауправления:

Основныеэлементы, подлежащиеанализу - трубопровод3 и насос 2.

Основныепараметрытрубопроводакак объектауправления.

• внутреннийдиаметр d:

,

где Q –расход,м^3/с, v - скоростьпотока, м/с.

• Скоростьпотока v = 0.5 – 2.5м/с.

• Гидравлическоесопротивлениетрубопровода:

pгс= pск+ pтр+ pмс

• потеридавления насообщениепотоку скорости:

• потеридавления напреодолениетренияпотока остенки трубопровода:

где = f(Re,l) - коэффициенттрения.

• потеридавления напреодолениеместныхсопротивлений:

pмс= мс*pск,

где мс - коэффициентместногосопротивления.

• Сопротивление,затрачиваемоена подъемжидкости навысоту h:

pпод= *g*h

• Дополнительноесопротивление:

pдоп= p2– p1

• Полноесопротивление:

• Мощность,которую необходимозатратить наперекачивание:

N = pобщ*Q/(10^3*),

= н*п*д,:

где -полныйк.п.д., насоса;н - к.п.д. насоса;п- к.п.д. передачи;

д - к.п.д.двигателя.

Схематрубопроводакак объектауправления

длятиповой схемыпроцесса перемещенияжидкости.

Рис.1.

Математическоеописание статикиобъекта.

1. Материальныйбаланс длятрубопровода(рис.1) на основанииусловия неразрывностиструи:

Sa*va= Sb*vb (1)

Из(1) получим :

va= Sb*vb/Sa (1б).

ОбозначимSb/ Sa= m (1в).

2. Энергетическийбаланс - уравнениеБернулли:

(2)

Подставимв (2) выражениедля скоростипотока в сечении«а» на основании(1б):

(3)

Подставимв (3) вместо vbего выражениеиз соотношениядля объемногорасхода в сечении«b»:

Qb= vb*Sb;

откуда

vb=Qb/ Sb:

(4)

Преобразуемвыражение (4) сучетом (1в) к виду:

(5)

Решимвыражение (5)относительноQb:

(6)

Линеаризованныевыражения мат.модели статики

наоснованииразложенияв ряд Тейлора:

1.Черезприращенияи частныепроизводные:

2.Через приращенияи коэффициентыусиления:

Информационнаясхема объектауправления.

Рис.2.

• Х_ро - возможноерегулирующеевоздействие;

• Р_a, h_a, P_b, h_b - возможныеконтролируемыевозмущающиевоздействия;

• Z - возможныенеконтролируемыевозмущающиевоздействия.

Математическоеописание динамикиобъекта.

• Структурнаясхема объекта.

Рис.3

• Уравнениединамики:

(1).

• Уравнениестатики:

(2).

• Уравнениединамики вовременнойобласти наоснове методабезразмерныхпеременных:

(3).

• Уравнениединамики сучетом запаздывания:

(5).

• Передаточнаяфункция длявыражения (5)будет иметьвид:

(6),

где

.

Материалык лекции №4

Автоматизацияцентробежныхнасосов

Основныепоказателиработы насосов

• Производительность,или подача, Q(м³/ceк)- объем жидкости,подаваемойнасосом внагнетательныйтрубопроводв единицу времени.

• НапорН (м) - удельнаяэнергия, сообщаемаянасосом единицевеса перекачиваемойжидкости.

(1)

где чл.1 - высота подъемажидкости внасосе;

чл.2 - разностьпьезометрическихнапоров;

чл.3 - разностьдинамическихнапоров.

• Полезнаямощность Nn - это мощность,затрачиваемаянасосом насообщениежидкости энергии:

(2).

• Мощностьна валу насосаN_e– это отношениеполезной мощностиNnк к.п.д. насоса:

(3).

• Коэффициентполезногодействия насосаη_н

(4).

где η_v= Q/Q_Т - объемныйк.п.д.;

- гидравлическийк.п.д.

η_мех - механическийк. п. д.

• Основнаяцель управлениянасосами- обеспечитьэффективнуюработу насосана сеть.

• Насосы какобъекты управленияклассифицируютсяпо принципудействия на:

• центробежные;

• поршневые.

Схемацентробежногонасоса.

1. - корпус;

2. - рабочееколесо;

3. - привод насоса;

4. - линия всасывания;

5. – патрубокнагнетания.

Рис.1.

• Принципдействияцентробежныхнасосов - основанна созданиицентробежныхполей давленияпри вращениирабочего колесав жидкости.

• Работасхемы.

• В корпусе1 вращаетсярабочее колесо2 от привода3.

• При этомзалитая в корпусжидкость такжевращается ивозникаетцентробежноеполе давлений

• с максимальнымдавлением напериферии(давление Р5)иминимальнымдавлением пооси потока(давление Р4)т.е. создаетсяР₄5.

• Поэтомуподача жидкостиосуществляетсячерез патрубок4, а нагнетание– через патрубок5.

Основныехарактеристики

центробежныхнасосов.

Рис.4.1.

1. Зависимостьнапора отпроизводительности - Н=f₁(Q);

2. Зависимостьмощности навалу насосаот производительности - N_е= f₂(Q);

3. Зависимостьк.п.д. насосаот производительности: _н=f(Q).

• Характеристикинасоса получают:

• в ходеспециальногоэксперимента;

• на основеосновногоуравненияЭйлера дляцентробежныхмашин.

Работанасосов насеть.

Рис.5.1.

• Характеристиканасоса: Н_н=f(Q_н );

• Характеристикасети: Н_с=f(Q_с );

• Аналитическоевыражение длянапора в сети

Н_с=Н_г+ k*Q²;

где Н_г - геометрическаявысота подачи;

k*Q²=h_п - потеринапора в сети

()А - рабочая точка,обеспечивающаямаксимальнуюпроизводительностьнасоса Q₁при работе наданную сеть.

Совместнаяработа насосов

припараллельномсоединении.

Рис.6.1.

• Для построенияобщей характеристикиустановкисуммируютпроизводительностинасосов.

• Параллельноевключениенасосов используют:

• для увеличенияпроизводительностинасосной установки;

• когдахарактеристикасети являетсядостаточнопологой;

• увеличениенапора приэтом незначительно.

Совместнаяработа насосов

припоследовательномсоединении.

Рис. 6.2.

• Для построенияхарактеристикиустановкисуммируютнапоры насосов.

• Последовательноевключениенасосов используют:

• для увеличениянапора насоснойустановки;

• когда характеристикасети являетсядостаточнокрутой;

• увеличениепроизводительностипри этом незначительно.

Схемарегулированияна основестабилизацииQ_н=Q_с

(методдросселирования).

Рис.7.1

• Стабилизацияподачи методомдросселированияосуществляетсяна линии нагнетания.

• УстановкаР.О. перед насосомнедопустима,т.к. это ведетк снижениюдавления внасосе и способствуетвозникновениюкавитации(колебательногорежима).

• Применениесистемы целесообразнопри

  .

Характеристикиработы на сеть

прирегулированииподачи насосаметодом дросселирования.

Рис.7.2.

• К.п.д.системы прирегулированииподачи насосаметодом дросселирования.

.

• Системабудет экономичнее,если

  .

Схемарегулированияна основестабилизацииH_н=H_с

(методбайпассирования).

Рис7.3.

• Приданном способерегулирования:

Q_б- байпасныйпоток;

Q_н - производительностьнасоса;

Q_с=Q_н-Q_б - производительностьсети;

Н_с=Н_н.

• Применениесистемы целесообразнопри

  .

Характеристикиработы на сеть

прирегулированииподачи насосаметодом байпассирования.

Рис.7.4.

• К.п.д.системы прирегулированииподачи методомбайпассирования.

.

Системанаиболее экономична,если

.

Схемарегулированияпроизводительностинасоса

наоснове стабилизации_н= _с.

Рис.7.5.

• Регулированиеподачи осуществляетсяпутем измененияскорости вращенияпривода насоса.

Теоретическиеаспекты.

• Приизменении nи сохраненииподобия режимовработы одновременноизменяютсяи Q_н и Н_нв соответствиис соотношениями:

(7.1).

• Следовательно,можно изменитьположениехарактеристикинасоса, обеспечивпрохождениеее через заданнуюточку.

Характеристикиработы на сеть

Рис.7.6.

Исходныеданные длярешения задачи:

• характеристиканасоса 1 причастоте n;

• характеристикасети 2;

Постановказадачи:

• обеспечитьработу на сетьв рабочей точке“С” с параметрамиQ_с, Н_си _с=_н.

Решениезадачи

Найдемчастоту n₁,при которойхарактеристикаН_н=f(Q)пройдет черезточку С, длячего выполнимследующиепостроения.

• Построимпараболу подобныхрежимов.

Наоснованиисоотношений(7.1) можно записать:

(7.2).

Из(7.2) выразим Н:

(7.3).

Выражение(7.3) описываетпараболу подобия3 на рис.7.5, котораяпересекаетхарактеристикунасоса (n)в точке А спараметрамиQ_Аи Н_Апри условии=const.

• Определимчастоту n₁.

На основаниисоотношений(7.1) можно записать:

,

откудапри известныхQ_с,Q_Аи nполучим n₁:

(7.4).

• Рассчитаемпо известнымQ_Aи H_Ак.п.д. насоса:

(7.5).

• Такимобразом, системаобеспечивает:

.

Типоваясхема автоматизациипроцесса перемещенияжидкости

центробежнымнасосом.

Рис.8.1

Типовоерешение автоматизациипроцесса перемещенияжидкости

центробежнымнасосом.

1. Регулирование.

• Подачанасоса Q - методомдросселирования.

2. Контроль.

• температуры: t_обм, t_подш, t_охл`,t_охл^”, t_м^”;

• давления: P_вс, P_н, P_охл;

• расходы: Q_охл^”, Q_м^”, Q.

3. Сигнализация.

Сигнализацииподлежат всеконтролируемыепараметры:

температуры - t> t_пред;

давления - Pпред;

расходы - Qмин(наличие потоковмасла и охлаждающейжидкости).

4. Системазащиты.

Посигналам «Всхему защиты»- отключаетсядействующийнасос и включаетсярезервный.

Материалык лекции №5

Автоматизацияпоршневыхкомпрессоров

Видтеоретическойиндикаторнойдиаграммы

поршневогокомпрессора.

Рис.3.1.

СхемаПз-регулированияподачи поршневогокомпрессора

Рис.5.1

Схемарегулированияподачи поршневогокомпрессора

путемизменениячастоты вращенияпривода компрессора.

ПКУ - поршневаякомпрессорнаяустановка.

Рис.5.2.

Схемарегулированияподачи поршневогокомпрессора

путемдросселированияпотока на линиивсасывания.

Рис.5.3.

Схемарегулированияподачи поршневогокомпрессора

путемотжима клапанов.

Рис.5.4.

Схемарегулированияподачи поршневогокомпрессора

путемперевода компрессорана холостойход.

Рис.5.5.

Схемарегулированияподачи 2х-ступенчатогокомпрессора

с воздействиемна ИМ каждойступени.

Рис.6.1.

Схемарегулированияподачи 2х-ступенчатогокомпрессора

с воздействиемна ИМ первойступени.

Рис.6.2.

Схематрехступенчатогокомпрессора.

Рис.4.1.

Теоретическаяиндикаторнаядиаграмма

трехступенчатогосжатия.

Рис.4.2.

Схемарегулированияподачи 4х-ступенчатогокомпрессорас включениемтехнологическогооборудованияпосле 2-ой и 4-ойступеней.

III III IV - ступеникомпримирования;

V - линия промежуточногоотбора среднегодавления Р₂в технологическуюсхему;

VI - линия возвратагаза из аппаратавысокого давления.

Рис.6.3

Схемарегулированияподачи 4х-ступенчатогокомпрессорас подключениемтехнологическогооборудованияна входе 1-ойступени, после2-ой и 4-ой ступеней.

III III IV - ступеникомпримирования;

V - линия промежуточногоотбора среднегодавления Р₂в технологическуюсхему;

VI - линия возвратагаза из аппаратавысокого давления.

VII - линия возвратагаза из аппаратасреднего давления.

Рис.6.4.

Структурнаясхема системырегулированияподачи

4-х ступенчатогокомпрессорадля рис.6.3.

Рис.6.3б

Структурнаясхема системырегулированияподачи

4-хступенчатогокомпрессорадля рис.6.4.

Рис.6.4б

Типоваясхема автоматизацииустановки

сдвухступенчатымпоршневымкомпрессором.

Обозначенияна схеме:

1-1, 2-1 - цилиндрыступеней 1и 2;1-2, 2-2 - масловлагоотделители;

1-3, 2-3 - холодильники.

Р - сигнализируемыйи контролируемыйпараметр;

Р - контролируемыйпараметр.

Рис.7.1.

Типовоерешение автоматизацииустановки

сдвухступенчатымпоршневымкомпрессором.

• Показателемэффективностипроцесса являетсяподача компрессорнойустановки.

• Регулированиеподачи осуществляетсяпо давлениюв линии нагнетания.

1. Регулирование.

• В даннойсхеме используетсяметод регулированияподачи по давлениюР в линии нагнетанияна выходекомпрессорнойустановкипутем переводакомпрессорана холостойход в результатеоткрытия запорныхклапанов РО1и РО2 на линияхбайпаса 1 и 2ступенейкомпрессора.

2. Контроль.

Контролюв любой компрессорнойустановкеподлежат температура,давление, уровень,потребляемаямощность.

• Контрольтемпературы:

•  температурагаза в линиинагнетания;

•  газа навходе и выходекаждой ступени;

• _п смазкив различныхточках подшипников;

•  воды навходе и выходехолодильников;

• _обмобмоток электропривода.

• Контрольдавления:

• Р газа навходе и выходекаждой ступени;

• Р воды навходе в холодильники;

• Р масла вмагистрали(система смазкина схеме непоказана);

• Давлениеобладает меньшейинерционностью,чем температурапри изменениитехнологическихрежимов, поэтомуего используютдля сигнализации,блокировоки защиты.

• Контрольуровня:

• Н конденсатав масловлагоотделителях;

• Н масла вмасляных баках(на схеме непоказаны);

• Н воды вгидрозатворахи газгольдерах(не показаны).

• Контрольмощности:

• мощность,потребляемаяприводом - N_пр;

• контрольосуществляетсяизмерительнымустройством,установленнымна валу привода.

• N_пропределяетэкономичностьустановки.

3. Сигнализация.

Сигнализацииподлежат:

• существенныеотклонениядавления газав линии нагнетания;

• повышениетемпературыи давлениягаза на входеи выходе каждойступени - ↑, Р ↑;

• повышениетемпературыподшипников - _п↑;

• повышениетемпературыобмоток - _обм↑;

• понижениеуровня Н во всех контролируемыхточках;

• понижениедавления водына входе холодильников - Р ;

• понижениедавления масла - Р_м;

• перегрузкапривода N_пр↑ .

4. Системазащиты.

• При существенномотклонениисигнализируемыхпараметровот заданныхзначений ,

• когда в результатесрабатыванияблокировоки вмешательстваобслуживающегоперсонала неудается восстановитьзаданныйтехнологическийрежим,

отключаетсядействующийпривод и включаетсярезервный.

Материалык лекции №6

Общаяхарактеристикатепловых процессов

Фазовоеравновесиетеплоносителей.

• Правилофаз:

s=k-f+2 (1),

где s - число степенейсвободы даннойсистемы;

f - числофаз системы;

k - числокомпонентовсистемы.

• длятрехфазнойоднокомпонентнойсистемы:

s=1-3+2=0.

• длядвухфазнойоднокомпонентнойсистемы:

s=1-2+2=1.

• дляоднофазнойоднокомпонентнойсистемы:

s=1-1+2=2.

Фазовыепереходы воднокомпонентныхсистемах.

• УравнениеКлапейрона-Клаузиуса

  (2),

где Р - давление;

r - молярнаятеплота фазовогоперехода;

Т - температурафазового перехода(испарения,плавления,возгонки);

∆V - изменениеобъема 1 молявещества припереходе егоиз одной фазыв другую.

Фазовыепереходы вмногокомпонентныхсистемах.

• Закон Генри:

  (3),

где m_i- молекулярнаядоля газа врастворе;

ψ - константаГенри;

p_i - парциальноедавление газанад жидкостью.

• Закон Рауля:

  (4),

где р_А - парциальноедавление компонентаА в парах;

Р_А - давление паровчистого компонентаА;

- молекулярнаядоля этогокомпонентав растворе.

• Законраспределения:

  (5),

где К - молярныйкоэффициентраспределения;

m_CA - концентрациявещества С вжидкости А

в г-моль/л;

m_CВ - концентрациявещества С вжидкости B.

Связьосновных параметров

теплоносителейв газовой фазе.

• ЗаконБойля:

P*V=const приT=const (1).

• ЗаконГей-Люссака:

(2а),

или на основании(2а) можно получитьпри Р=const:

(2б),

На основании(1) и (2б) можно такжеполучить:

при Р=const (3),

или

при V=const (4).

На основании(1)и (2) получаюттакже формулудля приведенияобъема газак нормальнымусловиям:

(5),

• Закон Авогадро:в одинаковыхобъемах газапри одинаковыхтемпературеи давлениисодержитсяодно и то жеколичествомолекул.

• 1г-мол.любого веществав газообразномсостояниизанимает 22,4л.;

• 1кг-мол.→ 22,4 м³и содержит6,03*10²³молекул.

• УравнениеМенделеева– Клапейрона.

для 1 г-молягаза:

P*V=R*T (6)

для n г-молейгаза:

P*V = n*R*T (7)

Если количествогаза выражаетсяв граммах:

(8)

откуда:

(9)

или

(10).

• Закон Дальтона:

(11).

• Следствиеиз законовДальтона иБойля:

(12),

где р_i - парциальноедавление компонентав газовой смеси;

v_i/V_см- парциальныйобъем компонентав единице объемагазовой смеси;

P_см - общеедавление смеси.

Физическиепараметры искорости движениятеплоносителей.

Удельныетеплоемкости.

• Размерностиудельныхтеплоемкостейс:

;

;

.

• Зависимостиудельныхтеплоемкостейот температуры:

• длязаданной температурыТ:

c=a₁+b₁*T+c₁*T² (1),

где a₁, b₁, c₁ - коэффициентыдля данноговещества.

• длязаданногодиапазонатемператур:

(2),

где Т₁ и Т₂ - заданный интервалтемператур.

• Молярнаяудельнаятеплоемкостьтвердого тела:

(3),

где n - числоатомов в молекуле.

• Теплоемкостигазов:

• c_p - при p = const или c_v при V=const.

• (4),

где М - масса1моля газа (кг/моль);

R - универсальнаягазовая постоянная,R=1,985 ккал/((кг/моль)*град).

• Длявоздуха : c_p=1,4*c_v.

Теплотаиспарения

• Эмпирическиеформулы длярасчета молекулярнойтеплоты испарения(в ккал/кг иликал/г):

r_исп= 21*T_кип; (5а)

r_исп=T_кип*(9,5*lgT_кип-0,007*Т_кип); (5б)

r_исп=T_кип(8,75+4,571*lgТ_кип) (5в).

• Эмпирическаяформула длярасчета теплотыиспаренияr_исп2 длятемпературыТ₂ ,:

(6),

где r_исп2- искомая теплотаиспарения притемпературеТ₂;

r_исп1 - известнаятеплота испаренияпри температуреТ₁;

к - поправочныйкоэффициент,k=f(T₁,T₂,T_крит).

• Определениетеплоты испаренияпо энтропийнымдиаграммам:

r_исп=i_жидк-i_газ (7),

где i_жидк,i_газ - теплосодержание,дж/кг (или ккал/кг).

Плотностидля жидких игазовых теплоносителей.

• Эмпирическаяформула дляопределенияплотностижидкости ρ_tпри заданнойтемпературеt_ср:

ρ_t =ρ₀-β_t*(t_ср-20^○С) (8),

где ρ₀ - плотностьжидкости приt₀=20^○С;

β_t - температурнаяпоправка на1^○С

• Для чистыхжидкостей ρ_tможно найтипо формуле:

(9),

где  - коэффициентобъемногорасширенияжидкости, град^-1;

t=t_ср-t₀ - разность междутемпературойсреды и t=20^C.

• Плотностьгазов при 0°Си 760 мм рт ст. наоснованиизакона Авогадро:

(10)

или

(11),

где М – молекулярныйвес газа.

• Плотностьсмеси _смпри заданныхтемпературеи давлении:

_см=b₁*₁+b₂*₂+…*_n (12),

где b₁…b_n - объемныедоли компонентов;

₁_n - плотностикомпонентов,кг/м³.

Коэффициентытеплопроводности.

• Коэффициенттеплопроводностидля жидкостейпри отсутствиисправочныхданных:

(13),

где

А=3,58*10^-8 - для ассоциированныхжидкостей;

А=4,22*10^-8 - для неассоциированныхжидкостей;

с - удельнаятеплоемкостьжидкости,Дж/(кг*град);

• - плотностьжидкости, кг/м³;

М - молярнаямасса, кг/кмоль.

• Коэффициенттеплопроводностисмеси жидкостей:

(14),

где а₁…а_n - массовые доликомпонентовв смеси;

₁…_n - коэффициентытеплопроводностикомпонентов,вт/(м*град).

Вязкостьтеплоносителей.

• Зависимостьвязкости газов_tот температуры:

(15),

где ₀ - вязкость при0С;

Т - температурав К;

С - константа.

• Вязкостьгазовых смесей_см:

(16),

гдеМ_i - молярные массыкомпонентовсмеси, кг/кмоль;

_i - динамическиевязкости компонентов,Па*с;

- объемныедоли компонентовв смеси.

• Вязкостьсмеси неассоциированныхжидкостей:

(17),

где _i - вязкостикомпонентовсмеси, Па*с;

m_i - молярные доликомпонентовв смеси, кг/кмоль.

• Вязкостьразбавленныхсуспензий:

(18),

где _ж - вязкость чистойжидкости, Па*с;

- объемнаядоля твердойфазы в суспензии.

Скороститеплоносителей.

• Средниескорости движениясреды:

(19),

где^лин_ср - средняя линейнаяскорость, м/с;

^м_ср - средняя массоваяскорость, кг/(м²*с);

Q - объемныйрасход, м³/с;

G - массовыйрасход, кг/с;

S - площадьсечения потока,м².

• Зависимостьмежду массовойи линейнойскоростью:

(20),

где  - плотностьсреды.

• Рекомендуемыескорости:

• дляжидкостей втрубах диаметром25-57мм от (1,5-2) м/c до(0,06-0,3) м/с.

• Средняярекомендуемаяскорость длямаловязкихжидкостейсоставляет0,2-0,3 м/с.

• Длягазов приатмосферномдавлении допускаютсямассовые скоростиот 15-20 до 2-2,5 кг/(м²*с),а линейныескорости до25м/с;

• длянасыщенныхпаров приконденсациирекомендуютсядо 10 м/с.

Тепловаянагрузка аппарата.

• Тепло,отдаваемоеболее нагретымтеплоносителемQ₁,затрачиваетсяна нагрев болеехолодноготеплоносителяQ₂ ина потери вокружающуюсреду Q_пот.:

Q₁=Q₂+Q_пот. (1)

• Таккак Q_пот= 2-3%, тоим можно пренебречьи считать:

Q₁= Q₂= Q (2),

гдеQ – тепловаянагрузка аппарата.

• Уравнениетепловогобаланса аппарата.

Q = G₁*(I_1Н-I_1К)= G₂*(I_2К-I_2Н) (3),

гдеG₁ иG₂- массовыерасходы теплоносителей,кг/с;

I_1Ни I_2Н- начальныеэнтальпиитеплоносителей,дж/кг;

I_1Ки I_2Ки - конечныеэнтальпиитеплоносителей,дж/кг.

• Энтальпиитеплоносителей:

I_i=c_i*_i (4).

• Тепловойбаланс аппаратапри использованиитеплоносителей,не изменяющихагрегатногосостояния:

Q = G₁*с₁*(_1Н-_1К)= G₂*с₂*(_2К-_2Н) (6),

гдес₁ и с₂ - средниеудельныетеплоемкости.

Тепловыебалансы теплоносителя

приизменении егоагрегатногосостояния.

• Теплоноситель– насыщенныйпар, которыйконденсируетсяи конденсатне охлаждается:_т= _нп=_кт.

G_т (i_т– i_кт ) = G_т* с_рт *_т- G_т * с_ркт*_кт= G_т *r_т.

• Теплоноситель– пересыщенныйпар, которыйконденсируетсяи конденсатне охлаждается:_т> _нп=_кт

Q=Q_т–Q_кт =G_т*(i_т – i_кт)= G_т * с_рт*(_т- _нп)+G_т*r_т =

= G_т * с_рт*_нп- G_т * с_рт*_нп+ G_т * с_рт*_нп- G_т * с_ркт*_кт=

= G_т * с_рт*_т- G_т * с_ркт*_кт.

• Теплоноситель– пересыщенныйпар, которыйконденсируетсяи конденсатохлаждается:_т> _нп> _кт:

Q=Q_т–Q_кт =G_т*(i_т – i_кт)=

G_т * с_рт*(_т- _нп)+G_т*r_т + G_т* с_ркт *(_нп- _кт)=

= G_т * с_рт*_т- G_т * с_рт*_нп+ G_т * с_рт*_нп-

- G_т *с_ркт*_нп+ G_т * с_ркт*_нп- G_т * с_ркт*_кт=

= G_т * с_рт*_т- G_т * с_ркт*_кт.

Основноеуравнениетеплопередачи.

Q = K*F*t_ср* (1),

где

F - поверхностьтеплообмена;

t_ср - средний температурныйнапор;

 - время теплообмена;

К - коэффициенттеплопередачи:

(2).

Выражениядля определениякоэффициентаК

в зависимостиот способапередачи тепла.

• При передачетепла теплопроводностьюК - это коэффициенттеплопроводности,определяемыйна основе законаФурье:

(3)

• При конвективномтеплообменеК - этокоэффициенттеплоотдачи,определяемыйна основе законаНьютона:

(4),

• При передачетепла путемизлучения К - коэффициентвзаимногоизлучения с_1-2излучающихтел:

K=с_1-2= _пр*K₀*10⁸=

(5),

где

К₀- константалучеиспускания;

_пр= ₁*₂- приведеннаястепень черноты;

₁ и₂ - степеничерноты излучающихтел.

Движущаясила при прямотокетеплоносителей.

Схемапрямоточногодвижениятеплоносителей.

Рис.1.

Графикизменениятемпературысреды при прямотоке.

Рис.2

• (1),

• При(Δt_макс/Δt_мин)

  (2).

• При

  :
  (3).

Движущаясила при противотокетеплоносителей.

Схемапротивоточногодвижениятеплоносителей.

Рис.3.

Графикизменениятемпературпри противотоке.

Рис.4.

• (1).

Затемиспользуютте же соотношения(2) и (3), что и дляпрямотока, дляопределениясредней движущейсилы процесса.

Материалык лекции №7

Автоматизациякожухотрубныхтеплообменников

Схемакожухотрубноготеплообменника

снеизменяющимсяагрегатнымсостояниемвеществ.

Рис.1.

• Технологическийпроцесс:нагреваниетехнологическогопотока Gдо температурыθ^выхс помощьютеплоносителяG_тс неизменяющимсяагрегатнымсостоянием.

• Показательэффективности: θ^вых.

• Цельуправления: поддержаниеθ^вых=θ_зд.

Математическоеописание наоснове физикипроцесса.

• Движениетеплоносителейосуществляетсяпротивотокомпри заданныхθ_т^вх,θ_т^вых,θ^вых,θ^вх.

• Движущаясила процесса:

  (1),

где

.

• Тепловаянагрузка аппарата:

  (2).

• Q(дж/с)позволяетопределить G_т^эффи G^эффна основе тепловыхбалансов:

(3а);

(3б);

(4а);

(4б).

Эффективноевремя пребывания:

. (5).

Математическоеописание наоснове тепловогобаланса.

Уравнениединамики:

(6).

Уравнениестатики при

:

(7)

Наосновании (6) и(7) можно принять:

. (8).

Информационнаясхема объекта.

Рис.2.

• Возможныеуправляющиевоздействия:

  .

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможнаяуправляемаяпеременная:

  .

Анализдинамическиххарактеристикобъекта.

Уравнениединамики внормализованномвиде.

(9).

На основеэтого уравнениядинамики объектпо каналу

описываетсяматематическоймоделью апериодическогозвена 1-го порядка:

(10),

где:

; .

Объект имееттранспортноезапаздывание:

(11),

где V_труб - объем трубопроводаот Р.О. до входав аппарат.

Таким образом,в целом динамикаобъекта поканалу управленияописываетсяматематическоймоделью апериодическогозвена 1-го порядкас запаздыванием:

(12).

Анализстатическойхарактеристикиобъекта.

Изуравнениястатики выразим^выхв явном виде:

(13).

• Статическаяхарактеристикалинейна поканалам:

  .

• Статическаяхарактеристиканелинейна поканалу

  .

• Статическуюхарактеристикуможно линеаризоватьпо отношениюк Gвведениемстабилизациисоотношениярасходов:

  ,тогда получим:

(14).

• Линеаризованноепредставлениестатическойхарактеристикичерез разложениев ряд Тейлора:

(15).

• Линеаризованноепредставлениеприращениявыходной переменнойчерез приращениявсех возможныхвходных переменных:

(16).

Типоваясхема автоматизации

кожухотрубноготеплообменника.

Рис.3.

Типовоерешение автоматизации.

Типовоерешение автоматизациикожухотрубныхтеплообменниковвключает в себяподсистемырегулирования,контроля,сигнализациии защиты.

1. Регулирование.

• Регулированиетемпературы

  по подачетеплоносителяG_т - как показателяэффективностипроцесса нагреванияв кожухотрубномтеплообменнике.

2. Контроль.

• расходы - G_т,G;

• температуры -

  ;

• давление - Р_т,Р.

3. Сигнализация.

• существенныеотклонения^выхот задания;

• резкое падениерасхода технологическогопотока G, при этом формируетсясигнал «В схемузащиты».

4. Системазащиты.

Посигналу «Всхему защиты» - отключаетсямагистральподачи теплоносителяG_т.

Схемапарожидкостноготеплообменника

(с изменяющимсяагрегатнымсостояниемтеплоносителя).

Рис.1.

• Технологическийпоток (нагреваемаяжидкость) G_жподается потрубкам теплообменника.

• Теплоносительс изменяющимсяагрегатнымсостоянием(греющий пар)G_пподается помежтрубномупространству.

• Показательэффективности:

  .

• Цельуправления: поддержание

  .

Математическоеописание наоснове физикипроцесса.

• Теплопередачаот паровойфазы теплоносителя:

(1),

• Теплопередачаот жидкой фазытеплоносителя:

(2),

где:

- количествотепла, передаваемоеот паровой фазыи конденсататеплоносителяв единицу времени,дж/с;

- коэффициентытеплопередачидля паровойфазы и конденсататеплоносителя,дж/(м²*К^*с);

- поверхностьтеплопередачидля паровойфазы и конденсататеплоносителя,м²;

- средняядвижущая силапри теплопередачеот паровой фазык жидкомутехнологическомупотоку и отконденсатак жидкомутехнологическомупотоку.

• Общая тепловаянагрузкапарожидкостноготеплообменника:

(3).

• Так как

  ,то интенсивностьтеплопередачиот паровойфазы значительновыше, чем отконденсата.

• Поэтому навеличину Qвлияет величинасоотношенияF_п/F_к,которая зависитот уровняконденсата:

(4а).

где

и (4б).

• На основании(4а) общая тепловаянагрузка Qтакже будетзависеть отуровня конденсатаh_к:

(4в),

• Q(дж/с)позволяетопределить G_п^эффи G_ж^эффна основе тепловыхбалансов:

(5а);

(5б);

(6а);

(6б),

при h_к=h_эфф.

• Эффективноевремя пребывания:

. (7).

Тепловойбаланс парожидкостноготеплообменника.

Уравнениединамики:

Полагаем:пар перегретыйи конденсатохлаждается

:

(8).

Уравнениестатики при

:

(9).

Наосновании (8) и(9) а также (6а) и(4в) можно записать:

. (10),

где

,так как при P_п_кипr_п.

Материальныйбаланс по жидкойфазе

длямежтрубногопространства.

Уравнениединамики:

, (11),

Уравнениестатики при

:

(12)

Наосновании (11)и (12)

и предпочтительноеуправляющеевоздействие– G_к.

Материальныйбаланс по паровойфазе

длямежтрубногопространства.

Уравнениединамики:

(14),

гдеМ_п - мольнаямасса паровойфазы теплоносителя,кг/моль;

Р_п - давление паровойфазы теплоносителя,Па;

_п - температурапаровой фазытеплоносителя,К,

V_п - объем паровойфазы теплоносителя,м³ .

Уравнениестатики при

:

(15).

Наосновании (14)и (15)

и предпочтительноеуправляющеевоздействие - G_п.

Информационнаясхема объекта.

Рис.2.

• Возможныеуправляющиевоздействия:

  .

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныеуправляемыепеременные:

  .

• Наиболееэффективныеканалы управления:

.

Анализдинамическиххарактеристикпарожидкостноготеплообменника

какобъекта управлениятемпературой.

• Исходныеусловия:

  .

• Уравнениединамики внормализованномвиде.

(17)

• На основеэтого уравнениядинамики объектпо каналу

  описываетсяматематическоймоделью апериодическогозвена 1-го порядка:

(18),

где:

; .

• Объект имееттранспортноезапаздывание:

(19),

где V_труб - объем трубопроводаподачи параот Р.О. до входав аппарат.

• Такимобразом,в целом динамикаобъекта поканалу управленияописываетсяматематическоймоделью апериодическогозвена 1-го порядкас запаздыванием:

(20).

Анализстатическойхарактеристикиобъекта.

Из уравнениястатики выразим

в явном виде:

(21).

• Статическаяхарактеристикалинейна поотношению квоздействиямпо:

  .

• Статическаяхарактеристиканелинейна поотношению квоздействиюпо G_ж.

• Статическуюхарактеристикуможно линеаризоватьпо отношениюк G_жвведениемстабилизациисоотношениярасходов:

  ,тогда получим:

(22).

• Линеаризованноепредставлениестатическойхарактеристикичерез разложениев ряд Тейлора:

(23).

На основании(23) можно получить:

(24).

Схемаиспарителя

(кожухотрубноготеплообменникас изменяющимсяагрегатнымсостоянием

теплоносителяи технологическогопотока).

Рис.1.

Показательэффективности:h_ж - уровень жидкойфазы в трубкахиспарителя.

Цельуправления: поддержание

.

Математическоеописание наоснове физикипроцесса.

1. Общаятепловая нагрузкаиспарителяQ:

(1).

2. На основанииуравнениятеплопередачиможно записать:

и (2).

При теплопередачеот греющегопара и конденсатачерез трубкисправедливысоотношения:

и (3).

3. Общая поверхностьтеплопередачиF_тпри конденсациигреющего параопределитсякак:

F_т= F_п+ F_к (4а),

и следовательнона основании(3) и (4а) можно записать:

(4б).

4. Определение

   на основаниитепловогобаланса погреющему пару:

=G_гр*r_гр (5а);

= (5б).

5. Определение

   на основаниитепловогобаланса потехнологическомупотоку:

(6а);

(6б).

Выводыиз математическогоописания физикипроцесса:

• Общая тепловаянагрузка, отдаваемаягреющим паромзависит следующихего параметров:

(7).

• Общая тепловаянагрузка, получаемаятехнологическимпотоком, определяетследующие егопараметры:

и (8);

(9).

Математическоеописание наоснове

тепловогои материальныхбалансов процесса.

Тепловойбаланс испарителя.

Уравнениединамики:

Вразвернутомвиде при условии

и :

(10а).

• т.е. тепловыделяетсяза счет охлажденияG_грот исходнойтемпературы_грдо температурынасыщенногопара

  ,конденсациипара и последующегоохлажденияконденсатадо _к.

• тепло расходуетсяна нагреваниеG_ждо температуры

  ,испарениежидкости иотводится собразующейсяпаровой фазой.

В свернутомнаиболее общемвиде выражение(10а) преобразуетсяк виду:

(10б).

Уравнениестатики при

:

(10в)

Выводыпо тепловомубалансу процесса:

• Вцелом температурав испарителена основаниивыражений (8)и (9) зависит отследующихпараметровпроцесса:

(10г).

• Таккак температурав испарителеу поверхностираздела фаз,т.е. в зоне испарениядолжна бытьравна температурекипения, томожно полагать:

 = _ж= _п= _кип,

атемпературакипения зависитот давленияпаровой фазыв испарителе,т.е. при Р_п_кип (приэтом r_ж).

• Поэтомутемпературане может использоватьсякак показательэффективностипроцесса испарения.

• Однако,на основании(6а, 6б) температураважна дляобеспечениярасчетнойобщей тепловойнагрузки Qв испарителе,т.е. тепловогобаланса в аппарате.

• Из выражения(10г) следует, чтоосновнымипараметрами,характеризующимиданный процесс,являются:

• уровень h_жи давление Р_птехнологическогопотока в испарителе;

• уровень h_ки давление Р_грпотока греющегопара в кипятильнике;

Материальныйбаланс по жидкойфазе в испарителе

(длятехнологическогопотока)

• Уравнениединамики:

, (11),

• Уравнениестатики при

  :

(12).

• Наосновании (11)и (12) можно считать:

. (13),

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_гр.

Материальныйбаланс по жидкойфазе в кипятильнике

(дляконденсатагреющего пара).

• Уравнениединамики:

, (14),

• Уравнениестатики при

  :

(15).

• Наосновании (14)и (15) можно считать:

. (16).

• Предпочтительноеуправляющеевоздействиеявляется отборконденсатаG_к.

Материальныйбаланс по паровойфазе

длятехнологическогопотока в испарителе.

• Уравнениединамики:

(17),

где

М_п - мольнаямасса паровойфазы технологическогопотока, кг/моль;

Р_п - давлениепаровой фазытехнологического

потока, Па;

_п - температурапаровой фазытехнологического

потока, К,

V_п - объемпаровой фазытехнологического

потока, м³.

• Уравнениестатики при

  :

(18).

• Наосновании (17)и (18)можно считать:

(19),

ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_п.

Материальныйбаланс по паровойфазе для кипятильника.

Уравнениединамики:

(20),

гдеМ_гр - мольнаямасса паровойфазы греющегопара,

кг/моль;

Р_гр - давление паровойфазы греющегопара, Па;

_гр - температурапаровой фазыгреющего пара,К,

V_гр - объем паровойфазы греющегопара, м³ .

• Уравнениестатики при

  :

(21).

Наосновании (20)и (21) можно считать:

(22).

ПредпочтительноеуправляющееG_гр .

Информационнаясхема испарителя

наоснове материальногобаланса.

Рис.2.

• Возможныеуправляющиевоздействия:

.

• Возможныеуправляемыепеременные:

.

Информационнаясхема испарителя

длятипового решенияавтоматизации.

Рис.3.

• В типовомрешении автоматизациииспарителейобъект рассматриваюткак односвязныйдля основныхканалов управлениярис.3.

• Однако, наоснованиисхемы рис.3. объектможно рассматриватькак многосвязный.

• Многосвязностьобъекта спозиций физикипроцесса можнообъяснитьследующимобразом:

• При

  ; т.к. при
  

• При

  ; т.к. при
  

Типоваясхема автоматизациииспарителей.

Рис.4.

Типовоерешение автоматизациииспарителей.

1. Регулирование.

• Регулированиеуровня h_жпо подаче греющегопара G_гр - как показателяэффективностипроцесса нагреванияв испарителе.

• Регулированиедавления Р_ппо отбору паровойфазы из испарителя - для обеспеченияматериальногобаланса попаровой фазеи стабилизацииr_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.

• существенныеотклоненияh_жи Р_пот заданий;

• резкое падениерасхода технологическогопотока G_ж, при этом формируетсясигнал «В схемузащиты».

4. Системазащиты.

Посигналу «Всхему защиты» - отключаютсямагистралиподачи греющегопара G_гри отбора парадля технологическихнужд.

Материалык лекции №8

Автоматизацияпроцесса выпаривания

Движущаясила процессавыпаривания.

• Движущейсилой процессавыпариванияявляется полезнаяразность температур_полезн:

_полезн= _т- _р-ра^кип (1).

• Общаяразность температур_общ в процессе:

_общ= _т- _р-ля^кип (2).

• Общаяразность температур_общбольше полезнойразности температур_полезнна величинупотерь :

_полезн= _общ-  (3),

• Величинапотерь в процессевыпаривания:

 = _г+ _д+ _гп (4),

где - _гпотери за счетгидростатическогоэффекта; _д - температурнаядепрессия; _гп - потери температурыза счет гидравлическихпотерь в трубопроводе.

• Наоснованиивыражений (2)и (4) выражение(3) примет вид:

_полезн= _т- _р-ля^кип-( _г+ _д+ _гп) (5).

Температурнаядепрессия.

• Определение_д наосновании (1)и (5):

_д =_р-ра^кип- _р-ля^кип (6).

• Определение_д подиаграммам«Р - ».

Диаграмма«Р - »для растворови растворителей.

Рис.1.

• Издиаграммыследует, чтопри P=const_д= _р-ра^кип- _р-ля^кип

• Расчетныесоотношениядля _д:

• Дляконцентрированныхрастворовнедиссоциирующихсявеществ:

(7),

• Дляконцентрированныхрастворовдиссоциирующихсявеществ:

(8),

гдеR=8,31,дж/(моль*К);

c_к - концентрациярастворенноговещества вконцентрированномрастворе, моль/моль;

r_п^р-ля - теплота испарениярастворителя,дж/моль;

_р-ля^кип - температуракипения растворителя,К;

b - константа,определяемаяопытным путем.

Объектуправления

Схемавыпарной установкиестественнойциркуляции

с вынесеннойгреющей камерой.

1. греющаякамера;

2. - выпарной аппарат;

3. брызгоулавливатель;

4. циркуляционнаятруба

Рис.2.

• Работаустановки.

Исходныйраствор подаетсяпо трубамкипятильника1, где нагреваетсядо температурыкипения собразованиемпарожидкостнойсмеси, котораядалее поступаетв выпарнойаппарат (сепаратор)2.

В сепараторе2 парожидкостнаясмесь разделяетсяна паря растворителяи концентрированныйраствор.

Пары растворителяпроходят черезбрызгоулавливатель3 и выводятсяиз процессаиз верха сепараторав виде паровогопотока G_п.

Выделеннаябрызгоулавливателемжидкая фазаиз паров растворителявозвращаетсяв кипятильник1 по циркуляционнойтрубе 4.

Сконцентрированныйраствор в видепотока G_квыводится изниза сепаратора.

• Показательэффективностипроцесса - концентрацияконцентрированногораствора с_к.

• Цельуправления - обеспечениес_к =с_к^зд(на максимальновозможном дляданной установкизначении).

Материальныйбаланс порастворенномувеществу.

Уравнениединамики:

(1),

Уравнениестатики

:

(2)

Извыражений (1) и(2) следует:

(3),

Предпочтительноеуправляющеевоздействие:G_р.

Тепловойбаланс выпарнойустановки.

Уравнениединамики процессавыпаривания:

(5).

Уравнениестатики при

:

(6).

Ввыражениях(5) и (6) принято:

• ;

• ;

• - количествоиспаряемогорастворителя;

• - удельныетеплоемкостиисходного иконцентрированногорастворов,которые непочиняютсязакону аддитивности;

• ,

гдеq - тепловой эффектрастворения,определяемыйна основаниизакона Гесса:

,

гдеq_н иq_к - интегральныетеплоты растворенияв начале и концепроцесса.

• Наосновании (5)и (6):

(7).

Предпочтительныеуправляющиевоздействия:

• дляобеспечениятепловогобаланса процесса - расход теплоносителяG_т;

• длякосвенногорегулированияпоказателяэффективностипроцесса

  - расход исходногораствора G_р.

Втиповом решенииавтоматизации:

• длякосвенногорегулированияпоказателяэффективностипроцесса выпариванияиспользуютне температурув аппарате, атемпературнуюдепрессию:

.

Материальныйбаланс по жидкойфазе (для раствора).

Уравнениединамики:

, (8),

Уравнениестатики:

(9)

Наосновании (8) и(9):

. (10).

Предпочтительноеуправляющеевоздействие - G_к.

Материальныйбаланс по паровойфазе (для раствора).

Уравнениединамики:

(11),

гдеМ_п - мольнаямасса паровойфазы (растворителя),

кг/моль;

Р_п - давление всепараторе,Па;

_п= _к =_апп - температурав сепараторе,К,

V_п - объем паровойфазы в сепараторе,м³ .

Уравнениестатики:

(12).

Наосновании (11)и (12):

и предпочтительноеуправляющеевоздействиеG_п.

Материальныйбаланс по жидкойфазе (для теплоносителя).

Уравнениединамики:

, (14),

Уравнениестатики:

(15).

Наосновании (14)и (15):

. (16).

Предпочтительноеуправляющеевоздействие - G_кт.

Материальныйбаланс по паровойфазе (для теплоносителя).

Уравнениединамики:

(17),

гдеМ_п - мольнаямасса теплоносителя,кг/моль;

Р_т^мтр - давлениетеплоносителяв межтрубном

пространствекипятильника,Па;

_т - температуратеплоносителя,К,

V_т^мтр - объем паровойфазы теплоносителяв

межтрубномпространствекипятильника,м³ .

Уравнениестатики:

(18).

Наосновании (17)и (18):

(19).

ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_т.

Информационнаясхема процессавыпаривания.

Рис.3

• Возможныеуправляющиевоздействия:

  .

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

  - удельныетеплоемкостипотоков с_рiи теплота испарениярастворителяr_п .

• Возможныеуправляемыепеременные:

  .

• Наоснованиирис.3 выпарнаяустановкаявляется сложныммногосвязнымобъектом повозможнымуправляющимвоздействиям

  .

Типоваясхема автоматизациипроцесса выпаривания.

Рис.4.

Типовоерешение автоматизациипроцесса выпаривания.

5. Регулирование.

• Регулированиетемпературнойдепрессии Δ_дпо подаче исходногораствора G_р - как параметра,косвеннохарактеризующегопоказательэффективностипроцесса выпариванияс_к.

• Регулированиедавления всепаратореР_п^апппо отбору пароврастворителяG_п - для обеспеченияматериальногобаланса попаровой фазе.

• Регулированиеуровня в сепаратореh_кпо отборуконцентрированногораствора G_к - для обеспеченияматериальногобаланса пожидкой фазе.

• Стабилизациярасхода теплоносителяG_т- для обеспечениятепловогобаланса установки

6. Контроль.

• расходы - G_т,G_р,G_к,G_п;

• температуры -

  ;

• давление - Р_п^апп,Р_т;

• уровеньконцентрированногораствора ваппарате - h_к;

7. Сигнализация.

• существенныеотклонения

  от задания;

• Прекращениеподачи исходногораствора G_р, при этом формируетсясигнал «В схемузащиты».

8. Системазащиты.

Посигналу «Всхему защиты» - открываетсямагистральG_п,отключаетсяподача теплоносителяи отбор концентрированногораствора.

СОДЕРЖАНИЕ

Материалык лекции №15

Материалык лекции №212

Материалык лекции №321

Материалык лекции №426

Материалык лекции №535

Материалык лекции №644

Материалык лекции №754

Материалык лекции №870

МинистерствообразованияРоссийскойфедерации

Санкт-Петербургскийгосударственныйтехнологическийинститут

(техническийуниверситет)

Кафедраавтоматизациипроцессовхимическойпромышленности

Г.В.Иванова

«Автоматизациятехнологическихпроцессов

основныххимическихпроизводств»

Методическиематериалы покурсу лекций

(вдвух частях)

Часть2.

2003г.

УДК 66-52:66(075)

ИвановаГ.В. Автоматизациятехнологическихпроцессовосновных химическихпроизводств:Методическоепособие. Часть2 / СПбГТИ(ТУ).-СПб.,2003.- 70с.

Методическоепособие предназначенодля курса лекцийпо учебнойдисциплине«Автоматизациятехнологическихпроцессовосновных химическихпроизводств»,являющейсядисциплинойспециализации210201 – «Автоматизациятехнологическихпроцессовхимическойпромышленности»учебного планапо специальности210200.

Пособие разработанов виде методическихматериалов,используемыхпри чтениилекций по дисциплине.

Часть 2 методическогопособия включаетв себя физико-химическиеосновы технологическихпроцессов,технологическиесхемы рассматриваемыхобъектов управления,математическиеописания объектовуправления,постановкузадачи автоматизации,типовые схемыавтоматизации,типовые решенияавтоматизациидля массообменныхи реакторныхпроцессов.

Утвержденона заседанииметодическойкомиссии факультетаИнформатикии управления23 июня 2003г., протокол№ 6.

1. Материалы клекции №9

Общаяхарактеристикамассообменныхпроцессов

Виддиаграммыравновесия

длясистемы с 3 степенямисвободы

c₁^*=f(c₂)приθ=constиP=const;

Рис.2.

На диаграммеобозначено:

• c₁ - концентрациякомпонентав газовой фазе,c_y.

• c₂ - концентрациякомпонентав жидкой фазе,c_х.

• приc_х=c₂,равновесноезначениеконцентрациив газовой фазебудет c_y^*= c₁^*.

Виддиаграммыравновесия

длясистемы с 2 степенямисвободы

c₁^*=f(c₂)приР=const.

Рис.3.

• Каждаяточка кривойрис.3 соответствуетравновесномусостоянию приразличныхтемпературах.

• Отношениеконцентрацийфаз при равновесииназываюткоэффициентомраспределения:

(3).

• Графическиmможно определить:

  ,

т.е.как тангенсугла наклонакасательнойк линии равновесия,если она нелинейна,

иликак тангенсугла наклонасамой линииравновесия,если она линейна.

Уравнениерабочей линиипроцесс массопередачи

припротивотокераспределяющихвеществ.

Схемадвиженияраспределяющихсявеществ

противотоком:

G₁ c₁

с1н с1к

с2к с2н

G₂ c₂

Рис.1.

Материальныйбаланс процессапо целевомукомпонентуможно записатьв виде:

(1),

или

(2).

Дляпроизвольногосечения аппаратас концентрациямис₁ ис₂ можнозаписать:

(3а).

или

(3б).

Выразимиз (3б) зависимостьс₁ = f(с₂):

(4).

• Выражение(4) - уравнениерабочей линии(рабочих концентраций)массопередачи.

• Этоуравнениепрямой с

  .

• Рабочаялиния всегоаппарата ограниченаточками скоординатамис_1н ,с_1к ,с_2н ,с_2н .

Видрабочей линии

припротивотокераспределяющихвеществ.

Рис.2.

Уравнениерабочей линиипроцесса припрямотоке

распределяющихвеществ.

Схемадвиженияраспределяющихсявеществ

прямотоком:

G₁ c₁

с1н с1к

с2н с2к

G₂ c₂

Рис.3.

Материальныйбаланс процессапо целевомукомпонентуможно записатьв виде:

(5),

или

(6).

Дляпроизвольногосечения аппаратас концентрациямис₁ ис₂ можнозаписать:

(7а)

или

(7б).

Выразимиз (7б) зависимостьс₁ = f(с₂):

(8).

• Выражение(8) - уравнениерабочей линии(рабочих концентрациймассопередачи)при прямотокераспределяющихвеществ.

• Этоуравнениепрямой с

  .

• Рабочаялиния всегоаппарата ограниченаточками скоординатамис_1н ,с_1к ,с_2н ,с_2н .

Видрабочей линии

припрямотокераспределяющихвеществ.

Рис.4.

Диаграммас₁-с₂при расположениирабочей линии

вышеравновесной.

Рис.1.

• Из диаграммырис.1 следует:

• Это означает,что целевойкомпонентбудет переходитьиз фазы G₁ вфазу G₂.

Диаграммас₁-с₂при расположениирабочей линии

нижеравновесной.

Рис.2

• Из диаграммырис.2. следует:

• Это означает,что целевойкомпонентбудет переходитьиз фазы G₂ вфазу G₁.

Средняядвижущая силапроцессовмассопередачи.

• при

  :

(1).

• при

  :

(2).

Основноеуравнениемассопередачи.

(1),

где М - массапереносимоговещества, кг/с;

К - коэффициентмассопередачи,

∆_ср - средняядвижущая силапроцессамассопередачи.

• Определениедвижущей силыпо каждой изфаз:

• 
  

(2),

(3),

где

∆_ср^yи ∆_ср^x - средние движущиесилы, в фазахy и x;

K_yи K_x - коэффициентымассопередачидля фаз yи x.

2. Материалы клекции №10

Автоматизацияпроцессакристаллизации

Системас резким возрастаниемрастворимости.

Рис.1.

1. - c^*=f() - кривая растворимости,характеризующаяравновесиеконцентрированногораствора приизменении .

2. - с^п=f() - линия условнойграницы метастабильнойобласти.

А - неустойчивая,лабильнаяобласть массовогообразованияцентров кристаллизации;

Б - относительноустойчиваяметастабильнаяобласть образованияи растворениякристаллов;

В - область ненасыщенныхрастворов.

Системас плавным изменениемрастворимости.

Рис.2.

• Переходв областьпересыщенныхрастворовпроисходиттолько призначительномохлаждении.

• Приэтом выделяетсянезначительноеколичествотвердой фазы.

• Рекомендуемыйспособ кристаллизации - получениес^пудалениемчасти растворителяиз раствора.

• Рекомендуемыйметод кристаллизации -вакуум-кристаллизация.

Системас незначительнымизменением

растворимости.

Рис.3.

• Рекомендуемыйспособ кристаллизации - получениес^ппутем выпариваниярастворителяиз раствора.

• Рекомендуемыйметод кристаллизации - изотермическаякристаллизация.

• Изотермическаякристаллизация - это кристаллизация с удалениемчасти растворителяиспарениемили вымораживанием.

Системас незначительнымизменением

растворимости.

Рис.3.

• Рекомендуемыйспособ кристаллизации - получениес^ппутем выпариваниярастворителяиз раствора.

• Рекомендуемыйметод кристаллизации - изотермическаякристаллизация.

• Изотермическаякристаллизация - это кристаллизация с удалениемчасти растворителяиспарениемили вымораживанием.

Кинетикапроцессакристаллизации.

Скоростьобразованияцентров кристаллизации:

,

где

- числочастиц, образующихсяв единице объемав единицу времени;

К_N,К_N⁰ - константы,

,

E_N - энергия активациизародышеобразования,(кдж/кг);

С^пи С^* - концентрациипересыщенногои насыщенногорастворов,(кг/м³);

m=2 - 4 - кинетическийкоэффициент,зависящий оттипа кристаллизующегосявещества.

Качественнаяхарактеристикаскорости ростакристаллов.

Зависимостискоростикристаллизацииот времени.

Рис.4.

1. -

   ;

2. -

   ;
   .

t₀ - t₁ - индукционныйпериод, т.е. периодподвижногоравновесиязародышей сраствором.

Кривая1 - при большойстепени пересыщенияимеет резкиймаксимум скоростипроцесса вмомент t_max.

Кривая2 - при малойстепени пересыщенияимеет пологиймаксимум втечение времениt₂ - t₃.

Количественныеоценки скоростироста кристалловна основаниидиффузионнойтеории.

• Процессвстраиваниямолекул в кристаллыидет с большойскоростью икинетика процессаопределяетсяскоростьюподвода веществак поверхностикристалла:

(1),

где

• - коэффициентмассоотдачи,кг/м²*с;

С^п-С^*=,(кг/кг);

F - поверхностькристалла,(м²).

Для аппаратовс мешалкамикоэффициентмассоотдачи зависитот следующихпараметров:

,

где

а - характеристическийразмер кристалла;

n - число оборотовмешалки, об/мин;

d_м - диаметр мешалки,м.

• Процессподводавещества кповерхностикристалла идетс большой скоростью.Кинетика процессаопределяетсяскоростьювстраиваниямолекул в кристалл:

(2),

где

К_B - константаскорости встраиваниямолекул в кристалл;

n - эмпирическаяпостоянная.

• Обапроцесса протекаютс соизмеримымискоростями:

(3),

где

К - общийкоэффициентскорости процесса,определяемыйиз соотношения:

.

Учитывая,что К=f(,K_B), а=f(n),в целом можносчитать:

.

Такимобразом, скоростьроста кристалловопределяетсяповерхностьюкристалла,движущей силойпроцесса искоростьюмешалки.

Объектуправления

Изогидрическийкристаллизаторнепрерывногодействия смешалкой.

Рис.5.

В схеме принято:

G_с=G_мр+G_кр; _мр= _кр= _с=;

С_кр= 1, т.е. кристаллычистые.

Работа объекта

Исходныйгорячий насыщенныйраствор подаетсясверху в аппарат,где охлаждаетсяс помощьюхладоносителя,подаваемогов рубашку истановитсяпересыщенным.

В результатепересыщенияраствора и приинтенсивномперемешиваниипроисходиткристаллизацияцелевого компонентаиз растворас образованиемкристаллов(М_крG_кр).

При этомконцентрацияраствора понижаетсяи оставшаясяжидкая фазаG_мрв смеси с G_крв виде потокасуспензии G_cвыводится изпроцесса.

Показательэффективностипроцесса - диаметр кристаллов,d_кр.

Цель управленияпроцессом - обеспечениеd_кр =d_кр^зд.

Материальныйбаланс по всемувеществу

Уравнениединамики:

(1).

Уравнениестатики при

:

(2).

Материальныйбаланс покристаллизуемомувеществу.

Уравнениединамики:

(3).

Уравнениестатики при

:

(4).

• Вуравнение (4)подставимвыражение

  из (2) и полагаемС_кр=1:

(5).

• Из(5) выразим G_крв явном виде:

(6).

• Выражение(6) представляетG_крна основематериальногобаланса процессакристаллизации.

• Но

  ,которое определяетсяна основе физикипроцессамассопередачи:

(7),

где

- числокристаллов,которое образуется

за время_прв объеме V_с;

- изменениемассы одногокристалла вед. времени,кг/с.

• Таккак

  и
  ,а также
  ,то на основефизики массопередачиможно считать:

.

• В целом,на основании(6) и (7) можно записать:

.

Математическоеописание дляразмера частиц.

• На основаниидиффузионнойтеории и правилаМак-Бена скоростьроста кристалловможно представитьчерез радиусчастиц:

(9),

где

(10);

r - радиус кристалла,м; t - время, с;

К,К₀ - константы,

;

С^п,С^* - концентрациипересыщенногои насыщенногорастворов,кг/м³;

Е_а - энергия активации,кдж/кг;

• - температура,К;

R - универсальнаягазовая постоянная,кдж/кг*К.

• Наосновании (9)и (10) - диаметркристалламожно представить:

.

• Еслипроцесс кристаллизациивести при = const = _зди обеспечитьС_н=const, то С^пи С^*будут предопределены,т.к. системаимеет 2 степенисвободы (s=2).

• Такимобразом, d_кр=d_кр^здможно обеспечитьстабилизациейпри условииС_н=const.

Тепловойбаланс процессакристаллизации.

Уравнениединамики:

(11).

Можнопринять = _мр= _кр= _с.

Уравнениестатики при

:

(12).

• Наосновании (11)и (12) можно считать:

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_хл.

Информационнаясхема кристаллизатора

Рис.6.

• Основныерегулируемыепеременные:

  ;

• Возможныерегулирующиевоздействия:

  

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

.

• В целом,кристаллизаторявляется сложныммногосвязнымобъектом.

Типоваясхема автоматизациипроцессакристаллизации

Рис.7.

1. Регулирование.

• Регулирование в аппарате поподаче хладоагентаG_хл - обеспечиваеткосвенноерегулированиепоказателяэффективностипроцесса: =f(d_кр).

• Регулированиеhпо отбору маточногораствора G_мр - для обеспеченияматериальногобаланса пожидкой фазе.

• Стабилизациярасходаисходногораствора G_р - для обеспечениязаданнойпроизводительностиустановки.

2. Контроль.

• Расходы:

  .

• Температуры:

  .

• Уровень:h.

3. Сигнализация.

• Значительныеотклонениятемпературы от задания.

3. Материалы клекции №11

Автоматизацияпроцесса абсорбции

Равновесиев процессеабсорбции.

• Числостепеней свободыдля системыбинарныйгаз+жидкость:

S= k – f + 2=3-2+2=3.

• Переменныедля даннойсистемы: температура,давление Р;концентрацииС.

• Равновесиетакой системыпри постоянныхи Р описываетсязаконом Генри:

(1),

гдеm - коэффициентраспределения:

(2),

гдеЕ - константаГенри:

(3),

гдеq - дифференциальнаятеплота растворения;R - универсальнаягазовая постоянная;С - константа.

• Наосновании (2)и (3) коэффициентраспределенияmзависит от Pи следующимобразом: приР,m; при,Е . m.

• Следовательно,растворимостьгаза в жидкостина основании(1), определяемаякак:

  ,увеличиваетсяс увеличениемдавления Ри уменьшениемтемпературы.

ВлияниеРи насреднюю движущуюсилу процессаабсорбции.

(фазовыедиаграммы припротивотокераспределяющихвеществ)

Рис.1.

1. ПриР₁и ₁, Δ_ср1;2 - ПриР₂> Р₁, Δ_ср2; 3 - При₃> ₁, Δ_ср3

Результатыанализа диаграмм:

• Δ_ср=f(,Р, с_гн, с_гк, с_ан, с_ак);

• Δ_ср2> Δ_ср1; при Р→Δ_ср;

• Δ_ср3ср1; при →Δ_ср

Влияниенаправлениядвижения потоков

насредние движущиесилы процессаабсорбции.

Рис.2а.

1. - рабочаялиния процессаабсорбции припротивотокераспределяющихвеществ;

2. -рабочаялиния процессаабсорбции припрямотокераспределяющихвеществ;

3. -равновеснаялиния процессаабсорбции.

Движениераспределяющихвеществ противотоком.

Рис.2б.

• С_аизменяетсяот С_а^minдо С_а^max1, (

  ).

• Движущаясила:

  .

Движениераспределяющихвеществ прямотоком.

Рис.2в.

• С_аизменяетсяот С_а^minдо С_а^max2, (

  ).

• Движущаясила:

  .

• Выводыпо характеристикамсхем противотокаи прямотока:

1. -

   ; 2. -
   .

Кинетикапроцесса абсорбции.

Уравнениямассопередачив процессеабсорбции:

(4а),

или

(4б),

где

М_г^а - масса распределяемогокомпонента,переходящаяиз газа в абсорбентв единицу времени,кг/ч;

F - поверхностьмассопередачим²;

и ;

и ;

К_г, К_а - коэффициентымассопередачи,

;

; ,

где

_г - коэффициентмассоотдачиот потока газак поверхностиконтакта фаз,кг/(м²*ч);

_а - коэффициентмассоотдачиот поверхностиконтакта фазк потоку абсорбента,кг/(м²*ч).

Схеманасадочногоабсорбера.

Рис.6.

Объектуправления

Схемаабсорбционнойустановки.

1, 2 –холодильники;3 – абсорбционнаянасадочнаяколонна.

Рис.5.

Работасхемы.

Исходнаягазовая смесьG_г и абсорбентG_а в холодильниках1 и 2 охлаждаютсядо заданныхтемператур_г⁰и _а⁰и противотокомподаются вколонну 3.

Вколонне 3 происходитизвлечениецелевого(распределяемого)компонентаиз исходнойгазовой смесис помощью жидкогоабсорбента.

Врезультатемассообменногопроцесса междугазовой и жидкойфазами получают:

• внизу колонны - насыщенныйабсорбент G_нас концентрациейцелевого(распределяемого)компонентас_на;

• вверху колонны - обедненнуюгазовую смесьG_огс концентрациейцелевого(распределяемого)компонентас_ог.

Показательэффективностипроцесса - концентрацияраспределяемогокомпонентав обедненнойгазовой смесис_ог.

Цельуправления - обеспечениес_ог = с_ог^здна минимальновозможном дляданной установкизначении.

Материальныйбаланс по целевомукомпоненту.

• Материальныйбаланс по целевомукомпонентув газовой фазе.

Уравнениединамики:

(1),

гдеМ_г^на - масса целевогокомпонента,переходящаяиз газовой фазыв жидкую в единицувремени, кг/ч.

Уравнениестатики

:

(2).

Извыражений (1) и(2) следует, что:

(3),

гдеМ_г^на - определяетсяуравнениеммассопередачи.

• Материальныйбаланс по целевомукомпонентув насыщенномабсорбенте.

Уравнениединамики:

(4).

Уравнениестатики

:

(5).

Из выражений(4) и (5) следует,что:

(6),

гдеM_г^на - определяетсяуравнениеммассопередачи.

• Материальныйбаланс по общемуколичествуцелевого компонентав процессеабсорбции.

Уравнениединамики:

(7),

Уравнениестатики

:

(8).

Наосновании (7) и(8):

(9).

Аналогично,можно получить:

(10).

Материальныйбаланс по жидкойфазе.

Уравнениединамики:

, (11),

Уравнениестатики:

(12)

Наосновании (11)и (12):

. (13).

Материальныйбаланс по газовойфазе.

• Уравнениединамики:

(14),

где М_ог - мольная массаобедненнойгазовой смеси,

кг/моль;

Р_ог - давление вколонне, Па;

_ог - температурав колонне (погазовой фазе),К,

V_ог - объем газовойфазы в колонне,м³ .

• Уравнениестатики:

(15).

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

(16),

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_ог.

Тепловойбаланс в абсорбере.

• Уравнениединамики дляхолодильника1:

(17).

• Уравнениестатики при

  :

(18).

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

(19).

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_хл1.

• Уравнениединамики дляхолодильника2.

(20).

• На основании(20) можно считать:

(21).

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_хл2.

Информационнаясхема для установкис показателемэффективностис_ог.

Рис.7

• Возможныеуправляющиевоздействия:

  .

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныеуправляемыепеременные:

  .

Схемаабсорбционнойколонны какмногосвязного

объектапри показателеэффективностис_ог.

Рис.8

Информационнаясхема для установкис показателемэффективностис_на.

Рис.9

• Возможныеуправляющиевоздействия,контролируемыеи неконтролируемыевозмущенияте же, что и всистеме споказателемэффективностис_ог.

• Возможныеуправляемыепеременные:

  .

Схемаабсорбционнойколонны какмногосвязного

объектапри показателеэффективностис_на.

Рис.10.

Типоваясхема автоматизациипроцесса абсорбции.

Рис.11.

1. Регулирование.

• Регулированиес_огпо подаче абсорбентаG_а - как показателяэффективностипроцесса абсорбции.

• Регулированиедавления верхаколонны Р_в= Р_огпо отбору обедненнойгазовой смесиG_ог - для обеспеченияматериальногобаланса погазовой фазе.

• Регулированиеуровня h_напо отборунасыщенногоабсорбентаG_на - для обеспеченияматериальногобаланса пожидкой фазе.

• Регулированиетемпературыисходныхматериальныхпотоков газа_г⁰и абсорбента_а⁰по подачехладоагентовG_хл1и G_хл2соответственно - для обеспечениятепловогобаланса установки.

• Стабилизациярасхода исходнойгазовой смесиG_г- для обеспечениязаданнойпроизводительностиустановки.

2. Контроль.

• расходы - G_г,G_а,G_ог,G_на,G_хл1,G_хл2;

• температуры -

  ;

• давление - Р_в,Р_н,Р;

• уровеньнасыщенногоабсорбента - h_на;

• концентрация - с_ог.

3. Сигнализация.

• существенныеотклоненияс_огот с_ог^зд;

• значительноеповышение Р_в> Р_пред, при этом формируетсясигнал «В схемузащиты».

4. Системазащиты.

Посигналу «Всхему защиты» - открываетсямагистральG_ог,закрываютсявсе остальныемагистрали.

4. Материалык лекции №12

Автоматизацияпроцесса сушки

Основныепараметрысушильногоагента и материала,как влагоносителей.

Относительнаявлажностьсушильногоагента :

(1).

НаоснованииуравненияМенделеева-Клапейронаможно получить:

(3).

Относительнаявлажностьматериала  - это

отношениемассы влагиМ_влк общей массевлажного материалаМ=М_см+ М_вл, или к массеабсолютносухого материалаМ_см:

• Влажность,отнесеннаяко всему веществу:

,где М=var

• Влажность,отнесеннаяк массе абсолютносухого материала:

, где М_см=const.

Диаграммыравновесияпри сушке.

Диаграмма

при = *.

Надиаграммепринято ₁^*>₂^*>₃^*.

Рис.1.

Из диаграммыследует:

• При

  ^* - эффективностьсушки повышается;

• При* - эффективностьсушки повышается.

Диаграмма*=f()при =const.

Рис.2.

• На рис.2.приведены: 1 - диаграмма при₁; 2- диаграммапри ₂;

3. -диаграммапри ₃.

• Приусловии, что₁₂₃

• Издиаграммыследует: При

  . При
  

Диаграмма- равновеснойи рабочей линий

процессасушки при прямотокеG_ми G_са

(приразличныхтемпературах).

Рис.4.

• На диаграммепредставлены:1 - Равновеснаялиния =f()при ₁;

2 -Равновеснаялиния =f()при ₂.3 - Рабочая линия - .

• Надиаграммепринято: ₂> ₁.

• Издиаграммырис.4 следует:

. При _ср. При

Кинетикапроцесса сушки.

• Уравнениемассопередачи1-го периодасушки с постояннойскоростью (Т₁):

(1),

где

• К=_са - коэффициентмассоотдачиот поверхностиконтакта вгазовую фазу;

• - средняядвижущая силапроцесса посушильномуагенту, где
  .

• Первыйпериод сушкисоответствуетизменениювлажностиматериала от

  .

• При

  наступает 2-ойпериод сушки.

• Уравнениемассопередачи2-го периодасушки с уменьшающейсяскоростью (Т₂):

(2),

где

• К - коэффициентмассопередачиот материалак поверхностиконтакта фаз;

• ;
  .

• Второйпериод сушкисоответствуетизменениювлажностиматериала от

  .

Криваяскорости сушки.

Рис.5.

Возможныследующиесоотношенияпериодов сушки:

1. Т_сушки= Т₁

2. Т_сушки= Т₂

3. Т_сушки= Т₁+ Т₂.

• Прианализе равновесиямы рассмотрелипроцесс сушки,характеризующийсяпервым периодом и уравнениеммассопередачи(1).

Объектуправления.

Схемабарабаннойсушилки прямоточногодействия

1. - топка;2 - смесительнаякамера; 3 - сушильныйбарабан;

5. - циклон;6 - вентилятор

Рис.6.

Газообразноетопливо G_тподается спервичнымвоздухом G_пвчерез горелкив топку 1, гдесжигается дляполучениясушильногоагента.

Формированиесушильногоагента осуществляетсяв смесительнойкамере 2, кудаподается вторичныйвоздух G_вв.

Влажныйматериал подаетсяс помощьюавтоматическогодозатора 7 всушильныйбарабан 3. Барабаннаклонно расположени вращаетсясо скоростью4-5 об/мин, так чтоматериал перемещаетсявдоль барабанаи высушиваетсяк моменту попаданияв бункер 4 доопределеннойвлажности _см.

Сухойматериал G_смотгружаетсяиз бункера 4автоматическимдозатором 7.

Отработанныйсушильный агентG_сав циклоне 5 очищаетсяот пыли и вентилятором6 выводится изпроцесса.

Показательэффективностипроцесса - влажностьсухого материала_см.

Цель управленияпроцессом - поддержание_см =_см^зд.

Структурнаясхема топкии смесительнойкамеры.

Рис.7.

• Материальныйбаланс по газовойфазе.

Уравнениединамики:

(1),

Уравнениестатики:

. (2)

• Тепловойбаланс.

Уравнениединамики:

(3).

Уравнениестатики:

(4)

Информационнаясхема топки

исмесительнойкамеры.

Рис.8.

• - возможныенеконтролируемыевозмущения;

• - возможныеконтролируемыевозмущения;

• - возможныеуправляющиевоздействия.

• Выводыпо анализутопки и смесительнойкамеры какобъекта управления:

;

.

Структурнаясхема сушильногобарабана.

Рис.9.

Материальныйбаланс по твердойфазе.

• Уравнениединамики:

, (5),

где h_м- высота слояматериала вбарабане;

S_апп - сечение аппарата;

_м - плотностьматериала;

W_м^са - количествовлаги, удаляемойв процессесушки из материалав единицу времени,кг/с.

• Уравнениестатики:

(6).

• На основании(5) и (6) можно принять:

.

• В типовойсхеме автоматизациистабилизируютG_вм и G_см,что обеспечиваеттакже стабилизациюh_м

Материальныйбаланс по газовойфазе.

• Уравнениединамики:

(7),

где

М_са^б - мольная массасушильногоагента в барабане,

кг/моль;

Р_са^б - разрежениев барабане, Па;

_са^б - температурав барабане (погазовой фазе),К,

V_са^б - объем газовойфазы в барабане,м³.

• Уравнениестатики:

(8).

• На основании(7) и (8) можно считать:

.

• Предпочтительнымуправляющимвоздействиемявляется G_са^вых.

Тепловойбаланс в сушильномбарабане.

• Уравнениединамики:

(9).

• Уравнениестатики при

  :

(10).

• В выражениях(9) и (10) принимаем:

;

r - удельная теплотаиспарения влаги, дж/кг.

• На основании(9) и (10) можно принять:

(11),

где

(12).

Материальныйбаланс по количествувлаги в материале.

• Уравнениединамики:

(13),

• Уравнениестатики

  :

(14).

• Из выражений(13) и (14) следует,что:

(15),

где W_м^са - определяетсяуравнениеммассопередачи.

Материальныйбаланс по количествувлаги в сушильномагенте.

• Уравнениединамики:

(16).

• Уравнениестатики

  :

(17).

• Из выражений(16) и (17) следует,что:

(18).

Материальныйбаланс по общемуколичествувлаги в процессесушки.

• Уравнениединамики:

(19),

где

.

• Уравнениестатики

  :

(20).

• На основаниивыражений (19)и (20) можно считать:

(21).

• При анализетопки мы получили:

(22).

Из всехвозможныхуправляющихвоздействий,перечисленныхв выражениях(21) и (22), для регулированияконечной влажностиматериаланаиболееинформативнымявляется расходтоплива G_т.

Информационнаясхема сушильногобарабана.

Рис.10.

• Возможныеуправляющиевоздействия:

.

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

.

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

.

• Возможныеуправляемыепеременные:

.

• Сушильныйбарабан являетсясложным многосвязнымобъектом.

Типоваясхема автоматизациипроцесса сушки.

Рис.11.

1. Регулирование.

• Регулирование_смпо подаче топливаG_т - как показателяэффективностипроцесса сушки.

• Регулированиесоотношениярасходов топливаG_ти первичноговоздуха G_пвпо подаче первичноговоздуха

  - для обеспеченияэффективностисгорания топлива.

• Регулированиетемпературысушильногоагента на входев барабан _са^вхпо подаче вторичноговоздуха G_вв.

• Регулированиеразреженияв барабанеР_са^бпо отборуотработанногосушильногоагента G_са^вых - для для обеспеченияматериальногобаланса погазовой фазе.

• Стабилизациярасходов влажногои сухого материалаG_вми G_смавтоматическимидозаторами - для обеспеченияматериальногобаланса потвердой фазе.

2. Контроль.

• расходы - G_т,G_пв,G_вв,G_вм,G_см;

• температуры -

  ;

• разрежение - Р_б;

• влажность - _см(_к).

3. Сигнализация.

• существенныеотклонения_смот _зд;

• значительноеповышение_са^вх;

• Незапланированноеотключениепривода, приэтом формируетсясигнал «В схемузащиты».

4. Системазащиты.

По сигналу«В схему защиты» - прекратитьподачу материалаи топлива всушильныйагрегат.

5. Материалы клекции №13

Автоматизацияпроцесса ректификации(ч.1)

Диаграммаравновесия«θ– x– y»при Р=const.

Рис.1.

• Смесьдвухкомпонентная:компонент А - низкокипящий;компонент В - высококипящий.

• Диаграммапозволяетопределять:

• θ_xи θ_y - для любогосостояниясмеси при заданномР;

• x и y - длялюбой температурысмеси.

• Поданным диаграммы«θ – x – y »может бытьпостроенадиаграммаравновесия« x– y» при Р=const.

Диаграммаравновесия« x– y» при Р= const.

Рис.2.

• Наосях y и x откладываютзначения y_Аи x_Асоответствующие100% содержаниюкомпонентаА в паровой ижидкой фазахсоответственно;

• ДиагональОА соответствуетсоставам смесиy_А = x_А.

• Расположениеравновеснойлинии вышедиагоналиозначает, чтопары обогащенынизкокипящимкомпонентом.

• Чемближе линияравновесияк диагонали,тем меньшеразница составовжидкой и паровойфаз и тем труднееразделяетсясмесь приректификации.

Схемаколонны ректификациидля математического

описаниярабочих линийпроцесса.

Рис.3.

Обозначенияпараметровпроцесса:

• G_f,G_фл,G_д,G_к- расходы питания,флегмы, дистиллята,куба;

• x_f,x_д,x_к- молярные составысоответствующихпотоков;

• R=G_фл/G_д- флегмовоечисло.

Расчетрабочего флегмовогочисла.

,

где x_f- заданный составжидкой фазыпотока питания;

y_f - соответствующийему равновесныйсостав паровойфазы потокапитания.

Рабочеефлегмовое числонаходят изсоотношений:

R=1,3*R_min+0,3

или

R=σ*R_min,

гдеσ=1,2-2,5 - коэффициентизбытка флегмы.

Уравнениерабочей линииверхней (укрепляющей)части колонны.

(1),

гдеy,x- составы паровойи жидкой фазверха колонны,молярные доли;x_д - состав дистиллята.

Обозначим:

.

Уравнениерабочей линиинижней (исчерпывающей)части колонны.

(2),

где

.

Обозначим:

;

Построениерабочих линийпроцессаректификации.

Рис.4.

• 1 - Равновеснаялиния процессаректификации;

• 2 - Линия равныхконцентрацийпаровой и жидкойфаз компонентаА в колонне.

• Составыпаровой и жидкойфаз в верхнейи нижней частяхколонны равны,т.е соответствуютлинии 2.

• По x_днаходят точкуС.

• По x_кнаходят точкуА.

• По x_fпроводят вертикаль.

• По оси yоткладываютвеличину

  из соотношения(1) и получаютточку D.

• Получаютточку М напересеченииСD с вертикальюот x_f.

• ПолучаютСМ - рабочуюлинию верхаколонны.

• ПроводятМА - рабочуюлинию низаколонны.

Диаграмма«Рабочая линия-линияравновесия»

процессаректификации.

Рис.7.

• 1– равновеснаялиния процессабинарнойректификации;

• 2– Линия равныхконцентрацийв паровой ижидкой фазах

• ЛинияСМ – рабочаялиния верхаколонны спараметрами:

  ;
  

• ЛинияМА – рабочаялиния низаколонны спараметрами:

; ; .

Анализдиаграммы«Рабочая линия- линия равновесия».

• Подиаграммеопределяютследующиепараметры:

• Числоступеней разделения,число теоретическихтарелок n_ти число реальныхтарелок

  ,где η - к.п.д. тарелки.

• Движущуюсилу процессав любых точкахколонны:

, ,что соответствуетнаправлениюмассопередачи ,и .

• Движущиесилы

  зависят:

• отрежимных параметровпроцесса,определяющихположениеравновеснойкривой (Р и θ);

• отx_f , x_д,x_к - определяющихположениерабочей линиипроцесса;

• отR=G_фл/G_д и

  ,т.е. от G_фл,G_д, G_f;

• оттепловых параметровG_f.

• Требуемуюдвижущую силупроцессаректификацииможно обеспечить:

• стабилизациейрежимных параметровР или θ;

• стабилизациейпараметровпотока питанияG_fи θ _f;

• стабилизациейили изменениемфлегмовогочисла R=G_фл/G_д.

Объектуправления

Схемаректификационнойустановки.

1. - ректификационнаяколонна; 2 - подогревательпотока питания;

1. - кипятильник;4 - конденсатор(дефлегматор);5 - флегмоваяемкость.

Рис.8.

Описаниеустановки.

Объектуправления - ректификационнаяустановка длявыделения изисходной жидкойсмеси целевогокомпонентав составе дистиллята.

Процессмассопередачипроисходитна тарелкахукрепляющей(верхней) иисчерпывающей(нижней) частейколонны в результатевзаимодействияжидкой и паровойфаз, движущихсяв колоннепротивотоком.

Движущаясила - разностьмежду равновеснойи рабочейконцентрациямицелевого компонентав жидкой илипаровой фазе:

и соответственно.

Работаустановки.

Исходнаясмесь G_п(G_xf)нагреваетсяв подогревателепотока питания2 до температурыкипения θ_п⁰и подаетсяв колонну 1 натарелку питания(i=f).

Исходнаясмесь стекаетпо тарелкамнижней частиколонны в видежидкостногопотока G_xв куб колонны,участвуя вмассообменномпроцессе спаровым потокомG_y.

Изкуба колоннывыводитсякубовый продуктG_куб.Часть кубовогопродукта подаетсяв кипятильник3, где испаряетсяс образованиемпарового потокаG_y0, который подаетсяв низ колонны.

Паровойпоток поднимаетсявверх колонны,контактируяс жидким потоком и обогащаясьцелевым компонентом.

Обогащенныйцелевым компонентомпаровой потокG_ynвыводится изверха колонныи подается вдефлегматор4, где конденсируется.

Конденсатсобираетсяво флегмовойемкости 5.Из сборникафлегмы отбираетсядва потока:

• потокдистиллятаG_д- целевой продукт;

• потокфлегмы G_фл - жидкая фаза,используемаядля орошенияверха колонны.

Показательэффективностипроцесса с_д - концентрациядистиллята.

Цельуправленияпроцессом - обеспечение с_д.=с_д^зд_.

6. Материалы клекции №14

Автоматизацияпроцесса ректификации(ч.2).

Структурнаясхема ректификационнойустановки.

Рис.1.

Математическоеописание низаколонны

Структурнаясхема куба икипятильника.

Рис.2.

Тепловойбаланс низаколонны (_н = ₀ ).

• Уравнениединамики:

(5).

• Уравнениестатики:

G_грr_гр +G_х1 C_рх1_х1= G_y0r_k+ G_kC_pk_н (6).

• Наосновании (5)и (6) можно считать:

_н= f (G_гр,G_к ).

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_гр.

Материальныйбаланс по всемувеществу.

• Уравнениединамики:

(1).

• Уравнениестатики:

G_x1= G _k+ G _y0 (2),

гдеρ _k -плотностькубовой жидкости, кг/м³;

S _k- сечение кубаколонны, м²;

h _k- уровень кубовойжидкости, м;

G _x1, G _k , G _y0- массовые расходыпотоков в кубеколонны.

• Наосновании (1)и (2) можно считать:

h_k= f(G _k,G _y0).

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_k.

Материальныйбаланс полегколетучемукомпоненту.

• Уравнениединамики:

(3).

• Уравнениестатики:

G_x1C _x1= G _kC _к+ G _y0C _y0 (4)

• Основныедопущения:

• Кипятильникс полным испарением,т.е. C _y0=C_x0;

• Тепловойбаланс кипятильника:

• Обозначения:

М₀- масса жидкостив нижней частиколонны, кг;

r _гр- удельная теплотаконденсациипара, дж/кг;

r _k- удельная теплотаиспарениякубовой жидкости,дж/кг.

• Наосновании (3)и (4) можно записать:

.

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_гр.

Информационнаясхема низаколонны.

Рис.3.

Информационная схема низа колонны

как многосвязного объекта по h_k,

или h_k,C_k.

Рис.4

Математическоеописание верхаколонны.

Структурнаясхема дефлегматорас флегмовойемкостью.

Рис.5.

Материальныйбаланс по всемувеществу.

• Уравнениединамики:

(7)

где_фл - плотностьфлегмы , кг/м³;

S_фл - сечениефлегмовойемкости , м²;

h_фл- уровень флегмы, м;

G_yn,G_фл,G_дист- массовые расходы,кг/с.

• Уравнениестатики:

G_yn= G_фл+ G_дист (8).

• Наосновании (7)и (8) можно считать:

h_фл=f(G_yn,G_фл,G_д)

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_дист.

Материальныйбаланс по целевомукомпоненту.

• Уравнениединамики:

(9).

• Уравнениестатики:

G_ynC_yn= G_дистC_{x n+1}+ G_флC_{x n+1} (10).

• Наосновании (9)и (10) можно считать:

C_дист=f(G_yn,G_фл,G_д)

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_фл.

Тепловойбаланс верхаколонны ( _в= _н).

Структурнаясхема n–ойтарелки

Рис.6.

• Уравнениединамики:

(11).

• Уравнениестатики:

G_yn-1*C_pyn-1*_yn-1+ G_фл*C_рфл*_фл=

G_yn*C_pyn*_в+ G_xn*C_pxn*_в (12).

• Обозначения:

• М_xn- массапаровой фазынаверху колонны;

• C_pyn,C_py,n-1,C_рфл,C_pxn- удельныетеплоемкостипаровой и жидкойфазы на n-ойтарелке;

• G_yn-1,G_yn,G_xn- расходы паровойи жидкой фазына n-ой тарелке.

• Наосновании (11)и (12) можно считать:

  

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_фл.

Баланспо паровойфазе.

Структурнаясхема конденсаторабез флегмовойемкости.

Рис.7

• Уравнениединамики:

(13).

• Уравнениестатики:

(14).

• Особенности:

• Решениеуравнениядинамики для p_в дает выражениедля интегральногозвена.

• Еслиучесть выражениеG_yn= f (p_в ),то звено получаетсяапериодическим1 порядка.

• G_yк= f (G_хл), можно получитьна основаниитепловогобаланса конденсатора:

. (15).

• Наосновании(13), (14) и (15) можнопринять:P_в=f(G_хл).

Информационнаясхема верхаколонны.

Рис.8.

Информационнаясхема верхаколонны какмногосвязногообъекта по _ви p_в

Рис.9а.

Информационнаясхема верхаколонны какмногосвязногообъекта по hфли _в

Рис.9б.

Информационнаясхема колонныкак многосвязногообъекта по ви н.

Рис.9в.

Математическоеописаниеподогревателяпотока питания.

Тепловойбаланс

• Уравнениединамики.

(16).

• Уравнениестатики.

G_тC_рт_т^вх- G_т C_рт_т^вых= G_п C_pп_n⁰- G_п C_pп_n, (17)

• Обозначения:

• _т^вх,_т^вых, _n⁰ ,_n– температурыпотоков теплоносителяи питания навходе и выходеиз теплообменника;

• V_n- объем потокапитания в трубахтеплообменника;

• C_pп, С_рт- удельныетеплоемкостипотоков питанияи теплоносителя;

• G_т,G_п -массовые расходытеплоносителяи питания, кг/ч.

• Наосновании (16)и (17) можно считать:

.

• ПредпочтительноеуправляющеевоздействиеG_т.

Информационнаясхема подогревателяпотока питания

какобъекта управления_п⁰

Рис.10.

Типоваясхема автоматизациипроцессаректификации.

Рис.11.

Типовоерешение автоматизации

процессаректификации.

1. Регулирование.

• Регулированиеθ_в=f(c_д)по подаче флегмы - косвенноерегулированиепоказателяэффективностипроцесса c_д.

• РегулированиеP_впо подачехладоагентаG_хл- обеспечиваетматериальныйбаланс по паровойфазе.

• Регулированиеh_флпо отбору флегмыG_фл- обеспечиваетматериальныйбаланс по жидкойфазе верхаколонны.

• Регулированиеh_кпо отборукубового продуктаG_к- обеспечиваетматериальныйбаланс по жидкойфазе низа колонны.

• Стабилизациярасхода питанияG_п - обеспечивает:

• материальныйбаланс по всемувеществу,

• снятиенаиболеесущественныхвозмущений,

• заданноеположениерабочей областиколонны;

• стабилизациюпроизводительностиустановки.

• Стабилизациярасхода греющегопара G_гр- обеспечивает:

• тепловойбаланс установки;

• стабилизациюG_y0.

• Регулированиеθ_п⁰по подачеG_тобеспечивает:

• заданноеположениерабочей линии;

• эффективностьпроцесса разделения;

• тепловойбаланс

2. Контроль.

• Температурыи расходы всехисходных потоков.

• Температуры - θ_в,θ_н,θ_кв,θ_кн,θ_п0.

• Давление - Р_в,Р_н.

• Уровень - h_фл,h_к.

• Концентрации - с_дили с_к.

3. Сигнализация.

• существенныеотклоненияh_фл,h_к,θ_вот заданий:

• повышение

  ;

резкоеснижение илипрекращениеподачи потокапитания

.

7. Материалы клекции №15

Автоматизацияреакторныхпроцессов (ч.1)

Упрощеннаяструктурнаясхема химическогореактора.

Рис.1.1.

• Химическийпроцесс (3) определяется:

• уравнениямикинетики

• взаимодействиемгидродинамических,массообменныхи тепловыхпроцессов ваппарате,

• откоторых зависятконцентрацииреагентов,температураи давление Рреакторногопроцесса.

• Химическиепревращения(3) приводят кизменениютепловых (2) игидродинамическихпроцессов (1)в реакторе.

• Определениехарактерапроцессов,протекающихв реакторе, наоснове анализасоотношениямежду скоростьюхимическойреакции rи скоростьюматериальногообмена r_обм.

1. При

   :

• процессидет в кинетическойобласти;

• скоростьпроцесса определяетхимическоевзаимодействие;

• массообменне влияет наскорость химическойреакции.

2. При

   :

• процессидет в диффузионнойобласти;

• процессхарактеризуетсямассообменом;

• определяющейстадией являетсятранспортреагирующихвеществ.

3. При

   :

• процессидет в переходнойобласти;

• скоростьпроцесса являетсясложной функциейреакционно-кинетическихи диффузионныхзависимостей.

Показателиэффективностиреакторногопроцесса.

1. Степеньпревращения.

• СтепеньпревращенияU_n, представленнаячерез мольныедоли:

(1а),

гдеn₀ - число молейкомпонентав исходномпотоке;

n - число молейкомпонентав реакционнойсмеси.

• СтепеньпревращенияU_m, представленнаячерез массовыедоли:

(1б),

гдеm₀ - масса компонентав исходномпотоке;

m - масса компонентав реакционнойсмеси.

• Факторы,влияющие настепень превращения:

•  иР - температураи давление,влияют на смещениехимическогоравновесияв реакции;

• t_р - продолжительностьхимическойреакции;

• С₀ - концентрацииисходных веществ;

• подборкатализатора;

• величинапотока рециркуляции.

2. Выходпродукта.

• Определениевыхода продуктаХ:

(2),

где

m_ф - массафактическиполученногопродукта;

m_т - массатеоретическивозможногоколичествапродукта изданного исходноговещества.

• Факторы,влияющие навыход продуктаХ:

θ - температура;

Р - давление;

С_i - состав реакционнойсмеси;

t_пр - время пребыванияреакционнойсмеси в аппарате.

• Выходпродуктахарактеризует:

• степеньсовершенстватехнологическогопроцесса: чемближе Х 1, тем ближерасходныекоэффициентык стехиометрическим;

• экономическиепоказателитехнологическогопроцесса: чемближе Х 1, тем лучшеэкономическиепоказателиреакторногопроцесса.

3. Избирательностьхимическогопроцесса.

• Избирательностьхимическогопроцесса Изхарактеризуетдолю исходныхвеществ, превращенныхв целевой продукт,по отношениюк общему количествухимическипревращенныхисходных веществ:

(3).

где

- количествомолей исходногопродукта,превращенныхв целевой продукт;

- количествомолей химическипревращенныхисходных веществ.

• Избирательностьвлияет наэкономическиепоказателипроцесса.

4. Скоростьхимическогопроцесса.

• Скоростьхимическогопроцесса - этоколичествовещества, котороереагирует илиобразуетсяв единицу временив единице объема(или на единицеповерхности):

(4),

где

- движущаясила процесса,

определяемаядля химическихреакций какпроизведениеконцентрацийкомпонентовв степенях,равных ихстехиометрическимкоэффициентам;

К - константаскорости реакции,

определяемаяна основанииуравненияАррениуса.

• Скоростьпроцессахарактеризуетпроизводительностьхимическогореактора.

• Основныефакторы, влияющиена скоростьреакции:

• С₀ - состав исходныхреагентов;

• θ - температура;

• Р - давление.

Схемареактора непрерывногодействия смешалкой

сэкзотермическойреакцией 1-гопорядка А В.

Рис.4.1.

• Показательэффективностиреакторногопроцессав общем случае- концентрацияцелевого продуктав реакционнойсмеси С^В.

• Цельуправленияв общем случае:

• обеспечениев реакционнойсмеси

  .

• Цельуправлениядля данногопроцесса:

• обеспечениев реакционнойсмеси

  .

• Обозначенияна рис.4.1:

• G₀, G , G_хл- массовые расходыисходногореагента,реакционнойсмеси и хладоагента,кг/с;

• c_p0, c_p , c_pхл- удельныетеплоемкостисоответствующихпотоков, дж/(кг*град);

•  - плотностьреакционнойсмеси, кг/м³;

• ₀,, _хл - температурыисходногореагента,реакционнойсмеси и хладоагента;

• - концентрациикомпонентаА в исходномреагенте иреакционнойсмеси, кг/кг;

• V - объем реакционнойсмеси, м³;

• h - уровень реакционнойсмеси, м;

• T_ср - среднее времяпребыванияреакционноймассы в реакторе;

  

• -H - тепловой эффектэкзотермическойреакции, дж/кг;

• r - скорость химическойреакции, кг/(м³*с).

Математическоеописание реактора

наоснове физико-химическихособенностейпроцесса.

Стехиометрическоеуравнениехимическойреакции.

• Стехиометрическоеуравнениехимическойреакции, характеризующееее материальныйбаланс:

(1а).

• Стехиометрическоеуравнение дляданного реактора:

(1б),

где_i, _i, ,  - стехиометрическиекоэффициенты,числа реагирующихмолей компонентовпроцесса.

Уравнениекинетики химическойреакции.

• Результирующаяскорость обратимойреакции:

(2),

где

- общийпорядок реакции;

- скоростьпрямой реакции;

- скоростьобратной реакции;

; - константыскорости,

Z_Аи Z_В- эмпирическиекоэффициенты;

Е_Аи Е_В - энергииактивации.

• Кинетикадля реакторатипа рис.4.1:

• скоростьпрямого процесса:

(3а);

• скоростьобратногопроцесса:

(3б).

Уравнениегидродинамикипроцесса.

• Уравнениегидродинамикипроцессахарактеризуетдавление впотоке каксложную функцию:

(4)

где

x, z - координатыпотока;

 - ламинарнаявязкость,характеризующаясилы внутреннеготрения;

k - турбулентнаявязкость;

 - плотностьреакционноймассы;

V - объем реакционноймассы;

t - текущее время.

Материальныйбаланс реакторногопроцесса

повсему веществу.

Уравнениединамики:

(1),

где

Уравнениестатики при

:

(2).

• Наоснове(1) и (2):

(3).

Материальныйбаланс реакторногопроцесса

порасходуемомувеществу А.

Уравнениединамики:

(4),

где

I - изменениеколичествавещества А вреакторе вединицу времени;

II - количествовещества А,поступающегов реактор вединицу времени;

III -количествовещества А,отводимогоиз реакторав единицу времени;

IV - количествовещества А,расходующегосяв реакторе нахимическуюреакцию в единицувремени, гдеV=S*h.

Уравнениестатики при

:

(5).

• Наоснове (4) и (5):

(6).

Тепловойбаланс реакторногопроцесса.

Уравнениединамики:

(7),

где

• I - изменениеколичестватепла в реакторев единицу времени;

• II - количествотепла, поступающегов реактор сисходным реагентомв единицу времени;

• III -количествотепла, отводимогоиз реакторас реакционноймассой в единицувремени;

• IV -количествотепла, выделяющегосяв реакторе врезультатехимическойреакции в единицувремени;

• V - количествотепла, отводимогоиз реакторас хладоагентомв единицу времени.

Уравнениестатики при

:

(8).

• Наосновании (7)и (8):

(9).

Информационнаясхема реакторана основе балансовоймодели.

Рис.6.1.

• Возможныеуправляемыепеременные:

  .

• Возможныеуправляющиевоздействия:

  .

• Возможныеконтролируемыевозмущения:

  .

• Возможныенеконтролируемыевозмущения:

  .

8. Материалы клекции №16

Автоматизацияреакторныхпроцессов (ч.2)

Диаграмма

реакторногопроцесса вадиабатическомрежиме.

Рис.1.1.

Влияниеизменениятемпературы₀на температуруреакторногопроцесса .

• Приизменениивходной температуры₀в пределах от₀₂до ₀₄работа реактораосуществляетсяпо петле гистерезисаD-A-B-C-D.

• УчастокстатическойхарактеристикиА-3-С - путем изменениявходнойтемпературыне реализуется.

Возможныестационарныесостоянияреактора.

• При₀₁ - одно устойчивоесостояние в()1,но температурав реакторенизкая и реакцияидет слабо.

• При₀₂ - два стационарныхсостояния в()Dи ()С:

• ()D - устойчивоесостояние, нопри низкойтемпературе;

• ()С - неустойчивоесостояние свозвратом в()Dпри уменьшенииначальнойтемпературы.

• При₀₃-тристационарныхсостояния в()2,()3,()4:

• ()2 - устойчивоесостояние, нос низкой скоростьюреакции;

• ()4 - устойчивоесостояние,почти полноепревращениереагентов, нореакция идетс высокойтемпературой– вне рабочегодиапазона;

• ()3 - изменениемначальнойтемпературыне реализуется.

• При₀₄ - два стационарныхсостояния в()Аи ()В:

• ()А - неустойчивоесостояние, спроскоком в()Впри увеличенииначальнойтемпературы;

• ()В - устойчивоесостояние,почти полноепревращениереагентов, нореакция идетс высокойтемпературой– вне рабочегодиапазона.

• При₀₅ - одно устойчивоесостояние в()5,но температурав реакторе внерабочего диапазона.

Зависимостьстатическойхарактеристики

отконцентрацииС₀исходногореагента.

Рис.1.2.

• Прибольших значенияхС₀(С₀₁) - статическаяхарактеристиканеоднозначнадаже при низкихтемпературах.

• Единственностьстационарногосостояниявозможна толькопри высокихзначениях ₀.

• Областьотрицательныхзначений ₀практическогосмысла не имеет,поэтому показанапунктиром.

• Уменьшениевходных концентраций(С₀₂и С₀₃)вызывает смещениенеоднозначностистатическойхарактеристикив область болеевысоких температур.

Зависимостьстатическойхарактеристики

от концентрацииС₀ исходногореагента.

Рис.1.2.

• Прибольших значенияхС₀(С₀₁) - статическаяхарактеристиканеоднозначнадаже при низкихтемпературах.

• Единственностьстационарногосостояниявозможна толькопри высокихзначениях ₀.

• Областьотрицательныхзначений ₀практическогосмысла не имеет,поэтому показанапунктиром.

• Уменьшениевходных концентраций(С₀₂и С₀₃)вызывает смещениенеоднозначностистатическойхарактеристикив область болеевысоких температур.

Определениестационарныхсостояний

подиаграмме«выделения– отвода тепла».

Рис.2.1.

• 1, 2,3 - кривые отводатепла Qпри изменениитемпературыв реакторе cразличнымизначениямикоэффициентатеплопередачи:₁= ₃ и ₂_1,3.

• 4 - кривая выделениятепла

  .

• Система1-4:

• одностационарноесостояние в()А;

• оченьнизкая температурав реакторе ₁;

• низкаяскорость реакции.

• Система3-4:

• одностационарноесостояние в()Е;

• практическиполное превращениереагента;

• оченьвысокая температура₅, которая можетбыть вне рабочейзоны реактора.

• Система2-4:

• тристационарныхсостояния в()В,С, D;

• ()В - очень низкаятемпературав реакторе ₂;низкая скоростьреакции; стационарноесостояниеустойчивое;

• ()D - практическиполное превращениереагента; ноочень высокаятемпература₄, которая можетбыть вне рабочейзоны реактора;стационарноесостояниеустойчивое;

• ()С - температурав рабочей зонереактора ₃;но стационарноесостояние -неустойчивое.

Зависимостьхарактеристикивыделения тепла

отвремени пребыванияреакционноймассы в реакторе.

Рис.2.2.

• 1, 2,3 - характеристикивыделениятепла при Т_ср1> Т_ср2> Т_ср3.

• 4 - характеристикаотвода тепла.

• Среднеевремя пребыванияопределяетсяпо соотношению:

  ,где V_рми Q_рм - объем и объемныйрасход реакционноймассы.

• Приувеличениивремени пребыванияхарактеристикавыделениятепла смещаетсявлево.

• Система1-4:

• одноустойчивоестационарноесостояние в()Е;

• практическиполное превращениереагента;

• ноочень высокаятемпература,которая можетбыть вне рабочейзоны реактора;

• Система3-4.

• одноустойчивоестационарноесостояние в()А;

• оченьнизкая температурав реакторе;

• низкаяскорость реакции.

• Система2-4.

• тристационарныхсостояния в()В, Dи С;

• ()В - очень низкаятемпературав реакторе;низкая скоростьреакции, стационарноесостояниеустойчивое;

• ()D - практическиполное превращениереагента; ноочень высокаятемпература,которая можетбыть вне рабочейзоны реактора;стационарноесостояниеустойчивое;

• ()С - температурав рабочей зонереактора; ностационарноесостояние -неустойчивое.

Оценкаустойчивостистационарныхсостояний

подиаграмме«выделения– отвода тепла».

Q_р= f() - характеристикавыделения теплареакции;

Q_т= f() - характеристикаотвода тепла.

Рис.2.3.

Устойчивостьреактора встационарномсостоянии В:

• при

  ;

• при

  ;

• стационарноесостояние в()В - устойчивое.

Устойчивостьреактора встационарномсостоянии D:

• при

  ;

• при

  ;

• стационарноесостояние в()D - устойчивое.

Устойчивостьреактора встационарномсостоянии C:

• при

  переходв()D;

• при

  переходв ()В;

стационарноесостояние в()С - неустойчивое.

9. Материалы клекции №17

Автоматизацияреакторныхпроцессов(ч.3).

Схемадля реакциитипа А(ж) + В (г)D(г-ц.пр)+С (ж).

Рис.1.1.

Схемадля реакциитипа А(ж) + В (г)D(г)+С (ж-ц.пр).

Рис.1.2.

Схемаавтоматизациидля реакциитипа

А(ж)+ В{Всв(ж) + Врец(ж)}С(ж- ц.пр)+В(ж).

1- реактор;2 - сепаратор;3 - сборник; 4, 5 - насосы;

А, В - исходныереагенты; С - целевой продукт;В_рц - возвратный(рецикловый)поток реагентаВ; В_св - свежийпоток реагентаВ.

Рис.1.3.

Системарегулированияконцентрации

издвух одноконтурныхАСР.

Рис.1.5.

КаскаднаяАСР концентрациисо вспомогательнымконтуром

стабилизациисоотношениярасходов исходныхреагентов.

Рис.1.6.

КаскаднаяАСР концентрациисо вспомогательнымконтуром

стабилизациитемпературыисходногореагента.

Рис.1.7.

КаскаднаяАСР концентрациисо вспомогательнымконтуром

стабилизациитемпературыхладоагента.

Рис.1.8.

ОдноконтурнаяАСР температурыв реакторе

поподаче исходногореагента.

Рис.2.1.

КаскаднаяАСР температурыв реакторе совспомогательнымконтуром

стабилизациитемпературыисходногореагента.

Рис.2.2.

КаскаднаяАСР температурыв реакторе совспомогательнымконтуром

стабилизациитемпературыхладоагента.

Рис.2.3.

КаскаднаяАСР температурыв реакторе совспомогательнымконтуром

стабилизациидавления хладоагента.

Рис.2.4.

10. Рекомендуемаялитература

Основнаялитература

1.Дудников Е.Г. Автоматическое управлениев химическойпромышленности.- М.: Химия, 1987.- 368 с.

2.Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И.Автоматизацияхимическихпроизводств.- М.: Химия, 1982.- 295 с.

3.Автоматизация технологическихпроцессовлегкой промышленности:Учеб пособиедля вузов поспец. «Автоматизациятехнологическихпроцессов ипроизводств»/ Под ред. Л.Н.Плужникова.- 2-е изд., перераб.и доп. - М.: Легпромбытиздат,1984.- 366с.

4.Мамиконов А.Г. ПроектированиеАСУ.- М.: Высшаяшкола, 1987.- 303 с.

5.Стефани Е.П.Основы построенияАСУ ТП.- М.: Энергоиздат,1982.- 352с.

6.Пиггот С.Г. ИнтегрированныеАСУ химическихпроизводств.- М.: Химия, 1985.- 410 с.

7.Кафаров В.В.,Макаров В.В.Гибкие автоматизированныесистемы в химическойпромышленности:Учебник длявузов. - М.: Химия,1990.- 320с.

8.Плютто В.П.Управлениехимико-технологическимипроцессами.Процессы массообмена:[Учеб. пособие].-М.: МХТИ, 1984.-48с.

9.Плютто В.П. идр. Автоматизированныесистемы управленияпериодическимипролцессамихимическойтехнологии.– М.: МХТИ, 1985.-48с.

10.Ицкович Э.Л.,Сорокин Л.Р.Оперативноеуправлениенепрерывнымпроизводством.– М..: Наука, 1989.-155с.

Дополнительнаялитература

11.Автоматизация технологическихпроцессовлегкой промышленности:Учеб пособиедля вузов поспец. «Автоматизациятехнологическихпроцессов ипроизводств»/ Под ред. Л.Н.Плужникова.- 2-е изд., перераб.и доп. - М.: Легпромбытиздат,1993 .

12.Уланов Г.М. идр. Методы разработкиинтегрированныхАСУ промышленнымипредприятиями.- М.: Энергоатомиздат,1983.- 320 с.

13.Практикум поавтоматикеи системам управленияпроизводственнымипроцессами:Учеб. пособиедля вузов / Подред. И.М. Масленникова- М.: Химия,1986.- 336 с.

14.Плютто В.П., ПутинцевВ.А., Глумов В.М.Практикум потеории автоматическогоуправленияхимико-технологическимипроцессами:Цифровые системы- М.: Химия,1989.- 168 с.

15.ГолубятниковВ.А., ШуваловВ.В. Автоматизацияпроизводственныхпроцессов вхимическойпромышленности.- М.: Химия, 1985.-352с.

16.Шувалов В.В.Огаджанов Г.А.,ГолубятниковВ.А. Автоматизацияпроизводственныхпроцессов вхимическойпромышленности.- М.: Химия, 1991.-480с.

17.Процессы иаппараты химическойтехнологии.Учебник длявузов./ Н.Н. Смирнов,М.И. Курочкина,А.И. Волжинский,В.А. Плессовских.- СПб.: Химия,1996.-400с.

18.Математическоемоделированиеосновных процессовхимическихпроизводств.Учеб. пособиедля вузов. / В.В.Кафаров, М.Б.Глебов. - М.:Высш.шк.,1991.-399с.

19.Математическоемоделированиехимико-технологическихсистем: Учеб.пособие в 3ч./под ред Л.С.Гордеева. - М.:РХТУ,1999- 48с.( ч1); 47с.( ч2), 67с.( ч3)

.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Материалы клекции №93

2.Материалы клекции №108

3.Материалы клекции №1117

4.Материалы клекции №1225

5.Материалы клекции №1334

6.Материалы клекции №1441

7.Материалы клекции №1551

8.Материалы клекции №1659

9.Материалы клекции №1765

10.Рекомендуемаялитература71