Вариант 3 – система регулирования соотношения расходов G1 и G2 с коррекцией коэффициента соотношения по выходной температуре смеси q (рис.3.22), т.е. двухкаскадная АСР. Основным (внешним) регулятором является регулятор температуры 1, а вспомогательным (внутренним) – регулятор соотношения 2, осуществляющий компенсацию возмущения по расходу G2 .
1 – регулятор соотношения; 2 – компенсатор.
Вариант 4 – система регулирования температуры смеси с коррекцией по двум возмущениям - G2 и q2 , т.е. комбинированная АСР. Динамический компенсатор 2 (рис. 3.23) в данном случае должен содержать вычислительное устройство для расчёта корректирующей поправки на задание по выходной температуре регулятору 1 в зависимости от расхода и температуры второго потока.
Из рассмотренных примеров систем автоматизации наилучшее качество регулирования обеспечивают два последних варианта. При этом, в случае приборной реализации систем, предпочтительнее четвёртый вариант, который легко выполняется на серийных промышленных регуляторах. При использовании ЦВМ или микропроцессорной техники реализация любой из этих систем не представляет затруднений.
1 – регулятор температуры; 2 – компенсатор.
Лекция № 11. Автоматизация процесса перемешивания
Общая характеристика процессов перемешивания в жидких средах.
Перемешивание - гидромеханический процесс взаимного перемещения частиц в жидкой среде с целью их равномерного распределения во всем объеме под действием импульса, передаваемого среде мешалкой, струей жидкости или газа.
Цели перемешивания
♦ Создание суспензий - обеспечение равномерного распределения твердых частиц в объеме жидкости;
♦ Образование эмульсий, аэрация - равномерное распределение и дробление до заданных размеров частиц жидкости в жидкости или газа в жидкости;
♦ Интенсификация нагревания или охлаждения обрабатываемых масс;
♦ Интенсификация массообмена в перемешиваемой системе (растворение, выщелачивание).
Основные схемы перемешивания.
■ Механическое - перемешивание мешалками, вращающимися в аппарате с перемешиваемой средой.
■ Барботажное - перемешивание путем пропускания через жидкую среду потока воздуха или газа, раздробленного на мелкие пузырьки, которые, поднимаясь в слое жидкости под действием Архимедовой силы, интенсивно перемешивают жидкость.
■ Циркуляционное перемешивание - перемешивание, осуществляемое путем создания многократных циркуляционных потоков в аппарате с помощью насоса.
Объект управления
Объект управления - емкость с мешалкой, аппарат непрерывного действия, в котором смешиваются две жидкости А (с концентрацией целевого компонента Са) и Б (с концентрацией целевого компонента Сб) для получения гомогенизированного раствора с заданной концентрацией целевого компонента Сем.
Схема объекта управления.
Рис. 1.1.
Показатель эффективности процесса - концентрация целевого компонента в гомогенизированном растворе (смеси) - Сем.
Цель управления процессом - обеспечение заданной концентрации смеси при эффективном и интенсивном перемешивании.
Эффективность перемешивания обеспечивается выбором параметров аппарата, перемешивающего устройства, числа оборотов мешалки, обеспечивающих равномерность концентрации смеси в аппарате с заданной интенсивностью (т.е. за заданное время).
Однако в реальных условиях технологические объекты подвержены действию внешних и внутренних возмущений, которые приводят к отклонению технологических режимов работы от расчетных.
Задача разработки системы автоматизации обеспечить в условиях действия внешних и внутренних возмущений в процессе эффективное и интенсивное его функционирование с требуемыми характеристиками качества.
Теоретические аспекты процесса механического перемешивания
• При вращении лопасти мешалки в аппарате возникает вынужденное движение жидкости. которое описывается критериальным уравнением вида:
где
• модифицированный критерий Эйлера EuN, :
• модифицированный критерий Рейнольдса ReM
• геометрический симплекс Г:
где ём - диаметр мешалки, м;
п - скорость вращения мешалки, об /с;
р - плотность жидкости, кг/мА3;
NM - мощность, потребляемая мешалкой, вт;
р, - динамическая вязкость, Па*с;
Kn - критерий мощности.
Методика расчета конструктивно-технологических параметров процесса механического перемешивания.
1. Выбирают тип мешалки, ее диаметр dM. Размеры аппарата DАПП и НАПП.
2. Определяют коэффициент Ст в зависимости от размеров аппарата и тина перемешивающего устройства.
3. Определяют число оборотов мешалки:
4. Рассчитывают ReM по соотношению (3).
5. По графику KN = f(ReM) находят KN
6. Рассчитывают NM из выражения (2):
7. Рассчитывают мощность Нцв, потребляемую приводом перемешивающего устройства:
где К - поправочный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности аппарата и перемешивающего устройства; rinep - к.п.д. передачи.
В реальной установке непрерывного действия :
Материальный баланс по целевому компоненту
Уравнение динамики:
Уравнение статики при
На основании (1) (2) можно принять:
Материальный баланс по всему веществу
Уравнение динамики:
Уравнение статики при
На основании (4) (5) можно принять:
Информационная схема
• Управляемые переменные - Ссм и hCM .
• Возможные контролируемые возмущения: СА,СБ, причем задано, что СЛ » СБ.
• Возможные управляющие воз действия :GA,GE,GCM.
• Однако, в данном случае, GCM определяется последующим технологическим процессом и поэтому не может использоваться в качестве регулирующего воздействия.
Анализ уравнения динамики на основе материального баланса по целевому компоненту
Уравнение динамики в нормализованном виде
Начальные условия для вывода передаточной функции по каналу управления GА-ССМ
Уравнение статики
Уравнение динамики в приращениях:
(после постановки начальных условий в выражение (1), вычитания уравнения статики(2) и приведения подобных членов):
Уравнение динамики с безразмерными переменными:
Нормализованное уравнение динамики объекта во временной области без учёта транспортного запаздывания:
Уравнение динамики по каналу управления GА-ССМ во временной области с учётом транспортного запаздывания:
Передаточная функция объекта по каналу управления GА-ССМ :
где:
где VТРУБ – объём трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.
Анализ уравнения динамики на основе материального баланса по всему веществу