Автоматизация тепловых процессов.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Тепловые процессы играют значительную роль в химической технологии. Химические реакции веществ с также их физические превращения сопровождаются, как правило, тепло-выми эффектами. Тепловые явления часто составляют основу технологических процессов.

Передачу тепла от горячих теплоносителей к более холодным осуществляют в тепло-обменниках.

Различают теплообменники:

1. непосредственного смешения теплоносителей;

2. поверхностные теплообменники, в которых тепло передается через глухую раздели-тельную стенку:

− теплопередача может протекать без изменения агрегатного состояния теплоносите-лей (нагреватели, холодильники);

− с изменением агрегатного состояния (испарители, конденсаторы). Нагревание продуктов проводят также в трубчатых печах топочными газами.

5.1.Регулирование теплообменников смешения.

Регулирование теплообменников смеше-       F ₁

разными теплосодержаниями.

Во многих задачах регулирования состава или температуры в резервуаре с мешалкой при определении передаточных функций принимают перемешивание идеальным. Тогда объ-ект описывается дифференциальным уравнением первого порядка с постоянной времени, рав-ной времени пребывания в резервуаре. Однако на практике отмечается запаздывание, по исте-чении которого изменение концентрации или температуры питания происходит на выходе из резервуара. Это запаздывание (запаздывание смешения) зависит от размеров резервуара, вяз-кости жидкости, конструкции и скорости вращения мешалки, определяющих интенсивность

Остановимся на особенностях статической характеристики собственно процесса сме-шения. Рассмотрим для примера аппарат непрерывного действия, в котором смешиваются два потока с расходами G ₁ и G ₂, температурами θ ₁ и θ ₂, удельными теплоёмкостями c _p1 и c _p2 (рис. 5.2).

Пусть задача регулирования состоит в поддержании заданного значения θ ⁰ температу-ры выходного потока путём изменения расхода G ₁ при условии, что основными источниками возмущений являются расход и температура второго потока G ₂ и θ ₂, а температура θ ₁ и удель-ные теплоёмкости веществ постоянны и равны θ ₁⁰, c _{p 1} и c _{p 2}. Найдем статические характери-стики объекта по каналу регулирования G ₁ − θ и каналам возмущения G ₂ − θ и θ ₂ − θ (рис.

5.3). Для этого запишем уравнение теплового баланса:

(θ ₂ − θ ₂⁰),

(5.2)

= θ ₂ − θ ₂⁰, получим урав-(5.3)

Анализ зависимостей (5.3) показывает, что даже при обычных возмущениях, наблю-даемых на практике, ошибка в результате линеаризации может оказаться существенной. На-

пример, при увеличении расхода G ₂ на 30 % по сравнению с заданным коэффициент усиления

и при отсутствии других возмущений, кроме G ₂, будет обеспечиваться постоянство выходной

температуры.

Наличие других источников возмущения, кроме G ₂, потребует введение коррекции γ ⁰,

например, в зависимости от значения выходной температуры θ (см. пример каскадной АСР, рис. 5.7).

Рассмотрим насколько вариантов систем автоматизации теплообменников смешения и проведем их сравнительный анализ по качеству процессов регулирования.

Вариант1. Задача стабилизации выходной температуры смеси θ решается применени-ем одноконтурной замкнутой системы регулирования, в котором регулирующим воздействи-ем является расход G ₁ (рис. 5.4). Использование регулятора с интегральной составляющей и законе регулирования (ПИ- или ПИД-регулятор) гарантирует поддержание заданного значе-ния θ в установившемся режиме, однако качество переходного процесса может оказаться не-удовлетворительным при большой инерционности канала регулирования и сильных возмуще-ниях.

Рис. 5.4. Функциональная(а)и структурная(б)схемы замкнутой одноконтурной АСР темпе-ратуры в теплообменнике смешения.

Вариант2 включает систему регулирования соотношения расходов G ₁ и G ₂ (рис. 5.5). Это разомкнутая система регулирования, способность обеспечить инвариантность регулируе-мой температуры смеси θ к возмущениям по расходу G ₂, однако при наличии любого друго-го возмущения θ не будет равна заданной.

Вариант3 (рис. 5,6) отличается компенсатором возмущения по θ ₂.Таким образом, дан-ная система регулирования может обеспечить независимость выходной температуры от двух

основных возмущений G ₂ и θ ₂. Однако при наличие других возмущений (например, измене-ние теплопотерь в окружающую среду) температура будет отклоняться от заданной.

Варианты4и5 являются разновидностями комбинированных АСР, в которых обеспе-чивается компенсация основных возмущений и вводится обратная связь по регулируемой ко-ординате.

FFC

Р е г у л я т о р

_γ 0

R

G ₁

^G 2    z

θ

О б ъ е к т

θ

а                                                                                             б

Рис. 5.5. Функциональная(а)и структурная(б)схемы разомкнутой одноконтурной АСР тем-пературы в теплообменнике смешения.

Вариант4 – система регулирования соотношения расходов G ₁ и G ₂ с коррекцией ко-эффициента по выходной температуре смеси θ (рис. 5,7), т.е. двухкаскадная АСР. Основным (внешним) регулятором является регулятор температуры 1, а вспомогательным (внутренним)

– регулятор соотношения 2, осуществляющий компенсацию возмущения по расходу G ₂.

Рис. 5.6. Функциональная(а)и структурная(б)схемы разомкнутой АСР температуры в теп-лообменнике смешения с компенсацией двух возмущений:

1 – регулятор соотношения; 2 – компенсатор.

Вариант5 – система регулирования температуры смеси с коррекцией по двум возму-щениям G ₂ и θ ₂, т.е. комбинированная АСР. Динамический компенсатор 2 (рис. 5,8) в данном случае должен содержать вычислительное устройство для расчёта корректирующей поправки

на задание по выходной температуре регулятору 1 в зависимости от температуры и расхода второго потока.

2

 FFC

^G 1                  FE

а

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте