Автоматизация технологических процессов основных химических производств

(3),

где n - число атомов в молекуле.

. Теплоемкости газов:

o cp - при p = const или cv при V=const.

o [pic]

(4),

где М - масса 1моля газа (кг/моль);

R - универсальная газовая постоянная, R=1,985

ккал/((кг/моль)*град).

o Для воздуха : cp=1,4*cv.

Теплота испарения

. Эмпирические формулы для расчета молекулярной теплоты испарения (в

ккал/кг или кал/г):

rисп= 21*Tкип;

(5а)

rисп= Tкип*(9,5*lgTкип-0,007*Ткип);

(5б)

rисп= Tкип(8,75+4,571*lgТкип)

(5в).

. Эмпирическая формула для расчета теплоты испарения rисп2 для

температуры Т2 ,:

[pic]

(6),

где rисп2 - искомая теплота испарения при температуре Т2;

rисп1 - известная теплота испарения при температуре Т1;

к - поправочный коэффициент, k=f(T1,T2,Tкрит).

. Определение теплоты испарения по энтропийным диаграммам:

rисп=iжидк- iгаз

(7),

где iжидк, iгаз - теплосодержание, дж/кг (или ккал/кг).

Плотности для жидких и газовых теплоносителей.

. Эмпирическая формула для определения плотности жидкости ?t при

заданной температуре tср:

?t = ?0-?t*(tср-20?С)

(8),

где ?0 - плотность жидкости при t0=20?С;

?t - температурная поправка на 1?С

. Для чистых жидкостей ?t можно найти по формуле:

[pic]

(9),

где ( - коэффициент объемного расширения жидкости, град-1;

(t=tср-t0 - разность между температурой среды и t=20(C.

. Плотность газов при 0°С и 760 мм рт ст. на основании закона Авогадро:

[pic]

(10)

или

[pic]

(11),

где М – молекулярный вес газа.

. Плотность смеси (см при заданных температуре и давлении:

(см=b1*(1+ b2*(2+… *(n

(12),

где b1… bn - объемные доли компонентов;

(1 (n - плотности компонентов, кг/м3.

Коэффициенты теплопроводности.

. Коэффициент теплопроводности для жидкостей при отсутствии справочных

данных:

[pic]

(13),

где

А=3,58*10-8 - для ассоциированных жидкостей;

А=4,22*10-8 - для неассоциированных жидкостей;

с - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг*град);

. - плотность жидкости, кг/м3;

М - молярная масса, кг/кмоль.

. Коэффициент теплопроводности смеси жидкостей:

[pic]

(14),

где а1…аn - массовые доли компонентов в смеси;

(1…(n - коэффициенты теплопроводности компонентов, вт/(м*град).

Вязкость теплоносителей.

. Зависимость вязкости газов (t от температуры:

[pic]

(15),

где (0 - вязкость при 0С;

Т - температура в К(;

С - константа.

. Вязкость газовых смесей (см:

[pic]

(16),

где Мi - молярные массы компонентов смеси, кг/кмоль;

(i - динамические вязкости компонентов, Па*с;

[pic] - объемные доли компонентов в смеси.

. Вязкость смеси неассоциированных жидкостей:

[pic]

(17),

где (i - вязкости компонентов смеси, Па*с;

mi - молярные доли компонентов в смеси, кг/кмоль.

. Вязкость разбавленных суспензий:

[pic]

(18),

где (ж - вязкость чистой жидкости, Па*с;

[pic] - объемная доля твердой фазы в суспензии.

Скорости теплоносителей.

. Средние скорости движения среды:

[pic] (19),

где (линср - средняя линейная скорость, м/с;

(мср - средняя массовая скорость, кг/(м2*с);

Q - объемный расход, м3/с;

G - массовый расход, кг/с;

S - площадь сечения потока, м2.

. Зависимость между массовой и линейной скоростью:

[pic] (20),

где ( - плотность среды.

. Рекомендуемые скорости:

- для жидкостей в трубах диаметром 25-57мм от (1,5-2) м/c до (0,06-0,3)

м/с.

- Средняя рекомендуемая скорость для маловязких жидкостей составляет 0,2-

0,3 м/с.

- Для газов при атмосферном давлении допускаются массовые скорости от 15-

20 до 2-2,5 кг/(м2*с), а линейные скорости до 25м/с;

- для насыщенных паров при конденсации рекомендуются до 10 м/с.

Тепловая нагрузка аппарата.

. Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем Q1, затрачивается на

нагрев более холодного теплоносителя Q2 и на потери в окружающую среду

Qпот.:

Q1= Q2+ Qпот.

(1)

. Так как Qпот= 2-3%, то им можно пренебречь и считать:

Q1 = Q2 = Q

(2),

где Q – тепловая нагрузка аппарата.

. Уравнение теплового баланса аппарата.

Q = G1*(I1Н-I1К) = G2*(I2К-I2Н)

(3),

где G1 и G2 - массовые расходы теплоносителей, кг/с;

I1Н и I2Н - начальные энтальпии теплоносителей, дж/кг;

I1К и I2К и - конечные энтальпии теплоносителей, дж/кг.

. Энтальпии теплоносителей:

Ii=ci*(i

(4).

. Тепловой баланс аппарата при использовании теплоносителей, не изменяющих

агрегатного состояния:

Q = G1*с1*((1Н-(1К) = G2*с2*((2К-(2Н)

(6),

где с1 и с2 - средние удельные теплоемкости.

Тепловые балансы теплоносителя

при изменении его агрегатного состояния.

. Теплоноситель – насыщенный пар, который конденсируется и конденсат не

охлаждается: (т = (нп =(кт .

Gт (iт – iкт ) = Gт * срт *(т - Gт * сркт *(кт = Gт *rт.

. Теплоноситель – пересыщенный пар, который конденсируется и конденсат не

охлаждается: (т > (нп =(кт

Q=Qт –Qкт =Gт *(iт – iкт )= Gт * срт *((т - (нп)+Gт *rт =

= Gт * срт *(нп - Gт * срт *(нп + Gт * срт *(нп - Gт * сркт*(кт=

= Gт * срт *(т - Gт * сркт*(кт .

. Теплоноситель – пересыщенный пар, который конденсируется и конденсат

охлаждается: (т > (нп > (кт :

Q=Qт –Qкт =Gт *(iт – iкт )=

Gт * срт *((т - (нп)+Gт *rт + Gт * сркт *((нп - (кт) =

= Gт * срт *(т - Gт * срт *(нп + Gт * срт *(нп -

- Gт * сркт*(нп + Gт * сркт*(нп - Gт * сркт*(кт=

= Gт * срт *(т - Gт * сркт*(кт .

Основное уравнение теплопередачи.

Q = K*F*(tср*(

(1),

где

F - поверхность теплообмена;

(tср - средний температурный напор;

( - время теплообмена;

К - коэффициент теплопередачи:

[pic] (2).

Выражения для определения коэффициента К

в зависимости от способа передачи тепла.

. При передаче тепла теплопроводностью К - это коэффициент

теплопроводности (, определяемый на основе закона Фурье:

[pic] (3)

. При конвективном теплообмене К - это коэффициент теплоотдачи (,

определяемый на основе закона Ньютона:

[pic] (4),

. При передаче тепла путем излучения К - коэффициент взаимного излучения

с1-2 излучающих тел:

K=с1-2 = (пр*K0*108 = [pic]

(5),

где

К0 - константа лучеиспускания;

(пр = (1 *(2 - приведенная степень черноты;

(1 и (2 - степени черноты излучающих тел.

Движущая сила при прямотоке теплоносителей.

Схема прямоточного движения теплоносителей.

[pic]

Рис.1.

График изменения температуры среды при прямотоке.

[pic]

Рис.2

. [pic]

(1),

. При (?tмакс/?tмин) < 2: [pic]

(2).

. При [pic]: [pic]

(3).

Движущая сила при противотоке теплоносителей.

Схема противоточного движения теплоносителей.

[pic]

Рис.3.

График изменения температур при противотоке.

[pic]

Рис.4.

. [pic]

(1).

Затем используют те же соотношения (2) и (3), что и для прямотока, для

определения средней движущей силы процесса.

Материалы к лекции №7

Автоматизация кожухотрубных теплообменников

Схема кожухотрубного теплообменника

с неизменяющимся агрегатным состоянием веществ.

[pic]

Рис.1.

. Технологический процесс: нагревание технологического потока G до

температуры ?вых с помощью теплоносителя Gт с неизменяющимся

агрегатным состоянием.

. Показатель эффективности: ?вых.

. Цель управления: поддержание ?вых= ?зд.

Математическое описание на основе физики процесса.

. Движение теплоносителей осуществляется противотоком при заданных ?твх,

?твых, ?вых, ?вх.

. Движущая сила процесса: [pic]

(1),

где [pic].

. Тепловая нагрузка аппарата: [pic]

(2).

. Q(дж/с) позволяет определить Gтэфф и Gэфф на основе тепловых балансов:

[pic]

(3а);

[pic]

(3б);

[pic] [pic]

(4а);

[pic]

(4б).

Эффективное время пребывания:

[pic].

(5).

Математическое описание на основе теплового баланса.

Уравнение динамики:

[pic] (6).

Уравнение статики при [pic]:

[pic] (7)

На основании (6) и (7) можно принять:[pic].

(8).

Информационная схема объекта.

[pic]

Рис.2.

. Возможные управляющие воздействия:[pic].

. Возможные контролируемые возмущения: [pic].

. Возможные неконтролируемые возмущения: [pic].

. Возможная управляемая переменная: [pic].

Анализ динамических характеристик объекта.

Уравнение динамики в нормализованном виде.

[pic]

(9).

На основе этого уравнения динамики объект по каналу [pic] описывается

математической моделью апериодического звена 1-го порядка:

[pic]

(10),

где: [pic]; [pic].

Объект имеет транспортное запаздывание:

[pic]

(11),

где Vтруб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.

Таким образом, в целом динамика объекта по каналу управления описывается

математической моделью апериодического звена 1-го порядка с запаздыванием:

[pic]

(12).

Анализ статической характеристики объекта.

Из уравнения статики выразим (вых в явном виде:

[pic]

(13).

. Статическая характеристика линейна по каналам: [pic].

. Статическая характеристика нелинейна по каналу [pic].

. Статическую характеристику можно линеаризовать по отношению к G введением

стабилизации соотношения расходов: [pic], тогда получим:

[pic]

(14).

. Линеаризованное представление статической характеристики через разложение

в ряд Тейлора:

[pic] (15).

. Линеаризованное представление приращения выходной переменной через

приращения всех возможных входных переменных:

[pic] (16).

Типовая схема автоматизации

кожухотрубного теплообменника.

[pic]

Рис.3.

Типовое решение автоматизации.

Типовое решение автоматизации кожухотрубных теплообменников включает в себя

подсистемы регулирования, контроля, сигнализации и защиты.

1. Регулирование.

. Регулирование температуры[pic] по подаче теплоносителя Gт - как

показателя эффективности процесса нагревания в кожухотрубном

теплообменнике.

2. Контроль.

. расходы - Gт, G;

. температуры - [pic];

. давление - Рт, Р.

3. Сигнализация.

. существенные отклонения (вых от задания;

. резкое падение расхода технологического потока G( , при этом формируется

сигнал «В схему защиты».

4. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - отключается магистраль подачи теплоносителя

Gт.

Схема парожидкостного теплообменника

(с изменяющимся агрегатным состоянием теплоносителя).

[pic]

Рис.1.

. Технологический поток (нагреваемая жидкость) Gж подается по трубкам

теплообменника.

. Теплоноситель с изменяющимся агрегатным состоянием (греющий пар) Gп

подается по межтрубному пространству.

. Показатель эффективности:[pic].

. Цель управления: поддержание [pic].

Математическое описание на основе физики процесса.

. Теплопередача от паровой фазы теплоносителя:

[pic]

(1),

. Теплопередача от жидкой фазы теплоносителя:

[pic]

(2),

где:[pic] - количество тепла, передаваемое от паровой фазы и конденсата

теплоносителя в единицу времени, дж/с;

[pic] - коэффициенты теплопередачи для паровой фазы и конденсата

теплоносителя, дж/(м2*К(*с);

[pic] - поверхность теплопередачи для паровой фазы и конденсата

теплоносителя, м2;

[pic] - средняя движущая сила при теплопередаче от паровой фазы к жидкому

технологическому потоку и от конденсата к жидкому технологическому потоку.

. Общая тепловая нагрузка парожидкостного теплообменника:

[pic]

(3).

. Так как [pic], то интенсивность теплопередачи от паровой фазы значительно

выше, чем от конденсата.

. Поэтому на величину Q влияет величина соотношения Fп /Fк, которая зависит

от уровня конденсата:

[pic]

(4а).

где [pic] и [pic]

(4б).

. На основании (4а) общая тепловая нагрузка Q также будет зависеть от

уровня конденсата hк:

[pic]

(4в),

. Q(дж/с) позволяет определить Gпэфф и Gжэфф на основе тепловых балансов:

[pic]

(5а);

[pic]

(5б);

[pic] [pic]

(6а);

[pic]

(6б),

при hк =hэфф.

. Эффективное время пребывания:

[pic].

(7).

Тепловой баланс парожидкостного теплообменника.

Уравнение динамики:

Полагаем: пар перегретый и конденсат охлаждается [pic]:

[pic] (8).

Уравнение статики при [pic]:

[pic] (9).

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

[pic].

(10),

где [pic], так как при Pп ((кип ((rп (.

Материальный баланс по жидкой фазе

для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

[pic],

(11),

Уравнение статики при [pic]:

[pic]

(12)

На основании (11) и (12) [pic] и предпочтительное управляющее воздействие –

Gк.

Материальный баланс по паровой фазе

для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

[pic]

(14),

где Мп - мольная масса паровой фазы теплоносителя, кг/моль;

Рп - давление паровой фазы теплоносителя, Па;

(п - температура паровой фазы теплоносителя, К,

Vп - объем паровой фазы теплоносителя, м3 .

Уравнение статики при [pic]:

[pic]

(15).

На основании (14) и (15) [pic] и предпочтительное управляющее воздействие

- Gп.

Информационная схема объекта.

[pic]

Рис.2.

. Возможные управляющие воздействия:[pic].

. Возможные контролируемые возмущения: [pic].

. Возможные неконтролируемые возмущения: [pic].

. Возможные управляемые переменные: [pic].

. Наиболее эффективные каналы управления:

[pic].

Анализ динамических характеристик парожидкостного теплообменника

как объекта управления температурой.

. Исходные условия: [pic].

. Уравнение динамики в нормализованном виде.

[pic] (17)

. На основе этого уравнения динамики объект по каналу [pic] описывается

математической моделью апериодического звена 1-го порядка:

[pic]

(18),

где: [pic]; [pic].

. Объект имеет транспортное запаздывание:

[pic]

(19),

где Vтруб - объем трубопровода подачи пара от Р.О. до входа в аппарат.

. Таким образом, в целом динамика объекта по каналу управления описывается

математической моделью апериодического звена 1-го порядка с

запаздыванием:

[pic]

(20).

Анализ статической характеристики объекта.

Из уравнения статики выразим [pic] в явном виде:

[pic]

(21).

. Статическая характеристика линейна по отношению к воздействиям по: [pic].

. Статическая характеристика нелинейна по отношению к воздействию по Gж.

. Статическую характеристику можно линеаризовать по отношению к Gж

введением стабилизации соотношения расходов: [pic], тогда получим:

[pic]

(22).

. Линеаризованное представление статической характеристики через разложение

в ряд Тейлора:

[pic] (23).

На основании (23) можно получить:

[pic] (24).

Схема испарителя

(кожухотрубного теплообменника с изменяющимся агрегатным состоянием

теплоносителя и технологического потока).

[pic]

Рис.1.

Показатель эффективности: hж - уровень жидкой фазы в трубках

испарителя.

Цель управления: поддержание [pic].

Математическое описание на основе физики процесса.

1. Общая тепловая нагрузка испарителя Q:

[pic]

(1).

2. На основании уравнения теплопередачи можно записать:

[pic] и [pic]

(2).

При теплопередаче от греющего пара и конденсата через трубки справедливы

соотношения:

[pic] и [pic]

(3).

3. Общая поверхность теплопередачи Fт при конденсации греющего пара

определится как:

Fт = Fп + Fк

(4а),

и следовательно на основании (3) и (4а) можно записать:

[pic]

(4б).

4. Определение [pic] на основании теплового баланса по греющему пару:

[pic]=Gгр *rгр

(5а);

[pic] = [pic]

(5б).

5. Определение [pic] на основании теплового баланса по технологическому

потоку:

[pic]

[pic] [pic]

(6а);

[pic]

(6б).

Выводы из математического описания физики процесса:

. Общая тепловая нагрузка, отдаваемая греющим паром зависит следующих его

параметров:

[pic]

(7).

. Общая тепловая нагрузка, получаемая технологическим потоком, определяет

следующие его параметры:

[pic] и [pic]

(8);

[pic]

(9).

Математическое описание на основе

теплового и материальных балансов процесса.

Тепловой баланс испарителя.

Уравнение динамики:

В развернутом виде при условии [pic] и [pic]:

[pic] (10а).

. т.е. тепло выделяется за счет охлаждения Gгр от исходной температуры (гр

до температуры насыщенного пара [pic], конденсации пара и последующего

охлаждения конденсата до (к .

. тепло расходуется на нагревание Gж до температуры [pic], испарение

жидкости и отводится с образующейся паровой фазой.

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

[pic] (10б).

Уравнение статики при [pic]:

[pic] (10в)

Выводы по тепловому балансу процесса:

. В целом температура в испарителе на основании выражений (8) и (9) зависит

от следующих параметров процесса:

[pic] (10г).

. Так как температура в испарителе у поверхности раздела фаз, т.е. в зоне

испарения должна быть равна температуре кипения, то можно полагать:

( = (ж = (п = (кип ,

а температура кипения зависит от давления паровой фазы в испарителе, т.е.

при Рп (((кип ( (при этом rж ().

. Поэтому температура не может использоваться как показатель эффективности

процесса испарения.

. Однако, на основании (6а, 6б) температура важна для обеспечения расчетной

общей тепловой нагрузки Q в испарителе, т.е. теплового баланса в

аппарате.

. Из выражения (10г) следует, что основными параметрами, характеризующими

данный процесс, являются:

- уровень hж и давление Рп технологического потока в испарителе;

- уровень hк и давление Ргр потока греющего пара в кипятильнике;

Материальный баланс по жидкой фазе в испарителе

(для технологического потока)

. Уравнение динамики:

[pic],

(11),

. Уравнение статики при [pic]:

[pic]

(12).

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

[pic].

(13),

. Предпочтительное управляющее воздействие Gгр.

Материальный баланс по жидкой фазе в кипятильнике

(для конденсата греющего пара).

. Уравнение динамики:

[pic],

(14),

. Уравнение статики при [pic]:

[pic]

(15).

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

[pic].

(16).

. Предпочтительное управляющее воздействие является отбор конденсата Gк.

Материальный баланс по паровой фазе

для технологического потока в испарителе.

. Уравнение динамики:

[pic]

(17),

где

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

Рп - давление паровой фазы технологического

потока, Па;

(п - температура паровой фазы технологического

потока, К,

Vп - объем паровой фазы технологического

потока, м3 .

. Уравнение статики при [pic]:

[pic]

(18).

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

[pic]

(19),

Предпочтительное управляющее воздействие Gп.

Материальный баланс по паровой фазе для кипятильника.

Уравнение динамики:

[pic]

(20),

где Мгр - мольная масса паровой фазы греющего пара,

кг/моль;

Ргр - давление паровой фазы греющего пара, Па;

(гр - температура паровой фазы греющего пара, К,

Vгр - объем паровой фазы греющего пара, м3 .

. Уравнение статики при [pic]:

[pic]

(21).

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

[pic]

(22).

Предпочтительное управляющее Gгр .

Информационная схема испарителя

на основе материального баланса.

[pic]

Рис.2.

. Возможные управляющие воздействия:

[pic].

. Возможные управляемые переменные:

[pic].

Информационная схема испарителя

для типового решения автоматизации.

[pic]

Рис.3.

. В типовом решении автоматизации испарителей объект рассматривают как

односвязный для основных каналов управления рис.3.

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

многосвязный.

. Многосвязность объекта с позиций физики процесса можно объяснить

следующим образом:

. При [pic]; т.к. при [pic]

. При [pic]; т.к. при [pic]

Типовая схема автоматизации испарителей.

[pic]

Рис.4.

Типовое решение автоматизации испарителей.

1. Регулирование.

. Регулирование уровня hж по подаче греющего пара Gгр - как показателя

эффективности процесса нагревания в испарителе.

. Регулирование давления Рп по отбору паровой фазы из испарителя - для

обеспечения материального баланса по паровой фазе и стабилизации

rж=f(Pп).

2. Контроль.

. расходы - Gгр, Gп , Gж ;

. температуры - [pic];

. давление - Ргр, Рж Рп ;

. уровень - hж

3. Сигнализация.

. существенные отклонения hж и Рп от заданий;

. резкое падение расхода технологического потока Gж , при этом формируется

сигнал «В схему защиты».

4. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи греющего пара

Gгр и отбора пара для технологических нужд.

Материалы к лекции №8

Автоматизация процесса выпаривания

Движущая сила процесса выпаривания.

. Движущей силой процесса выпаривания является полезная разность температур

((полезн :

((полезн = (т - (р-ракип

(1).

. Общая разность температур ((общ в процессе:

((общ = (т - (р-лякип

(2).

. Общая разность температур ((общ больше полезной разности температур

((полезн на величину потерь ((:

((полезн = ((общ - ((

(3),

. Величина потерь (( в процессе выпаривания:

(( = (г + (д + (гп

(4),

где - (г потери за счет гидростатического эффекта; (д - температурная

депрессия; (гп - потери температуры за счет гидравлических потерь в

трубопроводе.

. На основании выражений (2) и (4) выражение (3) примет вид:

((полезн = (т - (р-лякип -( (г + (д + (гп )

(5).

Температурная депрессия.

. Определение (д на основании (1) и (5):

(д = (р-ракип - (р-лякип

(6).

. Определение (д по диаграммам «Р - (».

Диаграмма «Р - (» для растворов и растворителей.

[pic]

Рис.1.

. Из диаграммы следует, что при P=const (д = (р-ракип - (р-лякип

. Расчетные соотношения для (д:

- Для концентрированных растворов недиссоциирующихся веществ:

[pic]

(7),

- Для концентрированных растворов диссоциирующихся веществ:

[pic]

(8),

где R=8,31, дж/(моль*К);

cк - концентрация растворенного вещества в концентрированном растворе,

моль/моль;

rпр-ля - теплота испарения растворителя, дж/моль;

(р-лякип - температура кипения растворителя, К;

b - константа, определяемая опытным путем.

Объект управления

Схема выпарной установки естественной циркуляции

с вынесенной греющей камерой.

[pic]

1- греющая камера;

2- - выпарной аппарат;

3- брызгоулавливатель;

4- циркуляционная труба

Рис.2.

. Работа установки.

Исходный раствор подается по трубам кипятильника 1, где нагревается до

температуры кипения с образованием парожидкостной смеси, которая далее

поступает в выпарной аппарат (сепаратор) 2.

В сепараторе 2 парожидкостная смесь разделяется на паря растворителя и

концентрированный раствор.

Пары растворителя проходят через брызгоулавливатель 3 и выводятся из

процесса из верха сепаратора в виде парового потока Gп.

Выделенная брызгоулавливателем жидкая фаза из паров растворителя

возвращается в кипятильник 1 по циркуляционной трубе 4.

Сконцентрированный раствор в виде потока Gк выводится из низа сепаратора.

. Показатель эффективности процесса - концентрация концентрированного

раствора ск.

. Цель управления - обеспечение ск = скзд (на максимально возможном

для данной установки значении).

Материальный баланс по растворенному веществу.

Уравнение динамики:

[pic][pic][pic]

(1),

Уравнение статики [pic]:

[pic]

(2)

Из выражений (1) и (2) следует:

[pic]

(3),

Предпочтительное управляющее воздействие: Gр.

Тепловой баланс выпарной установки.

Уравнение динамики процесса выпаривания:

[pic] (5).

Уравнение статики при [pic]:

[pic] (6).

В выражениях (5) и (6) принято:

. [pic];

. [pic];

. [pic] - количество испаряемого растворителя;

. [pic] - удельные теплоемкости исходного и концентрированного

растворов, которые не починяются закону аддитивности;

. [pic],

где (q - тепловой эффект растворения, определяемый на основании закона

Гесса:

[pic],

где qн и qк - интегральные теплоты растворения в начале и конце

процесса.

. На основании (5) и (6):

[pic]

(7).

Предпочтительные управляющие воздействия:

. для обеспечения теплового баланса процесса - расход теплоносителя Gт;

. для косвенного регулирования показателя эффективности процесса [pic] -

расход исходного раствора Gр.

В типовом решении автоматизации:

. для косвенного регулирования показателя эффективности процесса

выпаривания используют не температуру в аппарате, а температурную

депрессию:

[pic].

Материальный баланс по жидкой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

[pic],

(8),

Уравнение статики:

[pic]

(9)

На основании (8) и (9):

[pic].

(10).

Предпочтительное управляющее воздействие - Gк.

Материальный баланс по паровой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

[pic]

(11),

где Мп - мольная масса паровой фазы (растворителя),

кг/моль;

Рп - давление в сепараторе, Па;

(п = (к =(апп - температура в сепараторе, К,

Vп - объем паровой фазы в сепараторе, м3 .

Уравнение статики:

[pic]

(12).

На основании (11) и (12):[pic] и предпочтительное управляющее воздействие

Gп.

Материальный баланс по жидкой фазе (для теплоносителя).

Уравнение динамики:

[pic],

(14),

Уравнение статики:

[pic]

(15).

На основании (14) и (15):

[pic].

(16).

Предпочтительное управляющее воздействие - Gкт.

Материальный баланс по паровой фазе (для теплоносителя).

Уравнение динамики:

[pic]

(17),

где Мп - мольная масса теплоносителя, кг/моль;

Рт мтр - давление теплоносителя в межтрубном

пространстве кипятильника, Па;

(т - температура теплоносителя, К,

Vтмтр - объем паровой фазы теплоносителя в

межтрубном пространстве кипятильника, м3 .

Уравнение статики:

[pic]

(18).

На основании (17) и (18):

[pic]

(19).

Предпочтительное управляющее воздействие Gт.

Информационная схема процесса выпаривания.

[pic]

Рис.3

. Возможные управляющие воздействия:[pic].

. Возможные контролируемые возмущения: [pic].

. Возможные неконтролируемые возмущения: [pic] - удельные теплоемкости

потоков срi и теплота испарения растворителя rп .

. Возможные управляемые переменные: [pic].

. На основании рис.3 выпарная установка является сложным многосвязным

объектом по возможным управляющим воздействиям [pic].

Типовая схема автоматизации процесса выпаривания.

[pic]

Рис.4.

Типовое решение автоматизации процесса выпаривания.

5. Регулирование.

. Регулирование температурной депрессии ?д по подаче исходного раствора Gр

- как параметра, косвенно характеризующего показатель эффективности

процесса выпаривания ск .

. Регулирование давления в сепараторе Рпапп по отбору паров растворителя Gп

- для обеспечения материального баланса по паровой фазе.

. Регулирование уровня в сепараторе hк по отбору концентрированного

раствора Gк - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.

. Стабилизация расхода теплоносителя Gт - для обеспечения теплового

баланса установки

6. Контроль.

. расходы - Gт, Gр, Gк, Gп;

. температуры - [pic];

. давление - Рп апп, Рт;

. уровень концентрированного раствора в аппарате - hк;

7. Сигнализация.

. существенные отклонения [pic] от задания;

. Прекращение подачи исходного раствора Gр , при этом формируется сигнал «В

схему защиты».

8. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - открывается магистраль Gп, отключается

подача теплоносителя и отбор концентрированного раствора.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Материалы к лекции №1 3

2. Материалы к лекции №2 7

3. Материалы к лекции №3 15

4. Материалы к лекции №4 20

5. Материалы к лекции №5 29

6. Материалы к лекции №6 38

7. Материалы к лекции №7 46

8. Материалы к лекции №8 62

-----------------------

Подготовка

сырья

Химический

синтез

Выделение

целевых

продуктов

Сырье

Целевые продукты

Страницы: 1, 2