Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов - файл Met1_ATPOXP.DOC

приобрести
Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов
скачать (909.3 kb.)
Доступные файлы (2):
Met1_ATPOXP.DOC3330kb.25.11.2007 10:52скачать
Met2_ATPOXP.DOC3253kb.25.11.2007 10:52скачать

Met1_ATPOXP.DOC

1   2   3   4   5   6   7

Материалы к лекции №7


Автоматизация кожухотрубных теплообменников


Схема кожухотрубного теплообменника

с неизменяющимся агрегатным состоянием веществ.



Рис.1.






Математическое описание на основе физики процесса.


где .

(3а);

(3б);

(4а);

(4б).

Эффективное время пребывания:

. (5).
Математическое описание на основе теплового баланса.
Уравнение динамики:

(6).

Уравнение статики при :

(7)

На основании (6) и (7) можно принять:. (8).
Информационная схема объекта.


Рис.2.

Анализ динамических характеристик объекта.
Уравнение динамики в нормализованном виде.

(9).

На основе этого уравнения динамики объект по каналу описывается математической моделью апериодического звена 1-го порядка:

(10),

где: ; .

Объект имеет транспортное запаздывание:

(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:

(12).
Анализ статической характеристики объекта.
Из уравнения статики выразим вых в явном виде:

(13).

(14).

(15).

(16).

Типовая схема автоматизации

кожухотрубного теплообменника.

Рис.3.


Типовое решение автоматизации.
Типовое решение автоматизации кожухотрубных теплообменников включает в себя подсистемы регулирования, контроля, сигнализации и защиты.


  1. Регулирование.




  1. Контроль.




  1. Сигнализация.




  1. Система защиты.

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


Схема парожидкостного теплообменника

(с изменяющимся агрегатным состоянием теплоносителя).


Рис.1.








Математическое описание на основе физики процесса.


(1),

(2),

где: - количество тепла, передаваемое от паровой фазы и конденсата теплоносителя в единицу времени, дж/с;

- коэффициенты теплопередачи для паровой фазы и конденсата теплоносителя, дж/(м2*с);

- поверхность теплопередачи для паровой фазы и конденсата теплоносителя, м2;

- средняя движущая сила при теплопередаче от паровой фазы к жидкому технологическому потоку и от конденсата к жидкому технологическому потоку.

(3).

(4а).

где и (4б).

(4в),

(5а);

(5б);

(6а);

(6б),

при hк =hэфф.


. (7).

Тепловой баланс парожидкостного теплообменника.

Уравнение динамики:
Полагаем: пар перегретый и конденсат охлаждается :

(8).

Уравнение статики при :

(9).

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

. (10),

где , так как при Pп кип rп .

Материальный баланс по жидкой фазе

для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

, (11),

Уравнение статики при :

(12)

На основании (11) и (12) и предпочтительное управляющее воздействие – Gк.

Материальный баланс по паровой фазе

для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

(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 :

(15).

На основании (14) и (15) и предпочтительное управляющее воздействие - Gп.


Информационная схема объекта.



Рис.2.














.

Анализ динамических характеристик парожидкостного теплообменника

как объекта управления температурой.

(17)

(18),

где: ; .

(19),

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

(20).

Анализ статической характеристики объекта.

Из уравнения статики выразим в явном виде:

(21).

(22).

(23).

На основании (23) можно получить:

(24).


Схема испарителя

(кожухотрубного теплообменника с изменяющимся агрегатным состоянием

теплоносителя и технологического потока).



Рис.1.

Показатель эффективности: hж - уровень жидкой фазы в трубках испарителя.

Цель управления: поддержание .

Математическое описание на основе физики процесса.


  1. Общая тепловая нагрузка испарителя Q:

(1).

  1. На основании уравнения теплопередачи можно записать:

и (2).

При теплопередаче от греющего пара и конденсата через трубки справедливы соотношения:

и (3).

  1. Общая поверхность теплопередачи Fт при конденсации греющего пара определится как:

Fт = Fп + Fк (4а),

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

(4б).

  1. Определение на основании теплового баланса по греющему пару:

=Gгр *rгр (5а);

= (5б).

  1. Определение на основании теплового баланса по технологическому потоку:



(6а);
(6б).


Выводы из математического описания физики процесса:



(7).



и (8);
(9).

Математическое описание на основе

теплового и материальных балансов процесса.
Тепловой баланс испарителя.
Уравнение динамики:

В развернутом виде при условии и :

(10а).


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

(10б).

Уравнение статики при :

(10в)
Выводы по тепловому балансу процесса:


(10г).

= ж = п = кип ,

а температура кипения зависит от давления паровой фазы в испарителе, т.е. при Рп кип  (при этом rж ).


Материальный баланс по жидкой фазе в испарителе

(для технологического потока)



, (11),



(12).



. (13),



Материальный баланс по жидкой фазе в кипятильнике

(для конденсата греющего пара).


, (14),

(15).



. (16).


Материальный баланс по паровой фазе

для технологического потока в испарителе.



(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 .

(18).

(19),

Предпочтительное управляющее воздействие Gп.


Материальный баланс по паровой фазе для кипятильника.
Уравнение динамики:

(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 .


(21).
На основании (20) и (21) можно считать:
(22).
Предпочтительное управляющее Gгр .

Информационная схема испарителя

на основе материального баланса.

Рис.2.


.

.


Информационная схема испарителя

для типового решения автоматизации.

Рис.3.








Типовая схема автоматизации испарителей.


Рис.4.


Типовое решение автоматизации испарителей.

  1. Регулирование.




  1. Контроль.




  1. Сигнализация.




  1. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи греющего пара Gгр и отбора пара для технологических нужд.
  1. 1   2   3   4   5   6   7


    Материалы к лекции №7
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации