Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Регулирование теплообменников смешения





 

Регулирование теплообменников смеше- F 1

ниязаключается в поддержании постоянства тем- F 2   Tсм  
пературы Тсм суммарного потока на выходе. Для T 1    
     
создания необходимого температурного режима в T 2      
химических аппаратах используют передачу энер-        
Рис. 5.1.Структурная схема регулиро-  
гии в результате смешения двух и более веществ с вания теплообменника смешения.  
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

 

перемешивания.      
Если T 2 > Tсм > T 1, при этом теплоемкости и плотности жидкостей одинаковы, то  
Tсм = T 1 +   F 2 (T 2 T 1), (потерями в окружающую среду пренебрегаем)  
F 1 + F 2  
       

 

Остановимся на особенностях статической характеристики собственно процесса сме-шения. Рассмотрим для примера аппарат непрерывного действия, в котором смешиваются два потока с расходами G1 и G2, температурами θ1 и θ2, удельными теплоёмкостями cp1 и cp2 (рис. 5.2).

Пусть задача регулирования состоит в поддержании заданного значения θ0 температу-ры выходного потока путём изменения расхода G1 при условии, что основными источниками возмущений являются расход и температура второго потока G2 и θ2, а температура θ1 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 1θ и каналам возмущения G 2θ и θ 2θ (рис. 5.3). Для этого запишем уравнение теплового баланса:

 


            G θ 0 c p 1   + G θ   c p 2 = (G + G   ) θc p ,                              
              1 1     2 2                                                          
где c p = (G c p 1 + G c p 2 ) /(G + G   ).                                                                      
                                                                                   
    Отсюда                                                                                      
                    G θ 0 c p 1           G θ   c p 2                                      
            θ =                   +                   .       (5.1)  
              G c p 1 + G c p 2 G c p 1 + G c p 2    
                                                     
                                                                           
    Как видно из (5.1), характерной                         G 1, θ 1, c p 1               G 2, θ 2, c p 2  
особенностью теплообменников сме-                                                      
                                                     
шения является нелинейность стати-                                                      
ческих характеристик по температур-                                         G 1 + G 2, θ, c p  
                                         
ным каналам, θ1θ и θ2θ.                   Рис. 5.2.Принципиальная схема теплообменника  
    При условии малых отклонений    
      смешения.                        

координат объекта от их заданных θ 1 G 2 θ 2 z
значений можно провести линеариза-        
цию зависимости (5.1) и найти при- G 1     θ
ближенно коэффициенты усиления        
             

 

объекта по каждому каналу.                               Рис. 5.3.Структурная схема теплообменника сме-  
  Обозначим заданные значения             шения.                                          
входных и выходных координат через G 0 , G 0, θ   и разложим функцию (5.1) в ряд Тейлора в  
                                                                                   
                                                                                                             
малой окрестности G 0, G 0, θ 0:                                                                                  
                                                                                                           
                      θ                                     θ   0                     θ 0          
                                                                                                           
  θ = θ           +           (G 1G 1   ) +     G         (G 2   G 2   θ   (θ 2θ 2) ,  
            G                       ) +        
                                                                                                       
где      
    θ                 G 20 c p 1 c p 2 (θ 10θ 20)                                                      
          =        
  G               (G 0 c       + G 0 c       )2 ;                                                
                      p 1 p 2                                                
                                                                                                       
    θ       0           G 10 c p 1 c p 2 (θ 20θ 10)                                                    
        =        
  G               (G 0 c     + G 0 c         )2   ;                                             (5.2)  
                    p 1   p 2                                                  
         
    θ         0               G 20 c p 2                                                                            
          =        
  θ               G 0 c       + G 0 c         .                                                            
                  p 1 p 2                                                            
                                                                                             
Переходя к отклонениям y = θθ 0, x р     = GG 0 , x в 1 = G   G 0, x в 2 = θ   θ 0 , получим урав-  
                                                                                               
нение статической характеристики в виде:                                                        
  y = k р x р + k 1 xв 1 + k 2 xв 2,                                                             (5.3)  
            θ     0               θ     0                   θ                            
где k р =                                             ;                                                    
G               G                     θ                                
      ; k 1 =           k 2 =       .                          
                                                                                                   

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

 

kр может изменится на 5-20%, а k 1 – на 25-40% от расчетных, в зависимости от соотношения  
расходов G1 и G2. Стабилизация отношения G / G   = γ 0 позволяет уменьшить влияние этой  
                                                 
нелинейности, так как                                                
  θ 0 c р 1         θ 0 c р 2     θ 0 c р 1     θ 0 c р 2    
θ =       +       =           +    
    G 2       G 2                   γ 0 c р 1 + c р 2  
                               
  c р 1 +   G c р 2 G   c р 1 + c р 2   c р 1 + γ 0   c р 2        
                                                   

и при отсутствии других возмущений, кроме G2, будет обеспечиваться постоянство выходной температуры.

 

Наличие других источников возмущения, кроме G2, 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.

Вариант 1. 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.

 

G 1 G 2 θ 1 G 2 θ 2 z  
  G 1       θ  
      Объект    
TC θ   Регулятор θ 0  
       
а          
б          

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

Вариант 2 включает систему регулирования соотношения расходов G1 и G2 (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.

 

Вариант 3 (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.

 

Варианты 4 и 5 являются разновидностями комбинированных АСР, в которых обеспе-чивается компенсация основных возмущений и вводится обратная связь по регулируемой ко-ординате.


 

 

FFC

 

G 1 FE FE G 2

 

Регулятор

γ 0

 

R

 

G 1


 

G 2 z

 

 

θ

 

Объект


 

θ

 

а б

 

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

 

Вариант 4 – 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.

 

    2   Компенсатор    
        θ 2    
    FFY        
  1       Rk    
  FFC            
    TE   Регулятор G 2 z  
G 1 FE FE , θ 2 γ 0      
    G 2 R      
             
            θ  
    θ   G 1 Объект    
             

а б

 

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.

 

Вариант 5 – 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


  ((__lxGc__=window.__lxGc__||{'s':{},'b':0})['s']['_228269']=__lxGc__['s']['_228269']||{'b':{}})['b']['_698163']={'i':__lxGc__.b++};

Date: 2015-12-12; view: 891; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию