Автоматизация технологических процессов основных химических производств

(7),

Уравнение статики :

(8).

На основании (7) и (8): (9).

Аналогично, можно получить: (10).

Материальный баланс по жидкой фазе.

Уравнение динамики:

, (11),

Уравнение статики:

(12)

На основании (11) и (12): . (13).

Материальный баланс по газовой фазе.

Уравнение динамики:

(14),

где М_ог - мольная масса обедненной газовой смеси,

кг/моль;

Р_ог - давление в колонне, Па;

_ог - температура в колонне (по газовой фазе), К,

V_ог - объем газовой фазы в колонне, м³ .

Уравнение статики:

(15).

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

(16),

Предпочтительное управляющее воздействие G_ог.

Тепловой баланс в абсорбере.

Уравнение динамики для холодильника1:

(17).

Уравнение статики при :

(18).

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

(19).

Предпочтительное управляющее воздействие G_хл1.

Уравнение динамики для холодильника 2.

(20).

На основании (20) можно считать:

(21).

Предпочтительное управляющее воздействие G_хл2.

Информационная схема для установки с показателем эффективности с_ог .

Рис.7

Возможные управляющие воздействия:.
Возможные контролируемые возмущения: .
Возможные неконтролируемые возмущения: .
Возможные управляемые переменные: .

Схема абсорбционной колонны как многосвязного

объекта при показателе эффективности с_ог.

Рис.8

Информационная схема для установки с показателем эффективности с_на .

Рис.9

Возможные управляющие воздействия, контролируемые и неконтролируемые возмущения те же, что и в системе с показателем эффективности с_ог.

Возможные управляемые переменные: .

Схема абсорбционной колонны как многосвязного

объекта при показателе эффективности с_на.

Рис.10.

Типовая схема автоматизации процесса абсорбции.

Рис. 11.

Регулирование.

Регулирование с_ог по подаче абсорбента G_а - как показателя эффективности процесса абсорбции.
Регулирование давления верха колонны Р_в = Р_ог по отбору обедненной газовой смеси G_ог - для обеспечения материального баланса по газовой фазе.
Регулирование уровня h_на по отбору насыщенного абсорбента G_на - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.
Регулирование температуры исходных материальных потоков газа _г⁰ и абсорбента _а⁰ по подаче хладоагентов G_хл1 и G_хл2 соответственно - для обеспечения теплового баланса установки.
Стабилизация расхода исходной газовой смеси G_г - для обеспечения заданной производительности установки.

Контроль.

расходы - G_г, G_а, G_ог, G_на, G_хл1, G_хл2;
температуры - ;
давление - Р_в, Р_н, Р;
уровень насыщенного абсорбента - h_на;
концентрация - с_ог .

Сигнализация.

существенные отклонения с_ог от с_ог^зд ;
значительное повышение Р_в > Р_пред , при этом формируется сигнал «В схему защиты».

Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - открывается магистраль G_ог, закрываются все остальные магистрали.

4. Материалы к лекции №12

Автоматизация процесса сушки

Основные параметры сушильного агента и материала, как влагоносителей.

Относительная влажность сушильного агента  :

(1).

На основании уравнения Менделеева-Клапейрона можно получить :

(3).

Относительная влажность материала  - это

отношение массы влаги М_вл к общей массе влажного материала М=М_см + М_вл , или к массе абсолютно сухого материала М_см:

Влажность, отнесенная ко всему веществу:

, где М=var

Влажность, отнесенная к массе абсолютно сухого материала:

, где М_см= const .

Диаграммы равновесия при сушке.

Диаграмма при  = *.

На диаграмме принято ₁^*>₂^*>₃^*.

Рис.1.

Из диаграммы следует:

При   ^* - эффективность сушки повышается;

При * - эффективность сушки повышается.

Диаграмма *= f() при =const.

Рис.2.

На рис.2. приведены: 1 - диаграмма при ₁; 2- диаграмма при ₂;

-диаграмма при ₃.

При условии, что ₁ < ₂ < ₃

Из диаграммы следует: При . При

Диаграмма  -  равновесной и рабочей линий

процесса сушки при прямотоке G_м и G_са

(при различных температурах).

Рис.4.

На диаграмме представлены: 1 - Равновесная линия =f() при ₁;

2 - Равновесная линия =f() при ₂. 3 - Рабочая линия  - .

На диаграмме принято: ₂ > ₁.

Из диаграммы рис.4 следует:

. При   _ср . При

Кинетика процесса сушки.

Уравнение массопередачи 1-го периода сушки с постоянной скоростью (Т₁ ):

(1),

где

К=_са - коэффициент массоотдачи от поверхности контакта в газовую фазу;
- средняя движущая сила процесса по сушильному агенту, где .

Первый период сушки соответствует изменению влажности материала от .
При наступает 2-ой период сушки.

Уравнение массопередачи 2-го периода сушки с уменьшающейся скоростью (Т₂ ):

(2),

где

К - коэффициент массопередачи от материала к поверхности контакта фаз;

Второй период сушки соответствует изменению влажности материала от .

Кривая скорости сушки.

Рис.5.

Возможны следующие соотношения периодов сушки:

Т_сушки = Т₁
Т_сушки = Т₂
Т_сушки = Т₁+ Т₂.

При анализе равновесия мы рассмотрели процесс сушки, характеризующийся первым периодом и уравнением массопередачи (1).

Объект управления.

Схема барабанной сушилки прямоточного действия

- топка; 2 - смесительная камера; 3 - сушильный барабан;

- циклон; 6 - вентилятор

Рис.6.

Газообразное топливо G_т подается с первичным воздухом G_пв через горелки в топку 1, где сжигается для получения сушильного агента.

Формирование сушильного агента осуществляется в смесительной камере 2, куда подается вторичный воздух G_вв.

Влажный материал подается с помощью автоматического дозатора 7 в сушильный барабан 3. Барабан наклонно расположен и вращается со скоростью 4-5 об/мин, так что материал перемещается вдоль барабана и высушивается к моменту попадания в бункер 4 до определенной влажности _см.

Сухой материал G_см отгружается из бункера 4 автоматическим дозатором 7.

Отработанный сушильный агент G_са в циклоне 5 очищается от пыли и вентилятором 6 выводится из процесса.

Показатель эффективности процесса - влажность сухого материала _см .

Цель управления процессом - поддержание _см = _см^зд.

Структурная схема топки и смесительной камеры.