.

• В типовой схеме автоматизации стабилизируют G_вм и G_см, что обеспечивает также стабилизацию h_м

Материальный баланс по газовой фазе.

• Уравнение динамики:

(7),

где

М_са^б - мольная масса сушильного агента в барабане,

кг/моль;

Р_са^б - разрежение в барабане, Па;

_са^б - температура в барабане (по газовой фазе), К,

V_са^б - объем газовой фазы в барабане, м³.

• Уравнение статики:

(8).

• На основании (7) и (8) можно считать:

.

• Предпочтительным управляющим воздействием является G_са^вых.

Тепловой баланс в сушильном барабане.

• Уравнение динамики:

(9).

• Уравнение статики при :

(10).

• В выражениях (9) и (10) принимаем:

;

r - удельная теплота испарения влаги , дж/кг.

• На основании (9) и (10) можно принять:

(11),

где

(12).

Материальный баланс по количеству влаги в материале.

• Уравнение динамики:

(13),

• Уравнение статики :

(14).

• Из выражений (13) и (14) следует, что:

(15),

где W_м^са - определяется уравнением массопередачи.

Материальный баланс по количеству влаги в сушильном агенте.

• Уравнение динамики:

(16).

• Уравнение статики :

(17).

• Из выражений (16) и (17) следует, что:

(18).

Материальный баланс по общему количеству влаги в процессе сушки.

• Уравнение динамики:

(19),

где .

• Уравнение статики :

(20).

• На основании выражений (19) и (20) можно считать:

(21).

• При анализе топки мы получили:

(22).

Из всех возможных управляющих воздействий, перечисленных в выражениях (21) и (22), для регулирования конечной влажности материала наиболее информативным является расход топлива G_т.

Информационная схема сушильного барабана.

Рис.10.

• Возможные управляющие воздействия:

.

• Возможные контролируемые возмущения:

.

• Возможные неконтролируемые возмущения:

.

• Возможные управляемые переменные:

.

• Сушильный барабан является сложным многосвязным объектом.

Типовая схема автоматизации процесса сушки.

Рис.11.

1. Регулирование.

• Регулирование _см по подаче топлива G_т - как показателя эффективности процесса сушки.

• Регулирование соотношения расходов топлива G_т и первичного воздуха G_пв по подаче первичного воздуха - для обеспечения эффективности сгорания топлива.

• Регулирование температуры сушильного агента на входе в барабан _са^вх по подаче вторичного воздуха G_вв.

• Регулирование разрежения в барабане Р_са^б по отбору отработанного сушильного агента G_са^вых - для для обеспечения материального баланса по газовой фазе.

• Стабилизация расходов влажного и сухого материала G_вм и G_см автоматическими дозаторами - для обеспечения материального баланса по твердой фазе.

2. Контроль.

• расходы - G_т, G_пв, G_вв, G_вм, G_см;

• температуры - ;

• разрежение - Р_б;

• влажность - _см (_к).

3. Сигнализация.

• существенные отклонения _см от _зд;

• значительное повышение _са^вх;

• Незапланированное отключение привода, при этом формируется сигнал «В схему защиты».

4. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - прекратить подачу материала и топлива в сушильный агрегат.

5. Материалы к лекции №13

Автоматизация процесса ректификации (ч.1)

Диаграмма равновесия «θ – x – y » при Р= const.

Рис.1.

• Смесь двухкомпонентная: компонент А - низкокипящий; компонент В - высококипящий.

• Диаграмма позволяет определять:

• θ_x и θ_y - для любого состояния смеси при заданном Р;

• x и y - для любой температуры смеси.

• По данным диаграммы «θ – x – y » может быть построена диаграмма равновесия « x – y » при Р= const.

Диаграмма равновесия « x – y » при Р= const.

Рис.2.

• На осях y и x откладывают значения y_А и x_А соответствующие 100% содержанию компонента А в паровой и жидкой фазах соответственно;

• Диагональ ОА соответствует составам смеси y_А = x_А.

• Расположение равновесной линии выше диагонали означает, что пары обогащены низкокипящим компонентом.

• Чем ближе линия равновесия к диагонали, тем меньше разница составов жидкой и паровой фаз и тем труднее разделяется смесь при ректификации.

Схема колонны ректификации для математического

описания рабочих линий процесса.

Рис.3.

Обозначения параметров процесса:

• G_f, G_фл, G_д, G _к - расходы питания, флегмы, дистиллята, куба;

• x_f, x_д, x_к - молярные составы соответствующих потоков;

• R=G_фл/G_д - флегмовое число.

Расчет рабочего флегмового числа.

,

где x_f - заданный состав жидкой фазы потока питания;

y_f - соответствующий ему равновесный состав паровой фазы потока питания.

Рабочее флегмовое число находят из соотношений:

R=1,3*R_min+0,3

или

R=σ* R_min,

где σ=1,2-2,5 - коэффициент избытка флегмы.

Уравнение рабочей линии верхней (укрепляющей) части колонны.

(1),

где y, x - составы паровой и жидкой фаз верха колонны, молярные доли; x_д - состав дистиллята.

Обозначим: .

Уравнение рабочей линии нижней (исчерпывающей) части колонны.

(2),

где .

Обозначим: ;

Построение рабочих линий процесса ректификации.

Рис.4.

• 1 - Равновесная линия процесса ректификации;

• 2 - Линия равных концентраций паровой и жидкой фаз компонента А в колонне.

• Составы паровой и жидкой фаз в верхней и нижней частях колонны равны, т.е соответствуют линии 2.

• По x_д находят точку С.

• По x_к находят точку А.

• По x_f проводят вертикаль.

• По оси y откладывают величину из соотношения (1) и получают точку D.

• Получают точку М на пересечении СD с вертикалью от x_f.

• Получают СМ - рабочую линию верха колонны.

• Проводят МА - рабочую линию низа колонны.

Диаграмма «Рабочая линия-линия равновесия»

процесса ректификации.

Рис.7.

• 1 – равновесная линия процесса бинарной ректификации;

• 2 – Линия равных концентраций в паровой и жидкой фазах

• Линия СМ – рабочая линия верха колонны с параметрами: ;

• Линия МА – рабочая линия низа колонны с параметрами:

; ; .

Анализ диаграммы «Рабочая линия - линия равновесия».

• По диаграмме определяют следующие параметры:

• Число ступеней разделения, число теоретических тарелок n_т и число реальных тарелок , где η - к.п.д. тарелки.

• Движущую силу процесса в любых точках колонны:

, , что соответствует направлению массопередачи , и .

• Движущие силы зависят:

• от режимных параметров процесса, определяющих положение равновесной кривой (Р и θ);

• от x_f , x_д, x_к - определяющих положение рабочей линии процесса;

• от R=G_фл/G_д и , т.е. от G_фл, G_д, G_f;

• от тепловых параметров G_f.

• Требуемую движущую силу процесса ректификации можно обеспечить:

• стабилизацией режимных параметров Р или θ;

• стабилизацией параметров потока питания G_f и θ _f;

• стабилизацией или изменением флегмового числа R=G _фл /G_д .

Объект управления

Схема ректификационной установки.

1. - ректификационная колонна; 2 - подогреватель потока питания;

1. - кипятильник; 4 - конденсатор (дефлегматор); 5 - флегмовая емкость.

Рис. 8.

Описание установки.

Объект управления - ректификационная установка для выделения из исходной жидкой смеси целевого компонента в составе дистиллята.

Процесс массопередачи происходит на тарелках укрепляющей (верхней) и исчерпывающей (нижней) частей колонны в результате взаимодействия жидкой и паровой фаз, движущихся в колонне противотоком.

Движущая сила - разность между равновесной и рабочей концентрациями целевого компонента в жидкой или паровой фазе: и соответственно.

Работа установки.

Исходная смесь G_п (G_xf) нагревается в подогревателе потока питания 2 до температуры кипения θ_п⁰ и подается в колонну 1 на тарелку питания (i=f).

Исходная смесь стекает по тарелкам нижней части колонны в виде жидкостного потока G_x в куб колонны, участвуя в массообменном процессе с паровым потоком G_y.

Из куба колонны выводится кубовый продукт G_куб. Часть кубового продукта подается в кипятильник 3, где испаряется с образованием парового потока G_y0 , который подается в низ колонны.

Паровой поток поднимается вверх колонны, контактируя с жидким потоком и обогащаясь целевым компонентом.

Обогащенный целевым компонентом паровой поток G_yn выводится из верха колонны и подается в дефлегматор 4, где конденсируется.

Конденсат собирается во флегмовой емкости 5. Из сборника флегмы отбирается два потока:

• поток дистиллята G_д - целевой продукт;

• поток флегмы G_фл - жидкая фаза, используемая для орошения верха колонны.

Показатель эффективности процесса с_д - концентрация дистиллята.

Цель управления процессом - обеспечение с_д.=с_д^зд_.

6. Материалы к лекции №14

Автоматизация процесса ректификации (ч.2).

Структурная схема ректификационной установки.

Рис.1.

Математическое описание низа колонны

Структурная схема куба и кипятильника.

Рис.2.

Тепловой баланс низа колонны ( _н =  ₀ ).

• Уравнение динамики:

(5).

• Уравнение статики:

G_гр r_гр + G_х1 C_рх1_х1 = G_y0 r_k + G_kC_pk_н (6).

• На основании (5) и (6) можно считать:

_н = f (G_гр, G_к ).

• Предпочтительное управляющее воздействие G_гр .

Материальный баланс по всему веществу.

• Уравнение динамики :

(1).

• Уравнение статики :

G _x1 = G _k + G _y0 (2),

где ρ _k - плотность кубовой жидкости , кг/м³;

29-04-2015, 04:00