Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Рис.2

• (1),

• При (Δt_макс/Δt_мин) < 2: (2).

• При : (3).

Движущая сила при противотоке теплоносителей.

Схема противоточного движения теплоносителей.

Рис.3.

График изменения температур при противотоке.

Рис.4.

• (1).

Затем используют те же соотношения (2) и (3), что и для прямотока, для определения средней движущей силы процесса.

1. Материалы к лекции №7

Автоматизация кожухотрубных теплообменников

Схема кожухотрубного теплообменника

с неизменяющимся агрегатным состоянием веществ.

Рис.1.

• Технологический процесс: нагревание технологического потока G до температуры θ^вых с помощью теплоносителя G_т с неизменяющимся агрегатным состоянием.

• Показатель эффективности: θ^вых.

• Цель управления: поддержание θ^вых= θ_зд.

Математическое описание на основе физики процесса.

• Движение теплоносителей осуществляется противотоком при заданных θ_т^вх, θ_т^вых, θ^вых, θ^вх.

• Движущая сила процесса: (1),

где .

• Тепловая нагрузка аппарата: (2).

• Q(дж/с) позволяет определить G_т^эфф и G^эфф на основе тепловых балансов:

(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.

• Возможные управляющие воздействия: .

• Возможные контролируемые возмущения: .

• Возможные неконтролируемые возмущения: .

• Возможная управляемая переменная: .

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 V_труб - 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).

• Статическая характеристика линейна по каналам: .

• Статическая характеристика нелинейна по каналу .

• Статическую характеристику можно линеаризовать по отношению к G введением стабилизации соотношения расходов: , тогда получим:

(14).

• Линеаризованное представление статической характеристики через разложение в ряд Тейлора:

(15).

• Линеаризованное представление приращения выходной переменной через приращения всех возможных входных переменных:

(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.

• Регулирование температуры по подаче теплоносителя G_т - как показателя эффективности процесса нагревания в кожухотрубном теплообменнике.

1. Контроль.

• расходы - G_т, G;

• температуры - ;

• давление - Р_т, Р.

1. Сигнализация.

• существенные отклонения ^вых от задания;

• резкое падение расхода технологического потока G , при этом формируется сигнал «В схему защиты».

1. Система защиты.

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

Схема парожидкостного теплообменника

(с изменяющимся агрегатным состоянием теплоносителя).

Рис.1.

• Технологический поток (нагреваемая жидкость) G_ж подается по трубкам теплообменника.

• Теплоноситель с изменяющимся агрегатным состоянием (греющий пар) G_п подается по межтрубному пространству.

• Показатель эффективности: .

• Цель управления: поддержание .

Математическое описание на основе физики процесса.

• Теплопередача от паровой фазы теплоносителя:

(1),

• Теплопередача от жидкой фазы теплоносителя:

(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*К^*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.

• Общая тепловая нагрузка парожидкостного теплообменника:

(3).

• Так как , то интенсивность теплопередачи от паровой фазы значительно выше, чем от конденсата.

• Поэтому на величину Q влияет величина соотношения F_п /F_к, которая зависит от уровня конденсата:

(4а).

где и (4б).

• На основании (4а) общая тепловая нагрузка Q также будет зависеть от уровня конденсата h_к:

(4в),

• Q(дж/с) позволяет определить G_п^эфф и G_ж^эфф на основе тепловых балансов:

(5а);

(5б);

(6а);

(6б),

при h_к =h_эфф.

• Эффективное время пребывания:

. (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 P_п _кип r_п .

Материальный баланс по жидкой фазе

для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

, (11),

Уравнение статики при :

(12)

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

Материальный баланс по паровой фазе

для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

(14),

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

Р_п - давление паровой фазы теплоносителя, Па;

_п - температура паровой фазы теплоносителя, К,

V_п - объем паровой фазы теплоносителя, м³ .

Уравнение статики при :

(15).

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

Информационная схема объекта.

Рис.2.

• Возможные управляющие воздействия: .

• Возможные контролируемые возмущения: .

• Возможные неконтролируемые возмущения: .

• Возможные управляемые переменные: .

• Наиболее эффективные каналы управления:

.

Анализ динамических характеристик парожидкостного теплообменника

как объекта управления температурой.

• Исходные условия: .

• Уравнение динамики в нормализованном виде.

(17)

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

(18),

где: ; .

• Объект имеет транспортное запаздывание:

(19),

где V_труб - 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:

(20).

Анализ статической характеристики объекта.

Из уравнения статики выразим в явном виде:

(21).

• Статическая характеристика линейна по отношению к воздействиям по: .

• Статическая характеристика нелинейна по отношению к воздействию по G_ж.

• Статическую характеристику можно линеаризовать по отношению к G_ж введением стабилизации соотношения расходов: , тогда получим:

(22).

• Линеаризованное представление статической характеристики через разложение в ряд Тейлора:

(23).

На основании (23) можно получить:

(24).

Схема испарителя

(кожухотрубного теплообменника с изменяющимся агрегатным состоянием

теплоносителя и технологического потока).

Рис.1.

Показатель эффективности: h_ж - 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 F_т при конденсации греющего пара определится как:

F_т = F_п + F_к (4а),

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

(4б).

1. Определение на основании теплового баланса по греющему пару:

=G_гр *r_гр (5а);

= (5б).

1. Определение на основании теплового баланса по технологическому потоку:

(6а);

(6б).

Выводы из математического описания физики процесса:

• Общая тепловая нагрузка, отдаваемая греющим паром зависит следующих его параметров:

(7).

• Общая тепловая нагрузка, получаемая технологическим потоком, определяет следующие его параметры:

и (8);

(9).

Математическое описание на основе

теплового и материальных балансов процесса.

Тепловой баланс испарителя.

Уравнение динамики:

Характеристики

Список файлов реферата