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

Текст из файла (страница 6)

В развернутом виде при условии и :

(10а).

• т.е. тепло выделяется за счет охлаждения G_гр от исходной температуры _гр до температуры насыщенного пара , конденсации пара и последующего охлаждения конденсата до _к .

• тепло расходуется на нагревание G_ж до температуры , испарение жидкости и отводится с образующейся паровой фазой.

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

(10б).

Уравнение статики при :

(10в)

Выводы по тепловому балансу процесса:

• В целом температура в испарителе на основании выражений (8) и (9) зависит от следующих параметров процесса:

(10г).

• Так как температура в испарителе у поверхности раздела фаз, т.е. в зоне испарения должна быть равна температуре кипения, то можно полагать:

 = _ж = _п = _кип ,

а температура кипения зависит от давления паровой фазы в испарителе, т.е. при Р_п _кип  (при этом r_ж ).

• Поэтому температура не может использоваться как показатель эффективности процесса испарения.

• Однако, на основании (6а, 6б) температура важна для обеспечения расчетной общей тепловой нагрузки Q в испарителе, т.е. теплового баланса в аппарате.

• Из выражения (10г) следует, что основными параметрами, характеризующими данный процесс, являются:

• уровень h_ж и давление Р_п технологического потока в испарителе;

• уровень h_к и давление Р_гр потока греющего пара в кипятильнике;

Материальный баланс по жидкой фазе в испарителе

(для технологического потока)

• Уравнение динамики:

, (11),

• Уравнение статики при :

(12).

• На основании (11) и (12) можно считать:

. (13),

• Предпочтительное управляющее воздействие G_гр.

Материальный баланс по жидкой фазе в кипятильнике

(для конденсата греющего пара).

• Уравнение динамики:

, (14),

• Уравнение статики при :

(15).

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

. (16).

• Предпочтительное управляющее воздействие является отбор конденсата G_к.

Материальный баланс по паровой фазе

для технологического потока в испарителе.

• Уравнение динамики:

(17),

где

М_п - мольная масса паровой фазы технологического потока, кг/моль;

Р_п - давление паровой фазы технологического

потока, Па;

_п - температура паровой фазы технологического

потока, К,

V_п - объем паровой фазы технологического

потока, м³ .

• Уравнение статики при :

(18).

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

(19),

Предпочтительное управляющее воздействие G_п.

Материальный баланс по паровой фазе для кипятильника.

Уравнение динамики:

(20),

где М_гр - мольная масса паровой фазы греющего пара,

кг/моль;

Р_гр - давление паровой фазы греющего пара, Па;

_гр - температура паровой фазы греющего пара, К,

V_гр - объем паровой фазы греющего пара, м³ .

• Уравнение статики при :

(21).

На основании (20) и (21) можно считать:

(22).

Предпочтительное управляющее G_гр .

Информационная схема испарителя

на основе материального баланса.

Рис.2.

• Возможные управляющие воздействия:

.

• Возможные управляемые переменные:

.

Информационная схема испарителя

для типового решения автоматизации.

Рис.3.

• В типовом решении автоматизации испарителей объект рассматривают как односвязный для основных каналов управления рис.3.

• Однако, на основании схемы рис.3. объект можно рассматривать как многосвязный.

• Многосвязность объекта с позиций физики процесса можно объяснить следующим образом:

• При ; т.к. при

• При ; т.к. при

Типовая схема автоматизации испарителей.

Рис.4.

Типовое решение автоматизации испарителей.

1. Регулирование.

• Регулирование уровня h_ж по подаче греющего пара G_гр - как показателя эффективности процесса нагревания в испарителе.

• Регулирование давления Р_п по отбору паровой фазы из испарителя - для обеспечения материального баланса по паровой фазе и стабилизации r_ж=f(P_п).

1. Контроль.

• расходы - G_гр, G_п , G_ж ;

• температуры - ;

• давление - Р_гр, Р_ж Р_п ;

• уровень - h_ж

1. Сигнализация.

• существенные отклонения h_ж и Р_п от заданий;

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

1. Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи греющего пара G_гр и отбора пара для технологических нужд.

1. Материалы к лекции №8

Автоматизация процесса выпаривания

Движущая сила процесса выпаривания.

• Движущей силой процесса выпаривания является полезная разность температур _полезн :

_полезн = _т - _р-ра^кип (1).

• Общая разность температур _общ в процессе:

_общ = _т - _р-ля^кип (2).

• Общая разность температур _общ больше полезной разности температур _полезн на величину потерь :

_полезн = _общ -  (3),

• Величина потерь  в процессе выпаривания:

 = _г + _д + _гп (4),

где - _г потери за счет гидростатического эффекта; _д - температурная депрессия; _гп - потери температуры за счет гидравлических потерь в трубопроводе.

• На основании выражений (2) и (4) выражение (3) примет вид:

_полезн = _т - _р-ля^кип -( _г + _д + _гп ) (5).

Температурная депрессия.

• Определение _д на основании (1) и (5):

_д = _р-ра^кип - _р-ля^кип (6).

• Определение _д по диаграммам «Р -  » .

Диаграмма «Р -  » для растворов и растворителей.

Рис.1.

• Из диаграммы следует, что при P=const _д = _р-ра^кип - _р-ля^кип

• Расчетные соотношения для _д:

• Для концентрированных растворов недиссоциирующихся веществ:

(7),

• Для концентрированных растворов диссоциирующихся веществ:

(8),

где R=8,31, дж/(моль*К);

c_к - концентрация растворенного вещества в концентрированном растворе, моль/моль;

r_п^р-ля - теплота испарения растворителя, дж/моль;

_р-ля^кип - температура кипения растворителя, К;

b - константа, определяемая опытным путем.

Объект управления

Схема выпарной установки естественной циркуляции

с вынесенной греющей камерой.

1. греющая камера;

2. - выпарной аппарат;

3. брызгоулавливатель;

4. циркуляционная труба

Рис.2.

• Работа установки.

Исходный раствор подается по трубам кипятильника 1, где нагревается до температуры кипения с образованием парожидкостной смеси, которая далее поступает в выпарной аппарат (сепаратор) 2.

В сепараторе 2 парожидкостная смесь разделяется на паря растворителя и концентрированный раствор.

Пары растворителя проходят через брызгоулавливатель 3 и выводятся из процесса из верха сепаратора в виде парового потока G_п.

Выделенная брызгоулавливателем жидкая фаза из паров растворителя возвращается в кипятильник 1 по циркуляционной трубе 4.

Сконцентрированный раствор в виде потока G_к выводится из низа сепаратора.

• Показатель эффективности процесса - концентрация концентрированного раствора с_к.

• Цель управления - обеспечение с_к = с_к^зд (на максимально возможном для данной установки значении).

Материальный баланс по растворенному веществу.

Уравнение динамики:

(1),

Уравнение статики :

(2)

Из выражений (1) и (2) следует:

(3),

Предпочтительное управляющее воздействие: G_р.

Тепловой баланс выпарной установки.

Уравнение динамики процесса выпаривания:

(5).

Уравнение статики при :

(6).

В выражениях (5) и (6) принято:

• ;

• ;

• - количество испаряемого растворителя;

• - удельные теплоемкости исходного и концентрированного растворов, которые не починяются закону аддитивности;

• ,

где q - тепловой эффект растворения, определяемый на основании закона Гесса:

,

где q_н и q_к - интегральные теплоты растворения в начале и конце процесса.

• На основании (5) и (6):

(7).

Предпочтительные управляющие воздействия:

• для обеспечения теплового баланса процесса - расход теплоносителя G_т;

• для косвенного регулирования показателя эффективности процесса - расход исходного раствора G_р.

В типовом решении автоматизации:

• для косвенного регулирования показателя эффективности процесса выпаривания используют не температуру в аппарате, а температурную депрессию:

.

Материальный баланс по жидкой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

, (8),

Уравнение статики:

(9)

На основании (8) и (9):

. (10).

Предпочтительное управляющее воздействие - G_к.

Материальный баланс по паровой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

(11),

где М_п - мольная масса паровой фазы (растворителя),

кг/моль;

Р_п - давление в сепараторе, Па;

_п = _к =_апп - температура в сепараторе, К,

V_п - объем паровой фазы в сепараторе, м³ .

Характеристики

Список файлов реферата