ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 147
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Le ≤ L ≤ Lн.
Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях.
При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение потока на запасную емкость.
Особенно высокие требования предъявляются к точности регулирования уровня в теплообменных аппаратах, в которых уровень жидкости существенно влияет на тепловые процессы.
Например, в паровых теплообменниках уровень конденсата определяет фактическую поверхность теплообмена.
В таких САР для регулирования уровня без статической погрешности применяют ПИ-регуляторы. П-регуляторы используют лишь в тех случаях, когда не требуется высокое качество регулирования и возмущения в системе не имеют постоянной составляющей, которая может привести к накоплению статической погрешности.
При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируют одним из трех способов:
Непрерывное регулирование уровня
1 – регулятор уровня,
2 – регулирующий клапан
Непрерывное регулирование уровня жидкости изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке»)
Непрерывное регулирование уровня
1 – регулятор уровня,
2 – регулирующий клапан
Непрерывное регулирование уровня жидкости изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке»)
Непрерывное регулирование уровня
1 – регулятор уровня,
2 – регулирующий клапан
3, 4 – измерители расхода
5 – регулятор соотношения
Непрерывное регулирование уровня жидкости изменением расхода жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР); отключение корректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расходы жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу, и вследствие интегрирующих свойств объекта, уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать).
Регулирование уровня в испарителе
1 – испаритель
2 – регулятор уровня
3 – регулирующий клапан
В случае, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хладагента).
В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования уровня в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом остальных контуров регулирования.
Особое место в системах регулирования уровня занимают САР уровня в аппаратах с кипящим (псевдосжиженным) слоем зернистого материала.
Устойчивое поддержание уровня кипящего слоя возможно в достаточно узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя.
При значительных колебаниях расхода газа (или расхода зернистого материала) наступает режим уноса слоя или его оседания.
Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особо высокие требования.
В качестве регулирующих воздействий используют расход зернистого материала на входе или выходе аппарата (рис. а) или расход газа на ожижение слоя (рис. б).
Регулирование уровня кипящего слоя
а) отводом зернистого материала, б) изменением расхода газа
1 – аппарат с кипящим слоем
2 – регулятор уровня
3 – регулирующий орган
Локальные системы управления
Давление является показателем соотношения расходов газовой фазы на входе в аппарат и выходе из него.
Постоянство давления свидетельствует о соблюдении материального баланса по газовой фазе.
Обычно давление (или разрежение) в технологической установке стабилизируют в каком-либо одном аппарате, а по всей системе оно устанавливается в соответствии с гидравлическим сопротивлением линии и аппаратов.
Регулирование разрежения в многоконтурной выпарной установке
1, 2 – выпарные аппараты
3 – барометрический конденсатор
4 – регулятор разрежения
5 – регулирующий клапан
В многокорпусной выпарной установке стабилизируют разрежение в последнем выпарном аппарате.
В остальных аппаратах при отсутствии возмущений устанавливается разрежение, которое определяется из условий материального и теплового балансов с учетом гидравлического сопротивления технологической линии.
САР давления в ректификационной колонне
1 – колонна
2 – дефлегматор
3 – флегмовая емкость
4 – регулятор давления
5 – регулирующий клапан
В тех случаях, когда давление существенно влияет на динамику процесса (например, в процессе ректификации), предусматривается система стабилизации давления в отдельных аппаратах.
Кроме того, при регулировании процесса бинарной ректификации часто в качестве косвенного показателя состава смеси используют се температуру кипения, которая однозначно связана с составом лишь при постоянном давлении.
Поэтому в продуктовых ректификационных колоннах обычно предусматривают специальные системы стабилизации давления.
Регулирование перепада давления
а) в колонном аппарате с насадкой, б) в аппарате с кипящем слоем
1 – аппарат
2 – регулятор перепада давления
3 – регулирующий клапан
В таких аппаратах регулируется перепад давления, характеризующий гидродинами-ческий режим, который влияет на протекание процесса
Локальные системы управления
Регулирование теплообменников
Тепловые процессы играют значительную роль в химической технологии.
Химические реакции веществ с также их физические превращения сопровождаются, как правило, тепловыми эффектами.
Тепловые явления часто составляют основу технологических процессов.
Передачу тепла от горячих теплоносителей к более холодным осуществляют в теплообменниках.
Различают теплообменники:
1. непосредственного смешения теплоносителей;
2. поверхностные теплообменники, в которых тепло передается через глухую раздели тельную стенку:
a. теплопередача может протекать без изменения агрегатного состояния теплоносителей (нагреватели, холодильники);
b. с изменением агрегатного состояния (испарители, конденсаторы).
Нагревание продуктов проводят также в трубчатых печах топочными газами.
Регулирование теплообменников смешения
Регулирование теплообменников смешения заключается в поддержании постоянства температуры Тсм суммарного потока на выходе.
Для создания необходимого температурного режима в химических аппаратах используют передачу энергии в результате смешения двух и более веществ с разными теплосодержаниями.
Gx, Fx – расход;
Θx, Tx – температура;
cx – удельная теплоемкость.
Структурная схема регулирования теплообменника смешения
Принципиальная схема регулирования теплообменника смешения
Регулирование теплообменников смешения
Во многих задачах регулирования состава или температуры в резервуаре с мешалкой при определении передаточных функций принимают перемешивание идеальным.
Тогда объект описывается дифференциальным уравнением первого порядка с постоянной времени, равной времени пребывания в резервуаре.
Однако на практике отмечается запаздывание, по истечении которого изменение концентрации или температуры питания происходит на выходе из резервуара.
Это запаздывание (запаздывание смешения) зависит от размеров резервуара, вязкости жидкости, конструкции и скорости вращения мешалки, определяющих интенсивность перемешивания.
Рассмотрим насколько вариантов систем автоматизации теплообменников смешения и проведем их сравнительный анализ по качеству процессов регулирования.
Регулирование теплообменников смешения 1
Задача стабилизации выходной температуры смеси решается применением одноконтурной замкнутой системы регулирования, в котором регулирующим воздействием является расход G1.
Использование регулятора с интегральной составляющей и законе регулирования (ПИ- или ПИД-регулятор) гарантирует поддержание заданного значения в установившемся режиме, однако качество переходного процесса может оказаться неудовлетворительным при большой инерционности канала регулирования и сильных возмущениях.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы замкнутой одноконтурной САР температуры в теплообменнике смешения
Регулирование теплообменников смешения 2
Включает систему регулирования соотношения расходов G1 и G2.
Это разомкнутая система регулирования, способность обеспечить инвариантность регулируемой температуры смеси Θ к возмущениям по расходу G2, однако при наличии любого другого возмущения Θ не будет равна заданной.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы разомкнутой одноконтурной САР температуры в теплообменнике смешения
Регулирование теплообменников смешения 3
Отличается компенсатором возмущения по Θ2.
Таким образом, данная система регулирования может обеспечить независимость выходной температуры от двух основных возмущений G2 и Θ2.
Однако при наличии других возмущений (например, изменение теплопотерь в окружающую среду) температура будет отклоняться от заданной.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы разомкнутой САР температуры в теплообменнике смешения с компенсацией двух возмущений:
1 - регулятор соотношения; 2 - компенсатор.
Регулирование теплообменников смешения 4
Система регулирования соотношения расходов
G1 и G2 с коррекцией коэффициента по выходной температуре смеси Θ, т. е. двухкаскадная САР.
Основным (внешним) регулятором является регулятор температуры 7, а вспомогательным (внутренним) – регулятор соотношения 2, осуществляющий компенсацию возмущения по расходу G2.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы каскадной САР температуры в теплообменнике смешения:
1 - регулятор температуры; 2 - регулятор соотношения расходов.
Регулирование теплообменников смешения 5
Система регулирования температуры смеси с коррекцией по двум возмущениям G2 и Θ2, т. е. комбинированная САР.
Динамический компенсатор 2 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.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы комбинированной АСР температуры в теплообменнике смешения:
1 - регулятор температуры; 2 - компенсатор.
Регулирование теплообменников смешения
Из рассмотренных примеров систем автоматизации наилучшее качество регулирования обеспечат два последних варианта.
При этом в случае приборной реализации систем предпочтительнее четвертый вариант, который легко выполняется на серийных промышленных регуляторах.
При использовании ЦВМ или микропроцессорной техники реализация любой из этих систем не представляет затруднений.
Регулирование поверхностных теплообменников
Регулирование поверхностных теплообменников заключается в поддержании постоянства температуры одного из теплоносителей на выходе из теплообменника, например, Tx2.
Температура Tx2 зависит от скорости передачи тепла или теплового потока q через стенку; в свою очередь эта температура определяется движущей силой процесса или средним температурным напором ΔТср.
Величина ΔТср зависит от значений температур теплоносителей на входе и выходе теплообменника и, в частности, от температуры Tx2.
С возрастанием Tx2 движущая сила процесса уменьшается и наоборот. Это свидетельствует о том, что поверхностные теплообменники обладают свойством самовыравнивания.
Схемы поверхностного противотокового теплообменника
Регулирование поверхностных теплообменников
Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях.
При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение потока на запасную емкость.
Особенно высокие требования предъявляются к точности регулирования уровня в теплообменных аппаратах, в которых уровень жидкости существенно влияет на тепловые процессы.
Например, в паровых теплообменниках уровень конденсата определяет фактическую поверхность теплообмена.
В таких САР для регулирования уровня без статической погрешности применяют ПИ-регуляторы. П-регуляторы используют лишь в тех случаях, когда не требуется высокое качество регулирования и возмущения в системе не имеют постоянной составляющей, которая может привести к накоплению статической погрешности.
При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируют одним из трех способов:
Непрерывное регулирование уровня
1 – регулятор уровня,
2 – регулирующий клапан
Непрерывное регулирование уровня жидкости изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке»)
Непрерывное регулирование уровня
1 – регулятор уровня,
2 – регулирующий клапан
Непрерывное регулирование уровня жидкости изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке»)
Непрерывное регулирование уровня
1 – регулятор уровня,
2 – регулирующий клапан
3, 4 – измерители расхода
5 – регулятор соотношения
Непрерывное регулирование уровня жидкости изменением расхода жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР); отключение корректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расходы жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу, и вследствие интегрирующих свойств объекта, уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать).
Регулирование уровня в испарителе
1 – испаритель
2 – регулятор уровня
3 – регулирующий клапан
В случае, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хладагента).
В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования уровня в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом остальных контуров регулирования.
САР с кипящим слоем
Особое место в системах регулирования уровня занимают САР уровня в аппаратах с кипящим (псевдосжиженным) слоем зернистого материала.
Устойчивое поддержание уровня кипящего слоя возможно в достаточно узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя.
При значительных колебаниях расхода газа (или расхода зернистого материала) наступает режим уноса слоя или его оседания.
Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особо высокие требования.
В качестве регулирующих воздействий используют расход зернистого материала на входе или выходе аппарата (рис. а) или расход газа на ожижение слоя (рис. б).
Регулирование уровня кипящего слоя
а) отводом зернистого материала, б) изменением расхода газа
1 – аппарат с кипящим слоем
2 – регулятор уровня
3 – регулирующий орган
Регулирование давления
Локальные системы управления
Регулирование давления
Давление является показателем соотношения расходов газовой фазы на входе в аппарат и выходе из него.
Постоянство давления свидетельствует о соблюдении материального баланса по газовой фазе.
Обычно давление (или разрежение) в технологической установке стабилизируют в каком-либо одном аппарате, а по всей системе оно устанавливается в соответствии с гидравлическим сопротивлением линии и аппаратов.
Регулирование разрежения в многоконтурной выпарной установке
1, 2 – выпарные аппараты
3 – барометрический конденсатор
4 – регулятор разрежения
5 – регулирующий клапан
В многокорпусной выпарной установке стабилизируют разрежение в последнем выпарном аппарате.
В остальных аппаратах при отсутствии возмущений устанавливается разрежение, которое определяется из условий материального и теплового балансов с учетом гидравлического сопротивления технологической линии.
САР давления в ректификационной колонне
1 – колонна
2 – дефлегматор
3 – флегмовая емкость
4 – регулятор давления
5 – регулирующий клапан
В тех случаях, когда давление существенно влияет на динамику процесса (например, в процессе ректификации), предусматривается система стабилизации давления в отдельных аппаратах.
Кроме того, при регулировании процесса бинарной ректификации часто в качестве косвенного показателя состава смеси используют се температуру кипения, которая однозначно связана с составом лишь при постоянном давлении.
Поэтому в продуктовых ректификационных колоннах обычно предусматривают специальные системы стабилизации давления.
Регулирование перепада давления
а) в колонном аппарате с насадкой, б) в аппарате с кипящем слоем
1 – аппарат
2 – регулятор перепада давления
3 – регулирующий клапан
В таких аппаратах регулируется перепад давления, характеризующий гидродинами-ческий режим, который влияет на протекание процесса
Регулирование температуры
Локальные системы управления
Регулирование теплообменников
Тепловые процессы играют значительную роль в химической технологии.
Химические реакции веществ с также их физические превращения сопровождаются, как правило, тепловыми эффектами.
Тепловые явления часто составляют основу технологических процессов.
Передачу тепла от горячих теплоносителей к более холодным осуществляют в теплообменниках.
Различают теплообменники:
1. непосредственного смешения теплоносителей;
2. поверхностные теплообменники, в которых тепло передается через глухую раздели тельную стенку:
a. теплопередача может протекать без изменения агрегатного состояния теплоносителей (нагреватели, холодильники);
b. с изменением агрегатного состояния (испарители, конденсаторы).
Нагревание продуктов проводят также в трубчатых печах топочными газами.
Регулирование теплообменников смешения
Регулирование теплообменников смешения заключается в поддержании постоянства температуры Тсм суммарного потока на выходе.
Для создания необходимого температурного режима в химических аппаратах используют передачу энергии в результате смешения двух и более веществ с разными теплосодержаниями.
Gx, Fx – расход;
Θx, Tx – температура;
cx – удельная теплоемкость.
Структурная схема регулирования теплообменника смешения
Принципиальная схема регулирования теплообменника смешения
Регулирование теплообменников смешения
Во многих задачах регулирования состава или температуры в резервуаре с мешалкой при определении передаточных функций принимают перемешивание идеальным.
Тогда объект описывается дифференциальным уравнением первого порядка с постоянной времени, равной времени пребывания в резервуаре.
Однако на практике отмечается запаздывание, по истечении которого изменение концентрации или температуры питания происходит на выходе из резервуара.
Это запаздывание (запаздывание смешения) зависит от размеров резервуара, вязкости жидкости, конструкции и скорости вращения мешалки, определяющих интенсивность перемешивания.
Рассмотрим насколько вариантов систем автоматизации теплообменников смешения и проведем их сравнительный анализ по качеству процессов регулирования.
Регулирование теплообменников смешения 1
Задача стабилизации выходной температуры смеси решается применением одноконтурной замкнутой системы регулирования, в котором регулирующим воздействием является расход G1.
Использование регулятора с интегральной составляющей и законе регулирования (ПИ- или ПИД-регулятор) гарантирует поддержание заданного значения в установившемся режиме, однако качество переходного процесса может оказаться неудовлетворительным при большой инерционности канала регулирования и сильных возмущениях.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы замкнутой одноконтурной САР температуры в теплообменнике смешения
Регулирование теплообменников смешения 2
Включает систему регулирования соотношения расходов G1 и G2.
Это разомкнутая система регулирования, способность обеспечить инвариантность регулируемой температуры смеси Θ к возмущениям по расходу G2, однако при наличии любого другого возмущения Θ не будет равна заданной.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы разомкнутой одноконтурной САР температуры в теплообменнике смешения
Регулирование теплообменников смешения 3
Отличается компенсатором возмущения по Θ2.
Таким образом, данная система регулирования может обеспечить независимость выходной температуры от двух основных возмущений G2 и Θ2.
Однако при наличии других возмущений (например, изменение теплопотерь в окружающую среду) температура будет отклоняться от заданной.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы разомкнутой САР температуры в теплообменнике смешения с компенсацией двух возмущений:
1 - регулятор соотношения; 2 - компенсатор.
Регулирование теплообменников смешения 4
Система регулирования соотношения расходов
G1 и G2 с коррекцией коэффициента по выходной температуре смеси Θ, т. е. двухкаскадная САР.
Основным (внешним) регулятором является регулятор температуры 7, а вспомогательным (внутренним) – регулятор соотношения 2, осуществляющий компенсацию возмущения по расходу G2.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы каскадной САР температуры в теплообменнике смешения:
1 - регулятор температуры; 2 - регулятор соотношения расходов.
Регулирование теплообменников смешения 5
Система регулирования температуры смеси с коррекцией по двум возмущениям G2 и Θ2, т. е. комбинированная САР.
Динамический компенсатор 2 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.
Функциональная (а) и структурная (б) схемы комбинированной АСР температуры в теплообменнике смешения:
1 - регулятор температуры; 2 - компенсатор.
Регулирование теплообменников смешения
Из рассмотренных примеров систем автоматизации наилучшее качество регулирования обеспечат два последних варианта.
При этом в случае приборной реализации систем предпочтительнее четвертый вариант, который легко выполняется на серийных промышленных регуляторах.
При использовании ЦВМ или микропроцессорной техники реализация любой из этих систем не представляет затруднений.
Регулирование поверхностных теплообменников
Регулирование поверхностных теплообменников заключается в поддержании постоянства температуры одного из теплоносителей на выходе из теплообменника, например, Tx2.
Температура Tx2 зависит от скорости передачи тепла или теплового потока q через стенку; в свою очередь эта температура определяется движущей силой процесса или средним температурным напором ΔТср.
Величина ΔТср зависит от значений температур теплоносителей на входе и выходе теплообменника и, в частности, от температуры Tx2.
С возрастанием Tx2 движущая сила процесса уменьшается и наоборот. Это свидетельствует о том, что поверхностные теплообменники обладают свойством самовыравнивания.
Схемы поверхностного противотокового теплообменника
Регулирование поверхностных теплообменников