Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

Пример I I I - 3 . Резервуар и измерительная камера имеют следующие пара­ метры:

объем резервуара V = 400 л; диаметр L = 0,6 м; поминальный уровень ЖИДКОСТИ в резервуаре L X = 1 м; максимальный расход ЖИДКОСТИ 200 л/мип; L.Z = 1,4 м (см. рис. Ш-5).

Найдем период колебаний уровня жидкости в системе:

Тогда дппамичеекий коэффициент передачи объекта составит

2nV/F . (6,28) (400/200)

Для регулирования этого объекта необходимо установить диапазоны пропор­ циональности регулятора 200G = 0 , 6 % .

Резервуары гидравлических объектов обычно имеют размеры от 0,6 до 60 м, поэтому период колебаний уровня жидкости в них будет составлять от 1 до 10 с. Следовательно, необходимо обращать особое внимание на обеспечение устойчивости систем регулирования уровня в резервуарах с постоянной времени меньше 1 мин.

Влияние случайных возмущений на процесс регулирования уровня жидкости. Уровень жидкости обычно подвержен случайным возму­ щениям, обусловленным турбулентностью потока жидкости, посту­ пающей в объект, и ее разбрызгиванием. Мы уже видели, что при случайных возмущениях в колебательных контурах возникают колебания с периодом, равным периоду собственных колебаний контура. В промышленных аппаратах уровень жидкости, как пра­ вило, колеблется с амплитудой, достигающей в некоторых слу­ чаях 20 — 30% номинального значения уровня. Это наблюдается, например, в резервуарах с кипящими жидкостями.

Для обеспечения устойчивости контура регулирования уровня жидкости достаточно установить небольшой диапазон пропорцио­ нальности регулятора. Однако при наличии даже небольших случай­ ных возмущений плунжер.регулирующего клапана может достигнуть предельного положения, что недопустимо. Иногда по уровню жидкости в резервуаре регулируют расход ее в другой части объекта. Однако если расход колеблется значительно, то регулирование неосуще­ ствимо. В таких случаях используют ПИ-регуляторы, устанавливая широкий диапазон пропорциональности. При этом интегральная составляющая регулятора обеспечивает постепенное выведение регу­ лируемого параметра иа заданное значение.

РГногда применяют специальные регуляторы, у которых диапазон пропорциональности уменьшается при отклонении параметра от заданного значения. Такие регуляторы в случае приближения ре­ гулируемого уровня жидкости к поминальному перемещают регули­ рующий орган на небольшую величину и незначительно воздей­ ствуют на поток. Если же параметр сильно отклоняется в любую сторону от заданного значения, то регуляторы резко изменяют поток жидкости. Более подробно этот вопрос рассматривается в главе V .

8U

Регулирование уровня кипящих жидкостей и паро-жидкостных смесей при конденсации пара. При регулировании уровня кипящей жидкости или паро-жидкостной смеси с конденсирующимися парами обычно наблюдаются явления, присущие тепловым объектам. Проис­ ходящие при этом процессы тепло- и массообмена чрезвычайно затрудняют регулирование.

Вопросы регулирования уровня в паровых котлах и ректифика­ ционных колоннах довольно сложны. Их рассмотрению посвящены главы V I I I , I X и X I .

Регулирование температуры

Среди объектов, в которых протекают процессы теплопередачи, встречаются объекты с сосредоточенными и распределенными пара­ метрами. Для простоты рассмотрим объект с сосредоточенными

даваемой в рубашку, при этом соответственно меняется количество тепла, выделяющегося в результате реакции. Рассматриваемый объект характеризуется тепловыми емкостями: вещества в реакторе; стенок реактора; жидкости, подаваемой в рубашку; термобаллона измерительной системы регулятора; а также запаздыванием, свя­ занным с циркуляцией охлаждающей жидкости.

Так как тепло, выделяющееся в реакторе, отводится через его стенки охлаяедающей водой, то реагирующие вещества, стенки

реактора и охлаждающая вода с точки зрения их емкостных свойств влияют друг на друга.

Определение постоянных времени. Постоянные времени объекта регулирования можно найти из уравнений теплового баланса системы в неустановившемся режиме для каждой поверхности теплообмена. Составим уравнение теплового баланса для внутренней поверхности стенки реактора, предполагая/что скорость выделения тепла в реак­ торе постоянна (случай с переменной скоростью будет рассмотрен ниже). Тепло, выделяющееся в результате реакции, расходуется на нагревание поверхности стенки реактора и на повышение темпе­ ратуры вещества.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Q =kiA {T-T1) + W1Cl (Ш,12)

где Q — количество выделившегося тепла; кг — коэффициент тепло­ отдачи от вещества к стенке реактора; А — поверхность тепло­ обмена; Т — температура реагирующих веществ в реакторе; Тг — температура внутренней стенки реактора; W± — масса реагирующих веществ; Сх — удельная теплоемкость реагирующих веществ.

Приведя это уравнение к нормальному виду, получим

Коэффициент при первой производпой в уравиепии (111,13) представляет собой постоянную времени

Таким образом, передача тепла от реагирующих веществ к вну­ тренней поверхности стенки реактора происходит с постоянной времени хх и коэффициентом передачи в установившемся режиме, равном единице. Если величина кхА неизвестна, то ее можно заме­ нить выражением Q/(T — Тх). Тогда %г можно определить из ра­ венства

Передача тепла от внутренней поверхности стенки реактора к на­ ружной происходит с постоянной времени

где W2 — масса стенок реактора; С2 — удельная теплоемкость материала стенки; к2 — коэффициент теплопроводности материала стенки; I — толщина стенки; Т2 — температура наружной поверх­ ности стенки. -

82