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

Коэффициент передачи объекта, представляющий собой отноше­ ние изменения средней температуры циркулирующей охлаждающей

Полученная зависимость имеет явно выраженный нелинейный характер. Для частичной компенсации этой нелинейности следует для изменения расхода хладоносителя, добавляемого в основной контур,' использовать клапан с логарифмической характеристикой.

Если масса стенок реактора 3600 кг, их удельная теплоемкость 0,15 ккал/(кг X X град), а температурпып градпент (7\ — Т„) составляет 5,5° С, то

В охлаждающей рубашке циркулирует 2270 кг воды со средней температу­ рой 60? С; следовательно, ее постоянная времени составпт

Постоянная времени термобаллоиа т4 обычпо принимается равной 0,5 мин. Исходя из скорости циркуляции жидкости в рубашке 1135 кг/мпп, опре­

делим время чпстого запаздывания

2270

Тй = Ш 5 = 2 Ш Ш

Период колебании замкнутого коптура регулирования с таким реактором в действительности составляет около 35 мин. По даже если бы все его инерцион­ ные элементы представляли собой элементы чпстого запаздывания, то и тогда период колебапий контура регулирования пе превышал бы 29 мпц. Следова­ тельно, остается предположить, что мы пе учли инерцию процесса, обусловлен­ ную смешеппем реакционной массы. При вычислении постоянной времени про­ цесса смешения реакционной массы было прппято, что последняя находится

в пдеальпо смешанном состоянии, т. е. что температура во всех ее точках одина­ кова. В действительности невозможно осуществить перенос жидкости п тепла от стенок реактора к термобаллону за бесконечно малый промежуток времени. Тепло передается как конвекцией, так и теплопроводностью, причем последний механизм действовал бы в случае пеподвнжной жидкости. Уже указывалось, что передача тепла теплопроводностью является процессом с распределенными параметрами, характеризующимся некоторым эффективным временем запазды­ вания. Поэтому логично предположить, что некоторая часть 48-мпнутпой основ­ ной постоянной времени обусловлена непдеальным смешением вещества в реак­ торе. Вопрос о механизме смешения будет рассмотрен ниже (стр. 86).

Пример Ш-5. Динамический ко­ эффициент передачи объекта опреде­ ляется главным образом наибольшей постоянной времени:

изменяется при изменении расхода воды, необходимо выбирать клапан с логарифмической характеристикой. Из графика

следует, что для получения средпей температуры охлаждающей среды 60° С расход ее должен быть равен 140 кг/мин. Тогда коэффициент передачи объекта

= -0,255 0 С/(кг/мин)

Коэффициент передачи клапана с логарифмической характеристикой в че­ тыре раза больше требуемого расхода охлаждающей среды:

Знак «минус» указывает на направление действия регулятора. Для сглажи­ вания колебаний до 1 / А амплитуды за одпп период диапазон пропорциональности регулятора Р должен быть равен 200G; следовательно

i 3 = 200 • 0,177= 35%

Для компенсации инерционных свойств в теплопередающпх средах и термо­ баллоне в контур регулирования температуры целесообразно ввести воздействие по первой производной регулируемого параметра. Так, для данного объекта

Последнее подтверждает тот факт, что среднее время пребывания жидкостей в резервуаре не превышает величины V/F, независимо от того, произошло полное или неполное смешение. Кроме того, полученный результат совпадает с уравнением (11,4).

Заметим далее, что степень трудности регулирования, оцени­

Мы видим также, что объем резервуара не влияет на динами­ ческие свойства рассматриваемого объекта, хотя это и противоречит общепринятым правилам. В данном случае увеличение объема си­ стемы при постоянных величинах расхода п интенсивности смешения в связи с увеличением xd приводит только к уменьшению скорости изменения состава продукта на выходе.

В действительности же частицы жидкости в аппарате с мешалкой движутся по разным направлениям с разными скоростями. Смешение происходит в результате турбулентности, распространяющейся во всех направлениях. Даже без мешалки всегда происходит некоторое смешение под действием диффузии и небольшой турбулентности, вызванной течением жидкости через резервуар. Исследования, проведенные с аппаратами смешения, показывают, что реакция состава выходящего потока на ступенчатое возмущение расхода концентрата аналогична реакции системы, состоящей из ряда взаимодействующих емкостей.

На рис. Ш - 9 приведены кривые разгона для типовых смесителей

с распределенными параметрами. Там же было показано, как заме­ нить кривую переходного процесса контура регулирования кривой разгона одноемкостного объекта с чистым запаздыванием. Таким образом, приведенная простая модель вполне приемлема, хотя несколько несовершенна.

Особенности работы анализаторов. Большое значение для работы контура регулирования состава имеют динамические свойства анали­ заторов веществ. Основным фактором, ограничивающим скорость анализа продуктов, является время прохождения пробы от точки отбора до детектора. Существуют, правда, некоторые параметры состава смеси, которые можно получать и без специального отбора пробы; например, можно непосредственно определять электропровод­ ность, плотность, величину рН смеси. Однако любой анализ, связан­ ный с отбором пробы, особенно если последняя должна быть опреде­ ленным образом подготовлена, характеризуется значительной вели­ чиной времени запаздывания. Сокращение до минимума времени, необходимого для отбора пробы, позволит получить более высокое качество процесса регулирования.