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

Б главе I I I было отмечено, что процесс непосредственного сме­ шения обладает нелинейными характеристиками. В общем случае прп смешении потоков с массовыми расходами Wx и W2 н энталь­ пиями Нг и Н2 будет образовываться результирующий поток с мас­ совым расходом W и энтальпией обладающий суммарными массой и энергией:

Если оба потока состоят из одной и той же жидкости, например воды, то прп определении конечной температуры смеси можно псхо-

днть из температуры любого из потоков. Определение температуры смеси возможно, в частности, по следующим равенствам:

веденным на рис. I I I - 7 ) .

Суммарный поток п конечная температура смеси регулируются путем изменения потоков Wx и И7 ,. Взаимосвязь между отдельными параметрами рассматриваемого процесса может быть выражена

Если суммарный поток жидкости не нужно поддерживать строго постоянным, то для регулирования температуры смеси может быть использован трехходовой клапан с двумя входными отверстиями.

224

Прп открытии одного из этих отверстий другое закрывается, и на­ оборот. Это приводит к тому, что при увеличении, например, по­ тока W2 одновременно уменьшается поток Wx в такой степени, что их сумма все время остается примерно постоянной. Прп этом доля общего потока, проходящего через первое отверстие, прямо про­ порциональна положению клапана т:

Несмотря на это, трехходовые клапаны очень широко применяются для регулирования температуры смеси.

Для одновременного регулирования суммарного расхода жидко­ сти па технологическом трубопроводе после участка непосредствен­ ного смешения потоков устанавливают другой клапан. В случае неравенства давлений потоков этот клапан при малых расходах будет влиять на соотношение потоков. Если же полностью перекрыть клапаном линию общего потока, то при отсутствии соответствующей блокировки источник с более высоким давлением начнет нагнетать жидкость к другому источнику, т. е. в направлении, противопо­ ложном потоку жидкости с меньшим давлением.

Жидкостные теплообменники. Передача тепла от одной жидкости к другой через разделяющую их перегородку определяется движущей

лируется температура, которая зависит от скорости передачи тепла и в свою очередь, как показывает уравнение (1Х,4), воздействует на скорость теплопередачи. Следовательно, процессы теплопередачи обладают положительным самовыравниванием.

Рассмотрим уравнения, , связывающие температуры жидкостей с потоком тепла и необходимые для замыкания контура регули­ рования. Температуры жидкостей, протекающих через теплообмен­ ник, изменяются по длине теплообменника и влияют на АТт. В ка­ честве примера рассмотрим наиболее распространенный случай, когда осуществляется теплообмен между двумя жидкостями, агре­ гатное состояние которых при протекании через теплообменник не изменяется (рис. I X - 2 ) .

Разность температур, влияющая на теплообмен между двумя ЖИДКОСТЯМИ (схема течения показана на рнс. I X - 2 ) , является среднелогарифмпческой:

Очень часто среднеарифметическая разность температур поз­ воляет достаточно точно выявить зависимость между переменными процесса теплопередачи:

Изменения температур обоих потоков взаимозависимы и связаны уравнением

ведем, например, уравнение для определения скорости теплопере­ дачи:

Найдем относительную скорость теплопередачи путем деления уравнения (1Х,8) на максимально возможное значение Qmax, име­ ющее место при бесконечно больших расходах обоих потоков, т. е.

2 2 6

На рис. I X - 3 показана зависимость относительной скорости теплопередачи от относительного расхода холодной жидкости прп

Подставляя выражения для Q из уравнения (IX,7) в (1Х,10)Г получим следующие уравпения, описывающие температуры жидко­ стей в безразмерном виде как функции скоростей потока:

удвоение нагрузки для поддержаиия температуры на любом заданном значении требует гораздо большего, чем в два раза, увеличения переменной Wc- Таким образом, эффективное регулирование темпе­ ратуры жидкости на выходе теплообменника изменением скоростей потоков в широких пределах невозможно.

Действительно, с увеличением скорости потока изменяется также коэффициент теплопередачи и улучшаются условия регулирования процесса. Коэффициент теплоотдачи на каждой стороне поверхности теплообмена зависит от скорости жидкости в степени прпмерно^О^З,. но предположим для простоты, что эта зависимость линейна. Более того, предположим, что величина, обратная коэффициенту

теплопередачи, равна сумме величин, обратных коэффициентам тепло- •о тдачн:

U WHkH Wckc

3?'

г

Этот анализ проведен, чтобы продемонстрировать нелинейность свойств объектов, связанных с теплопередачей. Следовательно, даже при наиболее благоприятных условиях регулировать темпе­ ратуру изменением расхода жидкости нецелесообразно. Однако, если нет другого способа, следует выбрать регулирующий клапан с пропорциональной характеристикой. При этом необходимо учи­ тывать ряд особенностей процесса. При дросселироваппп потоков, содержащих примеси, последние могут выделяться и, накапливаясь, загрязнять теплообменные поверхности. Кроме того, если меняется скорость потока жидкости, то вследствие изменения времени чпстого запаздывания меняется коэффициент передачи замкнутого контура.

Регулировать температуру потока жидкости можно также, про­ пустив часть этого потока через байпасную линию теплообменника, как показано на рис. I X - 6 . Однако из рис. I X - 3 следует, что изме­ нение расхода любого из потоков практически не влияет на скорость теплопередачи. Если же скорость теплопередачи примерно постоянна, то конечная температура технологического потока после смешения с байпасированным потоком тоже почти постоянна. Статическая

2 28