Моделирование систем. Фролов С.В - 9 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Н
D
Р
вх
, t
вх
, C
А
вх
, C
В
вх
Р
а
, t, C
А
, C
В
, C
С
Р
Р
т
вх
, t
т
вх
Р
а
, t
т
K
v1
K
v2
K
v3
Р
а
h
Рис. 7. Химический реактор с мешалкой и змеевиком
В реакторе протекает химическая реакция по схеме:
CBA →+
r
со скоростью реакции: r = K exp (–E / (RT )) С
A
C
B
, моль/(м
3
·с).
Здесь множитель
=
K
30 м
3
/(моль
⋅
с); энергия активации
Е
= 30 000 Дж/моль;
универсальная газовая постоянная R = 8,31
Дж/(моль·К) и температура реакционной массы в реакторе Т, К.
Тепловой эффект эндотермической химической реакции ∆Н = –557 500 Дж/моль.
Для поддержания необходимых условий протекания реакции в змеевик, который характеризуется поверхностью тепло-
обмена S = 11,1 м
2
и внутренним диаметром трубы d = 0,08 м, подают теплоноситель температурой t
т
вх
= 90 ºС. Коэффициент
теплопередачи от теплоносителя к реакционной массе K
т
= 1000 Дж/(м
2
·с·К).
На входе в змеевик установлен клапан с пропускной способностью K
v3.
Давление теплоносителя перед клапаном равно
Р
т
вх
= 230 000 Па. Давление теплоносителя в змеевике равно Р
а
= 101 325 Па. Теплоемкости и плотности реакционной массы и
теплоносителя считаются постоянными и равны соответственно с
р
= 2800 Дж/(кг·К); ρ = 1200 кг/м
3
; с
т
= 4100 Дж/(кг·К), ρ
т
= 1000
кг/м
3
.
Номинальный статический режим соответствует таким расходам реакционной массы и теплоносителя, при которых в
реакторе поддерживается температура равная 50 ºС.
Требуется для объекта – химического реактора с мешалкой и змеевиком получить и проанализировать: а) статические
характеристики вида t(x), где t – температура реакционной массы, ºС; x – вектор входных параметров; б) динамические ха-
рактеристики t(τ).
Для АСР выходной переменной t получить и проанализировать протекающие в ней переходные процессы, если темпе-
ратуру реакционной массы необходимо изменять по программе представленной на рис. 8.
τ
1
τ
2
τ
3
τ
t
зад
t
1
зад
t
3
зад
t
2
зад
Рис. 8. Программа изменения температуры реакционной массы
Параметры системы регулирования: тип регулятора – ПИ; зона нечувствительности ∆ = 0 %; инерционность датчика Т
д
= 20 с; диапазон измерения –50…260 ºС.
Временные интервалы:
τ
1
= 20 000 c, τ
2
=40 000 c, τ
3
= 70 000 с.
Значения температур
t
1
зад
= 50 ºС, t
2
зад
= 55 ºС, t
3
зад
= 40 ºС.
5.2. Анализ технологического аппарата как объекта управления
Рассмотрим химический реактор с мешалкой и змеевиком как объект управления. Входными переменными объекта
следует считать те переменные, значения которых можно непосредственно изменять на объекте. Они могут быть выбраны в
качестве управляющих (регулирующих) воздействий. К входным относятся и такие переменные, значения которых опреде-
ляются внешними по отношению к объекту условиями. Такие входные переменные есть возмущающие воздействия.
В первую группу входных переменных необходимо включить степени открытия клапанов µ
1
, µ
2
и µ
3
(каждая из них мо-
жет быть регулирующим воздействием в АСР температуры реакционной массы в емкости), а во вторую – Р
вх
, Р
т
вх
, Р
а
, C
А
вх
и
C
В
вх
, t
вх
, t
т
вх
.
Выходные переменные объекта – это те, значения которых меняются вследствие изменения входных переменных. В
нашем случае таковыми являются температуры t, t
т
, концентрации реагентов С
А
, С
В
, С
С
, Р, расходы реакционной массы на
входе G
вх
и выходе G
вых
, объем реакционной массы V.
Таким образом, химический реактор с мешалкой и змеевиком как объект управления может быть проиллюстрирован на
рис. 9.

Страницы