Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства

та природокористування

Кафедра електротехніки і автоматики

Лабораторна робота № 3

з курсу: "Автоматизація неперервних технологічних процесів"

для студентів спеціальності "Автоматизоване управління технологічними процесами"

Рівне - 2009

Лабораторна робота № 3 “Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання якості”

з курсу “Автоматизація неперервних технологічних процесів” для студентів спеціальності “Автоматизоване управління технологічними процесами” / – Рівне: НУВГП, 2009. – 16 с.

Робота 3. Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання якості

3.1. Мета роботи

Вибрати раціональну структуру та мінімізувати динамічні похибки контуру регулювання показників якості.

3.2. Теоретичні відомості

3.2.1. Загальні відомості

При раціональній організації масообмінних процесів (абсорбція, екстракція, ректифікація, адсорбція, сушка); теплових процесів (випарювання, кристалізація); та реакційних процесів (нейтралізація, синтез, заміщення і т.д.) основним параметром оптимізації є показники якості продукції до яких відносять: концентрацію, густину, хімічний склад, рН, вологість і інші.

Вимірювання показників якості в більшості випадків є дуже складною технічною задачею, оскільки на фізичний перетворювач (сенсор), крім контрольної величини, впливає цілий ряд інших факторів, так званих неінформативних параметрів, які значно спотворюють результат вимірювання, а багато показників взагалі не контролюються через відсутності відповідної апаратури.

Для аналізу речовин необхідно відбирати пробу, тому більшість давачів мають транспортне і ємнісне запізнення, їх значення визначається конструктивними особливостями давача. Багато давачів є періодичної дії, тому ще виникає запізнення через цикл аналізу, і інформація, одержана з давачів, не відтворює реального значення показника якості на даний момент часу.

При керуванні процесами нейтралізації використовують рН-метри, а крива титрування суттєво нелінійна, крім того, витрата реагентів змінюється у дуже широкому діапазоні. Тому контури регулювання рН повинні мати для дозування реагентів два регулюючих органи, один з яких змінює витрату в широкому діапазоні, а другий у вузькому і включення їх в роботу залежить від значення рН.

При створені систем регулювання показників якості по можливості необхідно використовувати заглибні давачі, які монтуються безпосередньо на технологічній апаратурі, тоді відпадає необхідність відбору проб і час запізнення зменшується .

Використання методів вимірювання показників якості за допомогою інших параметрів, які легко вимірюються (температурна дисперсія) в багатьох випадках значно полегшує задачу керування технологічного процесу за показниками якості.

Як приклад розглянемо процес керування змішування двох речовин (рідин).

3.2.2. Змішувач як об’єкт керування

Р

Н-рівень;n-оберти силового приводу.

ис. 3.1. Технологічна схема змішувача:

F

Fc,Сс

₁,F₂,Fc – витрати компонентів і сумішей; С₁,С₂,С₃ – концентрації

Перемішування широко застосовується в хімічній промисловості для приготування суспензій, емульсій і розчинів.

Завдяки перемішуванню досягається щільне зіткнення частинок і неперервне оновлення поверхні взаємодії речовин. Внаслідок цього при перемішуванні значно прискорюються процеси масообміну, наприклад розчинення твердих речовин в рідинах, процеси теплообміну і протікання багатьох хімічних реакцій. Перемішування використовують для прискорення абсорбції, випарювання і інших основних процесів хімічної технології.

Найбільш розповсюдженим способом перемішування в рідинних середовищах є механічне перемішування за допомогою мішалок, що мають лопаті різних конструкцій. Також застосовують перемішування стиснутим повітрям. Інколи рідини перемішують багатократним перекачуванням їх насосом через апарат , тобто шляхом циркуляції в замкненому контурі. Обидва останніх способи вимагають порівняно великої витрати енергії, а перемішування повітрям може привести до окислення або випаровування продуктів.

Основними характеристиками будь-якого процесу перемішування є: витрати енергії, ефективність перемішування і необхідна концентрація суміші.

В різних процесах ефективність перемішування визначається по-різному Наприклад при суспензуванні, ефективність перемішування характеризується рівномірністю розподілення твердих частинок в рідині і швидкістю досягнення достатньої рівномірності. Якщо перемішування застосовується для інтенсифікації теплообміну , ефективність перемішування може визначатися зростанням коефіцієнта тепловіддачі в перемішуваному середовищі. При проведенні хімічних реакцій з речовинами різних фаз інтенсивне перемішування прискорює швидкість реакції в декілька разів. Масообміні процеси і хімічні реакції вимагають щільного контакту і гомогенності середовища, а цього можна досягнути за рахунок інтенсивного перемішування.

На рисунку 3.2 показана структурна схема взаємозв’язку технологічних параметрів і факторів , що впливають на роботу мішалки.

Рис.3.2. Структурна схема взаємозв’язку технологічних параметрів і факторів , що впливають на роботу мішалки

F₁, F₂, Fc - витрати рідин А, В і суміші; n - оберти мішалки; Тм - час перебування рідини в мішалці; m - маса рідини; С₁, С_2, Сс - концентрації; N - потужність лопаті; L - рівень; Г- ефективність перемішування; ро - густина суміші; - коефіцієнт опору; d - діаметр лопаті; d_ч - діаметр частинки; D - діаметр мішалки.

До основних величин мішалки необхідно віднести: концентрацію суміші, потужність, рівень в мішалці , ефективність перемішування.

Основними величинами якими можна впливати на процес перемішування є : оберти мішалки , витрата рідин А , В і суміші, час перебування суміші в мішалці, кількість рідини в мішалці.

До збурюючих величин віднесемо : концентрацію рідин А і В, густини рідин А і В та суміші, в’язкість рідин А і В та суміші .

До збурюючих факторів можна віднести : коефіцієнт опору , діаметр лопаті, діаметр мішалки і діаметр частинок.

Для конкретної мішалки величини d, D сталі і при оптимізації розрахунку мішалки можуть бути вибрані оптимальні розміри , що забезпечують мінімальне споживання енергії для приводу в дію лопаті при достатньому Г.

На збурюючі зовнішні величини впливати не можна, так як вони визначаються попереднім технологічним процесом . Також не можна в багатьох випадках впливати на витрату суміші, бо вона визначається наступним технологічним процесом.

Для оптимізації технологічного процесу впливають на витрати рідин А і В , а також на оберти мішалки.

Витрати рідин А і В і їх концентрації є основними збурюючими факторами при роботі мішалки, тому вони в першу чергу повинні бути враховані при оптимізації роботи мішалки.