Реферат Автоматизация гидромеханических процессов смешения жидко. Автоматизация гидромеханических процессов смешения жидкостей

• Название: Автоматизация гидромеханических процессов смешения жидкостей
• Дата: 04.03.2023
• Размер: 163.84 Kb.
• Имя файла: Реферат Автоматизация гидромеханических процессов смешения жидко.docx
• Тип: Реферат; #968313

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский индустриальный университет
Кафедра «Технологии искусственного интеллекта»

РЕФЕРАТ
По дисциплине: «Автоматизация производственных процессов»
На тему: «Автоматизация гидромеханических процессов смешения жидкостей»

Выполнил:

Магистрант гр. АиУ-20нп

Колончина Н.С.

Проверил:

ст. преподаватель

кафедры «ТИИ»

Спичак Е.В.


Темиртау, 2020 г.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Перемешивание - гидромеханический процесс взаимного перемещения частиц в жидкой среде с целью их равномерного распределения во всем объеме под действием импульса, передаваемого среде мешалкой, струей жидкости или газа (Тябин Н.В.,с.95).
Цели перемешивания:

• 
  Создание суспензий - обеспечение равномерного распределения твердых частиц в объеме жидкости;
  
• 
  Образование эмульсий, аэрация - равномерное распределение и дробление до заданных размеров частиц жидкости в жидкости или газа в жидкости;
  
• 
  Интенсификация нагревания или охлаждения орабатываемых масс;
  
• 
  Интенсификация массообмена в перемешиваемой системе (растворение, выщелачивание).
  

2 ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ



Рисунок 1 – Схемы перемешивания

• 
  Механическое - перемешивание мешалками, вращающимися в аппарате с перемешиваемой средой.
  
• 
  Барботажное - перемешивание путем пропускания через жидкую среду потока воздуха или газа, раздробленного на мелкие пузырьки, которые, поднимаясь в слое жидкости под действием Архимедовой силы, интенсивно перемешивают жидкость.
  

• 
  Циркуляционное перемешивание - перемешивание, осуществляемое путем создания многократных циркуляционных потоков в аппарате с помощью насоса.
  

Объект управления

Объект управления - емкость с мешалкой, аппарат непрерывного действия, в котором смешиваются две жидкости А (с концентрацией целевого компонента Са) и Б (с концентрацией целевого компонента Сб) для получения гомогенизированного раствора с заданной концентрацией целевого компонента Ссм.



Рисунок 2 - Схема объекта управления

Показатель эффективности процесса - концентрация целевого компонента в гомогенизированном растворе (смеси) - Ссм.

Цель управления процессом - обеспечение заданной концентрации смеси при эффективном и интенсивном перемешивании.

Эффективность перемешивания обеспечивается выбором параметров аппарата, перемешивающего устройства, числа оборотов мешалки, обеспечивающих равномерность концентрации смеси в аппарате с заданной интенсивностью (т.е. за заданное время).

Однако в реальных условиях технологические объекты подвержены действию внешних и внутренних возмущений, которые приводят к отклонению технологических режимов работы от расчетных.

Задача разработки системы автоматизации обеспечить в условиях действия внешних и внутренних возмущений в процессе эффективное и интенсивное его функционирование с требуемыми характеристиками качества.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

При вращении лопасти мешалки в аппарате возникает вынужденное движение жидкости, которое описывается критериальным уравнением вида:

Euм = f(Reм , Г),

(1)

где:

- модифицированный критерий Эйлера Eu_м :

(2)

- модифицированный критерий Рейнольдса Re_м :

(3)

- геометрический симплекс Г:

Г=dм / Dапп

(4)

где dм - диаметр мешалки, м;

n - скорость вращения мешалки, об /с;

• 
  - плотность жидкости, кг/м^3;
  

N_м - мощность, потребляемая мешалкой, вт;

 - динамическая вязкость, Па*с;

К_N – критерий мощности.


4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНСТРУКТИВНО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

1. 
   Выбирают тип мешалки, ее диаметр d_м, размеры аппарата D_aпп и H_апп.
   
2. 
   Определяют коэффициент С в зависимости от размеров аппарата и типа перемешивающего устройства.
   
3. 
   Определяют число оборотов мешалки:
   

(5)

4. 
   Рассчитывают Re_м по соотношению (3).
   
5. 
   По графику KN = f(Re_м) находят KN.
   
6. 
   Рассчитывают N_м из выражения (2):
   

(6)

7. 
   Рассчитывают мощность Nдв, потребляемую приводом перемешивающего устройства:
   

(7)

где К - поправочный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности аппарата и перемешивающего устройства; _пер - к.п.д. передачи.
В реальной установке непрерывного действия:

(8)

т.е. необходимо обеспечить: и .

5 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПО ЦЕЛЕВОМУ КОМПОНЕНТУ

Уравнение динамики:

(9)

Уравнение статики при :

(10)

На основании (9) и (10) можно принять:

(11)

6 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПО ВСЕМУ ВЕЩЕСТВУ

Уравнение динамики:

(12)

Уравнение статики при :

(13)

На основании (12) и (13) можно принять:

(14)

7 ИНФОРМАЦИОННАЯ СХЕМА ОБЪЕКТА



Рисунок 3 – информационная схема объекта

• 
  Управляемые переменные - С_см и h_см .
  

• 
  Возможные контролируемые возмущения: , причем задано, что .
  
• 
  Возможные управляющие воздействия: .
  

• 
  Однако, в данном случае, G_см определяется последующим технологическим процессом и поэтому не может использоваться в качестве регулирующего воздействия.
  

8 АНАЛИЗ УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПО ЦЕЛЕВОМУ КОМПОНЕНТУ

Уравнение динамики в нормализованном виде

(15)

Начальные условия для вывода передаточной функции по каналу управления G_A – C_см :
; ;

;



.
Уравнение статики:

(16)

Уравнение динамики в приращениях: (после подстановки начальных условий в выражение (1), вычитания уравнения статики (2) и приведения подобных членов):

(17)

Уравнение динамики с безразмерными переменными:

(18)

Нормализованное уравнение динамики объекта во временной области без учета транспортного запаздывания:

(19)

Уравнение динамики по каналу управления во временной области с учетом транспортного запаздывания:

(20)

Передаточная функция объекта по каналу управления :

(21)

где:

(22)

где V_труб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.

9 АНАЛИЗ УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПО ВСЕМУ ВЕЩЕСТВУ

Уравнение динамики:

(23)

Начальные условия для вывода передаточной функции по каналу управления G_Б – h_см :
;

;

;

.
Уравнение статики:

(24)

Уравнение динамики в приращениях: (после подстановки начальных условий в выражение (1), вычитания уравнения статики (2) и приведения подобных членов):

(25)

Уравнение динамики с безразмерными переменными:

(26)

Нормализованное уравнение динамики объекта во временной области

(27)

Уравнение динамики по каналу управления во временной области с учетом транспортного запаздывания:

(28)

Передаточная функция объекта по каналу управления :

(29)

где:

(30)

где V_труб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.

10 АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА

Уравнение статики на основе материального баланса по целевому компоненту:

(31)

Из уравнения (31) выразим в явном виде:

(32)

Анализ выражения (32) показывает, что:

- Статическая характеристика линейна по каналам: ;

- Статическая характеристика нелинейна по каналам .
Линеаризованное представление статической характеристики на основе стабилизации соотношения расходов: (или ):

(33)

Линеаризованное представление статической характеристики через разложение в ряд Тейлора:

(34)

Обозначим:

Линеаризованное представление приращения выходной переменной через приращения всех возможных входных переменных:

(35)

11 ТИПОВАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ



Рисунок 4 – Схема автоматизации процесса перемешивания


Типовое решение автоматизации.

1. 
   Регулирование.
   

• 
  Регулирование концентрации С_см по подаче реагента G_А - как показателя эффективности процесса перемешивания с целью получения гомогенизированного раствора.
  
• 
  Регулирование уровня в аппарате h_см по подаче реагента G_Б - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.
  

2. 
   Контроль.
   

• 
  расходы - G_А, G_Б, G_см ;
  
• 
  концентрация - С_см ;
  
• 
  уровень - h_см.
  

3. 
   Сигнализация.
   

• 
  существенные отклонения С_см и h_см от задания;
  
• 
  резкое падение расходов исходных реагентов G_А или G_Б, при этом формируется сигнал «В схему защиты».
  

4. 
   Система защиты.
   

По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи исходных реагентов G_А , G_Б и отбора смеси G_см.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   https://www.bestreferat.ru/referat-57535.html
   
2. 
   https://poisk-ru.ru/s39924t11.html
   
3. 
   https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=727614