Скачиваний:
142
Добавлен:
31.03.2016
Размер:
486.91 Кб
Скачать

Расчет контура регулирования

4. Расчет контура регулирования

Стабилизатор бензина К-304 представляет собой тарельчатую ректификационную колонну, которая служит для разделения жидких однородных смесей на составляющие вещества в результате противоточного взаимодействия смеси паров и жидкой смеси.

Выделим основные возмущения, возможные регулирующие воздействия и выходные координаты.

Поскольку исходная смесь поступает в ректификационную колонну из предыдущих аппаратов технологической линии, колебания расхода, состава и температуры питания являются основными возмущениями в процессе ректификации. Из перечисленных возмущений стабилизируют обычно только температуру питания, расход питания контролируют, состав питания контролируют в редких случаях. К регулирующим воздействиям в данном случае можно отнести расход дистиллята, расход кубового продукта и расход флегмы. К выходным переменным отнесем уровень в кубе колонны, давление в колонне и состав продукта. Наибольшей чувствительностью по отношению к возмущениям и к регулирующим воздействиям обладают промежуточные тарелки в верхней и нижней части колонны, называемые контрольными тарелками. По отношению к возмущениям со стороны питания составы на контрольных тарелках являются промежуточными координатами и обладают меньшей инерционностью, чем составы продуктов. Поэтому составы на контрольных тарелках часто используют в качестве регулируемых координат вместо составов продуктов.

Структурная схема объекта

Рис. 4.1. Структурная схема объекта

В данном проекте сравниваются различные характеристики каскадной и одноконтурной систем регулирования концентрации верха стабилизатора бензина К-304.

4.1. Математическая модель.

Допущения:

1. на каждой тарелке – идеальное смешение;

2. смесь содержит только два компонента;

3. жидкость поступает на тарелку питания при температуре кипения;

4. давление по высоте колонны не меняется;

5. жидкость на каждой тарелке находится при температуре кипения, а пар при температуре конденсации. В этом случае температура жидкости будет определяться составом смеси (из справочника). Тепловой баланс составлять не нужно.

6. теплообменом с окружающей средой пренебрегаем;

7. количество тепла, требуемого для испарения 1 моля легколетучего компонента ≈ равно количеству тепла требуемого для конденсации 1 моля тяжелолетучего компонента. В этом случае число молей легколетучего компонента, которое перейдёт из жидкости в пар на каждой тарелки, равно числу молей тяжелолетучего компонента, которое перейдёт из пара в жидкость на этой же тарелки. Такой массообмен называется эквимолярным.

8. мольные расходы жидкости и пара по высоте колонны постоянны;

9. вес жидкости на тарелках одинаков;

10. концентрация легколетучего в паре равна концентрации его же на тарелках;

11. при конденсации пара в дефлегматоре состав смеси не меняется, при испарении смеси в кубе её состав тоже не меняется;

12. в рассматриваемом диапазоне изменения концентраций содержание легколетучего компонента в паре является линейной функции от концентрации легколетучего компонента в жидкости.

Структурная схема колонны:

Структурная схема колонны представляет собой последовательность апериодических звеньев.

Вывод передаточных функций:

Для нижней тарелки:

Запишем материальный баланс для концентрации на нижней тарелке:

y=C0-C*

Преобразуем по Лапласу:

Передаточная функция для нижней тарелки будет выглядеть следующим образом:

,

где .

Для первой тарелки:

Запишем материальный баланс для концентрации на первой тарелке:

Преобразуем по Лапласу:

Передаточная функция для первой тарелки будет выглядеть следующим образом:

,

где .

Для второй тарелки:

Запишем материальный баланс для концентрации на второй тарелке:

Преобразуем по Лапласу:

Передаточная функция для второй тарелки будет выглядеть следующим образом:

,

где .

Для верхней тарелки:

Запишем материальный баланс для концентрации на верхней тарелке:

Преобразуем по Лапласу:

Передаточная функция для верхней тарелки будет выглядеть следующим образом:

,

где .

Определение численного вида передаточных функций

Исходные регламентные данные:

Fk=0,610 м3/мин.

FD=0,390 м3/мин.

L=0,577 м3/мин.

V=1,154 м3/мин.

D=3.8 м – диаметр колонны

Построение кривой фазового равновесия:

На кривой фазового равновесия строятся касательные к точкам, которые соответствуют 0, 1, 2, 3 тарелкам. Через уравнения этих касательных определяются коэффициенты α и β.

g0, g1, g2, g3 – весовые коэффициенты

gк= Sпл h=11.3*0.1=1.13 м3 - для первой, второй и верхней тарелок;

gк=0.5Sпл+0.5 V= 20 м3 - для нижней тарелки.

- ПФ для нижней тарелки

- ПФ для первой тарелки

- ПФ для второй тарелки

где

- ПФ для верхней тарелки

Передаточная функция колонны выглядит следующим образом:

Wкол= W1 W2 W3 W4

4.2. Варианты схем автоматизации

4.2.1. Одноконтурная схема автоматизации

В качестве регулируемой координаты используем концентрацию на верхней контрольной тарелке. Посредством регулятора температуры и клапана стабилизируется температура для поддержания определенной концентрации на верхней контрольной тарелке. ПФ по каналу «расход флегмы – концентрация на верхней контрольной тарелке»:

Рис. 4.2. Структурная схема одноконтурной схемы автоматизации.

4.2.2. Каскадная схема автоматизации

В качестве регулируемой координаты используем температуру на верхней контрольной тарелке. Посредством регулятора расхода и клапана мы стабилизируем температуру для поддержания определенной концентрации на верхней контрольной тарелке, что обеспечивает максимизацию разделительной способности колонны, поставленной задачи управления.

Структурная схема выглядит следующим образом:

Рис. 4.2. Структурная схема каскадной схемы автоматизации.

где С2 – концентрация на верхней контрольной тарелке, Сn – концентрация на верхней тарелке, W0 – ПФ внешнего контура, W1 – ПФ вспомогательного контура, R(p) и R1(p) – основной и вспомогательный регуляторы.

Внешний контур по составу требует высокой точности регулирования. Уменьшение динамической ошибки происходит за счет введения вспомогательного контура регулирования промежуточной переменной с меньшей инерционностью.

4.3. Расчет и сравнительный анализ переходных процессов одноконтурной и каскадной АСР

Исходные данные

Продолжение расчета – см. файл MathCad