Характеристика технологического процесса как объекта автоматизации и управления

Описание технологического процесса

Объектом автоматизации и управления является емкостной аппарат идеального перемешивания с двумя входными потоками жидкости и выходным потоком со свободным истечением

Рис. 1 Принципиальная схема аппарата

В аппарат емкостного типа с интенсивно работающей мешалкой подаются две жидкости, расходы, концентрации полезного компонента которых равны соответственно v₁, Свх и v₂. Выходящий поток жидкости имеет состав С. Рабочий объем аппарата V_c. Расход выходящего потока v определяется скоростью свободного истечения.

Назначение: смешивание двух потоков жидкости с различными концентрациями полезного компонента.

Цель: получить заданное значение концентрации полезного компонента.

Входные переменные: входная концентрация, и входные расходы C_вх, v₁ и v₂ соответственно

Переменные состояния: объем вещества в аппарате, расход на выходе и выходная концентрация V, v и C соответственно. Уровень жидкости в смесителе (h) – является внутренней переменной, характеризует общее количество жидкости в аппарате.

Основной показатель эффективности и критерий эффективности

Показатель эффективности: .

Критерий эффективности:

Режимно-технологические и конструктивные параметры процесса

Исходные данные

Таблица 1

№ варианта	Свх, кмоль / м^3	v1, м^3/мин	v2, м^3/мин	Vc, м^3
13	2	0,06	0,3	4

Математическое описание аппарата

Упрощающие допущения

1. Принимаем модель идеального смешения для описания гидродинамических потоков в виду высокой турбулизации содержимого (параметры выходного потока совпадают с параметрами жидкости внутри аппарата).

2. Теплофизические свойства входных потоков, выходного потока и жидкости внутри аппарата совпадают и не зависят от температуры и концентрации.

3. Потерями вещества и энергии во внешнюю среду пренебрегаем.

Система уравнений, описывающая динамические условия работы емкостного смесителя

Начальные условия:

Система уравнений, описывающая статические условия работы емкостного смесителя

Начальные условия (рабочие точки по уровню и концентрации) рассчитываются по следующим формулам:

Рис.2 Расчет НУ

Из расчетов получаем: h⁰ =0,497м³, С⁰=0,333кмоль/м³

 

Программные средства моделирования объекта

Для исследования статических и динамических свойств смесителя были разработаны программы имитационного моделирования. В качестве среды для имитационно моделирования предпочтение было отдано математической среде MathCad.

Листинг Math С ad статики

Листинг Math С ad динамики