1. Теоретичні відомості

1.1. Завдання

Хімічний реактор періодичної дії з мішалкою і сорочкою.

У забезпечений мішалкою хімічний реактор (рис.1) з постійним об'ємом реакційної суміші, внутрішнім діаметром 1м, зовнішнім діаметром 1.1 м і висотою 1.515 м. навантажується рідка суміш речовин А і В температурою tBX = 15 ° C, концентрацій С_А^вх = 20 міль / м^З і С_в^вх = 100 моль / м^З. У реакторі протікає хімічна реакція за схемою зі швидкістю реакції . Тут множник

А = 30 (моль * с * м³) ^-1 , енергія активації Е = 40000 Дж / моль, універсальна газова стала R = 8.314 Дж / (моль * К) і температура суміші в реакторі Т, К. Тепловий ефект екзотермічної хімічної реакції +10000 Дж / моль. Для підтримки необхідних умов перебігу реакції в сорочку для нагріву подається теплоносій температурою t_ТГ^BX = 90°C, для охолодження t_ТХ^BX = 15 °C. Коефіцієнт теплопередачі від теплоносія до реакційної масі Кт = 1000 Дж / (м² * с * К). На вході в сорочку встановлені клапани для подачі гарячого і холодного теплоносія з пропускною здатністю К_v1 і K_v2 відповідно. Тиск теплоносія перед клапаном одно Р_т = 230000 Па. Тиск теплоносія в сорочці одно Р_А = 101325 Па. Теплоємність і щільність реакційної маси і теплоносія вважаються постійними і дорівнюють відповідно 3500 Дж / (кг * К), 800 кг / м³; С_РТ = 4100 Дж / (кг * К), р₂ = 1000 кг / м³ . Параметри системи регулювання: Пі - регулятор, зона нечутливості ∆= 0%, інерційність датчика Т=170 с, діапазон вимірювання - 50 - (+ 120 ° С.)

Потрібно: 1) провести моделювання СУ, яке включає в себе математичне

опис технологічного апарату як ОУ, регулятора, виконавчого механізму, і чутливого елемента; 2) для об'єкта хімічний реактор періодичної дії з мішанки і сорочкою (рис.1) отримати і проаналізувати: а) динамічні характеристики виду C_A(t), C_В(t), C_c(t), T_T(t), T(t); б) перехідні характеристики по каналах Т^вих(t), Т^{вих ізм}(t) при заданому впливі Т^вх (рис.2); в) перехідні характеристики по каналах передачі впливу

t_TХ ^ВХ → T ^ВИХ t_TХ ^ВХ → T ^ВИХ при відповідній зміні значень пропускної спроможності клапанів на вході в сорочку і налаштувань регулятора.

Рис. 1 Хімічний реактор з сорочкою і мішалкою

Рис.2 Вплив, що задається

1.2. Аналіз технологічного апарату як об'єкта

УПРАВЛІННЯ

Розглянемо хімічний реактор з мішалкою і сорочкою як об'єкт управління. Будь-який технологічний процес як об'єкт управління характеризується наступними основними групами змінних.

1. Змінні, зміною яких система регулювання може впливати на об'єкт з метою управління. Сукупність цих змінних називають вектором регулюючих впливів. Зазвичай регулюючими впливами служать зміни витрат матеріальних потоків чи потоків енергії.

2. Змінні, зміна яких не пов'язані з впливом системи регулювання. Ці зміни відображають вплив на регульований об'єкт зовнішніх умов, зміни характеристик самого об'єкта і т.п. Їх називають збурю вальними впливами.

У першу групу вхідних змінних необхідно включити G_t, і Tt ,а в другу-С_А^ВХ , С_В^ВХ , Т^ВХ, Pt і Ра. Вихідні змінні об'єкта - це ті, значення яких внаслідок зміни вхідних змінних змінюються. У нашому випадку такими є

С_А^ВИХ , С_В^ВИХ , С_С^ВИХ , G_t ^ВИХ , Тt^ВИХ , Т^ВИХ . Таким чином, хімічний реактор з мішалкою і сорочкою може бути проілюстрований на малюнку 3.

Рис.3 Хімічний реактор з сорочкою і мішалкою як ОУ