Задание на выполнение лабораторной работы

Задание 1

Одна из основных стадий производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК.) – сернокислотное разложение фосфатного сырья в реакторе с мешалкой. Стабилизация заданной концентрации ионов SO в жидкой фазе пульпы в реакторе должна обеспечить наилучшие условия разложения фосфатного сырья и кристаллизацию сульфата кальция. На рис. 3.13 представлена схема реактора.

Р и с. 3.13. Схема реактора

разложения фосфатного сырья

Исследования реактора как объекта автоматического управления показали, что передаточная функция, связывающая концентрацию SO в зоне реакции с расходом H2SO4 с достаточной для практики точностью может быть представлена в следующем виде (3.1):

. (3.1)

А. Регулирование концентрации ионов SO в реакторе с мешалкой осуществляется с помощью расхода H₂SO₄. В систему регулирования, кроме реактора, входят также измерительный прибор (автоматический анализатор, построенный на базе кондуктометра), регулятор 2, формирующий пропорциональный закон регулирования и исполнительный механизм с регулирующим клапаном 3. Их передаточные функции заданы в таком виде (3.2), (3.3), (3.4):

; (3.2)

; (3.3)

. (3.4)

Определите коэффициент усиления К_р регулятора для условий регулирования с 50% запасом устойчивости по амплитуде.

Б. Для улучшения качества регулирования вместо П-регулятора установили ПИ-регулятор (3.5):

. (3.5)

Для нескольких значений времени изодрома определите коэффициент усиления регулятора, обеспечивающий запас устойчивости по амплитуде 50% запасом устойчивости по амплитуде.

В. Решите задачу оптимизации коэффициентов регуляторов.

Задание 2

Функциональная схема регулирования концентрации в реакторе приведена на рис. 3.14.

Р и с. 3.14. Система регулирования концентрации

В реакторе идеального смешения происходит непрерывная каталитическая реакция. Концентрация продукта на выходе из реактора регулируется изменением расхода катализатора F, что приводит к изменению его концентрации в реакторе (3.6):

. (3.6)

При этом концентрация продукта в выходящем из реактора потоке с, зависящая от концентрации катализатора тоже будет изменяться: (постоянные времени даны в минутах) (3.7):

. (3.7)

Кроме реактора в систему регулирования также входят:

1. Измерительное устройство 1, состоящее из безынерционного измерительного прибора с коэффициентом усиления и системы отбора проб, создающей транспортное запаздывание = 0,3 мин.

2. Регулятор 2.

3. Исполнительное устройство 3 (исполнительный механизм с регулирующим клапаном), по динамическим свойствам аналогичное статическому звену нулевого порядка с коэффициентами усиления К3 = 5.

А. Как будет меняться концентрация катализатора в реакторе ск( ), если в условиях, когда система находилась в статическом режиме, а регулятор был отключен, произошло ступенчатое изменение расхода катализатора F от 20 кг/мин до 24 кг/мин?

Б. Определите, будет ли система регулирования устойчива, если регулятор реализует:

ПИ-закон регулирования (К_р = 2; T = 0,2);

ПИД-закон регулирования (К_р = 2; Т = 0,2; Т = 1).

В. Решите задачу оптимизации коэффициентов регуляторов.