Автоматизация колонны отгонки бензола в процессе производства изопропилбензола
Министерство
образования и науки РФ
федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
«Санкт-Петербургский
государственный технологический институт
(технический
университет)»
Специальность
220301 Автоматизация технологических процессов и производств
Квалификация
Бакалавр
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
Дисциплина
Автоматизация
процессов химической промышленности
Тема
Автоматизация
колонны отгонки бензола в процессе производства изопропилбензола
Студентка
Калиниченко Е.А.
Руководитель
Доцент
Ремизова О.А.
Санкт-Петербург
2012
1. Задание на курсовой проект по АТП и ПХП N 5б
Автоматизация колонны отгонки бензола в процессе
производства изопропилбензола (к.N 50)
. Исследование процесса ректификации как объекта
автоматизации
Объект автоматизации - ректификационная
установка для отгонки бензола в процессе производства изопропилбензола (файл
texnipb.doc).
Составить схему автоматизации ректификационной
установки для получения в качестве целевого - кубового продукта, обеспечив
косвенное регулирование показателя эффективности - по (qн),
материальный баланс по жидкой фазе верха и низа колонны ( hфл, hк );
материальный баланс по паровой фазе верха колонны; тепловой баланс верха
колонны (qв ); стабилизацию параметров потока питания:
температуры (qп) и расхода (Gп).
. Исследование процесса ректификации как объекта
управления уровнем кубового продукта (hк) с каналом возмущения по расходу
греющего пара (Gгр):
·
архив
rekt.rar;
·
архив
МЕТw(p).zip;
·
файл
для расчета параметров объекта - «RK_KUB_B.doc»
3. Синтез и исследование одноконтурной АСР
концентрации кубового продукта (Ск).
·
файл
Alg_SYNT.doc
·
методические
указания - dcontasr.zip.
·
пакет
SYNTEZ;
4. Синтез и исследование комбинированной АСР
уровня кубового продукта (hк) c динамическим компенсатором по расходу греющего
пара (Gгр).
·
файл
Иссл.ASRK.doc
·
методические
указания - dasrk11.zip или dasrk12.zip,
·
проекты
в среде MVW - ASR_Zd5b\ASRK11, ASRK12;
Конструктивные и технологические параметры
процесса в ректификационной колонне № 50 в производстве изопропилбензола
(зд.№5).
№
п.п.
|
Наименование
Параметра
|
Обозначение
Параметра
|
Идентификатор
в rk_kub.exe
|
Величина
параметра
|
1
|
Диаметр
колонны
|
dk
|
dk
|
2,9м
|
2
|
Высота
колонны
|
H
|
H
|
43м
|
3
|
Число
тарелок
|
n
|
n
|
67
|
4
|
Номер
тарелки питания
|
nf
|
nf
|
41
|
5
|
Расстояние
между тарелками
|
h
|
h
|
0,5м
|
6
|
Расход:
потока питания потока дистиллята парового потока
|
Gп.
Gд. Gy0.
|
Gf.
Gd. Gy0.
|
162,026кмоль/ч
97,75кмоль/ч 163,6 кмоль/ч
|
8
|
Давление
в колонне
|
Pв
|
Pv
|
7.84*Е4
Па
|
9
|
Температура:
в кубе потока питания верха колонны
|
qк qп qв
|
Tk
Tf Tv
|
180°C 120°C 90°C
|
10
|
Плотность:
кубового продукта греющего пара
|
к
гр
|
Ro_k
Ro_gr
|
745
кг/м^3 4,113 кг/м^3
|
11
|
Молекулярный
вес: кубового продукта дистиллята
|
М.к
Mд
|
Mk
Md
|
78,11
кг/кмоль 67,00 кг/кмоль
|
12
|
Теплота:
конденсации греющ. пара испарения куб. продукта
|
rгр
rк
|
r_gr
r_k
|
2056
Кдж/кг 1028 Кдж/кг
|
13
|
Скорость
потока Gгр
|
vгр
|
v_gr
|
10м/с
|
·
Модель
для расчетов «rk_kub.exe». Файл установок «zd5.stt».
·
Пересчет
размерностей «Razm2».
·
Расчетное
время по модели - часы перевести в мин.
·
Принять
запаздывания и постоянные времени по каналам управления:
t2 =0.3*Т2(мин);
t1 =Т1 = 0.5(мин);
Описание технологической схемы отделения
ректификации производства изопропилбензола.
Отделение включает в себя 4 колонны:
к. 50 - колонна отгонки бензола;
к. 59 - колонна выделения технического
изопропилбензола:
к. 66 - колонна выделения технического
этилбензола:
к. 83 - колонна выделения товарного
изопропилбензола.
Конструктивные параметры ректификационных
колонн.
№
п.п.
|
Параметр
|
№
колонны
|
|
|
50
|
59
|
66
|
83
|
1
|
Число
тарелок, шт.
|
67
|
69
|
82
|
76
|
2
|
Диаметр
колонны, мм.
|
2900
|
2900
|
2000
|
1800
|
3
|
Расстояние
между тарелками, мм.
|
500
|
500
|
250
|
300
|
4
|
Высота
колонны, м.
|
43
|
43
|
28
|
26
|
5
|
Номер
тарелки питания.
|
41
|
40
|
18
|
28
|
Общие особенности ректификационных колонн
отделения:
1. Колонны
являются простыми колоннами многокомпонентной ректификации.
2. Наличие
в питании колонн компонентов значительно различающихся по величине
концентрации.
3. Наличие
большого количества тарелок во всех рассматриваемых колоннах.
Технологическая схема отделения ректификации
представлена на рис.1.
Работа колонны к 50.
В первой по ходу движения алкилата колонне 50 из
исходной смеси, состоящей из этилбензола (ЭБ), изопропилбензола (ИПБ),
бутилбензола (ББ), полиалкилбензола (ПАБ) и бензола (Б), отгоняется бензол.
Обогрев колонны осуществляется паром высокого давления.
Сверху колонны отбирается бензол, который
возвращается в реактор. Из куба колонны отбирается укрепленная реакционная
масса, состоящая из ЭБ,ИПБ,ПАБ и ББ.
Параметры режима работы колонны № 50.
Питание - до 165кмоль/ч;
Температура верха - до 96 С;
Температура куба - 170 С - 180 С;
Давление в кубе - 7,84*104 Па.
Работа колонны к 59.
Далее укрепленная реакционная масса, состоящая
из ЭБ,ИПБ,ПАБ и ББ, подается насосом на питание колонны к 59, предназначенной
для выделения технического изопропилбензола (ИПБ),состоящего из фракций ЭБ, ИПБ
и ББ. Колонна работает под вакуумом; обогревается паром высокого давления. Из
верхней части колонны отбирается технический изопропилбензол, а из куба колонны
отбирается полиалкилбензол (ПАБ), который направляется для приготовления
катализаторного комплекса, а затем его направляют в алкилатор вместе с исходным
сырьем.
Параметры режима работы колонны № 59.
Питание - до 65 кмоль/ч;
Температура верха - до 80 - 95 С;
Температура куба - 160 - 170 С;
Давление в кубе - 7,84*104 Па.
Работа колонны № 66.
Технический изопропилбензол (ИПБ), состоящий из
фракций ЭБ, ИПБ и ББ, подается на колонну 66, предназначенную для выделения
технического этилбензола (ЭБ). Технический этилбензол выводится из верха
колонны, конденсируется, собирается в емкость и реализуется как побочный
продукт, а фракции ИПБ и ББ выводятся из куба колонны.
Параметры режима работы колонны № 66.
Питание - до 55 кмоль/ч;
Температура верха - 155 С;
Температура куба - 180 С;
Давление в кубе - 5,99*104 Па.
Работа колонны № 83.
Укрепленный технический изопропилбензол (ИПБ),
состоящий из ИПБ и ББ, подается на колонну 83 для выделения товарного
изопропилбензола. Обогрев колонны осуществляется паром высокого давления.
Вверху колонны отбирается товарный изопропилбензол, который поступает на склад
готовой продукции. Кубовый продукт (бутилбензольная фракция - ББ) реализуется
как побочный продукт.
Параметры режима работы колонны № 83.
Питание - до 55 кмоль/ч;
Температура верха - до 160 С;
Температура куба - 170 С - 180 С;
Давление в кубе -5,94*104 Па.
Рисунок 1 - Технологическая схема отделения
ректификации изопропилбензола (ИПБ).
2. Анализ технологического процесса как объекта
управления
Объект управления
Схема ректификационной установки.
1 -
ректификационная колонна; 2 - подогреватель потока питания; 3- кипятильник; 4 -
конденсатор (дефлегматор); 5 - флегмовая емкость.
Рисунок 2- Схема ректификационной установки
Описание установки.
Объект управления - ректификационная установка
для выделения из исходной жидкой смеси целевого компонента в составе
дистиллята.
Процесс массопередачи происходит на
тарелках укрепляющей (верхней) и исчерпывающей (нижней) частей колонны в
результате взаимодействия жидкой и паровой фаз, движущихся в колонне
противотоком. Движущая сила - разность между равновесной и рабочей
концентрациями целевого компонента в жидкой или паровой фазе: и соответственно.
Работа установки.
Исходная смесь Gп (Gxf) нагревается
в подогревателе потока питания 2 до температуры кипения θп0 и
подается в колонну 1 на тарелку питания (i=f).
Исходная смесь стекает по тарелкам
нижней части колонны в виде жидкостного потока Gx в куб колонны, участвуя в
массообменном процессе с паровым потоком Gy.
Из куба колонны выводится кубовый
продукт Gкуб. Часть кубового продукта подается в кипятильник 3, где испаряется с
образованием парового потока Gy0 , который подается в низ колонны.
Паровой поток поднимается вверх
колонны, контактируя с жидким потоком и обогащаясь целевым компонентом.
Обогащенный целевым компонентом
паровой поток Gyn выводится из верха колонны и подается в дефлегматор 4, где
конденсируется.
Конденсат собирается во флегмовой
емкости 5. Из сборника флегмы отбирается два потока:
·
поток
дистиллята Gд - целевой продукт;
·
поток
флегмы Gфл - жидкая фаза, используемая для орошения верха колонны.
Показатель эффективности процесса сд -
концентрация дистиллята.
Цель управления процессом - обеспечение
сд.=сдзд.
Математическое описание процесса ректификации
Структурная схема ректификационной установки.
Рисунок 3- Структурная схема
ректификационной установки.
Математическое описание низа колонны
Структурная схема куба и кипятильника.
Рисунок 4- Структурная схема куба и кипятильника
Тепловой баланс низа колонны ( н = 0
). (с кипятильником)
Уравнение динамики:
·
Уравнение
статики:
гр*rгр + Gх1*Cрх1*х1 = Gy0*Cpy0*н
+ Gk*Cpk*н (6).
·
На
основании (1) и (2) можно считать:
н = f (Gгр, Gк ).
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gгр .
Тепловой баланс с учетом затрат тепла на
испарение - Gy0 rk
где (5в);
Так как
,
то выражение (5б) с учетом (5в)
адекватно выражению (5)}.
Материальный баланс по всему
веществу.
·
Уравнение
динамики
·
Уравнение
статики
x1 = G k + G y0
где ρ k - плотность
кубовой жидкости , кг/м3;k - сечение куба колонны, м2 ;k - уровень кубовой
жидкости, м;x1 , G k , G y0 - массовые расходы потоков в кубе колонны.
·
На
основании (1) и (2) можно считать:
k = f(G k ,G y0 )
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gk .
Материальный баланс по легколетучему
компоненту.
·
Уравнение
динамики:
·
Уравнение
статики:
G x1 C x1 = G k C к
+ G y0 C y0
·
Основные
допущения:
·
Кипятильник
с полным испарением, т.е. C y0=C x0;
·
Тепловой
баланс кипятильника:
·
Обозначения:
М0 - масса жидкости в нижней части колонны,
кг;гр - удельная теплота конденсации пара, дж/кг;k - удельная теплота испарения
кубовой жидкости, дж/кг.
·
На
основании (3) и (4) можно записать:
.
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gгр .
Информационная схема низа колонны.
Рисунок 5- Информационная схема низа колонны
Информационная схема низа колонны
как многосвязного объекта по hk, или hk, Ck .
Рисунок 6- Информационная схема низа
колонны как
многосвязного объекта по
hk, или hk, Ck
Математическое описание верха колонны.
Структурная схема дефлегматора с флегмовой
емкостью.
Рисунок 7- Структурная схема дефлегматора с
флегмовой емкостью
Материальный баланс по всему
веществу.
·
Уравнение
динамики:
где фл - плотность флегмы , кг/м3
;фл - сечение флегмовой емкости , м2 ;фл - уровень флегмы , м;, Gфл, Gдист -
массовые расходы, кг/с.
·
Уравнение
статики:
= Gфл + Gдист
·
На
основании (7) и (8) можно считать:
фл=f(Gyn, Gфл, Gд )
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gдист .
Материальный баланс по целевому
компоненту.
·
Уравнение
динамики:
·
Уравнение
статики:
Gyn Cyn = Gдист
Cx n+1 + Gфл Cx n+1 (10).
·
На
основании (9) и (10) можно считать:
дист=f(Gyn, Gфл, Gд )
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gфл .
Тепловой баланс верха колонны ( в = н
).
Структурная схема n-ой тарелки
Рисунок 8- Структурная схема n-ой тарелки
·
Уравнение
динамики:
·
Уравнение
статики
Gyn-1*Cpyn-1 *yn-1 + Gфл*Cрфл *фл
=*Cpyn *в + Gxn *Cpxn *в (12).
·
Обозначения:
·
Мxn
- масса паровой фазы наверху колонны;
·
Cpyn,
Cpy,n-1, Cрфл, Cpxn - удельные теплоемкости паровой и жидкой фазы на n-ой
тарелке;
·
Gyn-1,
Gyn, Gxn - расходы паровой и жидкой фазы на n-ой тарелке.
·
На
основании (11) и (12) можно считать
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gфл .
Баланс по паровой фазе.
Структурная схема конденсатора без флегмовой
емкости.
Рисунок 9- Структурная схема конденсатора без
флегмовой емкости
·
Уравнение
динамики
·
Уравнение
статики
·
Особенности:
·
Решение
уравнения динамики для pв дает выражение для интегрального звена.
·
Если
учесть выражение Gyn = f (pв ), то звено получается апериодическим 1 порядка.
·
Gyк
= f (Gхл ), можно получить на основании теплового баланса конденсатора
·
На
основании (13), (14) и (15) можно принять:Pв =f(Gхл).
Информационная схема верха колонны.
Рисунок 10- Информационная схема верха колонны
Информационная схема верха колонны как
многосвязного объекта по qв и pв
Рисунок 11- Информационная схема верха колонны
как многосвязного объекта по qв и pв
Информационная схема верха колонны как
многосвязного объекта по hфл и qв
Рисунок 12- Информационная схема верха колонны
как многосвязного объекта по hфл и qв
Информационная схема колонны как многосвязного
объекта по qв и qн.
Рисунок 13- Информационная схема колонны как
многосвязного объекта по qв и qн.
Математическое описание подогревателя потока
питания.
Тепловой баланс
·
Уравнение
динамики.
·
Уравнение
статики.
т Cрт твх - Gт Cрт твых = Gп Cpп n0 - Gп Cpп n
·
Обозначения:
·
т
вх ,т вых ,n 0 ,n - температуры потоков теплоносителя и питания на
входе и выходе из теплообменника;
·
Vn
- объем потока питания в трубах теплообменника;
·
Cpп,
Срт - удельные теплоемкости потоков питания и теплоносителя;
·
Gт,
Gп - массовые расходы теплоносителя и питания, кг/ч.
·
На
основании (16) и (17) можно считать:
.
·
Предпочтительное
управляющее воздействие Gт.
Информационная схема подогревателя потока
питания как объекта управления п0
Рисунок 14- Информационная схема подогревателя
потока питания как объекта управления п0
Типовая схема автоматизации процесса
ректификации.
Рисунок 15- Типовая схема
автоматизации процесса ректификации.
Типовое решение автоматизации процесса
ректификации.
1. Регулирование.
·
Регулирование
θв=f(cд)
по подаче флегмы - косвенное регулирование показателя эффективности процесса
cд.
·
Регулирование
Pв по подаче хладоагента Gхл - обеспечивает материальный баланс по паровой
фазе.
·
Регулирование
hфл по отбору флегмы Gфл - обеспечивает материальный баланс по жидкой фазе
верха колонны.
·
Регулирование
hк по отбору кубового продукта Gк - обеспечивает материальный баланс по жидкой
фазе низа колонны.
·
Стабилизация
расхода питания Gп - обеспечивает:
·
материальный
баланс по всему веществу,
·
снятие
наиболее существенных возмущений,
·
заданное
положение рабочей области колонны;
·
стабилизацию
производительности установки.
·
Стабилизация
расхода греющего пара Gгр - обеспечивает:
·
стабилизацию
Gy0 .
·
Регулирование
θп0
по подаче Gт обеспечивает:
·
заданное
положение рабочей линии;
·
эффективность
процесса разделения;
·
тепловой
баланс
2. Контроль.
·
Температуры
и расходы всех исходных потоков.
·
Температуры
- θв,
θн,
θкв,
θкн,
θп0.
·
Давление
- Рв, Рн.
·
Уровень
- hфл, hк.
·
Концентрации
- сд или ск .
3. Сигнализация.
·
существенные
отклонения hфл, hк, θв от
заданий:
повышение ;
резкое снижение или прекращение
подачи потока питания .
3. Исследование технологического процесса как
объекта управления
Математическое описание
астатического объекта на основе материального баланса по жидкой фазе.
Уравнение динамики:
Уравнение статики при :
Информационная схема астатического
объекта.
Рисунок 16- Информационная схема
астатического объекта.
Вывод передаточной функции
астатического объекта методом безразмерных переменных.
·
Принимаем
канал управления - Qпр - Н.
Обозначим
ü
ý (
. þ
·
Подставим
обозначения в уравнение:
Вычтем из уравнения уравнение
статики и получим уравнение динамики в приращениях для канала :
·
Введем
безразмерные переменные
;
Подставим в уравнение выражения для и на
основании
Выполним нормализацию выражения
(3.8) делением на постоянную при входной переменной :
где - время разгона объекта.
·
Выражение
можно записать в виде
·
Представим
Нб из (3.10) в явном виде с учетом того, что уравнение динамики является
характеристикой объекта в области действительного переменного t
откуда
·
Выполним
линеаризацию выражения (3.11б) на основе преобразования Лапласа
·
На
основании (3.12) получим выражение для передаточной функции объекта
где .
Переходная характеристика
астатического объекта.
Переходная характеристика h(t) на
основании решения уравнения динамики при :
График h(t) для астатического
объекта 1-го порядка.
Рисунок 17- График h(t) для
астатического объекта 1-го порядка
Структурная схема астатического
объекта.
Рисунок 18- Структурная схема астатического
объекта
где ;
Найдем численные значения для
постоянной времени T1:гр = 163,6*1028/2056= 81,8 кмоль/ч
10,36 ч
Передаточная функция объекта будет
иметь следующий вид:
Обозначим
Из уравнения динамики вычтем
уравнение статики, получим выражение вида:
Введем безразмерные переменные:
С учетом безразмерных переменных:
Выполним линеаризацию выражения на
основе преобразования Лапласа:
где ;
Найдем численные значения для
коэффициента усиления K2 и постоянной времени T2:
м3
мин
Передаточная функция регулятора
будет иметь следующий вид:
4. Синтез и исследование
одноконтурных АСР концентрации и уровня в кубе колонны.
Рисунок 19 - Структурная схема
одноконтурной АСР
4.1 Расчет настроек регуляторов
методами Циглера-Никольса, РЧХ и ВТИ
С помощью пакета «SYNTEZ» получим настройки
регуляторов тремя методами: методом Циглера-Никольса, методом расширенных
частотных характеристик, и формулами ВТИ. Из этих настроек выберем лучшие.
Таблица 1 - Параметры настройки регулятора АСР
Метод
|
Закон
регулирования
|
Параметры
настройки регулятора
|
|
|
S1
|
S0
|
S2
|
Ц
- Н
|
П
|
0,4997
|
-
|
-
|
|
ПИ
|
0,4498
|
0,0871
|
-
|
|
ПИД
|
0,5997
|
0,1945
|
0,4645
|
РЧХ
|
И
|
-
|
3,0165
|
-
|
|
П
|
0,5062
|
-
|
-
|
|
ПИ
|
0,4863
|
0,3999
|
-
|
ВТИ
|
П
|
0,5
|
-
|
-
|
|
ПИ
|
0,5
|
0,0804
|
-
|
|
ПИД
|
0,4423
|
0,0548
|
0,4421
|
В пакете <SYNTEZ> приняты следующие
обозначения параметров настройки регуляторов:= Кр - коэффициент усиления
регулятора;= 1/ Tи, где Tи - время интегрирования;= Тд - время
дифференцирования.
Для дальнейших исследований выбираем
ПИ-регулятор для АСР.
.2 Построение переходных характеристик для АСР
Построим переходные характеристики с
использованием полученных настроек в пакете <MATLAB> по основному каналу
управления. Результаты приведены в таблице 3. Ниже приводим графики исследований.
Переходные характеристики для АСР с передаточной
функцией объекта
:
Метод Циглера-Никольса
ПИ-регулятор
Показатели
качества
|
tр,
ч
|
500
|
J2
|
35
|
Метод РЧХ
ПИ-регулятор
Показатели
качества
|
tр,
ч
|
500
|
J2
|
40
|
Метод ВТИ
ПИ-регулятор
Показатели
качества
|
tр,
ч
|
350
|
Yдин
|
26
|
Данные исследования одноконтурных систем
показали, что лучшим регулятором для первой АСР является ПИ-регулятор,
настройки которого рассчитаны методом ВТИ.(J2=26, tp = 350), т.к. в данном
случае минимальное время регулирование, максимальное динамическое отклонение
минимально:
5. Основы синтеза комбинированных
АСР с динамическим компенсатором, подключенным на вход объекта
Основы синтеза комбинированных АСР с
динамическим компенсатором, подключенным на вход объекта, рассмотрим на примере
проектирования комбинированной системы регулирования уровня в испарителе.
Функциональная схема комбинированной
АСР с динамическим компенсатором, подключенным на вход объекта.
На рис.1. представлена АСР уровня в испарителе.
Уровень регулируется по подаче греющего пара Gгр. По входной температуре
жидкого технологического потока Твх.ж. действует сильное возмущение.
Функциональная схема комбинированной АСР уровня
с динамическим компенсатором ,подключенным на вход объекта.
Рисунок 20- Функциональная схема
комбинированной АСР уровня с динамическим компенсатором ,подключенным на вход
объекта
Инвариантность уровня h по отношению
к возмущению по температуре Твх. ж. обеспечивается с помощью динамического
компенсатора Rк.
Структурная схема комбинированной
АСР с динамическим компенсатором, подключенным на вход объекта.
Рисунок 21- Структурная схема
комбинированной АСР с динамическим компенсатором, подключенным на вход объекта
Методика расчета компенсатора Rк,
подключенного на вход объекта.
Применим к схеме, приведенной на рис.2, условие
инвариантности выходной величины Y по отношению к возмущающему воздействию Xв:
= Xв*Wв(p) - Xв*Rк(p)*Wоб(p) = 0
Где Wв(p) - передаточная функция по каналу
возмущения;к(p) - передаточная функция компенсатора;об(p) - передаточная
функция объекта.
Произведя преобразование, получаем:
в(p)_к(p) = Wоб(p
Обозначим : Wв=Wв*exp(-p*в
)об=Wоб*exp(-p*об )
Тогда с учетом запаздываний в объекте по каналам
возмущения и управления получим:
Wв(p)*exp(-p*в ) Wв(p) *exp(-p*к )к(p) =
Wоб(p)*exp(-p*об ) = Wоб(p)
Проверяем выражение (2) на физическую
реализуемость компенсатора.
Компенсатор физически реализуем, если
) к > 0, что возможно при в > об
) mк £ nк, т.е. если
порядок полинома числителя Rк(p) меньше или равен порядку полинома знаменателя.
Структурная схема комбинированной
АСР типа <ASRK11> по отношению к воздействию Xв.
Когда сигнал от компенсатора подается на вход
объекта, структурная схема комбинированной АСР типа <ASRK11>
преобразуется к последовательному соединению разомкнутой системы и замкнутого
контура (рис.3).
Структурная схема комбинированной АСР типа
<ASRK11> по отношению к воздействию Xв.
Рисунок 22- Структурная схема
комбинированной АСР типа <ASRK11> по отношению к воздействию Xв.
Передаточная функция АСР W АСР (p) в
соответствии со структурой, приведенной на рис.3:
ректификация автоматизация изопропилбензол астатический
XBАСР(p) = Wр.с.(p)*Wз.c.(p)
Где Wр.с. - передаточная функция разомкнутой
системы;з.с. - передаточная функция замкнутой системы.
Математическое описание структуры разомкнутой
системы, на основании рис.3., будет иметь вид:
.c.(p) = Wв(p)-Rк(p)*R(p)*Wоб(p)
Математическое описание замкнутой системы, на
основании рис.3.будет:
_______ Wз.с.(р) = 1+Wоб(p)*R(p) (5)
Подставив (4) и (5) в (3) получим выражение W
АСР в развернутом виде:
АСР(р) = [Wв(p) -
Rк(p)*R(p)*Wоб(p)]*[1/{1+Wоб(p)*R(p)}]
Анализ выражения (6) показывает, что если в
системе будет использован теоретический компенсатор типа (1), то
АСР(р) =0,
что и обеспечит инвариантность Y по отношению к
Xв.
5.2 Результаты исследования комбинированной АСР
при независимом расчете настроек регуляторов
Исследование комбинированной АСР выполнено с
помощью моделей, разработанных в среде «MATLAB» (см. Приложение 1). Мы получили
переходные процессы комбинированной АСР с настройками регуляторов, полученными
при исследовании одноконтурной АСР.
№
п.п.
|
Вх.
возд.
|
Комп.
|
АСР
|
|
|
|
Y1
|
tp1
|
J2_Y1
|
1
|
XB=1
|
RK11
Выкл
|
1
|
350
|
24
|
2
|
XB=1
|
RK11Вкл
|
1
|
300
|
9
|
3
|
XB=1
|
RK12
Выкл
|
1
|
350
|
24
|
4
|
XB=1
|
RK12Вкл
|
1
|
300
|
9
|
Лучшей принимаем систему RK11.
Выполняем исследования при следующих комбинациях
входных воздействий:
Yzd X1XB YzdXB_K Yzd_K X1XB_K YzdXB_K
Таблица 3
№
п.п.
|
Вх.
возд.
|
Комп.
|
АСР
|
|
|
|
Y1
|
tp1
|
J2_Y1
|
1
|
X1=1
|
Выкл
|
1
|
350
|
27
|
2
|
X1=1
|
Вкл
|
1
|
350
|
27
|
3
|
Yzd=1
|
Выкл.
|
1,75
|
350
|
25
|
4
|
Yzd=1
|
Вкл
|
1,75
|
350
|
25
|
5
|
X1=1
XB=1
|
Выкл
|
1,25
|
350
|
44
|
6
|
X1=1
XB=1
|
Вкл
|
1,25
|
350
|
22
|
7
|
Yzd=1
XB=1
|
Выкл.
|
1,1
|
350
|
1,5
|
8
|
Yzd=1
XB=1
|
Вкл
|
1,25
|
350
|
7,5
|
Рисунок 23- Переходная характеристика при
входном воздействии х1=1 и включенном компенсаторе
Рисунок 24 - Переходная характеристика при
входном воздействии х1=1
Рисунок 25- Переходная характеристика при
входном воздействии Узд=1 и включенном компенсаторе
Рисунок 26- Переходная характеристика при
входном воздействии Узд=1 и выключенном компенсаторе
Рисунок 27- Переходная характеристика при
входном воздействии х1=1 И хв=1и включенном компенсаторе
Рисунок 28 - Переходная характеристика при
входном воздействии х1=1 и хв=1и выключенном компенсаторе
Рисунок 29 - Переходная характеристика при
входном воздействии Узд=1 хв=1и включенном компенсаторе
Рисунок 30- Переходная характеристика при
входном воздействии Узд=1 хв=1 и выключенном компенсаторе
6. Разработка упрощенной функциональной схемы
автоматизации процесса
Составить схему автоматизации ректификационной
установки для получения в качестве целевого продукта - дистиллята, обеспечив
баланс по паровой фазе верха колонны с учетом наличия хвостовых газов; тепловой
баланс верха колонны; материальный баланс по жидкой фазе верха и низа колонны
(hфл, hк); тепловой баланс для подогревателя потока питания (qп)
при условии высокой инерционности канала управления; минимизацию энергозатрат
при наличии возмущений по расходу питания (Gп).
Функциональное решение автоматизации процесса
ректификации:
Регулирование.
·
Регулирование
Pв по подаче хладоагента Gхл - обеспечивает материальный баланс по паровой
фазе.
·
Регулирование
hфл по отбору флегмы Gфл - обеспечивает материальный баланс по жидкой фазе
верха колонны.
·
Регулирование
hк по отбору флегмы Gфл - обеспечивает материальный баланс по жидкой фазе верха
колонны
·
Стабилизация
расхода питания Gп - обеспечивает:
- материальный баланс по всему веществу,
снятие наиболее существенных возмущений,
заданное положение рабочей области колонны;
стабилизацию производительности установки.
·
Регулирование
θп
по подаче Gт обеспечивает:
- заданное положение рабочей линии;
эффективность процесса разделения;
тепловой баланс
Контроль.
·
Температуры
и расходы исходных потоков.
·
Температуры
- θт,
θп
·
Давление
- Рв.
·
Уровень
- hфл, hк.
Сигнализация.
·
существенные
отклонения hфл, от задания;
повышение ;
Выводы по работе
В данном курсовом проекте была автоматизирована
ректификационная установка для выделения товарного пергидроля в производстве
перекиси водорода:
Был исследован объект автоматизации и получены
его передаточные функции.
С помощью программного продукта «SYNTEZ» и
«MATLAB» получены настройки регуляторов для одноконтурных систем регулирования
и после исследования этих АСР выбраны наилучшие настройки.
Была исследована каскадная АСР температуры
потока питания со вспомогательным контуром стабилизации расхода теплоносителя
После проведенных исследований была разработана
функциональная схема автоматизации, которая включает в себя подсистемы
регулирования, контроля, сигнализации и защиты.