Автоматизация колонны отгонки бензола в процессе производства изопропилбензола
Анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Общие особенности ректификационных колонн отделения. Разработка функциональной схемы отделения ректификации производства изопропилбензола. Переходная характеристика астатического объекта.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 12.05.2013 |
Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
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)
1. 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 (н), материальный баланс по жидкой фазе верха и низа колонны ( hфл, hк ); материальный баланс по паровой фазе верха колонны; тепловой баланс верха колонны (в ); стабилизацию параметров потока питания: температуры (п) и расхода (Gп).
2. 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. |
НаименованиеПараметра |
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 питанияпотока дистиллятапарового потока |
Gп.Gд.Gy0. |
Gf.Gd.Gy0. |
162,026кмоль/ч97,75кмоль/ч163,6 кмоль/ч |
|
8 |
Давление в колонне |
Pв |
Pv |
7.84*Е4 Па |
|
9 |
Температура: в кубе потока питания верха колонны |
к п в |
Tk Tf Tv |
180C 120C 90C |
|
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:
2 =0.3*Т2(мин);
1 =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:
Колонны являются простыми колоннами многокомпонентной ректификации.
Наличие в питании колонн компонентов значительно различающихся по величине концентрации.
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.
- 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 ип0 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:
Gгр*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
G x1 = G k + G y0
где с k - плотность кубовой жидкости , кг/м3;
S k - сечение куба колонны, м2 ;
h k - уровень кубовой жидкости, м;
G x1 , G k , G y0 - массовые расходы потоков в кубе колонны.
На основании (1) и (2) можно считать:
h 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;
r гр - удельная теплота конденсации пара, дж/кг;
r 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 ;
Sфл - сечение флегмовой емкости , м2 ;
hфл - уровень флегмы , м;
Gyn, Gфл, Gдист - массовые расходы, кг/с.
Уравнение статики:
Gyn = Gфл + Gдист
На основании (7) и (8) можно считать:
hфл=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:
Cдист=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 =
Gyn *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 в и pв
Рисунок 11- Информационная схема верха колонны как многосвязного объекта по в и pв
Информационная схема верха колонны как многосвязного объекта по hфл и в
Рисунок 12- Информационная схема верха колонны как многосвязного объекта по hфл и в
Информационная схема колонны как многосвязного объекта по в и н.
Рисунок 13- Информационная схема колонны как многосвязного объекта по в и н.
Математическое описание подогревателя потока питания.
Тепловой баланс
Уравнение динамики.
Уравнение статики.
Gт 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.
Регулирование.
Регулирование ив=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:
тепловой баланс установки;
стабилизацию Gy0 .
Регулирование ип0 по подаче Gт обеспечивает:
заданное положение рабочей линии;
эффективность процесса разделения;
тепловой баланс
Контроль.
Температуры и расходы всех исходных потоков.
Температуры - ив, ин, икв, икн, ип0.
Давление - Рв, Рн.
Уровень - hфл, hк.
Концентрации - сд или ск .
Сигнализация.
существенные отклонения hфл, hк, ив 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
(
.
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:
Gгр = 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:
S1 = Кр - коэффициент усиления регулятора;
S0 = 1/ Tи, где Tи - время интегрирования;
S2 = Тд - время дифференцирования.
Для дальнейших исследований выбираем ПИ-регулятор для АСР.
4.2 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:
Y = Xв*Wв(p) - Xв*Rк(p)*Wоб(p) = 0
Где Wв(p) - передаточная функция по каналу возмущения;
Rк(p) - передаточная функция компенсатора;
Wоб(p) - передаточная функция объекта.
Произведя преобразование, получаем:
Wв(p)
Rк(p) = Wоб(p
Обозначим : Wв=Wв*exp(-p*?в )
Wоб=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 )
Rк(p) = Wоб(p)*exp(-p*об ) = Wоб(p)
Проверяем выражение (2) на физическую реализуемость компенсатора.
Компенсатор физически реализуем, если
1) к > 0, что возможно при ?в > ?об
2) 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
XB
W АСР(p) = Wр.с.(p)*Wз.c.(p)
Где Wр.с. - передаточная функция разомкнутой системы;
Wз.с. - передаточная функция замкнутой системы.
Математическое описание структуры разомкнутой системы, на основании рис.3., будет иметь вид:
Wp.c.(p) = Wв(p)-Rк(p)*R(p)*Wоб(p)
Математическое описание замкнутой системы, на основании рис.3.будет:
1 Wз.с.(р) = 1+Wоб(p)*R(p) (5)
XB
Подставив (4) и (5) в (3) получим выражение W АСР в развернутом виде:
XB
W 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
XB
W 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:
X1 Yzd X1XB YzdXB
X1_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=1XB=1 |
Выкл |
1,25 |
350 |
44 |
|
6 |
X1=1XB=1 |
Вкл |
1,25 |
350 |
22 |
|
7 |
Yzd=1XB=1 |
Выкл. |
1,1 |
350 |
1,5 |
|
8 |
Yzd=1XB=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 (п) 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 ип по подаче Gт обеспечивает:
- заданное положение рабочей линии;
- эффективность процесса разделения;
- тепловой баланс
Контроль.
Температуры и расходы исходных потоков.
Температуры - ит, ип
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.
Для первой передаточной функции
S1 = 0,5; S0 = 0,0804
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.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Анализ технологического объекта как объекта автоматизации. Выбор датчиков для измерения температуры, давления, расхода, уровня. Привязка параметров процесса к модулям аналогового и дискретного вводов. Расчет основных параметров настройки регулятора.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 04.09.2013Анализ колонны К-302 как объекта управления. Общие требования к микропроцессорной системе. Разработка автоматизированной система управления технологическим процессом колонны К-302 установки "Стирола". Привязка информационных сигналов к клеммам модулей.
курсовая работа [608,5 K], добавлен 17.03.2012Анализ технологического процесса. Уровень автоматизации работы смесительной установки. Алгоритм производственного процесса. Описание функциональной схемы автоматизации дозаторного отделения, принципиальной электрической схемы надбункерного отделения.
контрольная работа [14,2 K], добавлен 04.04.2014Разработка системы блокировки подачи пара Т-303 при превышении давления в кубе колонны более 24,2 кПа и ее программная реализация. Расчет срока окупаемости затрат на внедрение системы управления процессом отделения ректификации производства стирола.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 07.09.2013Общая характеристика и принцип действия сушилки Т-4721D, предназначенной для сушки ПВХ. Теплообменные процессы в сушилке. Инженерный анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса сушки.
курсовая работа [52,7 K], добавлен 22.11.2011Анализ технологического процесса производства краски как объекта управления. Особенности системы фасовки краски и дозирования жидкостного сырья. Химический состав краски. Выбор приборов и средств автоматизации. Описание технологической схемы установки.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.09.2014Краткая характеристика объекта автоматизации, основные технические решения, схемы технологических процессов. Структурная схема системы регулирования. Выбор параметров сигнализации. Регулирование расхода мононитронафталина в линии подачи его в нитратор.
контрольная работа [39,5 K], добавлен 22.09.2012Описание технологического процесса и функциональной схемы автоматизации производства цемента. Расчет качества переходного процесса. Разработка чертежа вида на фронтальную и внутреннюю плоскости щита, составление таблицы их соединений и подключений.
дипломная работа [556,7 K], добавлен 19.04.2010Характеристика объекта автоматизации. Описание поточной линии для приготовления шоколадных масс. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации и выбор контролируемых параметров. Выбор технических средств и описание схемы автоматизации.
курсовая работа [170,4 K], добавлен 09.05.2011Производство стирола, назначение колонны К-302, схемы регулирования. Критерии выбора контроллеров: функциональные возможности, объем его постоянной и оперативной памяти. Анализ программируемого контроллера CENTUM 3000, сущность его основных задач.
курсовая работа [835,9 K], добавлен 06.05.2012