2. Характеристика объекта управления

В данном разделе приводится принципиальная схема реактора, стехиометрические уравнения реакции, тип реакции, дается краткое описание работы реактора с характеристикой гидродинамического и теплового режимов, производится анализ и характеристика реактора как объекта автоматизации и управления, производится классификация переменных; приводятся исходные данные для моделирования в соответствии с вариантом задания

В реакторе с рубашкой, снабженном механической мешалкой (рис 1) проводиться бимолекулярная изотермическая реакция:

Исходный реагент с концентрацией С_Авх подается в потоке ϑ₁. Поток ϑ₂ служит для разбавления реакционной смеси. Смесь из реактора забирается насосом, величина потока может регулироваться клапаном. В рубашку аппарата поступает хладагент. Благодаря интенсивному перемешиванию структура потоков в реакторе может быть описана моделью идеального смешения. Аппарат работает в политропическом режиме.

Выходные переменные объекта: объем (уровень) реакционной смеси - V_p; концентрации компонентов в выходном потоке - С_А, С_в; температура смеси в аппарате - t; температура хладагента в рубашке - t_xл

Входные переменные объекта: расходы потоков на входе и выходе из аппарата - ϑ₁, ϑ₂, ϑ; концентрация вещества А во входном потоке - С_Авх; температуры входных потоков – t₁,t₂,t_{Xл вх} расход хладоагента на входе в рубашку – ϑ_хл.

С учетом режима функционирования (политропический) и того факта,что целевым является компонент В, можно выделить регулируемые переменные: уровень (объем) в аппарате - V_p, температура смеси - t и концентрация - С_в. В качестве регулирующих воздействий предлагается использовать соответственно: расход смеси на выходе из реактора - и или расход -ϑ₂, расход хладоагента - ϑ_хл. расход потока – ϑ₁ или расход разбавителя – ϑ₂ В качестве возмущений могут выступать все оставшиеся входные переменные. Выбор регулирующего воздействия по каналу регулирования концентрации и уровня зависит от способа включения реактора в технологическую схему и требований предыдущей и последующей стадий Если предшествующая стадия подготовки раствора исходного реагента предполагает постоянство расхода и*, то необходимо рассматривать регулирующие каналы: Δϑ₁ -> ΔС_В, Δϑ -> ΔV_р. Если последующая стадия предполагает постоянство нагрузки ϑ=const, то необходимо рассматриватьдинамические каналы:

Δϑ₁ -> ΔС_В, Δϑ₂ -> ΔV_р . В обоих случаях предполагается наличие требований: С_в=С_{в зад}, t⁼t_зад. Если реактор должен рабоатать при условии: ϑ₁=const и ϑ=const, то регулироваться может только С_вх или t, путем изменения подачи хладоагента - ϑ_хл.

Тепловой эффект реакции ΔН определен на модель превращенного реагента.

Таблица 1 исходные данные для моделирования объекта

Но­мер	Наименование	Единицы измерения	Численные значения	Обозначения
1	2	3	4	5
1	Объем аппарата	л	500	Vр
2	Объем рубашки	л	200	Vкл
3	Теплоемкость вещества в аппарате и входных потоках	кДж/кг *К	4 19	Ср
4	Теплоемкость хладоагснта	кДж/кг*К	4.19	Ср хл
5	Плотность вещества в аппарате и входных потоках	кг/л	1.2	ρ
6	Плотность хладоагента	кг/л	0.978	ρхл
7	Коэффициент теплопередачи	кДж/м2-*мин*К	9	Кт
8	Поверхность теплообмена	м2	2.3	F1
9	Тепловой эффект реакции	кДж/моль	1000	ΔН
10	Предэкспонсициальный множи­тель константы скорости	л*мнн/моль	200	К0
11	Энергия активации	Д ж/моль	25000	Е
12	Концентрация компонента А на входе	моль/л	1	САвх
13	Концентрация компонента В на входе	моль/л	0	СВ вх
14	Расход на входе я реактор U|	л/мин	0.75	ϑ1
IS	Расход ня входе в реактор иг	л/мин	0.25	ϑ2
16	Расход хладоагснта	л/мин	5	ϑхл
17	Температура ня нходе я реактор t1	•с	30	t1
18	Температуря на входе в реактор t2	•с	40	t2
19	Температура хладоагента на входе	•с	30	tXл вх