Построение статических характеристик реакторов. Регулирование химических реакторов. Регулирование биологических реакторов.
Запишем уравнение статической характеристики, связывающей входную температуру в реакторе θ0 и температуру в стационарном состоянии θс, т.е. найдем θ0=f(θс).для упрощения записи приведем модель в безразмерной форме.
Химические превращения в реакторе приводят к изменению тепловых и гидромеханических процессов в нем. Этим взаимосвязям соответствуют перекрестные связи. Наличие таких связей может привести к возникновению неустойчивых режимов, автоколебаниям параметров процесса, изменению качества получаемого продукта и должно учитываться при построении систем автоматизации.
Задача управления непрерывным реактором – стабилизация параметров на заданном значении в стационарном режиме, для периодических – проведение процесса по заданной программе (например, изменение Т по определенному закону).
Более сложными для управления являются экзотермические процессы, когда небольшое изменение Т в реакторе может привести к значительным изменениям конверсии. В некоторых случаях это может вызвать даже неустойчивость процесса, если изменение количества выделяемого при реакции тепла не может быть скомпенсировано соответствующим изменением скорости отвода тепла. Неустойчивость процесса приводит к взрывам и аварийной остановке реактора.
Некоторые процессы целесообразно осуществлять в режимах, близких к неустойчивым. Реализация такой работы реактора обеспечивается с помощью автоматической системы регулирования. Когда такая система не справляется с быстрым изменением температуры, должна срабатывать специальная система автоматической защиты. Останавливающая процесс отключением подачи сырья или сбросом реагирующей смеси из реактора.
Регулирование расхода, соотношения расходов. Регулирование давления и перепада давления. Система регулирования уровня.
Схемы регулирования расхода характеризуются 2 особенностями: малой инерционностью объекта регулирования; наличием высокочастотных составляющих в сигнале изменения расхода, обусловленных пульсациями давления в трубопроводе.
Выбор законов регулирования диктуется обычно требуемым качеством переходных процессов. Для регулирования расхода без статической погрешности в одноконтурных АСР применяют ПИ-регуляторы. Если АСР расхода является внутренним контуром в каскадной системе регулирования, регулятор расхода может осуществлять П-закон регулирования. При наличии высокочастотных помех в сигнале расхода применение регуляторов с дифференциальными составляющими без предварительного сглаживания сигнала может привести к неустойчивой работе системы. Поэтому в промышленных АСР применение ПД- и ПИД-регуляторов не рекомендуется.
В системах регулирования расхода применяют 1 из 3 способов изменения расхода: дросселирование потока веществ через регулирующий орган, изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энергии, байпасирование.
Регулирование соотношения расходов можно осуществить по 1 из 3 схем:
При заданной общей производительности расход одного вещества, называется «ведущим», может меняться произвольно; второе вещество подается при постоянном соотношении с первым.
При заданном ведущем расходе кроме АСР соотношения применяется и АСР «ведущего» расхода. В случае изменения расхода 1 изменяется расход 2.
АСР соотношения расходов является внутренним контуром в каскадной системе регулирования третьего технологического параметра.
В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяется 1 из следующих способов регулирования:
Позиционное рерулирование, при котором уровень в аппарате поддерживается в заданных, достаточно широких приделах
Непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня на заданном значении
В АСР для регулирования уровня без статической погрешности применяют ПИ-регуляторы. П-регуляторы используют когда не требуется высокое качество регулирования и возмущения в системе не имеют постоянной составляющей.
При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируется одним из способов:
1 изменение расхода жидкости на входе в аппарат
2 изменение расхода жидкости на выходе из аппарата
3 регулирование соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню.
Давление в технологической установке стабилизируют в каком-либо аппарате, а по всей системе оно устанавливается в соответствии с гидравлическим сопротивлением линии в аппарате. Например. В многокорпусной выпарной установке стабилизируется разрежение в последнем выпарном аппарате.
Когда давление существенно влияет на кинетику процесса, предусматривается система стабилизации давления в отдельных аппаратах. Примером может служить процесс ректификации, для которого кривая фазового равновесия существенно зависит от давления.
Здесь регулирующими воздействиями выбраны расход несконденсироровавшихся газов, отводимых из верхней части колонны и расход охлаждающей воды, который влияет на скорость конденсации вторичного пара.
Особое место занимают системы регулирования перепада давления в аппарате, характеризующего гидродинамический режим, который существенно влияет на протекание процесса. Примером может служить насадочная колона и аппарат и кипящим слоем.
