Расчет управляющих параметров реакционной установки

Целью расчета реактора заданной конструкции является определение параметров процесса, которые обеспечивают максимальную степень превращения исходного вещества.

Пусть в реактор подается бинарная смесь реагентов, состоящая из компонентов А₁ и А₂. Параметры смеси: состав (с – концентрация вещества А₁, мол. доли), расход (моль/с). Кроме того, на вход реактора подается реагент В, который вступает в реакцию с веществами А₁ и А₂:

,

.

Температура реакционной смеси на входе реактора (К) поддерживается изменением расхода горячего теплоносителя (кг/с) в теплообменник, предназначенного для нагревания реакционной смеси.

Если реакция протекает с выделением тепла, то температура в изотермическом реакторе регулируется подачей холодного теплоносителя (кг/с).

Математическое описание реакционного процесса представлено уравнениями кинетики и теплового баланса.

В качестве возмущающего параметра процесса рассматривается изменение состава смеси реагентов А₁ и А₂ (изменение концентрации вещества А₁). Скомпенсировать эти возмущения возможно изменением расходов , и температуры холодного теплоносителя на входе реактора.

Рис. 4.4. Алгоритм расчета управляющих параметров

Реакционной установки

Задав значение концентрации с из области возмущений , осуществляется поиск оптимальных значений , , , при которых степень превращения веществ А₁ и А₂ будет максимальной (рис. 4.4). Расчет уравнений кинетики и теплового баланса проводится одним из численных методов. Расход определяется с помощью уравнения теплового баланса для теплообменника, которое включает: массовые теплоемкости реакционной смеси и горячего теплоносителя , температуры смеси на входе теплообменника и выходе , температуру теплоносителя на входе (К).

Использование аналитических зависимостей для определения управляющих параметров может быть реализовано в системе управления, структура которой приведена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Структура системы управления реакционной установкой

Построение функциональной схемы автоматизации

Моделируемая система управления реакционным процессом, реализованная на базе контрольно-измерительных приборов и ЭВМ, должна выполнять следующие функции:

– измерение параметров процесса (возмущений: температура, расход и теплофизические свойства реакционной смеси; отклонений: расходы теплоносителей, катализатора и продуктов реакции, температура и давление в аппарате и др.);

– расчет управлений на основе математической модели;

– выдача управляющего воздействия на исполнительный механизм (изменение расходов теплоносителей, катализатора, реагентов).

Графически работу системы управления представляют в виде функциональной схемы автоматизации процесса [6, 7]. Схема содержит структуру и функциональные связи между технологическим процессом и средствами контроля и управления. С помощью условных обозначений на схеме (рис. 4.6) показывают:

– основное технологическое оборудование (реакционный аппарат, теплообменное и насосное оборудование и т.д.);

– потоки жидкостей, газов и пара;

– приборы и средства автоматизации (6, 7, приложение I).

Рис. 4.6. Функциональная схема автоматизации реакционного процесса