Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Ф
едеральное
государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа природных ресурсов
Направление подготовки 18.04.01 «Химическая технология»
Образовательная программа «Химическая инженерия»
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 6
Название работы |
Динамическое моделирование процесса сепарации |
Вариант |
Вариант 18 |
По дисциплине |
Современные химические технологии |
Студент
Группа |
ФИО |
Подпись |
Дата |
ХИМ54 |
Чижова Анастасия Васильевна |
|
|
Руководитель
Должность |
ФИО |
Ученая степень, звание |
Подпись |
Дата |
Ассистент |
Бунаев А.А. |
к.т.н. |
|
|
Томск – 2025 г.
Цель работы:
Ознакомиться с методикой расчета процесса однократного испарения.
Провести исследование поведения динамической модели при изменении технологических параметров.
Вывести на заданный режим работы данную установку согласно уставкам своего варианта.
Теоретическая часть Моделирование пид-регулятора
Пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интегралу сигнала рассогласования, третье — производной сигнала рассогласования.
Рисунок 1. Схема, иллюстрирующая принцип работы ПИД-регулятора.
На рисунке показана система управления с обратной связью с участием ПИД-регулятора. Система управляет величиной y(t), то есть выводит ее на заданное извне значение r(t). На вход ПИД-регулятора подаётся ошибка e(t), выход ПИД-регулятора является управляющим воздействием u(t) для некоторого процесса (для объекта управления), управляющего величиной y(t).
Назначение ПИД-регулятора — в поддержании заданного значения r некоторой величины y с помощью изменения другой величины u. Значение r называется уставкой, а разность e = (r − y) — невязкой. Приведённые ниже формулы справедливы в случае линейности и стационарности системы, что редко выполняется на практике.
Выходной сигнал регулятора u определяется тремя слагаемыми:
, (1)
где Кp, Кi, Кd — коэффициенты усиления пропорциональной, интегрирующей и дифференцирующей составляющих регулятора соответственно.
Расчет мольного расхода потока, выходящего из клапана
Регулирующий клапан — один из видов регулирующей трубопроводной арматуры, который применяется для непрерывного и дискретного регулирования расхода и давления, протекающего через него потока.
В промышленности применяются различные виды управления клапанами. Наибольшее применение на сегодняшний день имеют специальные приводы и управление с помощью контроллеров по команде от ПИД регуляторов. Иногда встречается ручное регулирование клапанов, но оно постепенно исчезает.
Основные технические характеристики регулирующих клапанов:
1) Номинальный диаметр регулирующего клапана, DN. От данного параметра напрямую зависит значение характеристики пропускной способности (KVS) арматуры. Чаще всего номинальный диаметр меньше диаметра трубопровода.
2) Номинальное давление арматуры, PN – избыточное давление потока, выдерживаемое арматурой на протяжении всего срока службы.
3) Характеристика пропускной способности клапана, KVS – его значение равно условному объемному расходу воды через полностью открытый клапан при перепаде давлений 1 Бар при нормальных условиях. Данная величина является основной характеристикой клапана. Значение коэффициента пропускной способности используется в гидравлических расчётах для определения потерь напора.
Вначале рассчитывается перепад давления:
, (2)
где Pin – давление потока на входе в клапан, Pout – давление на выходе.
Дальнейший расчет выполняется в зависимости от состояния потока, проходящего через клапан.
Если он жидкий:
1) Рассчитывается его плотность ρж.
2) Затем рассчитывается объемный расход потока:
, (3)
где ω – степень открытия клапана, KVS – характеристика пропускной способности.
3) Далее рассчитывается мольный расход:
, (4)
где Mavg – средняя молярная масса потока, г/моль.
В случае, если поток газообразный:
1) Рассчитывается его плотность ρг при стандартных условиях (1 атм, 0°С).
2) Сравнивается перепад давления ΔP с половиной значения выходного давления Pout.
3.1) Если перепад меньше, то объёмный расход при стандартных условиях рассчитывается как:
(5)
где Tin – температура потока на входе в клапан, °К.
3.2) Если перепад больше, то объёмный расход при стандартных условиях рассчитывается как:
(6)
4) Мольный расход газообразного потока рассчитывается как:
(7)