Типовое решение процесса автоматизации смешения жидкости

Разработка схем автоматизациисмешения жидкостей 1000р

При разработке типового решения под объектом управления будем понимать емкость с механической мешалкой, в которой смешиваются две жидкости (рис. 4.6). В качестве показателя эффективности процесса перемешивания примем концентрацию какого-либо компонента в смеси, а целью управления будет получение смеси с определенной концентрацией этого компонента.

Рис. 4.6. Типовая схема автоматизации процесса смешения жидкостей: 1 - емкость; 2 - механическая мешалка.

Зависимость показателя эффективности от параметров процесса можно вывести из уравнения материального баланса по искомому компоненту:

Gcм • Сcм = Ga Ca + Gв Св

Gcм, Ga, Gв - расходы соответственно смеси, жидкости А и жидкости Б
Ссм - концентрация искомого компонента в смеси
Са, Св - концентрация искомого компонента соответственно в жидкостях А и Б,
Учитывая, что расход Gсм в установившемся режиме равен сумме расходов GА и GВ, и решая это уравнение относительно концентрации Ссм, получим:

Ссм = (Ga Ca + Gв Св)/( Ga + Gв )

С изменением расходов Gа и GВ в объект будут поступать возмущающие воздействия. Если между предыдущими процессами и процессом смешения установить емкости, то можно целенаправленно изменять один из этих расходов с целью поддержания концентрации Ссм на заданном значении. Более эффективно изменять расход той жидкости, в которой концентрация искомого компонента выше.
Концентрации GА и GВ определяются технологическими режимами предыдущих процессов, поэтому стабилизировать или изменять их для достижения цели управления невозможно.
Итак, в смеситель могут поступать возмущающие воздействия, поэтому следует регулировать непосредственно концентрацию Gсм, внося регулирующие воздействия изменением одного из расходов GА или GВ.
В смесителе необходимо иметь определенный объем жидко¬сти. Существенное .изменение объема жидкости может привести к переполнению аппарата или его опорожнению, при этом процесс смешения становится невозможным. Показателем объема-жидкости является уровень в аппарате, поэтому его необходимо стабилизировать. Уровень жидкости зависит от расходов Ga, GВ, Gсм. Если расход Gсм определяется ходом последующего процесса, то его нельзя ни стабилизировать, ни использовать для внесе¬ния регулирующих воздействий. Один из расходов Сa или GВ (например, Ga), как уже сказано, будет использоваться для вне¬сения регулирующих воздействий при регулировании концентра¬ции Ссм. Следовательно, единственным каналом для внесения регулирующих воздействий при стабилизации уровня является другой расход (Св). Отметим, что осуществляя регулирующие воздействия, регулятор уровня создает возмущения для регулятора концентрации Ссм.
Для успешной эксплуатации смесителя, оперативного управления «м и подсчета технико-экономических показателей следует контролировать концентрацию Ссм, расходы GА, GВ и Gcм, уровень жидкости в смесителе и количество энергии, потребляемой приводом мешалки. При значительном отклонении концентрации Ссм и уровня в смесителе от заданных значений должен быть подан сигнал. При достижении критического значения уровня подача жидкости должна быть прекращена.

Рисунок 1 - Типовая схема автоматизации процесса смешения жидкостей: 1 - емкость; 2 - механическая мешалка.

Регулирование уровня путем изменения расхода смеси.

Если расход смеси не обусловлен ходом последующего технологического процесса, то его нужно использовать для регулирования уровня в смесителе; изменением расхода одной жидкости поддерживать постоянной концентрацию Ссм, а расход другой стабилизировать.

Регулирование с помощью регулятора соотношения.

Если расход одной жидкости сильно изменяется, то для улучшения качества регулирования следует использовать регулятор соотношения расходов жидкостей с коррекцией по концентрации смеси Ссм (рис. 4.7). Регулирование соотношения расходов жидкости компенсирует возмущения по расходу жидкости Б путем изменения расхода жидкости А до того, как изменится концентрация Ссм. Если по каким-либо причинам концентрация Ссм все же изменится, например при изменении концентрации искомого компонента в жидкостях А и Б, то изменится задание регулятору соотношения.
При постоянных концентрациях компонента в жидкостях А и Б возможно регулирование соотношения расходов без автоматической коррекции величины соотношения.
Регулирование барботажных смесителей. Перемешивание жидкости в барботажных смесителях осуществляется с помощью сжатого воздуха. Для нормальной работы таких смесителей необходимо дополнительно к рассмотренным выше регуляторам установить регулятор давления воздуха, подаваемого в барботер. При постоянном давлении воздуха обеспечивается равно¬мерное распределение одной жидкости в другой.

Рис. 4.7. Схема регулирования процесса смешения при значительных изменениях расхода одной из жидкостей.