ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Жидкостная экстракция в насадочных колоннах из "Методы кибернетики в химии и химической технологии" Ниже описаны некоторые математические модели и схемы регулирования наиболее типичных процессов и аппаратов химической технологии. При этом химические процессы и реакторы выделены в специальную главу (см. главу IV). [c.232] Расчет теплообменных аппаратов до недавнего времени сводился только к расчету Стационарных режимов и нахождению таких параметров, как средняя разность температур, коэффициенты теплопередачи, поверхность теплопередачи и гидравлические сопротивления. Однако при создании современных автоматизированных технологических систем необходимо иметь количественные зависимости в виде математических моделей, характеризующих как, стационарные, так и нестационарные ренгнмы работы теплообменных устройств. [c.232] Модель стационарного процесса. Если принять расход и теплоемкость теплоносителей и коэффициент теплопередачи вдоль поверхности нагрева постоянными, то можно рассмотреть два случая. [c.233] Модель процесса с распределительными параметрами. Рассмотрение нестационарных режимов в теплообмепных аппаратах показывает, что процесс изменения температуры происходит как во времени, так и в пространстве (рис. Ш-4), Такие процессы называются процессами с распределенными параметрами. Если процесс характеризуется существенной распределенностью, то описывать такой процесс следует дифференциальными уравнениями в частных производных. [c.236] Модель нестационарного режима работы т еплообменника с полным вытеснением обоих теплоносителей (см. рис. 1П-2). Здесь можно рассмотреть следующие случаи. [c.237] Точные решения таких уравнений либо очень громоздки, либо вообще не могут быть выражены аналитически. Соответствующие передаточные функции являются трансцендентными и их непосредственный анализ затруднен. [c.237] В связи с этим используются формулы приближенного представления переходных процессов, имеющие сравнительно простые аналитические выражения, что облегчает возможность их применения для инженерных расчетов. Трансцендентные передаточные функции с любой степенью точности аппроксимируются дробно-раЦиональ-ными выражениями, а для приближенной оценки переходной функции используются ортогональные разложения, основанные на интегральных оценках кривой отклика. [c.237] Оптимизация процесса. Оптимизация теплового процесса ставит своей задачей обеспечить минимальные затраты (капитальные и эксплуатационные) на его проведение. [c.238] Последовательность оптимального расчета теплообменника. Для заданной конструкции аппарата выделяются независимые переменные параметры, оптимальные значения которых должны быть найдены в процессе расчета (например, температура на выходе из теплообменника и диаметр труб). [c.238] Через независимые переменные параметры выражаются следующие характеристики поверхность теплообмена, гидравлическое сопротивление, йес аппарата, необходимая мощность насосов. Далее решаются две задачи 1) определяется зависимость критерия оптимальности от независимых переменных 2) находятся оптимальные значения независимых переменных. [c.238] В качестве примера рассмотрим методику оптимального расчета змеевикового теплообменника. [c.238] Из условий теплового баланса определяем зависимость количества воды от температуры на выходе. Находим требуемую поверхность теплообмена для каждого значения температуры воды и т. д. Как известно, коэффициент теплопередачи зависит от скорости течения теплоносителя. Поэтому для каждого значения температуры определяем необходимую поверхность теплообмена при различной скорости теплоносителя в трубах т 0,4—2,5 м1сек). На основании расчета строим график (рис. П1-5, а). [c.238] Расход воды 2 определяется температурой ее на выходе. Задаваясь постоянными значениями диаметра труб и их длиной зависимость Р от скорости воды для числа ходов пучка труб га = 2, 4, 6, 8 и т. д. [c.239] Задаваясь различной температурой воды на выходе, т. е. различными значениями расхода воды, получаем серию кривых (рис. П1-5, б). [c.239] Ранее была найдена зависимость поверхности теплообмена от скорости течения теплоносителя, удовлетворяющая уравнению теплового баланса. Совмещая кривые па рис. 1П-5, а и П1-5, б, получим в точках пересечения соответствующих кривых значения поверхности теплообмена, удовлетворяющие уравнению теплового баланса, с одной стороны, и требованию необходимого числа ходов пучка труб, с другой, при разных скоростях течения теплоносителя (рис. 1П-5, в). Точкам пересечения кривых отвечают требуемые значения поверхности теплообмена и скорости воды для различной температуры ее на выходе и различного числа ходов пучка труб. [c.239] Таким образом определяется оптимальная конструкция теплообменника количество труб в пучке и количество ходов, а также оптимальная тед1пература воды на выходе. [c.240] Схемы автоматического регулирования работы теплообменников. Теплообменные аппараты являются обязательным элементом большинства химических производств, и от их работы в значительной степени зависит работа других агрегатов и всей системы в целом. Например, процесс ректификации определяется температурным режимом. Рассмотрение систем управления теплообменных аппаратов осложняется большим разнообразием условий работы этих аппаратов в химической технологии. [c.240] Остановимся только на некоторых схемах управления, наиболее часто встречающихся в симической промышленности. [c.240] Обычный метод регулирования работы теплообменника состоит в измерении регулируемого параметра (температуры одного теплоносителя) и изменении его путем соответствующего воздейств 1Я на расход другого теплоносителя (рис. И1-6, а). [c.240] При значительных колебаниях давления теплоносителя, например давления греющего пара, используют каскадную систему автоматического регулирования (рис. П1-6, б). [c.240] Вернуться к основной статье