 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Система захисту. · При істотному|суттєвому| відхиленні сігналізіруемих параметрів від заданих значень
|
|
· При істотному|суттєвому| відхиленні сігналізіруемих параметрів від заданих значень
· коли в результаті|внаслідок| спрацьовування блокувань і втручання обслуговуючого персоналу не удається відновити заданий технологічний режим
відключається привід, що діє, і включається резервний.
Лекція 6. Спільна|загальна| характеристика теплових процесів.
6.1. Фазова рівновага теплоносіїв.
6.2. Фазові переходи в однокомпонентних системах.
6.3. Фазові переходи в багатокомпонентних системах.
6.4.Связь основних параметрів теплоносіїв в газовій фазі.
6.5. Физические параметри і швидкості руху теплоносіїв.
6.5.1. Питомі теплоємності.
6.5.2. Теплота випару.
6.5.3. Щільності для рідких і газових теплоносіїв.
6.5.4. Коефіцієнти теплопровідності .
6.5.5.Вязкость теплоносіїв.
6.5.6. Швидкості теплоносіїв.
6.6. Теплове навантаження апарату.
6.7. Теплові баланси теплоносія при зміні його агрегатного стану|стану|.
6.8. Основне рівняння теплопередачі.
6.9. Вирази|виразу| для визначення коефіцієнта К у в залежності від способу
передачі тепла.
6.10. Рушійна сила при прямотку теплоносіїв.
6.11. Рушійна сила при протитечії теплоносіїв.
6.1. Фазова рівновага теплоносіїв.
· Правило фаз:
s=k-f+2| (1)
де s - число ступенів свободи даної системи;
f - число фаз системи;
до - число компонентів системи.
· для трифазної однокомпонентної системи:
s=1-3+2=0.
· для двофазної однокомпонентної системи:
s=1-2+2=1.
· для однофазної однокомпонентної системи:
s=1-1+2=2.
6.2. Фазові переходи в однокомпонентних системах.
· Рівняння Клапейрона-Клаузиуса 
(2)
де Р - тиск|тиснення|;
r - молярна теплота фазового переходу;
Т - температура фазового переходу (випаровування |випаровування|, плавлення, сублімації);
∆V - зміна об'єму|обсягу| 1 благаючи речовини під час переходу його з|із| однієї фази в іншу.
6.3. Фазові переходи в багатокомпонентних системах.
· Закон Генрі: 
(3)
де mi - молекулярна доля газу в розчині;
ψ - константа Генрі;
pi - парціальний тиск газу над рідиною.
· Закон Рауля: 
(4)
де рА - парціальний тиск компонента А в парах;
РА - тиск пари чистого компонента А;
- молекулярна доля|частка| цього компонента в розчині.
· Закон розподілу: 
(5)
де К - молярний коефіцієнт розподілу;
m CA - концентрація речовини З в рідині А
у г-моль/л;
m CВ - концентрація речовини З в рідині B.
6.4. Связь основних параметрів теплоносіїв в газовій фазі.
· Закон Бойля:
P*V=const| при T=const| (1)
· Закон Гей-Люссака:
(2а)
або на підставі|заснуванні| (2а|) можна отримати|одержувати| при Р=const:
(2б)
На підставі|заснуванні| (1) і (2б|) можна також отримати|одержувати|:
при Р=const (3)
або при V=const| (4)
На підставі (1) і (2) отримують також формулу для приведення об'єму газу до нормальних умов:
(5)
· Закон Авогадро: у однакових об'ємах газу при однаковій температурі і тиску міститься одна і та ж кількість молекул.
· 1г-мол. будь-якої речовини в газоподібному достатку|стані| займає|позичає| 22,4л|.;
· 1кг-мол. > 22,4 м3 і містить 6,03*1023 молекули.
· Рівняння Менделєєва – Клапейрона.
для 1 г- моля газу:
P*V=R*T| (6)
для n г- молей газу:
P*V| = n*R*T| (7)
Якщо кількість газу виражається|виказує| в грамах:
(8)
звідки: (9)
або (10)
· Закон Дальтона:
(11)
· Наслідок із|із| законів Дальтона і Бойля :
(12)
де рi - парціальний тиск компонента в газовій суміші;
vi /Vсм - парціальний об'єм компонента в одиниці об'єму газової суміші;
Pсм - спільний тиск суміші.
6.5. Физические параметри і швидкості руху теплоносіїв.
6.5.1. Питомі теплоємності.
· Розмірність питомих теплоемкостей| з|із|:
; 
;
46
.
· Залежності питомих теплоемкостей| від температури:
¨ для заданої температури Т:
c=a1+b1*T+c1*T2 (1)
де a1, b1, c1 - коефіцієнти для даної речовини.
¨ для заданого діапазону температур:
(2)
де Т1 і Т2 - заданий інтервал температур.
· Молярна питома теплоємність твердого тіла:
(3)
де n - число атомів в молекулі.
· Теплоємності газів:
¨ cp - при p = const або cv при V=const.
¨ 
(4)
де М - маса 1моля| газу (кг/моль);
R - універсальна газова постійна, R=1,985| ккал/((кг/моль)*град).
¨ Для повітря: cp=1,4*cv.
6.5.2. Теплота випару.|випаровування|
· Емпіричні формули для розрахунку молекулярної теплоти випару|випаровування| (у ккал/кг або кал/г):
rисп= 21*Tкип; (5а)
rисп= Tкип*(9,5*lgTкип-0,007*Ткип); (5б)
rисп= Tкип(8,75+4,571*lgТкип) (5в)
· Емпірична формула для розрахунку теплоти випару rисп2 для температури Т2:
(6)
де rисп2 - шукана теплота випару при температурі Т2;
rисп1- відома теплота випару при температурі Т1;
до - поправочний коефіцієнт, k=f(T1,T2,Tкрит).
· Визначення теплоти випару|випаровування| по діаграмах ентропій:
rисп=iжидк- iгаз (7)
де iжидк, iгаз - теплосодержание, дж/кг (або ккал/кг).
6.5.3. Щільності для рідких і газових теплоносіїв.
· Емпірична формула для визначення щільності рідини ñt при заданій температурі tср:
ρt = ρ0-βt*(tср-20○С) (8)
де ρ0 - щільність рідини при t0=20○С;
βt - температурна поправка на 1○С
· Для чистих рідин ñt можна знайти по формулі:
(9)
де b - коефіцієнт об'ємного розширення рідини, град-1;
Dt=tср-t0- різниця між температурою середи і t=20°C.
· Щільність газів при 0°С| і 760 мм рт| ст. на підставі закону Авогадро:
(10)
або
(11)
де М – молекулярна вага газу.
· Щільність змішай см при заданій температурі і тиску:
rсм=b1*r1+ b2*r2+… *rn (12)
де b1… bn - об'ємні долі компонентів;
r1 rn - щільність компонентів, кг/м3.
6.5.4. Коефіцієнти теплопровідності.
· Коефіцієнт теплопровідності для рідин за відсутності довідкових даних:
(13)
де
А=3,58*10-8 - для асоційованих рідин;
А=4,22*10-8 - для неасоційованих рідин;
с - питома теплоємність рідини, Дж/(кг*град|);
r - щільність рідини, кг/м3;
М - молярна маса, кг/кмоль.
· Коефіцієнт теплопровідності суміші рідин:
(14)
де а1…аn - масові долі компонентів в суміші;
l1.ln - коефіцієнти теплопровідності компонентів, вт/(м*град).
6.5.5. Вязкость теплоносіїв.
· Залежність в'язкості газів t від температури:
(15)
де m0 - в'язкість при 0С;
Т - температура в К°;
С |із| - константа.
· В'язкість газових сумішей mсм:
(16)
де Мi - молярні маси компонентів суміші, кг/кмоль;
mi - динамічна в'язкість компонентів, Па*с;
- об'ємні долі компонентів в суміші.
· В'язкість суміші неасоційованих рідин:
(17)
де mi - в'язкість компонентів суміші, Па*с;
mi - молярні долі компонентів в суміші, кг/кмоль.
· В'язкість розбавлених суспензій:
(18)
де mж - в'язкість чистої рідини, Па*с;
- об'ємна доля|частка| твердої фази в суспензії.
6.5.6. Швидкості теплоносіїв.
· Середні швидкості руху середи|середовища|:
(19)
де wлинср - середня лінійна швидкість, м/с;
wмср - середня масова швидкість, кг/(м2*с);
Q - об'ємна витрата, м3/с;
G - масова витрата, кг/с;
S - майдан перетину потоку, м2.
· Залежність між масовою і лінійною швидкістю:
(20)
де r - щільність середи|середовища|.
· Швидкості, що рекомендуються:
- для рідин в трубах|труба-конденсаторах| діаметром 25-57мм| від (1,5-2) м/с до (0,06-0,3) м/с.
- Середня швидкість, що рекомендується, для малов'язких рідин складає 0,2-0,3 м/с.
- Для газів при атмосферному тиску допускаються масові швидкості від 15-20 до 2-2,5 кг/(м2*с), а лінійні швидкості до 25м/с;
- для насиченої пари при конденсації рекомендуються до 10 м/с.
6.6. Теплове навантаження апарату .
· Тепло, що віддається більш нагрітим теплоносієм Q1, витрачається на нагрів холоднішого теплоносія Q2 і на втрати в довкілля Qпот:
Q1= Q2+ Qпот (1)
· Оскільки Qпот= 2-3%,то їм можна нехтувати і вважати:
Q1 = Q2 = Q (2)
де Q – теплове навантаження апарату.
· Рівняння теплового балансу апарату.
Q = G1*(I1Н-I1К) = G2*(I2К-I2Н) (3)
де G1 і G2 - масові витрати теплоносіїв, кг/с;
I1Н і I2Н - початкові ентальпії теплоносіїв, дж/кг;
I1К і I2К і - кінцеві ентальпії теплоносіїв, дж/кг.
· Ентальпії теплоносіїв:
Ii=ci*qi (4)
· Тепловий баланс апарату при використанні теплоносіїв, що не змінюють|зраджують| агрегатного достатку|стану|:
Q = G1*с1*(q1Н-q1К) = G2*с2*(q2К-q2Н) (5)
де с1 і с2 - середні питомі теплоємності.
6.7. Теплові баланси теплоносія при зміні його агрегатного стану|стану|.
· Теплоносій – насичена пара, яка конденсується і конденсат не охолоджується: qт = qнп =qкт.
Gт (iт – iкт) = Gт * срт *qт - Gт * сркт *qкт = Gт *rт.
· Теплоносій – пересичена пара, яка конденсується і конденсат не охолоджується: qт > qнп =qкт
Q=Qт –Qкт =Gт *(iт – iкт)= Gт * срт *(qт- qнп)+Gт *rт =
= Gт * срт *qнп - Gт * срт *qнп + Gт * срт *qнп - Gт * сркт*qкт=
= Gт * срт *qт - Gт * сркт*qкт.
· Теплоносій – пересичена пара, яка конденсується і конденсат охолоджується: qт > qнп > qкт
Q=Qт –Qкт =Gт *(iт – iкт)=
Gт * срт *(qт- qнп)+Gт *rт + Gт * сркт *(qнп- qкт) =
= Gт * срт *qт - Gт * срт *qнп + Gт * срт *qнп -
- Gт * сркт*qнп + Gт * сркт*qнп - Gт * сркт*qкт=
= Gт * срт *qт - Gт * сркт*qкт.
6.8. Основне рівняння теплопередачі.
Q = K*F*Dtср*t (1)
де
F - поверхня теплообміну;
Dtср - середній температурний натиск;
t - час теплообміну;
К - коефіцієнт теплопередачі:
(2)
6.9. Вирази|виразу| для визначення коефіцієнта К у в залежності від способу
передачі тепла.
· При передачі тепла теплопровідністю К - це коефіцієнт теплопровідності l, визначуваний на основі закону Фур'є:
(3)
· При конвективному теплообміні К - це коефіцієнт тепловіддачі, визначуваний на основі закону Ньютона:
(4)
· При передачі тепла шляхом випромінювання К - коефіцієнт взаємного випромінювання с1-2 випромінюючих тіл:
K= с1-2 = eпр*K0*108 = 
(5)
де
К0 - константа випромінювання;
eпр = e1 *e2 -приведена міра чорноти;
e1 і e2 - міри чорноти випромінюючих тіл.
6.10. Рушійна сила при прямотку теплоносіїв.
Схема прямоточного руху теплоносіїв.
Рис.1
Графік зміни температури середи|середовища| при прямотку.
Рис.2
· 
(1)
· При (Δtмакс/Δtмин) < 2: 
(2)
· При 
: 
(3)
6.11. Рушійна сила при протитечії теплоносіїв.
Схема протиточного руху теплоносіїв.
Рис.3.
Графік зміни температур при протитечії.
Рис.4.
· 
(1)
Потім використовують ті ж співвідношення (2) і (3), що і для прямотку, для визначення середньої рушійної сили процесу.
Лекція 7. Автоматизація кожухотрубних теплообмінників.
7.1. Схема кожухотрубного теплообмінника з|із| агрегатним станом|станом| речовин, що не змінюється.
7.2. Математичний опис на основі фізики процесу.
7.3. Математичний опис на основі теплового балансу.
7.4. Інформаційна схема об'єкту.
7.5. Анализ динамічних характеристик об'єкту.
7.6. Аналіз статичної характеристики об'єкту.
7.7. Типовая схема автоматизації кожухотрубного теплообмінника.
7.8. Типове вирішення автоматизації.
7.9. Схема парорідинного теплообмінника(з|із| агрегатним станом|станом| теплоносія, що змінюється).
7.10. Математичний опис на основі фізики процесу.
7.11.Тепловий баланс парорідинного теплообмінника.
7.12. Матеріальний баланс по рідкій фазі для міжтрубного простору|простір-час|.
7.13. Матеріальний баланс по паровій фазі для міжтрубного простору|простір-час|.
7.14. Інформаційна схема об'єкту.
53
7.15. Аналіз динамічних характеристик парорідинного теплообмінника як об'єкту управління температурою.
7.16. Аналіз статичної характеристики об'єкту.
7.1. Схема кожухотрубного теплообмінника
з|із| агрегатним станом|станом| речовин, що не змінюється.
Рис.1.
· Технологічний процес: нагрівання технологічного потоку G до температури θвых за допомогою теплоносія Gт з агрегатним станом, що не змінюється.
· Показник ефективності: θвых.
· Мета управління:: поддержание θвых= θзд.
7.2. Математичний опис на основі фізики процесу.
· Рух теплоносіїв здійснюється протитечією при заданих θтвх, θтвых, θвых, θвх.
· Рушійна сила процесу: 
(1)
де 
.
· Теплове навантаження апарату: 
(2)
· Q(дж/с) дозволяє визначити Gтэфф і Gэфф на основі теплових балансів:
(3а)
(3б)
(4а)
(4б)
Ефективний час перебування:
. (5)
7.3. Математичний опис на основі теплового балансу.
Рівняння динаміки:
(6)
Рівняння статики при 
:
(7)
На підставі (6) і (7)можна прийняти: 
. (8)
7.4. Інформаційна схема об'єкту.
Рис.2.
· Можливі дії, що управляють: 
.
· Можливі контрольовані обурення|збурення|: 
.
· Можливі неконтрольовані обурення|збурення|: 
.
· Можлива керована змінна: 
.
7.5. Анализ динамічних характеристик об'єкту.
Рівняння динаміки в нормалізованому вигляді|виді|.
(9)
На основі цього рівняння динаміки об'єкт по каналу 
описується математичною моделлю аперіодичної ланки 1-го порядку:
(10)
де: 
; 
.
Об'єкт має транспортне запізнювання:
(11)
де Vтруб - об'єм трубопроводу від Р.О. до входу в апарат.
Таким чином, в цілому|загалом| динаміка об'єкту по каналу управління описується математичною моделлю аперіодичної ланки 1-го порядку|ладу| із|із| запізнюванням:
(12)
7.6. Аналіз статичної характеристики об'єкту.
З рівняння статики виразимо qвых в явному вигляді:
(13)
· Статична характеристика лінійна по каналах: 
.
· Статична характеристика нелінійна по каналу 
.
· Статичну характеристику можна лінеаризована| по відношенню до G введенням|вступом| стабілізації співвідношення витрат: 
, тоді отримаємо|одержуватимемо|:
(14)
· Лінеаризоване представлення статичної характеристики через розкладання в ряд|низку| Тейлора:
(15)
· Лінеаризоване представлення приросту вихідний змінноїчерез прирости всіх можливих вхідних змінних:
(16)
7.7. Типовая схема автоматизації кожухотрубного
теплообмінника.
Рис.3.
7.8. Типове вирішення автоматизації.
Типове вирішення автоматизації кожухотрубних теплообмінників включає підсистеми регулювання, контролю, сигналізації і захисту.
Дата публикования: 2014-10-23; Прочитано: 369 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
