Автоматичне управління автоклавом

Размещено на Allbest.ru

ЗМІСТ

Вступ

РОЗДІЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБ'ЄКТУ

1.1 Історія автоклава

1.2 Загальні відомості автоклава

1.3 Принцип роботи автоклава

1.4 Конструкція автоклава

1.5 Застосування автоклавів

1.6 Автоклав на виробництві

1.7 Висновок до розділу 1

РОЗДІЛ 2. ІДЕНТИФІКАЦІЯ ОБ'ЄКТУ КЕРУВАННЯ

2.1 Нормування перехідної характеристики

2. 2 Згладжування перехідної характеристики

2.3 Методи апроксимації перехідних характеристик (першого і другого порядку з запізненням)

2.4 Апроксимація перехідної характеристики методом Симою

2. 5 Висновок до розділу 2

РОЗДІЛ 3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕГУЛЯТОРА

3.1 Згладжування перехідної характеристики

3.2 Апроксимація згладженої перехідної характеристики

3.3 Апроксимація перехідної характеристики аперіодичною ланкою першого порядку із запізнюванням

3. 4 Апроксимація перехідної характеристики аперіодичною ланкою другого порядку і ланкою запізнювання

3.5 Апроксимація перехідної характеристики методом Симою

3.6 Висновок до розділу 3

Висновки

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

Вступ

автоклав стерилізація насичена пара

При використанні автоклава в хімії або для проведення хімічних реакцій використовують назву хімічний реактор. При використанні в медицині для стерилізації при високому тиску і температурі - тільки автоклав. У разі, якщо стерилізація проводиться при високій температурі, але без тиску, використовують термін стерилізатор або сушильну шафу. Був винайдений Дені Папеном в 1680 році.

Конструкції автоклава різноманітні, ємність від декількох десятків смі до сотень мі, призначаються для роботи під тиском до 150 МПа (1500 кгс / смІ) при температурі до 500 ° C.

Для хімічних виробництв, в разі необхідності перемішування продукту, як варіант, перспективні автоклави з безсальникові мішалками і екранованим електродвигуном, що не вимагає ущільнення.

При виробництві будівельних матеріалів застосовують тунельні або тупикові автоклави. Зовні вони представляють собою трубу 3-6 м в діаметрі і 15-20 м в довжину, що закривається кришкою з байонетним затвором (тупикові з одного боку, тунельні з двох сторін).

У харчовій промисловості використовуються вертикальні і горизонтальні автоклави широкого спектру різновидів, розмірів і принципів дії. Наприклад, в горизонтальних автоклавах для харчової промисловості може створюватися необхідне засунений по відношенню до кожної окремо взятої упаковці з продуктом, що дозволяє проводити стерилізацію продуктів не тільки в жорсткій та м'якій і напівжорсткою упаковко.

Об'єктом дослідження є автоклав для стерилізації під дією насиченої пари під тиском.

Метою написання курсової роботи є отримання математичної моделі об'єкта керування, що застосовується при керування технологічними процесами.

РОЗДІЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБ'ЄКТУ

1.1 Історія автоклава

Прообразом сучасного автоклава був створений Д. Папеном в 1680 медичний апарат для стерилізації (вона проводилася при високій температурі, але без тиску вище атмосферного), стерилізатор або сушильну шафу. У 1795 французький кондитер Ф. Аппер винайшов спосіб зберігати їстівні припаси. Він пакував продукти в спеціальну ємність і піддавав їх кипіння в звичайній воді; таким чином вийшов перший автоклав для домашнього (побутового) застосування. У 1879 француз Ш. Шамберлена створив вже справжній автоклав, в якому створювалося потрібний тиск при підвищенні температурного режиму. Винахід отримав поширення виключно серед вчених-хіміків і медиків, перед якими гостро стояло питання про стерилізацію інструментів [3].

Прототипом сучасного автоклава, що застосовується в хімічній технології, є апарат, створений В. Н. Іпатьєва в 1904. У будівництві спосіб виготовлення силікатної (вапняно-піщаного) цегли в автоклаві винайдений в Німеччині в 1880 ученим В. Міхаелісом. В Україні автоклавні пристрої для виробництва вапняно-піщаних блоків, фіброліта, облицювальних плит з'явилися в 1930-х рр. До 1950-х рр. єдиним видом силікатних автоклавних виробів були силікатна цегла і невеликі камені з пористого силікатного бетону. Однак завдяки роботам українських вчених вперше в світі було створено виробництво великорозмірних силікатобетонних автоклавних виробів для збірного будівництва. Можливість утворення в автоклаві каменоподібних виробів була встановлена ??в кінці 19 століття, але масове виробництво силікатних виробів, деталей і конструкцій, було вперше організовано в нашій країні. Технологія їх виготовлення механізована і в значній мірі автоматизована, що забезпечує отримання більш дешевої продукції в порівнянні з цементними матеріалами і виробами. Ефективні дослідження в цьому напрямку виконали П. І. Боженов, А. В. Волженський, П. П. Будников, Ю. М. Бутт і ін. Було показано, що при автоклавної обробці утворюються найбільш стійкі низько основні гідросилікати.

У 1953 компанія «Lagarde» розробила автоклав для застосування в текстильній промисловості (з його допомогою фарбували тканини). У 1988 з'явився автоклав для домашнього консервування, який працював за допомогою підключення в домашню електричну мережу [10].

1.2 Загальні відомості автоклава

Автоклав (від грецького Аutos - сам і лат. Clavis - ключ) - герметичний апарат для прискореного проведення фізико-хімічних процесів при нагріванні і підвищеному тиску. Автоклав зазвичай має вигляд циліндра зі сферичним днищем і кришкою і забезпечений рядом отворів для завантаження і вивантаження реакційної суміші. У гідрометалургії використовують циліндричні або сферичні автоклави, що працюють при ? 260 ° С і ? 6 МПа, і автоклавні установки типу труба в трубі (рис. 1. 1) (у зовнішню трубу подають теплоносій, у внутрішню-нагрівається суміш), що працюють при < 300°С. Автоклав застосовують для вилуговування руд і концентратів кольорових і рідкісних металів, а також для відновлення металів з розчинів газами (Н2, СО, H2S). Обсяг приладу може відрізнятися від десятків мм3 (лабораторні ампульні автоклави) до декількох сотень м3 (горизонтальні автоклави для окислення Ni концентратів). Для агресивних рідин використовують автоклави з нержавіючої сталі, Ti, а також апарати, футеровані корозійно і термостійкими покриттями або плитками [8].



Рис. 1. 1. Схема автоклавної установки:

1 - мішалки сирої пульпи; 2 - поршневий насос; 3 - паропульпові двоходові кожухо трубчасті нагрівачі; 4 - гріють; 5 - реакційні автоклави I-X; 6 - самовипарювач пульпи першого ступеня; 7 - самовипарювач пульпи другого ступеня; 8 - підлоговий підігрівач; 9 - самовипарювач конденсату; 10 - бак гарячої води; 11 - агригатор пульпи.

1.3 Принцип роботи автоклава

В автоклаві для підвищення температури і створення тиску використовується водяне середовище, яке заповнює міжстінний простір (Водопарова камера). Після вибору технологічного (робочого) циклу в робочій камері автоклава створюється попередній фракціонований з періодичним підігрівом вакуум, тобто відбувається ефективне видалення повітря і конденсату в робочій камері. При нагріванні водяна пара надходить в камеру, підвищуючи в ній тиск і температуру в відповідно до заданих параметрів, і починається фаза стерилізації. Підвищений тиск в автоклаві компенсує температурне розширення продукту. Такі умови дозволяють прискорити реакцію, а також збільшити вихід продукту. Після закінчення стерилізаційної витримки в камері автоклава скидається тиск і починається етап вакуумної пульсуючою сушки виробів, а залишкова волога миттєво випаровується при високій температурі і негативному тиску.

Залежно від характеру роботи автоклави забезпечуються внутрішніми, зовнішніми або виносними теплообмінниками, механічними, електромагнітними або пневматичними пристроями, різними приладами для контролю режиму температури, тиску, рівня рідини і регулювання параметрів. У промисловості використовують автоклави з водяним (вода в системі циркулює за допомогою насоса) і повітряним (охолоджені відбувається за допомогою струменя холодного потоку повітря) охолодженням.

Управління циклом стерилізації, а також відображення параметрів циклу здійснюється за допомогою інтерактивного електронного сенсорного екрану, розташованого на лицьовій панелі автоклава. За допомогою розташованих на панелі елементів управління (кнопки, плавні регулятори і т. д.) Оператор здійснює вибір циклу, налаштування параметрів, а також має можливість переводити автоклав в режим очікування [7].

1.4 Конструкція автоклава

Сучасні промислові автоклави є складними високотехнологічними апаратами, що володіють великою продуктивністю. По конструкції автоклави бувають вертикальні, горизонтальні, що обертаються, що коливаються і колонні. Автоклав має вигляд судини (камери, циліндра), який на час роботи закривається спеціально підігнаними сферична кришками, що забезпечують його повну герметичність, так як в ньому відбувається нагрів продукту під тиском до високих температур.

Конструкції автоклава різноманітні, ємність від декількох десятків смі до сотень мі, призначаються для роботи під тиском до 150 МПа (1500 кгс / смІ) при температурі до 500 ° C.

При виробництві будівельних матеріалів застосовують тунельні або тупикові автоклави. Зовні вони представляють собою трубу 3-6 м в діаметрі і 15-20 м в довжину, що закривається кришкою з байонетним затвором (тупикові з одного боку, тунельні з двох сторін).

У вертикальних автоклавах (рис. 1. 2) (характеризуються компактною конструкцією) водяному середовищі нагрівається в основному за допомогою спеціальних трубчастих електричних нагрівачів (тенів), розташованих усередині нижньої частини камери автоклава. Такі автоклави набули широкого поширення для використання в лабораторних умовах.

У горизонтальних автоклавах (рис. 1. 3) Частіше використовується газовий обігрів, який характеризується мінімальним часом нагріву і більшою гнучкістю експлуатації. Такі автоклави застосовуються, як правило, в промисловості для обробки композитних матеріалів. Це кращий варіант класичного автоклава, так як має простий монтаж, займає невелику площу і не вимагає системи діатермічним обігріву. Крім цього, витрати на процес термічної обробки виробу у такого автоклава значно нижче, ніж при використанні електричного автоклава. Існують моделі горизонтального автоклава і зі спіральним теплообмінником, які є прикладом енергозберігаючих технологій. Спіральний теплообмінник дозволяє працювати з будь-яким виробом, однак його вартість значно вище газового, крім цього, він має і тривалий термін окупності.

Обертові автоклави застосовують для роботи з суспендованих (суспендованих, зваженими) твердими або кашоподібними речовинами (для вилуговування мінеральних концентратів різноманітних металів і руд). Автоклав має вигляд герметичного судини зі знімною кришкою, яка прикріплена до корпусу за допомогою ущільнювальної прокладки і шпильок. Зовні кришки монтується запірний кран з багатошаровим фільтром.

Хитаючи автоклави дозволяють виконувати перемішування речовин в таких упаковках, для яких стерилізація в звичайних автоклавах вважається неприйнятною.

Колонні автоклави зазвичай використовуються для створення глинозему з бокситів (дозволяють знизити трудові і тимчасові витрати в процесі їх отримання).

Автоклави виготовляють з високоякісних сталей, алюмінію та інших металів, які нерідко покривають хімічно стійкими матеріалами (емаллю, фторопластом). Корпус конструюють методом зварювання або склепування ланок з опуклими днищами. У корпусі роблять спеціальні отвори (кришки), через які зручно завантажувати матеріали. Пара подається до перфорованої трубі через штуцер, а конденсат видаляється через спускний клапан. В електричних автоклавах система подачі нагрітого пара відокремлена від робочої камери. Пара подається в камеру через патрубок від казанка, забезпеченого електронагрівальних елементом з регулятором ступеня нагріву.

Щоб уникнути великих теплових втрат, зовнішні поверхні автоклава покриті тепловою ізоляцією, що сприяє інтенсифікації технологічного процесу.

Конструкція і основні параметри промислового автоклава різноманітні: ємність від декількох десятків кубічних сантиметрів до кубометрів; призначаються для роботи під тиском до 150 МПа (1500 кгс/смІ) при температурі до 500°C. Як правило, сучасні промислові автоклави в діаметрі становлять від 1, 2 м до 7, 6 м, в довжину - від 1, 9 м до 40 м. При проведенні в автоклаві фізико-хімічних процесів використовуються тиску до 300 МПа і температури до декількох тисяч градусів [9].



Рис. 1. 2. Вертикальний автоклав Б6-КА2-В-2

1 - опора; 2 - корпус; 3 - термоізоляція; 4 - кришка; 5 - кронштейни; 6 - патрубок; 7 - зливний патрубок; 8 - противагу; 9 - фланцеве затвор; 10 - автоклавні кошика; 11 - розсіювач; 12 - подача стисненого повітря; 13 - слив зверху; 14 - подача холодної води; 15 - запобіжні клапан; 16 - коробка; 17 - місце підключення датчиків; 18 - барботер.

Рис. 1. 3. Горизонтальний автоклав: 1 - корпус; 2 - кришка; 3 - затискний штурвал; 4 - Барботер.

1.5 Застосування автоклавів

Автоклави застосовують для наукових досліджень (лабораторні автоклави), в медицині, біології, металургії, хімічної, гумової, харчової промисловості, при виробництві будматеріалів.

Основна частина автоклавів, які використовуються в медицині та біології, - герметично закривається резервуар з подвійними стінками, що витримують високий тиск. Якщо процес стерилізації здійснюється без впливу високого тиску, то використовують термін стерилізатор або сушильну шафу. Медичні автоклави застосовують для стерилізації хірургічного перев'язувального матеріалу і інструментів, посуду та деяких приладів для вирощування мікроорганізмів, знезараження інфікованого матеріалу, знищення культур хвороботворних мікроорганізмів, при створенні виробів з карбонового волокна, для додання їм твердих форм і т. д. в міжстінний простір (водопарова камера) заливається дистильована вода. При нагріванні водяна пара надходить в стерилізаційну камеру, підвищуючи в ній тиск і температуру (вище 100°С).

У металургії за допомогою автоклавів виконується очищення розчинів металів від домішок і процес відновлення дорогоцінних і рідкоземельних металів після вилуговування з підготовлених розчинів. Обсяг приладу може відрізнятися від десятків кубічних міліметрів (лабораторні імпульсні автоклави) до декількох сотень кубометрів (горизонтальні автоклави для окислення Ni-концентратів). Для агресивних рідин використовують автоклави з нержавіючої сталі, а також апарати, футеровані корозійно і термостійкими покриттями або плитками. Використовують циліндричні або сферичні автоклави, що працюють при 260°С і тиску 6 МПа, і автоклавні установки типу «труба в трубі» (в зовнішнє трубу подають теплоносій, у внутрішню - нагрівається суміш), що працюють при температурі менше 300 ° С [4].

У хімічній промисловості автоклави застосовуються при виробництві гербіцидів, органічних напівпродуктів і барвників, в процесах синтезу. Для проведення різноманітних хімічних реакцій даний апарат називають хімічним реактором. У разі необхідності перемішування продукту використовуються автоклави з безсальникові мішалками і екранованим електродвигуном, що не вимагає ущільнення.

У гумової промисловості автоклави використовуються для вулканізації або затвердіння багатьох гумових або пластикових виробів.

У харчовій промисловості автоклави застосовуються для стерилізації, пастеризації продуктів (в т. Ч. Консервів), приготування їжі та ін. Використовуються вертикальні і горизонтальні автоклави широкого спектру різновидів, розмірів і принципів дії. Наприклад, в горизонтальних автоклавах для харчової промисловості може створюватися необхідне засунений по відношенню до кожної окремо взятої упаковці з продуктом, що дозволяє проводити стерилізацію продуктів не тільки в жорсткій тарі (скляна, залізна), але і в м'якій і напівжорсткою упаковці [11].

Виробництво будівельних матеріалів, зокрема силікатних, базується на гидротермальном синтезі гідросилікатів кальцію, який здійснюється в реакторі-автоклаві в середовищі насиченої водяної пари з тиском 0, 8-3 МПа і температурою 175-200 ° С. В даному виробництві великий обсяг робіт становить процес отримання вапна для сировинної суміші. У технологічний процес виробництва вапна входять наступні операції: видобуток вапняного каменю в кар'єрах, дроблення і сортування його по фракціях, випал в шахтних обертових та інших печах, дроблення або помел комовой вапна (отримання негашеного вапна). Отримання сировинної суміші здійснюється двома способами: барабанним і силосним, які відрізняються один від одного приготуванням вапняно-піщаної суміші.

У наші дні майже всі елементи будівель і споруд (панелі, плити перекриттів, елементи сходів і ін.) Можуть бути виготовлені з армованого силікатного бетону, який за своїми властивостями майже не поступається залізобетонним, а завдяки застосуванню місцевих сировинних матеріалів і промислових відходів обходиться на 15 -20% дешевше, ніж аналогічні залізобетонні елементи на портландцементі. На сучасних автоклавних установках виготовляють газобетон і пінобетон. Їх широко застосовують в будівництві комерційних і житлових будівель різного призначення та поверховості. Газобетон і пінобетон можуть бути застосовані як для несучої конструкції, так і для міжкімнатних перегородок і в якості перемичок. Автоклавний метод виготовлення газобетону і пінобетону є основним, так як в автоклаві створюються оптимальні умови для тверднення суміші, а використання керованого автоклавного процесу дозволяє отримати газобетон і пінобетон з заданими технічними характеристиками.

Так само виготовляють пористий бетон, силікатні блоки і панелі, облицювальні, теплоізоляційні матеріали та інші вироби. Автоклави використовуються для виготовлення плівкового триплекса. При використанні автоклавної технології забезпечуються поліпшені оптичні властивості скла, підвищується його вологостійкість і т. П. При виробництві триплекса застосовують тунельні або тупикові автоклави. Зовні вони представляють собою трубу 3-6 м в діаметрі і 15-20 м в довжину, що закривається кришкою з байонетними затворами (тупиковими з одного боку, тунельними з двох сторін). Уздовж по довжині автоклава розташовані рейки для вагонеток з виробами. Автоклави обладнані магістралями для впуску насиченої пари, перепуску відпрацьованого пара в інший автоклав, випускання пари в атмосферу або в утилізатор і для конденсат вивода [5].

1. 6 Автоклав на виробництві

Автоклавне вилуговування, виборне отримання однієї або декількох компонентів з руди, концентрату, техногенної сировини в розчині, що здійснюється в автоклавах при інтенсивному масо обмінному, підвищення температури і тиску проводять без участі газоподібних реагентів (направлене, розкладання бокситів по способу Байєра, розкладання шєліта розчинами соди) або за участю реакційних газів (оксиди. вилуговування сульфідної мідної, нікелевої, кобальтової сировини). Процес може бути періодичним і безперервним, одне і багатостадійним, прямо і протитечійним. Використовують автоклави різних конструкцій (рис. 1. 4) ємністю від 5 до 500 м3. Перемішування пульпи в автоклавах здійснюють механічно., Аероліфтним і ін. Способами або обертанням автоклава також застосовують у виробництві урану, алюмінію, вольфраму, нікелю, міді, цинку та ін. кольорових металів.

Рис. 1. 4. Горизонтальний чотирикамерний автоклав для вилуговування

1 - корпус автоклава; 2 - трубопровід для подачі пульпи; 3 - електродвигун; 4 - переміщувач.

Автоклави для процесів, що протікають без участі газової фази. В автоклавах цього типу здійснюються переважно ендотермічні процеси взаємодії компонентів розчину з твердою фазою. Продуктивність апарату в даному випадку контролюється швидкістю будь-який з трьох стадій процесу: перенесення реагенту з обсягу розчину до поверхні мінералу, взаємодії реагенту з твердою фазою, перенесення утворився продукту від твердої поверхні в об'єм розчину.

Очевидно, що чим вище температура рідини і швидкість обтікання нею твердої поверхні мінералів, тим вища продуктивність автоклава. Нагрівання пульпи проводиться гострим або глухим паром, гарячим газом або за допомогою електроенергії через зовнішню стейку реактора. Перемішування також здійснюється різними прийомами [6].

У своєму розвитку техніка автоклавного вилуговування бокситів пройшла шлях від автоклавів з мішалками періодичної дії ємністю в кілька кубічних метрів, розрахованих на невеликі температури (160-170°) і тиску (3-5 ат), до великих батарей, що включають десять і більше автоклавів загальної ємністю 200-300 працюючих під тиском 28-30 ат при температурі до 250 °. У цих батареях здійснюється безперервний процес вилуговування, що дозволяє в 1, 5-3 рази збільшити продуктивність на одиницю об'єму автоклавів.

Автоклави даної конструкції (Рис. 1. 5.) - застосовуються для вилуговування бокситів, не мають механічних мішалок. Внутрішній об'єм їх цілком заповнений пульпою, перемішування якої проводиться турбулентними потоками, що утворюються при барботажі гріє гострою парою і при перетікання (точніше передавлюванні) пульпи з одного автоклава в інший.

Простота конструкції автоклавів для вилуговування бокситів є наслідком двох обставин; по-перше, в процесі вилуговування не бере газова фаза; по-друге, пульпа в умовах вилуговування проявляє лише відносно слабку тенденцію до розшарування внаслідок порівняно невеликій різниці щільності твердої і рідкої частини пульпи, тонкощі подрібнення руди (до 90% класу мінус 70-80 мк), високої в'язкості концентрованих розчинів їдкого натрію і утворюються при вилуговування розчинів алюмінату натрію.

Усунення з конструкції автоклава мішалки і сальникового ущільнення валу породжує великі експлуатаційні зручності. Але тим більше значення для збільшення питомої продуктивності автоклава набуває фактор температури пульпи (і відповідно тиску насиченої водяної пари). Дослідження, проведені Угорської Академією наук, показали, що при підвищенні температури до 300 ° і тиску до 80-90 ат тривалість вилуговування бокситів скорочується до декількох хвилин. Настільки значна інтенсифікація процесу призвела до нового оригінального апаратурному оформлення процесу: громіздка батарея автоклавів перетворилася в апарат, що нагадує по влаштуванню змієвиковий водопідігрівач. Насос високого тиску подає пульпу в обігрівається сталевий змійовик - автоклав, на протилежному кінці якого встановлено спеціальний вентиль, що регулює скидання вилуженої пульпи в само випаровував [1].

Для вилуговування вольфрамових концентратів спочатку застосовували обертові автоклави без мішалок (рис. 1. 6.). Однак вертикальні автоклави з мішалками (рис. 1. 7.) дали в цьому випадку кращі результати, що обумовлено специфічними особливостями процесу: значною різницею щільності твердої та рідкої фаз і невеликою в'язкістю вилугуваного розчину.

Рис. 1. 5. Промислова автоклавна установка безперервної дії для вилуговування бокситів: - автоматичний контроль рівня в сепараторі; 2 - перший сепаратор; 3 - другий сепаратор; 4 - реакційні автоклави; 5 - автоматичний контроль щільності пульпи; 6 - змішувач для продукту; 7 - змішувач для пульпи; 8 - нагріваючи автоклави; 9 - повітряний компенсатор; 10 - поршневий насос; 11- контроль витрати пульпи; 12 - трубчасті підігрівачі; 13 - буферний сосуд; 14 - регулював тиску пари.

Рис. 1. 6. Загальний вид рухомих горизонтальних автоклавів для вилуговування вольфрамових концентратів

Рис. 1. 7. Вертикальний автоклав з механічними переміщувачами пульпи з внутрішнім підігрівом. 1 - змійовик для підігріву; 2 - кришка; 3 - завантажувальна труба; 4 - сальникові ущільнювачі вала мішалки; 5 - електродвигун; 6 - чохол термопари; 7 - розвантажувальна труба; 8 - корпус реактора; 9 - турбіна мішалка

1. 7 Висновок до розділу 1:

В даному розділі курсової роботи описано та розглянуто типи та конструкції устаткування автоклава який використовується в металургії з механічним переміщувачем пульпи з внутрішнім підігрівом. Проведено аналіз викладено характеристику найбільш універсальних автоклавних препаратів. Наведено історичну інформацію про автоклав та принцип роботи. Також надана інструкція з охорони праці при експлуатації автоклавів.

2. ІДЕНТИФІКАЦІЯ ОБ'ЄКТУ КЕРУВАННЯ

Об'єкт ідентифікації: автоклав, який являє собою двохстінний котел, оточений зовні металевим кожухом і з відкритою кришкою. Призначений для стерилізації під дією насиченої пари під тиском.

Номінальне значення вхідного параметра - подачі перегрітої пари

Хном = 22 .

На вхід системи керування поданий ступінчастий вплив: збільшення/зменшення вхідної величини на 15% від номінального значення.

Завдання до роботи:

1. Здійснити нормування перехідної характеристики.

2. Провести згладжування експериментальної кривої.

3. Апроксимувати перехідну характеристику.

2.1 Нормування перехідної характеристики

При використанні ПЕОМ перехідну характеристику зручно представляти у безрозмірному (нормалізованому) вигляді. Для нормування експериментальної кривої треба перейти від абсолютних значень ординат Y до приростів відносно її початкового усталеного значення і поділити ці прирости на значення максимального відхилення вихідної величини.

Нормування проводиться за формулою

де - нормована перехідна характеристики; - поточне значення приростів вихідної величини; - максимальне відхилення вихідної велечини.

2.2 Згладжування перехідної характеристики

При дослідженні динамічних характеристик промислових об'єктів на останні діють невраховані збурення. Таким чином експериментальна перехідна характеристика z (t) складається із корисного сигналу h (t) і сигналу завад f (t) : Z (t) = h (t) + f (t). Для виділення корисного сигналу із експериментальної характеристики використовують різні методи згладжування найбільш простий серед яких метод

послідовного усереднення. Метод полягає в тому, що на деякому інтервалі часу Lt виконують послідовне усереднення ординат Zi (i = 0, 1, 2,..., n). Якщо L=4, то усереднення проводять по п'яти точкам за такими формулами

2.3 Методи апроксимації перехідних характеристик (першого і другого порядку з запізненням)

Апроксимація - це наближений опис графічних залежностей математичними функціями. Графічне подання перехідних характеристик повністю відображає динамічні властивості об'єкта керування, але не зручно для практичного використання. Перехідні характеристики об'єктів керування апроксимують передаточними функціями чи диференціальними рівняннями. При апроксимації перехідних характеристик приймають певні припущення. Основним є припущення що об'єкт є лінійним. Перевірка точності апроксимації проводиться шляхом порівняння графіків експериментальної перехідної характеристики її характеристики отриманої при розв'язуванні апроксимуючого виразу. Якщо експериментальна і розрахункова характеристики півпадають із заданою точністю, то апроксимацію вважають закінченою. В іншому випадку вибирають більш складний вираз апроксимуючої функції. Для апроксимації перехідних характеристик розроблено значну кількість методів.

Графоаналітичні методи використовують для попередньої оцінки динамічних властивостей об'єкта керування. Методи апроксимації на ЕОМ більш універсальні та точні. Методика апроксимації перехідних характеристик на ЕОМ складається з наступних етапів:

1. Вибирають структуру передаточної функції.

2. По експериментальній перехідній характеристиці визначають коефіцієнти передаточної функції.

3. Розв'язують апроксимуючу передаточну функцію та будують розрахункову перехідну характеристику.

4. Порівнюють розрахункову перехідну залежність з експериментальною та визначають точність апроксимації [9]. При використанні ЕОМ перехідні характеристики зручнопредставляти у нормалізованому (безрозмірному) вигляді. Динамічні властивості більшості об'єктів керування в хімічній технології можна подати передаточною функцією виду

де k - коефіцієнт передачі; - час транспортного запізнювання; Т -стала часу. Найпростішими випадками цієї функції є передаточна виду

Вихідними даними є перехідна характеристика об'єкта, що задана у вигляді набору рівновіддалених (з кроком h) приростів її ординат (вузлів апроксимації). Для об'єкта керування, що його описують передаточною функцією, площа між нормованою кривою перехідної характеристики і лінією її усталеного значення

Точність апроксимації I розраховують як суму квадратів нев'язок між ординатами вихідної та апроксимуючої перехідних характеристик у вузлах апроксимації, віднесену до одного вузла

де Yi, _Yi - ординати експериментальної та апроксимуючої кривих, L - кількість вузлів апроксимації.

2.4 Апроксимація перехідної характеристики методом Симою

Метод Симою є універсальним методом апроксимації, що дозволяє отримати апроксимуючі вирази будь-якого порядку. Цей метод дуже зручний для роботи на ЕОМ, він легко алгоритмується та відрізняється великою точністю [2].

2.5 Висновок до розділу

В даному розділі описано основні методи проведення експерименту по отриманню перехідної характеристики та первинної обробки результатів експерименту. Для мене найбільш придатний метод - апроксимація методом Симою, тому що він зручний для роботи на ЕОМ і відрізняється високою точністю.

3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕГУЛЯТОРА

Об'єкт ідентифікації: автоклав.

Вихідні дані:

Номінальне значення вихідного параметра (температури перегрітої пари) -200єС.

На вхід системи керування поданий ступінчастий вплив: збільшення/зменшення вхідної величини на 25% від номінального значення.

В результаті експериментального спостереження отримані значення вихідної величини - температури всередині автоклава (табл. 3. 1).

Завдання до роботи:

1. Провести згладжування експериментальної кривої.

2. Апроксимувати перехідну характеристику:

- аперіодичною ланкою першого порядку із запізнюванням;

- аперіодичною ланкою другого порядку із запізнюванням;

- дрібно-раціональною передаточною функцією (метод Симою).

Таблиця 3. 1

Експериментальна перехідна характеристика

3.1 Згладжування перехідної характеристики

Згладжування перехідної характеристики проводимо в системі Microsoft Excel, використовуючи метод послідовного усереднення по трьом і п'яти точкам. Результати згладжування наведені нижче (табл. 3. 2; рис. 3. 1, 3. 2, 3. 3, 3. 4, 3. 5).

Таблиця 3. 2

Згладжування перехідної характеристики

Час, хв.	Температура Т, ?С	Нормована характеристика	Усереднення за 3-ма точкама	Усереднення за 5-ма точкама
0	120	0, 136986301	0, 075342466	0, 060273973
1	121	0	0, 123287671	0, 135616438
2	119, 3	0, 232876712	0, 191780822	0, 24109589
3	118, 5	0, 342465753	0, 356164384	0, 328767123
4	117, 4	0, 493150685	0, 470319635	0, 476712329
5	116, 8	0, 575342466	0, 602739726	0, 589041096
6	115, 6	0, 739726027	0, 703196347	0, 687671233
7	115, 2	0, 794520548	0, 789954338	0, 767123288
8	114, 9	0, 835616438	0, 840182648	0, 838356164
9	114, 5	0, 890410959	0, 885844749	0, 882191781
10	114, 2	0, 931506849	0, 926940639	0, 893150685
11	114	0, 95890411	0, 913242009	0, 909589041
12	114, 8	0, 849315068	0, 908675799	0, 901369863
13	114, 3	0, 917808219	0, 872146119	0, 901369863
14	114, 8	0, 849315068	0, 899543379	0, 884931507
15	114, 2	0, 931506849	0, 885844749	0, 893150685
16	114, 6	0, 876712329	0, 899543379	0, 906849315
17	114, 5	0, 890410959	0, 917808219	0, 931506849
18	113, 8	0, 98630137	0, 949771689	0, 945205479
19	113, 9	0, 97260274	0, 98630137	0, 978082192
20	113, 7	1	0, 993150685	1, 008219178

Розрахунки проведені використовуючи вище наведеними формулами 2. 2 - 2. 10.

Рис. 3. 1 Перехідна характеристика

Рис. 3. 2 Нормована характеристика

Рис. 3. 3 Усереднення за 3-ма точками

Рис. 3. 4 Усереднення за 5-ма точками

Кращим методом згладжування перехідної характеристики є усереднення по п'яти точкам, тому далі будемо використовувати згладжену криву (рис. 3. 5).

3.2 Апроксимація згладженої перехідної характеристики

Розраховуємо коефіцієнт передачі

3. 3. Апроксимація перехідної характеристики аперіодичною ланкою першого порядку із запізнюванням

Результати розрахунку наведені на рисунку 3. 5, 3. 6 та в таблиці 3. 3.

Таблиця 3. 3

Апроксимація аперіодичною ланкою першого порядку із запізнюванням

Час запізнювання	0, 501314
Постійна часу	5, 018528
Час, хв.	Вихідна характеристика	Апроксимована характеристика	Нев'язка, %
0	0, 06	0	-5, 95238
1	0, 136	0, 094464	-4, 12064
2	0, 241	0, 259668	1, 851969
3	0, 329	0, 394996	6, 547248
4	0, 477	0, 505852	2, 862289
5	0, 589	0, 59666	0, 759956
6	0, 688	0, 671047	-1, 68184
7	0, 767	0, 731982	-3, 47405
8	0, 838	0, 781897	-5, 56579
9	0, 882	0, 822785	-5, 87447
10	0, 893	0, 85628	-3, 6429
11	0, 91	0, 883717	-2, 60747
12	0, 901	0, 906192	0, 515086
13	0, 901	0, 924603	2, 341569
14	0, 885	0, 939685	5, 425053
15	0, 893	0, 952039	5, 857014
16	0, 907	0, 962159	5, 472098
17	0, 932	0, 970449	3, 814353
18	0, 945	0, 977239	3, 198359
19	0, 978	0, 982802	0, 476409
20	1, 008	0, 987359	-2, 04772

Рис. 3. 5 Залежність вихідної і апроксимуючої характеристики



Рис. 3. 6 Нев'язка

Апроксимуюча передаточна функція у безрозмірному виді має такий вигляд:

Максимальна похибка апроксимації складає 6, 55%.

Середня похибка - 3, 53%.

3.4 Апроксимація перехідної характеристики аперіодичною ланкою другого порядку і ланкою запізнювання

Результати розрахунку наведені на рисунку 3. 7 та в таблиці 3. 4

Рис. 3. 7 Залежність вихідної і розрахункової характеристики

Апроксимуюча передаточна функція у безрозмірному виді має такий вигляд:

Точність апроксимації складає 8, 04%.

3.5 Апроксимація перехідної характеристики методом Симою

Результати розрахунку наведені на рисунку 3. 8 та таблиці 3. 5.

Рис. 3. 8 Апроксимація перехідної характеристики методом Симою

Таблиця 3. 5

Апроксимація методом Симою

Час, хв.	Експериментальна крива	Апроксимуюча крива	Похибка д
1	0, 06	0, 06000	0, 0000
2	0, 136	0, 10797	0, 0280
3	0, 241	0, 25327	0, 0123
4	0, 329	0, 38820	0, 0592
5	0, 477	0, 50096	0, 0240
6	0, 589	0, 59350	0, 0045
7	0, 688	0, 66919	0, 0188
8	0, 767	0, 73107	0, 0359
9	0, 838	0, 78165	0, 0564
10	0, 882	0, 82299	0, 0590
11	0, 893	0, 85678	0, 0362
12	0, 91	0, 88440	0, 0256
13	0, 901	0, 90697	0, 0060
14	0, 901	0, 92542	0, 0244
15	0, 885	0, 94051	0, 0555
16	0, 893	0, 95283	0, 0598
17	0, 907	0, 96291	0, 0559
18	0, 932	0, 97114	0, 0391
19	0, 945	0, 97788	0, 0329
20	0, 978	0, 98338	0, 0054
21	1, 008	0, 98787	0, 0201

Одержана передаточна функція другого порядку, що у безрозмірному вигляді має вигляд:

Максимальна похибка апроксимації складає 5, 94%.

Отже, в результаті отриманих даних, визначаємо найкращий метод апроксимації перехідної характеристики. Найточнішим методом апроксимації перехідної характеристики є метод Симою з максимальною похибкою 5, 94%.

3.6 Висновок до розділу 3

В даному розділі наведені дані сглажування експериментальної кривої, ми апроксимували перехідну характеристику аперіодичною ланкою першого порядку із запізнюванням та дрібно-раціональною передаточною функцією (методом Симою) і навели графіки за всіма вимогами.

Найточнішим методом апроксимації перехідної характеристики є метод Симою з максимальною похибкою 5, 94%.



Висновки

В курсової роботі розглянуто типи та конструкції устаткування для стерилізаціі у металургійній промисловості. Проведено аналіз та викладено характеристику найбільш універсальних автоклавів, які дають змогу здійснювати вилуговування, виборне отримання однієї або декількох компонентів з руди, концентрату, техногенної сировини в розчині при інтенсивному масо обмінному, підвищення температури і тиску які проводять без участі газоподібних реагентів (направлене, розкладання бокситів по способу Байєра, розкладання шєліта розчинами соди) або за участю реакційних газів (оксиди. вилуговування сульфідної мідної, нікелевої, кобальтової сировини).

Наведено опис методики проведення експерименту по отриманню перехідної характеристики та методики первинної обробки результатів експерименту (згладжування з вибором найбільш придатного методу).

Також викладена загальна характеристика методів апроксимації перехідної характеристики та опис застосованих в роботі методів апроксимації експериментальних даних з наведенням формул для розрахунку.

В курсовій роботі було виконано: сгладжування експериментальної кривої.

За допомогою наведеного алгоритму розрахунку та даних апроксимована перехідна характеристика:

- аперіодичною ланкою другого порядку із запізнюванням;

- дрібно-раціональною передаточною функцією (метод Симою).

В результаті отриманих даних, визначено найкращий метод апроксимації перехідної характеристики.

Найточнішим методом апроксимації перехідної характеристики є метод Симою з максимальною похибкою 5, 94%.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ:

Остапенко Ю. О. Ідентифікація та моделювання технологічних об'єктів керування: Підручник. - К. : “Задруга”, 1999 - 420 с.

Ідентифікація та моделювання технологічних процесів: підручник для студ. вищих навч. закл. / П. П. Рожков [та ін. ]; ред. І. О. Фурман. - Х. : Факт, 2007. - 240 с.

Бондарь А. Г. Математическое моделирование в химической технологии. «Вища школа», 1973, - 280 с.

Кубрак А. І., Ярощук Л. Д. Програмування та розрахунок автоматичних систем. - К. : Вища шк., 1992. - 366 с.

Гаспарян Т. Г. АВТОКЛАВ // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016) ; https: //bigenc. ru/chemistry/text/4087609

Набойченко Л. П. Автоклавная гидрометаллургии цветных металлов. Екатеринбург, 2002, -264 с.

Флауменбаум Б. Л. Основы консервирования пищевых продуктов. - М. : Легкая и пищевая промышленность, 1982, - 267 с.

Бабарин В. П. Стерилизация консервов: Справочник. СПб. : ГИОРД, 2006. - 306 с.

В. С. Білецького Мала гірнича енциклопедія: у 3 т. / - Д. : Східний видавничий дім, 2004, - 45 с.

Автоклав [Електронний ресурс]. - 2012. - Режим доступу до ресурсу: https: //ru. wikipedia. org

Правила експлуатації і техніки безпеки при роботі з автоклавами [Електронний ресурс]. - 2014-2018. - Режим доступу до ресурсу: http: //um. co. ua/7/7-15/7-156867. html

Размещено на Allbest.ru

...