ТИПОВОЕ РЕШЕНИЕ ПРОЦЕССА АВТОМАТИЗАЦИИ СМЕШЕНИЯ ЖИДКОСТИ

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 определен¬ной концентрацией этого компонента.

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

Зависимость показателя эффективности от параметров про¬цесса можно вывести из уравнения материального баланса по искомому компоненту:

Gcм • Сcм = Ga Ca + Gв Св

Gcм, Ga, Gв - расходы соответственно смеси, жидкости А и жидко¬сти 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 концентра¬цию 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 процес¬са, 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 регуля¬тора концентрации Ссм.
Для успешной эксплуатации смесителя, оперативного управ¬ления «м и подсчета технико-экономических показателей следует контролировать концентрацию Ссм, расходы GА, GВ и Gcм, уро¬вень жидкости в смесителе и количество энергии, потребляемой приводом мешалки. При значительном отклонении концентра¬ции Ссм и уровня в смесителе от заданных значений должен быть подан сигнал. При достижении критического ' значения уровня подача жидкости должна быть прекращена.

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 соотно¬шения 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.