1. Исходные данные на проектирование

Темой курсового проекта является автоматизация системы автоматического регулирования установки для получения моющего раствора - рисунок 1.

Рисунок 1 - Автоматизация установки для получения моющего раствора

Данная установка широко применяется в различных технологических процессов пищевой промышленности благодаря своей простоте.

Принцип работы установки для получения моющего раствора заключается в следующем. Концентрированный раствор щелочи поступает самотеком из сборника 1 в смеситель 2, снабженной мешалкой. Сюда же поступает холодная воды из сети. Аппарат обогревается паром с давление P=150 кПа. Готовый моющий раствор непрерывно отводится из смесителя в сборник 3.

В качестве объекта управления данным процессом примем аппарат-смеситель. Управление мешалкой в данном смесителе осуществляется за счет управления электродвигателем.

Для автоматизации процесса установки для получения моющего раствора необходимо знать основные контролируемые, измеряемые и управляемые параметры. Согласно технологического описания процесса основными параметрами являются:

Исходные данные

1 Автоматическое регулирование:

а) Концентрация щёлочи в растворе (расходом воды)

б) Температура раствора (расходом пара);

2 Изменение и регистрация на ЭВМ:

а) Расход раствора;

3 Измерение:

а) Концентрация щёлочи в растворе;

б) Расход щёлочи;

в) Расход пара;

г) Давление воды;

д) Давление пара;

е) Уровень в сборнике 1;

4 Сигнализация:

а) Уровень в сборнике 3;

5 Автоматическая блокировка:

а) Отключение мешалки при отключении воды;

б) Отключение подачи пара при отключении воды;

6 Управление:

а) Включение и отключение двигателя мешалки.

Техническая характеристика оборудования, используемого в технологическом процессе получения моющего раствора:

1) давление пара - 150 кПа;

2) количество моющего раствора - 4т/ч;

3) количество щелочи - 10% от моющего раствора;

4) температура моющего раствора - 75°С.

5) концентрация готового раствора - 10%;

6) уровень щёлочи в сборнике 1 - 1м;

7) уровень моющего раствора в сборнике 3 - 1м.

Расчет диаметров технологических трубопроводов. Важной характеристикой при выборе трубопровода является правильный подбор диаметра трубопровода, который определяется из уравнения расход жидкости, (м³/с):

(1)

где W - скорость, м/с;

F - площадь поперечного сечения трубопровода, м²;

d - внутренний диаметр трубопровода, м.

Из формулы (1) получим:

(2)

Чтобы получить большую скорость прохождения жидкости, выбирают трубопровод меньшего диаметра при данном расходе, но при этом возрастает потеря давления и следственно расход энергии. Чтобы уменьшить скрость выбирают трубопровод большего диаметра. В этом случе расход энергии уменьшается, но увеличивается стоимость трубопровода. Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует минимуму эксплуатационных расходов, т.е. сумм стоимости энергии, амортизации и ремонта.

При расчетах трубопроводов скорость движения (м/с) ориентировано может быть принята в следующих интервалах:

1) движение жидкости при подаче насосом - 1,5 - 2,5 м/с;

2) движении самотеком - 0,5 - 1,0 м/с;

3) для газов - 5 - 20 м/с;

4) для паров - 15 - 40 м/с;

Определим расход моющего раствора и диаметр трубопровода для отвода моющего раствора из смесителя в сборник 3.

Из технической характеристики массовый расход: G = 4000 кг/ч=1.2кг/с

Тогда объемный расход:

(3)

где кг/м³ - плотность моющего раствора.

м³/с

Зная объемный расход воды из формулы (1) определим диаметр трубопровода:

м

где

W = 0,2 м/с, т.к. моющий раствор движется самотеком.

Принимаем диаметр трубопровода для готового продукта 50 мм.

Определим расход и диаметр трубопровода для подачи пара в смеситель.

Для того, чтобы определить расход и диаметр нужно написать уравнение теплового баланса теплообменного аппарата. Так как в данном аппарате теплоноситель изменяет свое агрегатное состояние уравнение теплового баланса будет иметь вид:

(4)

где 1,08 - постоянный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;

где G - расход холодного теплоносителя (воды), кг/с;

с_г и с_конц - теплоемкость холодного теплоносителя и конденсата греющего пара, Дж/ (кг·К);

t_г^к и t_г^н - конечная и начальная температур воды соответственно,° С;

D - расход греющего пара, кг/с;

r - удельная теплота парообразования, Дж/кг;

Из технологической характеристики оборудования и таблицы "Физические свойства воды" находи:

G_г = 4 т/ч = 1.1 кг/с; с_г = 4, 19·10³ Дж/ (кг·К); t_г^к = 70°С; t_г^н = 18°С; r = 2208 кДж/ (кг·К)

r - определяем по таблице в зависимости от Р_п и t_п.

Представляя значения в формулу (4) находим расход греющего пара:

кг/с

Находим объемный расход пара по формуле (3):

м³/с

где кг/м³ - плотность пара, определяем по таблицам в зависимости от Р_п и t_п.

автоматизация установка контроллер модуль

Зная объемный расход пара определим диаметр трубопровода для подачи пара по формуле (2):

м

где W = 20 м/с - скорость движения пара.

Принимаем диаметр трубопровода для подачи пара 90 мм.

Определяем объемный расход и диаметр трубопровода для подачи воды из сети в смеситель.

Из технологической характеристики:

G_в = 4 т/ч = 1.2кг/с.

Объемный расход воды из сети по формуле (3) составит:

м³/с

Таким образом, диаметр трубопровода получаем равным, согласно формуле (2):

м

где W = 0,3 м/с - скорость воды из сети (вода подается самотеком).

Принимаем диаметр трубопровода для подачи пара 70 мм.