Схема парожидкостного теплообменника

(с изменяющимся агрегатным состоянием теплоносителя).

 

 

Рис.1.

 

 

· Технологический поток (нагреваемая жидкость) G_ж подается по трубкам теплообменника.

 

· Теплоноситель с изменяющимся агрегатным состоянием (греющий пар) G_п подается по межтрубному пространству.

 

· Показатель эффективности: .

 

· Цель управления: поддержание .

Математическое описание на основе физики процесса.

 

· Теплопередача от паровой фазы теплоносителя:

(1),

· Теплопередача от жидкой фазы теплоносителя:

(2),

где: - количество тепла, передаваемое от паровой фазы и конденсата теплоносителя в единицу времени, дж/с;

- коэффициенты теплопередачи для паровой фазы и конденсата теплоносителя, дж/(м²*К^°*с);

- поверхность теплопередачи для паровой фазы и конденсата теплоносителя, м²;

- средняя движущая сила при теплопередаче от паровой фазы к жидкому технологическому потоку и от конденсата к жидкому технологическому потоку.

· Общая тепловая нагрузка парожидкостного теплообменника:

(3).

· Так как , то интенсивность теплопередачи от паровой фазы значительно выше, чем от конденсата.

· Поэтому на величину Q влияет величина соотношения F_п /F_к, которая зависит от уровня конденсата:

(4а).

где и (4б).

· На основании (4а) общая тепловая нагрузка Q также будет зависеть от уровня конденсата h_к:

(4в),

· Q(дж/с) позволяет определить G_п^эфф и G_ж^эфф на основе тепловых балансов:

(5а);

(5б);

(6а);

(6б),

при h_к =h_эфф.

 

· Эффективное время пребывания:

. (7).

Тепловой баланс парожидкостного теплообменника.

Уравнение динамики:

 

Полагаем: пар перегретый и конденсат охлаждается :

(8).

Уравнение статики при :

(9).

На основании (8) и (9) а также (6а) и (4в) можно записать:

. (10),

где , так как при P_п ­q_кип ­®r_п ¯.

 

Материальный баланс по жидкой фазе

Для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

, (11),

Уравнение статики при :

(12)

На основании (11) и (12) и предпочтительное управляющее воздействие – G_к.

Материальный баланс по паровой фазе

Для межтрубного пространства.

Уравнение динамики:

(14),

где М_п - мольная масса паровой фазы теплоносителя, кг/моль;

Р_п - давление паровой фазы теплоносителя, Па;

q_п - температура паровой фазы теплоносителя, К,

V_п - объем паровой фазы теплоносителя, м³.

Уравнение статики при :

(15).

На основании (14) и (15) и предпочтительное управляющее воздействие - G_п.

 

Информационная схема объекта.

 

 

Рис.2.

 

· Возможные управляющие воздействия: .

 

· Возможные контролируемые возмущения: .

 

· Возможные неконтролируемые возмущения: .

 

· Возможные управляемые переменные: .

· Наиболее эффективные каналы управления:

 

.

Анализ динамических характеристик парожидкостного теплообменника