Статтю присвячено побудові математичної моделі двостадійної випарної установки, що широко використовується в різноманітних технологічних процесах. Новизну підходу до розробки моделі пов'язано з урахуванням застосування теорії різнотемпових систем та створенням оригінального методу ідентифікації ймовірносних характеристик шумів моделі. На підставі використання теоретичних результатів, пов'язаних з якісним аналізом субоптимальних алгоритмів фільтрації для вільних динамічних систем, було розроблено достатньо просто реалізовані алгоритми ідентифікації невідомих коваріаційних матриць. Розроблено адаптивний алгоритм фільтрації для різнотемпових систем. Результати експериментальних досліджень підтверджують правильність розроблених методів і алгоритмів.

Подано математичну модель тепло- та масопереносу на сітчастій поверхні насадки в протитечійному контактному випарнику. Аналітичне рішення даної моделі за умов ізотермічного руху рідини дозволило одержати залежності для розрахунку кінцевих параметрів газу. Модель враховує зменшення поверхні контакту під час розриву плівки й особливості тепломасопереносу в разі випаровування тонких плівок з сітчастих структур.

Показано високу ефектність струменевого способу генерації плівки рідини, де коефіцієнти тепловіддачі по величині значно перевищують досягнуті в кращих плівкових апаратах. Наведено послідовність розрахунку апарата, використовуваного як один із корпусів випарної станції.

Створено нову концепцію загальної системи оптимального керування випарними установками (ВУ), що побудована за ієрархічним принципом. Розроблено математичні моделі динамічних режимів роботи ВУ, з використанням яких досліджено вплив технологічних схем установок (прямотечійної, протитечійної, установки мішаної течії) на динамічні властивості ВУ за дії однакових керувань і збурень. Уперше створено комплекс математичних моделей статики теплових режимів ВУ багатофункціонального призначення: для теплового розрахунку установок, дослідження їх статичних характеристик, використання в алгоритмі оптимального керування статичними режимами роботи ВУ, розрахунку запропонованого критерію кількісного оцінювання процесу накипоутворення, оцінки економічної доцільності використанням проміжного та попереднього підігрівання упарюваних розчинів у протитечійних ВУ. Розроблено комплекс математичних моделей динаміки теплових режимів супутнього технологічного обладнання, що працює разом з ВУ, з метою визначення впливу теплових режимів цього обладнання на режими роботи ВУ. Здійснено системний аналіз задач моделювання та керування ВУ різних технологічних схем за критеріями оптимального керування статичними і динамічними режимами їх роботи.

Розроблено наукові засади проектування випарних апаратів для випарювання лужних і термонестійких розчинів у хімічному та харчовому виробництвах. Досліджено закономірності процесу випарювання у багатокорпусних випарних установках. Розроблено математичну модель процесу випарювання у багатокорпусних випарних установках та автоматизований програмний комплекс "МВУ-ФНП" для наукових досліджень і практичних розрахунків випарювальних станцій. Створено нову конструкцію поверхні нагріву випарного апарату - розбірну ширококанальну пластинчасту камеру, що гріє з висхідно-стікаючим рухом потоку розчину. Одержано математичну модель процесу кипіння розчинів у падаючій плівці. За допомогою лабораторної установки з новою конструкцією поверхні нагріву вивчено процес кипіння у малому об'ємі, а також одержано нове рівняння для розрахунку теплопередачі під час кипіння розчину у стікаючій плівці. Розроблено технічний проект випарного апарату з розбірною широко канальною пластинчастою камерою, що гріє.

Досліджено течію плівки розчинів солей зі змінним вмістом фаз у випарних апаратах зі стікаючою плівкою. Обгрунтовано можливості застосування даних апаратів щодо розчинів з солями, що кристалізуються у процесі упарювання. Запропоновано метод, який дозволяє уповільнити процеси утворення накипу на поверхні нагріву, і, таким чином, зменшити швидкість заростання поверхні нагріву, підвищити інтенсивність процесу теплообміну в стікаючій плівці та підвищити ефективність випарних апаратів. Розглянуто процеси теплообміну у стікаючій плівці. Розкрито закономірності сумісного протікання у плівці розчинів солей процесів теплообміну, випаровування, кипіння та утворення накипу у таких апаратах. Досліджено вплив твердої фази на процеси теплообміну, збільшення інтенсивності процесу та підвищення ефективності випарного апарату. На базі існуючих теорій і відомостей про процеси плівкової течії та кристалізації розроблено модель течії плівки розчинів солей у випарному апараті зі стікаючою плівкою. Наведено диференціальні рівняння, що описують теплообмін у плівці трьохфазної суспензії (рідку, парову та тверду фази). Одержано залежності для інженерно-конструкторських розрахунків параметрів теплообміну у випарних апаратах зі стікаючою плівкою. Виведено критеріальне рівняння теплообміну для плівкової течії трьохфазної рідини зі змінним вмістом фаз. Запропоновано методику розрахунку коефіцієнта тепловіддачі для плівки трьохфазної суспензії.

Вивчено можливість застосування роторно-плівкового випарного апарата (РПВА) для концентрування термолабільних матеріалів за анаеробних умов. Розраховано необхідну кількість тепла, кількість теплоносія та мінімальну площу поверхні тепломасообміну для процесу зневоднення в РПВА. Експериментально встановлено оптимальні технологічні та теплофізичні параметри процесу концентрування (зневоднення).

Поставлена задача визначення оптимальних режимів роботи установки. Для цього були проведені дослідження по визначенню розгінних характеристик, продуктивності по випареній волозі та енерговитратам, при цьому контролювалась фактична виживаємість метаногенів у готовому концентраті.

Проаналізовано особливості багатокомпонентного самозакипаючого потоку в елементах випарника миттєвого скипання. Досліджено гідродинамічні характеристики та процеси. Висвітлено результати числового моделювання багатокомпонентного потоку і зіставлено їх із однокомпонентним потоком.

Одержані значення коефіцієнтів тепловіддачі від теплоносія (вуглекислий газ) до плівки рідини для діапазону швидкостей 9,3 - 12,5 м/с в каналі роторно-дискового плівкового випарного апарату. Запропоноване модифіковане критеріальне рівняння тепловіддачі при вимушеній конвекції для роторно-дискового плівкового випарного апарату, яке може бути використано для підвищення точності інженерних розрахунків параметрів тепловіддачі тепломасообмінного обладнання.

Наведено методику розрахунку випарної установки (на прикладі трьохкорпусної випарної установки з природною циркуляцією), розглянуто особливості розрахунку та вибору допоміжного устаткування. Увагу приділено особливостям розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі, концентрації розчину за корпусами, продуктивності вакуум-насоса. Надано приклад оформлення курсової роботи в середовищі текстового редактора та в середовищі MathCAD.

Індекс рубрикатора НБУВ: Л112.5-51

Рубрики:

Випарювання

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Л112.5-51

Рубрики:

Випарювання

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено гравітаційний рух плівки рідини в умовах випаровування у потік нейтрального газу для застосування у плівкових апаратах із плоскопаралельною насадкою. Мета роботи - розробка математичної моделі такого процесу і встановлення його закономірностей. За основу моделі обрано фізичні закономірності стікання плівки рідини уздовж нагрітої ззовні плоскої поверхні за припущень, що стікання плівки відбувається в ізотермічних умовах при сталому ламінарному режимі без хвилеутворення та за відсутності тертя між газом і плівкою. Математична модель процесу стікання плівки в цих умовах містить рівняння руху і нерозривності плівки рідини, доповнені рівняннями масовіддачі, матеріального балансу газової фази за випаровуваною рідиною, відносного вмісту випаровуваної речовини у газовій фазі та рівнянням закону Дальтона. У результаті розв'язання системи рівнянь отримано залежності, що дозволяють (за відомих значень коефіцієнта масовіддачі у газову фазу) здійснювати розрахунки і моделювати гідродинаміку стікання плівки рідини за умов випаровування у потік нейтрального газу. Для системи "вода - повітря" встановлені закономірності зміни товщини і швидкості руху плівки по висоті поверхні за різного характеру взаємодії плівки з потоком повітря (прямоточного, протитечійного і перехресного), а також за різних гідродинамічних і температурних режимів її стікання в умовах перехресної взаємодії потоків. Показано, що для всіх випадків спостерігається зменшення товщини та швидкості руху плівки, причому найбільше зменшення відбувається при перехресній взаємодії, що пов'язано з інтенсивним відводом утворюваної пари від поверхні плівки. Розроблена математична модель може бути використана для оцінювання режимів роботи плівкових апаратів із плоскопаралельною насадкою.

Рассмотрены основные понятия процесса выпаривания и принцип работы выпарных установок. Приведены методики расчета для определения количества выпариваемой воды в корпусе выпарной установки, расхода греющего пара, распределения полезной разности температур между корпусами и площади греющей поверхности каждого корпуса. Описана методика расчета выпарной установки (на примере трехкорпусной выпарной установки с естественной циркуляцией), а также расчет и выбор вспомогательного оборудования. Приведен пример оформления курсовой работы в среде текстового редактора и в среде пакета MathCAD. Представлены необходимые справочные материалы для выполнения расчета и выбора оборудования.

Мета дослідження - обгрунтування методів регулювання тиску пари у випарному апараті з підсистемою прогнозування, що надасть можливість спрогнозувати поведінку системи та дослідити вплив кількості часових інтервалів алгоритму прогнозування на точність прогнозу роботи випарної станції. Розроблено систему обміну даними між рівнем технологічного процесу та рівнем виробництва. Досліджено роботу випарної установки з підсистемою прогнозування регулювання тиску пари. У схемі автоматизації регулювання тиску пари як датчик використовуються перетворювачі тиску PC-28. Виконавчими механізмами слугують пневматичні сідельні клапани з вбудованим дроселем та електропневмоперетворювачем. Використання нейронечітких регуляторів відбувається лише в окремих специфічних випадках інтелектуального керування процесом випаровування, відсутні дані порівняння застосування інтелектуальних регуляторів із класичними, можливості комбінування роботи кількох типів інтелектуальних регуляторів, а також чітких засобів прогнозування їх роботи. Тому використано метод прогнозування для порівняння методів регулювання тиску пари в апараті, що надало можливість спрогнозувати поведінку системи при формуванні керування та вивести готовий прогноз на екран оператора і, таким чином, підвищити ефективність роботи випарної станції. Зібрано статистичні дані поведінки контурів системи автоматизації у різних режимах роботи з використанням інтелектуальних і класичних регуляторів і побудовано модель прогнозування роботи випарної станції методом локальної тенденції та модифіковано алгоритм прогнозування. Перевага даного методу - легка та швидка його реалізація, яка не потребує великих економічних та енергетичних затрат. Побудовано модель прогнозування роботи випарної станції методом локальної тенденції та розроблено алгоритм прогнозування. Оцінено точність отриманої моделі прогнозування: 97 % - для ПІД-регулятора, 97 % - для нейронечіткого регулятора та 96,5 % - для нейромережевого при використанні дев'яти інтервалів, що вище за точність при використанні шести інтервалів. Запропонована модель для прогнозування роботи випарної станції характеризується високою точністю в цілому, але під час коливань у перехідному процесі виникає несуттєве запізнення їх прогнозування. Точність роботи даної моделі напряму залежить від збільшення кількості часових інтервалів при розробці алгоритму прогнозування.