Реферат: Система управления аппаратом производства фотографической эмульсии

. (2.6)

2.2 Получение тепловой модели

Для нормального протекания процесса эмульсификации необходимо поддерживать температуру раствора в аппарате постоянной. Это достигается использованием тепловой рубашки, внутри которой создается постоянное перемешивание теплоносителя. При необходимости нагрева или охлаждения смеси в аппарате в рубашку подается некоторое количество горячей или холодной воды из соответствующих трубопроводов. Описанная схема теплового взаимодействия показана на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Тепловая схема процесса

На рисунке 2.4 цифрами обозначены: 1 – тепловая рубашка (далее – просто рубашка), 2 – контур циркуляции, 3 – сбросная линия, 4 – линия поступления реагентов.

Циркуляционная линия с насосом введена для того, чтобы избежать образования застойных зон в рубашке, т.к. при отсутствии подачи горячей или холодной воды их образование неминуемо.

При составлении уравнений теплового баланса для рубашки и для аппарата пренебрегаем потерями теплоты в окружающую среду. Кроме того, считаем, что температура во всем объеме рубашки и аппарата постоянна. Это правомерно, поскольку в обоих случаях присутствует интенсивное перемешивание. Таким образом, мы имеем систему двух емкостей – аппарата и рубашки, каждую из которых можно считать аппаратом идеального смешения относительно температуры.

Запишем уравнение динамики для аппарата:

. (2.7)

В левой части уравнения записано изменение количества теплоты в реакторе. Первое слагаемое правой части соответствует приходу теплоты с потоком реагентов, второе слагаемое соответствует притоку теплоты за счет теплообмена с рубашкой.

В этом уравнении применены следующие обозначения:

ρ – плотность среды в реакторе, кг/м³ ;

c – теплоемкость среды в реакторе, Дж/(кг·К) ;

V₁ – объем реакционной смеси, м³ ;

T , T _{н 1} , T _{н 2} – соответственно текущая температура реакционной смеси и температуры поступающих реагентов, °С ;

v₁ , v₂ – объемные скорости подачи раствора 1 и 2 соответственно, м³ /с ;

F – площадь соприкосновения раствора и стенки реактора, м² ;

K_Т – коэффициент теплопередачи от раствора в реакторе к воде в рубашке, Вт/(м² · K) ;

(T – T _р ) – разность температур в реакторе и в рубашке °С .

Знак “+” перед вторым слагаемым мы поставили в предположении, что тепловой поток направлен от рубашки к реактор. В обратном случае этот знак изменится на противоположный.

Запишем уравнение динамики для рубашки:

(2.8)

В левой части уравнения записано изменение количества теплоты в рубашке. Первое слагаемое правой части соответствует изменению количества теплоты в рубашке за счет притока воды с температурой T и оттока воды с температурой, равной температуре в рубашке; второе слагаемое соответствует оттоку теплоты за счет теплообмена с реактором.

В этом уравнении применены следующие обозначения:

ρ – плотность воды в рубашке, кг/м³ ;

c – теплоемкость воды, Дж/(кг·К) ;

V₂ – объем рубашки, м³ ;

T_р , T _рн – соответственно текущая температура в рубашке и температура поступающей из сети воды, °С ;

v_р – объемная скорость подачи воды в рубашку, м³ /с ;

F – площадь соприкосновения раствора и стенки реактора, м² ;