1

Radosław Gruska

dr inż. Radosław Gruska

PROJEKTOWANIE LINII BIOTECHNOLOGICZNYCH

Pokój nr:

144

(Zespół Pomiarów i Automatyki)

Telefon:

/48/ 042 631 34 57

e-mail:

[e-mail]

2

Radosław Gruska

Program zajęć

1. Wprowadzenie.
2. Podstawowe definicje.

3. Modelowanie procesów (bio)technologicznych.

4. Zasady tworzenia schematów blokowych ideowych i

szczegółowych.

5. Wybrane elementy schematów (diagramów)

technologicznych i technologiczno-pomiarowych:

• aparaty,
• sensory,
• urządzenia wykonawcze,
• elementy przesyłowe.

6. Przykłady budowy schematów (bio)technologicznych

instalacji (aparatów).

7. Wykonanie zadania projektowego.

3

Radosław Gruska

Modelowanie procesów

Etapy projektowania

, budowy i uruchamiania instalacji

produkcyjnej:

4

Radosław Gruska

Opis Projektowanej Linii (Opis Słowny – ang. Verbal

Modeling)

jest używany do tworzenia, a także

zrozumienia procesu oraz systemów kontroli procesu.

Modelowanie,

opisywanie

polega

na

zbieraniu

informacji o całym procesie, co pozwala przedstawić i

uwzględnić wszystkie etapy procesu, stosowane media,

urządzenia, systemy kontroli oraz interakcje ze

środowiskiem.

Modelowanie procesów

5

Radosław Gruska

Modelowanie procesów

Opis

procesu

Identyfikacja

celu

i ograniczeń

procesu

Identyfikacja

możliwych

zakłóceń

procesu

Określenie

rodzaju

i lokalizacji

czujników

Określenie

lokalizacji

zaworów

Wykonanie

analizy

stopnia

swobody

6

Radosław Gruska

Modelowanie procesów

Opis

procesu

Identyfikacja

celu

i ograniczeń

procesu

Identyfikacja

możliwych

zakłóceń

procesu

Określenie

rodzaju

i lokalizacji

czujników

Określenie

lokalizacji

zaworów

Wykonanie

analizy

stopnia

swobody

Analiza stopnia swobody

Stopień swobody określa liczbę zmiennych układu, które można
zmieniać, bez automatycznego powodowania zmian pozostałych
zmiennych.

Stopień swobody w układzie

jest równy liczbie strumieni,

którymi można manipulować

(

etap 5

), pomniejszoną o liczbę

parametrów określonych w

punkcie 2

.

7

Radosław Gruska

Istnieją trzy stany układu/procesu opisane stopniem swobody:

1.

SSw > 0

: w układzie istnieją dodatkowe miejsca regulacji, które

mogą być wykorzystywane do optymalizacji procesu.

2.

SSw < 0

: w układzie istnieje więcej elementów stanowiących cel

procesu i jego zakłócenia, niż możliwości ich regulacji. W układzie

takim trzeba podjąć decyzję co do priorytetu poszczególnych

celów czy zakłóceń i ograniczeń.

3.

SSw = 0

: w układzie istnieje równowaga, cel może być w pełni

zrealizowany. Brak możliwości dalszej optymalizacji układu.

Modelowanie procesów

8

Radosław Gruska

Modelowanie procesów

Opis

procesu

Identyfikacja

celu

i ograniczeń

procesu

Identyfikacja

możliwych

zakłóceń

procesu

Określenie

rodzaju

i lokalizacji

czujników

Określenie

lokalizacji

zaworów

Wykonanie

analizy

stopnia

swobody

Określenie

Strumieni

energii

Określenie

tempa

produkcji

i innych

parametrów

operacyjnych

Propozycja

zabezpieczenia

przed

zakłóceniami

i ograniczeniami

Kontrola

bilansu

materiałowego

Optymalizacja

procesu

Kontrola

poszczególnych

operacji

jednostkowych

Radosław Gruska

Modeling in the practice.

Manganese 

Matt Morabito

Jamie Polan

http://www.youtube.com/watch?v=YTs_IWccnvw

Radosław Gruska

Surowiec gazowy w skraplaczu jest chłodzony przez wodę i przechodzi w ciecz.

Płynny produkt jest przechowywany w zbiorniku z płaszczem, w którym znajduje

się czynnik chłodniczy używany do utrzymywania niskiej temperatury produktu i

utrzymania go w postaci ciekłej. Produkt może być sprzedawany za $ 6/gal.

Woda chłodząca jest odprowadzana do stawu oraz na pola, więc nie może

przekraczać 35°C, aby uniknąć uszkodzenia środowiska. Ogrzany czynnik

chłodzący z płaszcza zbiornika jest wykorzystywany w innym miejscu. W

zbiorniku panuje ciśnienie max 5 atm, a max objętość zbiornika to 5000 gal.

10

Radosław Gruska

1) Opis procesu

- Produkcja kondensatu z użyciem kondensera.

- Przechowywanie ciekłego produktu w zbiorniku chłodniczym.

11

Radosław Gruska

2) Identyfikacja celu i ograniczeń procesu

Cel – otrzymanie płynnego produktu do sprzedaży w cenie $6/gal

Ograniczenia:

operacyjne – limit pojemności zbiornika magazynującego,

bezpieczeństwo – limit ciśnienia w zbiorniku magazynującym,

środowisko – limit temperatury strumienia wody
opuszczającej kondenser.

12

Radosław Gruska

3) Identyfikacja możliwych zakłóceń procesu

Fluktuacje/zmiany: temperatury otaczającego powietrza,

temperatury produktu w fazie gazowej, temperatury wody

zimnej, temperatury czynnika chłodzącego, natężenia

przepływu mediów.

13

Radosław Gruska

4) Określenie rodzaju i lokalizacji czujników

Czujnik temperatury – strumień wody opuszczającej układ,

Czujnik temperatury – zawartość zbiornika magazynującego,

Czujnik poziomu – zawartość zbiornika magazynującego,

Czujnik ciśnienia – zawartość zbiornika magazynującego.

14

Radosław Gruska

5) Określenie lokalizacji zaworów

Zawory regulacyjne:

Kanał wlotowy produktu gazowego,

Wlot wody chłodzącej,

Wlot czynnika chłodzącego zbiornik,

Regulacja ciśnienia w zbiorniku.

15

Radosław Gruska

6) Wykonanie analizy stopnia swobody

Liczba strumieni możliwych do manipulacji (krok 5) = 4

Liczba celi i ograniczeń procesu (krok 2) = 4

SSw: 4 – 4 = 0

16

Radosław Gruska

7) Określenie strumieni energii

Woda zimna odbiera ciepło od strumienia produktu w

kondenserze.

Czynnik chłodzący utrzymuje zadaną, niską temperaturę

produktu w zbiorniku magazynującym.

17

Radosław Gruska

8) Określenie strumieni, tempa produkcji i innych parametrów

Zawór podawczy strumienia produktu → limituje ilość produktu.

Zawór podawczy strumienia wody chłodzącej → limituje temp. wody

opuszczającej instalację.

Zawór podawczy czynnika chłodzącego → limituję temp. ciekłego

produktu.

Zawór ciśnieniowy na zbiorniku → limituje ciśnienie w zbiorniku.

18

Radosław Gruska

9) Propozycja zabezpieczenia przed zakłóceniami i ograniczeniami

Zmiany temp. otoczenia, temp. wody chłodzącej, temp. produktu na

wlocie:

wykrywane przez czujnik temp. strumienia wody opuszczającej układ,

regulacja odbywa się poprzez zawór napływowy wody zimnej.

19

Radosław Gruska

9) Propozycja zabezpieczenia przed zakłóceniami i ograniczeniami

Zmiany temperatury czynnika chłodzącego zbiornik:

wykrywane przez czujnik temperatury medium w zbiorniku,

regulacja odbywa się poprzez zawór napływowy czynnika chłodzącego.

20

Radosław Gruska

9) Propozycja zabezpieczenia przed zakłóceniami i ograniczeniami

Zmiany tempa, ilości produktu:

wykrywane przez czujnik poziomu medium w zbiorniku,

regulacja odbywa się poprzez zawór napływowy produktu (gazowego).

21

Radosław Gruska

10) Kontrola bilansu materiałowego

Można pominąć, ponieważ nie występuje ani nadmierne nagromadzenie

jakiegokolwiek medium, ani jego strata.

22

Radosław Gruska

11) Kontrola poszczególnych operacji jednostkowych

Kondensacja: praca kondensera jest w pełni kontrolowana poprzez

zawory napływowe wody chłodzącej oraz produktu, a także poprzez

czujnik temperatury wody opuszczającej układ.

Przechowywanie: praca zbiornika jest kontrolowana poprzez zawór

napływowy produktu, zawór regulujący ciśnienie, zawór napływowy

czynnika chłodzącego oraz poprzez czujniki ciśnienia, temperatury i

poziomu.

23

Radosław Gruska

12) Optymalizacja procesu

SSw = 0  brak możliwości dalszej optymalizacji

24