Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Contrôle et régulation 2005. Retrouvez le corrigé Contrôle et régulation 2005 sur Bankexam.fr.
? ! @ A B ( &$#$ Ce procédé a pour objectif la fabrication du butanal ou nbutylaldéhyde. Dans un réacteur chimique on introduit : * Un mélange de trois groupes de gaz dont on régule la proportion : · Propène gazeux · Gaz de synthèse · Gaz recyclés * Une solution catalytique La pression dans le réacteur est régulée à 18 bars. La température est maintenue à 95°C grâce à la circulation d’un fluide réfrigérant dans la double enveloppe du réacteur.
Gaz évacués
(
Gaz injectés : Propène gazeux Gaz de synthèse Réactifs gazeux recyclés
Solution catalytique régulation de pression
régulation de température
2
Fluide réfrigérant Butanal liquide
Le schéma de fabrication du butanal est présenté en annexe 1, page 8. * &-.#$ , ,&C$ , .$ 5#$#.D$' 52 La mesure de débit est réalisée par un organe déprimogène. Un transmetteur de pression différentielle et un extracteur de racine carrée lui sont associés. 2 L'organe déprimogène choisi est un venturi. Tracer l'allure de l'évolution de la pression statique dans cet élément sur le documentréponse R1, page 11. 2 Quelle est l'utilité de l'extracteur de racine carrée ? 2/ Réaliser sur votre copie, le schéma TI complet de la boucle de régulation. Faire apparaître l'ensemble de l'instrumentation. L'appareillage est électronique (délivrant un signal normalisé 420 mA) à l'exception de la vanne automatique qui est pneumatique. On souhaite enregistrer le signal de mesure D P à la sortie du transmetteur. 2; Considérant l’aspect sécurité, déterminer le sens d’action de la vanne FV5. 2 Déterminer le sens d’action du régulateur. Justifier votre réponse. 29 On isole le régulateur FIC5 de la boucle de régulation. En mode automatique on réalise un échelon de mesure M en maintenant W constante et on enregistre la réponse du signal de commande Y. Le signal d’écart WM est nul pour t < 0.
M (%) 20 10 0 1
2
3
1 2 L’équation fonctionnelle du régulateur FIC5 est : Y(t) 1 Kp. ( W(t) % M(t) !# T1i ∫ 0t ( W(t) % M(t) ! .dt # Yo où M est la valeur de la mesure, W la valeur de la consigne. 3
0 30 60 90 120 150 180 te(ms)p s 28 On remarque, en fonctionnement, des variations de pression importantes en amont de la vanne TV2. Ces variations perturbent le débit. La qualité de cette régulation étant insuffisante, proposer une amélioration. Le schéma sera à réaliser sur le documentréponse R2, page 12. Nommer cette régulation.
5. , &-.#$ ,F#& , -#G @&-.#$ BB;A /2 Quel est le nom de cette boucle ? /2 La consigne de FFIC4 estelle interne ou externe ? Justifier. /2/ Le transmetteur FT2 (420 mA) délivre un signal de 13,6 mA. Déduire la valeur du signal W en pourcentage de l’étendue de mesure. i X et W est k = /2; SachantquelerapportdeproportionentrelessgnauxWX=0,83,calculer la valeur de X lorsque FT2 délivre un courant de 13,6 mA.
5. , &-.#$ , @&-.#$ A ;2 On constate que la boucle régulation comporte deux actionneurs. Quel est le nom de ce mode de régulation ? ;2 Les deux vannes ontelles le même sens d’action ? Justifier la réponse.
5
R6
F4 sel S2
E5
filtrat
D3
(<? ! @ A $$D#- , H.$ &$#$ Sur une autre unité de l'usine, la réaction chimique de deux produits (solution A et solution B), dans un réacteur R6 permet la synthèse d'un sel par cristallisation. La suspension récupérée est ensuite traitée dans un filtre presse F4. Le sel est convoyé par une vis extrudeuse vers un sécheur S2. Le filtrat alimentera, après réchauffement dans un échangeur E5, une colonne de rectification D3. Solution A Solution B suspension $$D#- , H.$ Du fait de la nature de la suspension récupérée en sortie du réacteur, les toiles filtrantes de F4 se colmatent. Le filtre sera donc équipé d'un dispositif de lavage des toiles qui consiste à faire circuler, dans le filtre fermé, une solution acide capable de dissoudre le produit incrusté dans les toiles (voir annexe 2, page 9). La solution nettoyante est préparée dans un bac L. On la fait circuler dans le filtre fermé à l'aide d'une pompe P2, avec retour au bac le temps nécessaire au parfait nettoyage. (&.6$ , 5D5. Le grafcet traduisant le fonctionnement décrit cidessous, est donné en annexe 3, page 10. Le cycle ne peut commencer que si les bacs A et L sont vides et que l'opérateur appuie sur le bouton m. Alors, simultanément, il y aura dosage de l'acide technique dans le bac A jusqu'au niveau haut repéré par hA et dosage de l'eau de dilution dans le bac L jusqu'au niveau bas repéré par hL. Ensuite, il y aura chargement de l'acide technique dans le bac L par la pompe P1 et ouverture de l'électrovanne EV3. En fin de chargement, il y aura homogénéisation de la solution de lavage pendant 5 minutes obtenue par l’ouverture de l'électrovanne EV4 et la mise en marche de la pompe P2. En fin de temps d'homogénéisation, il y aura lavage du filtre pendant 15 minutes par ouverture de l'électrovanne EV5, la pompe P2 étant maintenue en service. La fin du cycle sera réalisée par l'ouverture de la vanne EV6 et P2 toujours en service permettant la neutralisation de la solution polluée jusqu'à ce que le bac L soit vide. 6
*
Donner, sur le documentréponse A1, page 13, les équations logiques associées aux * transitions notées t 1 et t 2 (réceptivités). * Exprimer, sur le documentréponse A1, les équations de fonctionnement des sorties P2 et EV1. * / Remplir, sur le documentréponse A1, les chronogrammes montrant l'évolution d'une partie du grafcet. * ; Afin de simplifier l'équation de sortie de la pompe P2, nous choisissons de modifier la structure du grafcet pour que la commande pompe P2 n'intervienne que dans une étape du grafcet, sans incidence sur le fonctionnement décrit précédemment. Proposer une solution en complétant le documentréponse A2, page 14.
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3 B#C5#$ , C$##. $ Schéma indiquant les boucles de régulation (ce n’est pas un schéma TI) I/P FY FIC Qsc 5 0,07 m 3 /h Solution catalytique FV5 M Vers PV2 torche 18 bar PIC 1
70° C Propène 25 bar gazeux préchauffé PV1 FTLV32 w FFIC x 4 I/P FY FT ° 70 C 1 Gaz de 29 bar synthèse
95°CICT 2
I/P FY
ER TV2 Remarque : ER → Eau de Refroidissement Q B Vers F1 Réactifs gazeux recyclés
8
3
EV6
EV5
P2
EV4
Vers la neutralisation
EV2 ACIDE EV1 hA Bac d'acide technique bA
EAU
Filtre
EV1 à EV6 sont des électrovannes monostables fermées au repos. HV1, HV2, HV3 sont des vannes manuelles. bA, hA, bL, hL sont des capteurs de niveau logiques (donnent l'information "1" lorsque le niveau est au dessus du capteur).