1. Автоматизация типовых технологических процессов 

9.1.          Регулирование основных параметров технологических процессов

Регулирование расхода жидкости или газа Объектом регулирования является трубопровод. Скорость жидкости в трубопроводе определяется уравнением Бернулли:

где V - скорость жидкости,

с< 1 - коэффициент расхода, д - ускорение силы тяжести,

у р=у/д - соответственно удельный вес и плотность жидкости,

Ар - перепад давления на трубопроводе.

Объёмный расход жидкости находим умножая скорость V на площадь сечения трубопровода /:

(314)

Я=/

Уравнение статики трубопровода (баланс движущей силы потока Р_дв и силы сопротивления трубопровода Р_сопр):

^Рдв ^Рсопр ,

или с учётом (313), (314)

/Ар = О-Р.                     (315)

2 /с²

Из уравнения (315) можно найти коэффициент расхода

с=3. /М

2Ар

Если приложенная к потоку сила Р_дв превышает гидродинамическое сопротивление трубопровода, возникает ускорение потока и, вместо уравнения статики, получаем уравнение

т             + Р = Р_д .

Л ^{сопр дв}

или с учётом (315), (314)

/ Ж 2 /с² где т=Ур - масса жидкости в трубопроводе,

У=Р/ - объём трубопровода,

^ - длина трубопровода.

Подставляя в уравнение динамики выражение для массы, имеем:

Наконец, приводя последнее уравнение к стандартному виду для инерционного звена первого порядка:

(Т - постоянная времени, к - статический коэффициент передачи по каналу Ар^О), окончательно получаем:

Как видим из выражения для постоянной времени, инерционность трубопровода пропорциональна его длине, площади сечения и обратно пропорциональна расходу жидкости.

Например, для Ь=60 м, диаметра трубопровода .0=28 мм (=0,00062 м²), @=40 л/мин (0,00066 м³/с), Ар=1,3 кгс/см², у=1000 кгс/м³, д=9,8 м/с² постоянная времени трубопровода Т=0,5 с.

На практике находят применение три способа регулирования расхода.

1)  Дросселирование потока на линии нагнетания (рис. 83)

На рис. 83 обозначено:

-   насос (компрессор),

-  рабочий орган с исполнительным механизмом,

РС - регулятор (С) расхода (Р).

Данный способ является наиболее простым. Поток дросселируется именно на линии нагнетания, т.к. дросселирование потока на линии всасывания может привести к кавитации (срыву) потока и разрушению насоса.

2)          Байпасирование - перепуск части потока из основного трубопровода в обводную линию (рис. 84).

Этот способ применяется для насосов с большим внутренним сопротивлением, производительность которых мало зависит от проходного сечения линии нагнетания (например, поршневых, шестерёнчатых насосов). Для таких насосов закрытие регулирующего органа на линии нагнетания приводит к повышению давления в трубопроводе, что может привести к его разрыву.

3). Изменение напора в трубопроводе изменением числа оборотов вала насоса (рис. 85).

Здесь © - регулируемый электропривод скорости вращения вала насоса.

Данный способ позволяет исключить потери давления на регулирующем органе. Однако этот способ технически более сложен, т.к. требует применения регулируемого электропривода двигателя насоса.

Регулирование давления Объект регулирования - ёмкость с газом. Поведение идеальных газов описывается уравнением Менделеева-Клайперона:

(316)

где р - давление,

V   - объём,

М = т/ц - число молей газа, т - масса газа,

Ц - грамм/моль - число граммов равное молекулярному весу,

К - универсальная газовая постоянная, равная работе, совершаемой единицей массы идеального газа при изобарном нагревании его на один градус,

Т_а - абсолютная температура.

Рассмотрим ёмкость с идеальным перемешиванием (Рис. 86):

Здесь С_ь, С₂ - массовые расходы на линиях притока и расхода;

11,1₂ - проходные сечения клапанов,

Р1, р₂, Р - избыточные давления на входе, выходе и внутри ёмкости (считаем, что выходное давление р₂ равно атмосферному);

р_ь, Р₂, Р - плотности газа на входе, выходе и внутри ёмкости (в силу гипотезы об идеальном перемешивании р₂ = р).

Уравнение статики ёмкости:

О1 = 02 .

Уравнение динамики:

или в приращениях:

(317)

Из уравнения (316)

При V, Т_а = сот1 имеем

ЖАт Уц ЖАр

Ж КТ ж

Согласно уравнениям (313), (314) объёмный расход газа равен

следовательно, массовый расход определяется выражением

С = ер = с/У 2рАр .

В частности, расход на выходе ёмкости задаётся соотношением:

(поскольку р₂ = 0).

Находя р₂ =р из уравнения Менделеева-Клайперона (316)

т рц

Р 2 =77

V              КТ

а

подставляя последнее выражение в (319) и линеаризуя результирующее соотношение, находим

Подставляя (318) и (320) в (317), имеем Vц &Ар

²ц

Ар = АС_1:

КТ &

а

или в стандартной форме

КТ

Т&^Ар + Ар = кАС₁,

¹

Как видим, инерционность ёмкости пропорциональна её объёму, обратно пропорциональна проходному сечению /₂ и корню квадратному из абсолютной температуры.

Например, при V=50 м³, Т_а=20 ⁰С, К=150 , р=1000 —,/2=0,002

кг • #      м

м^[1], С₂=0,75 параметры модели объекта имеют значения: Т=115с,

₅ Н/м² кг/с

Способы регулирования давления аналогичны способам регулирования уровня жидкости (см. ниже). При наличии в технологической установке нескольких сообщающихся аппаратов достаточно стабилизировать давление в одном из них (как правило, в оконечном), а в остальных оно устанавливается само в соответствии гидравлическим сопротивлением линии аппаратов.

Регулирование уровня жидкости Объект регулирования - ёмкость с идеальным перемешиванием

жидкости (рис. 87).

Уравнение статики:

^е = Я2-

Уравнение динамики в приращениях:

ЖАУ

Ае,-А<2„                   ⁽³²¹⁾

а(

где У = 8Н - объём жидкости.

При $ = сот1

= 8^ЖАН.                       (322)

а а

Расход е₂ по-прежнему определяется уравнением Бернулли:

62 = ^С2^/2

или при р₂ = 0 и р=рдН:

& = ^С2 Лл/2 д^Н

следовательно,

Здесь ЬС - регулятор уровня.

2)                Изменением расхода на выходе аппарата - регулирование на стоке (рис. 89).

Очевидно, что указанные два способа применимы, когда по условиям работы аппарата в технологической схеме имеется возможность изменения расходов на притоке или стоке.

3)                 Соотношением расходов на притоке и стоке (рис. 90)

В данном случае для регулирования уровня используется каскадная АСР с промежуточной величиной - соотношением расходов на притоке и стоке (РРС - стабилизирующий регулятор соотношения расходов). Каскадная АСР позволяет повысить качество регулирования уровня по сравнению с одноконтурными.

В случае, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются тепловыми с фазовыми превращениями (жидкости в пар), можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя.

Например, АСР уровня жидкости в испарителе (рис. 91). Регулирующее воздействие - подача теплоносителя в змеевик испарителя.

Регулирование температуры Рассмотрим два примера построения моделей тепловых объектов.

Экзотермический реактор с рубашкой (рис. 92)

Обозначения:

О_рс, О_пр - массовые расходы реакционной смеси и продукта,

О _в1, О _в2 - массовые расходы охлаждающей воды на входе и на выходе рубашки,

&_рс, &_пр, @_в1, & _в2, &, &_р - температуры соответственно реакционной

смеси, продукта, воды на входе и выходе рубашки, в реакторе и рубашке. Допущения:

1)    В реакторе и рубашке идеальное перемешивание:

0 =0; 0 = 0 .

пр     в₂      р

2)     Потери тепла в окружающую среду отсутствуют.

3)            Тепловая ёмкость стенки между реактором и рубашкой пренебрежимо мала.

4)     Не учитывается динамика материальных потоков, т.е.

О     = О ; О = О = О .

р . с     пр     _{1            2}

5)     Не учитывается тепловой эффект перемешивания.

6)        Температура реакционной смеси и воды на входе в рубашку постоянны:

0             = сотХ; 0 = сотХ.

р.^с

С учётом допущения 3) объект является двухёмкостным.

Уравнение теплового баланса реактора:

30                                                        К

РУ сс с _рс — = О_рс_рс (0 рс -0) + ЦЦ О_рс -а 1(0-0 р). (324)

Уравнение теплового баланса рубашки:

р^у,6с³⁰ = ^{а 1(0-0}р⁾ - Ос⁽⁰р^{- 0}_в1⁾,                                                                                 (₃₂₅)

где р_рс, р_в - плотности реакционной смеси и воды,

У_рс,У_в - объёмы реакционной зоны реактора и рубашки, с_рс, с_в - удельные теплоёмкости реакционной смеси и воды,

К₀ - количество тепла выделяемое в процессе реакции одного моля реакционной смеси,

ц - молярный вес реакционной смеси,

а - коэффициент теплопередачи через стенку между реактором и рубашкой,

1  - поверхность теплопередачи.

Записывая уравнения (324), (325) в приращениях и приводя их к стандартному виду, получаем систему двух уравнений первого порядка, описывающих рассматриваемый объект:

3Л0

_Т^_ + Л0 = КЛО + К₂ Л0

¹                                      

3Х   ^{1 рс 2 р} 3Л0

Т₂--- ^р- + Л0 = К ₃Л0 + КЛО

²                     31              ^{р                                у в}

где постоянные времени и коэффициенты передачи определяются соотношениями:

Р У с                                _ру_с

Т =    р^с р^с р^с . Т = г в^у 6 в .

1 ^_ ^ ’ 2 ^_

О ₀с +а1                          О₀с +а1

рс ,0 рс          в ,0 в

с (0 -0 ₀) + ^⁰/

„ ^{рсК рс 0}’                                                               а 8

К₁ —                                                      ;                          К ₂ —                ;

О ₀с +а8                                 О ₀с +а8

рс,0 рс                                   рс ,0 рс

а 8                             с (0 ₀ — 0 )

в р , 0 в₁ к з — ; к 4 =         .

О                                         ₀с +а8    О ₀с +а8

в,0 в в,0 в

Передаточная функция объекта по каналу АО_в ^ Л0 :

К,( Р) - _т^К-₁ •

Т Р + ¹

Передаточная функция объекта по каналу А0 ^ А0:

К( р) - ^К

Тр +1

Основной задачей регулирования теплового режима реактора является поддержание температуры в реакционной зоне реактора изменением расхода воды в рубашку. Передаточная функция объекта по каналу регулирующего воздействия АО_в ^ А0 :

К (р) - к,( рТО р) - ^{К2 К4}

(71р + 1)(Т р +1)

Передаточная функция объекта по каналу возмущающего воздействия (колебаний расхода реакционной смеси) АО_рс ^ А0:

К (р) - ^К'

Т1р +1

Теплообменник типа «труба в трубе»

Рассмотренные выше примеры относятся к объектам с сосредоточенными параметрами, описываемым обыкновенными дифференциальными уравнениями. Ниже рассматривается пример объекта с распределёнными параметрами, описываемого уравнением в частных производных.

Теплообменник представляет две концентрические трубы (рис. 93). Нагреваемая жидкость подаётся во внутреннюю трубу, теплоноситель - во

внешнюю.

Обозначения:

х - координата (длина трубы),

Э_в - диаметр внутренней части внутренней трубы,

8 - толщина стенки внутренней трубы,

Э_в + 28- диаметр внешней части внутренней трубы,

В_н - внутренний диаметр наружной трубы,

Ь] = пО_в - длина внешней окружности внутренней трубы,

Ь2 = лфв + 28) - длина внешней окружности внутренней трубы, Ь₃ = пО_н - длина внутренней окружности наружной трубы,

8_в - пО_в /4 - сечение внутренней трубы,

2           2

8_сга = л[Фв + 28Г-АГ]/4 = п8( Вв + 8) - сечение стенки внутренней

трубы,

22

= тф* - (д, + 28) ]/4 - сечение кольца между внутренней и

внешней трубами.

,ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч

,ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч

,ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч

,ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч

^{11 1 1 1 1} М Ч ^{1 1 1 1 1 1 1}

ч\ч\ч\ч\\

ч\ч\ч\ч\\

ч\ч\ч\ч\\

ч\ч\ч\ч\ч\

ч\ч\ч\ч\ч^т

Рис.93.

Объект содержит три тепловые ёмкости: тепловая ёмкость нагреваемой жидкости во внутренней трубе, ёмкость стенки внутренней трубы, ёмкость нагревателя в межтрубном пространстве.

Для получения уравнения динамики изменения температуры материала во внутренней трубе рассмотрим элемент объёма жидкости внутренней трубы 8_в-Дх (Дх - приращение длины трубы относительно значения х).

Количество тепла в элементарном объёме 8_вДх:

где р_ж, с_ж, 0_ж - соответственно плотность, удельная теплоёмкость и температура нагреваемой жидкости.

Поскольку температура жидкости изменяется как во времени, так и по длине теплообменника, общее изменение тепла, запасённого элементарным объёмом жидкости равно сумме изменений тепла за счёт приращений времени Д1 и координаты Дх.

Приращение тепла в элементе 5_вДх за промежуток Д1:

(327)

Найдём приращение тепла в элементе объёма за счёт приращения координаты Дх. Поток тепла через сечение внутренней трубы 5_в за счёт перемещения жидкости:

^рж^сж&жУж⁵в ,

где V_ж - скорость движения жидкости.

Количество тепла через сечение 5_в за промежуток ДХ:

^р ж^с ж® жУ жж⁵в^Д ■

Приращение тепла по длине теплообменника:

^д0 ж

—     ^ж р с V 5 ЛхЛх.

~ ж ж ж в

Сумма (327) и (328) есть общее приращение тепла в элементе объёма 8_вДх за промежуток времени ДХ.

Тепло, отдаваемое стенкой трубы элементу 8_вДх за время ДХ:

^а^1 (®ст~® ж) ^ДхДХ,

где а1 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы нагреваемому материалу,

Ь_}Дх - поверхность теплоотдачи,

0_ст - температура стенки.

Уравнение теплового баланса для нагреваемой жидкости:

д0 о                              д0                      о                     т ^            ^ \

—                                                                                                                                                ^ж 8 р с +—^ж р с 8V =а,Ь,(0 - 0 )   (329)

дХ в* ж ж            —х * ж ж в ж        1 1\ ст           ж у              V /

Разделим левую и правую части уравнения (329) на 8_вр_жс_ж и запишем его в виде:

-0 -0 ^ ^ д( ' ^{+ + С}1⁰ж = ^С1⁰ст ^,                                                                (330)

где

а,Д

с-

¹                      8 р с

ъ* ж ж

Динамика изменения температуры теплоносителя во внешней трубе описывается уравнением аналогичным (330):

д0                   д0                 /-Л             /-Л                                                       /0014

—                                                                                                                        ^т + V —^т + с₂0 = с₂0 ,           (331)

т            2 т      2 ст

—Х           дх

где р_т, с_т, 0_т - параметры теплоносителя,

V_т - скорость теплоносителя,

а 2 ^2 ^с2 =  

8 р с

к/ т т

а₂ - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке.

Для описания динамики изменения температуры стенки рассмотрим элементарный объём стенки 8_стДх. Изменение количества тепла, запасённого элементом объёма стенки:

о л    —0

8 Ахр —^ст,

ст  ст

—Х

где Рст, с— @ст - параметры стенки.

Уравнение теплового баланса стенки:

8 с р ^—0т = а₂ЬЛ0 -0 ) -а,Ц(0 -0 ),

ст ст~ ст л.        2 2 V т        ст /    1 1 V ст     ж / “

—Х

или

—0

—— + (с₃ + с₄)0 = с₃0 - с₄0 ,                                                                                 (332)

V 3 4 / ст         3 т 4 ж’                                ^{4 у}

—Х

где

а 2 ^2                          а

с3 = ²²—; с4 = —

8 р с                            8 р с

ст / ст ст    ст * ст ст

Уравнения (330), (331), (332) образуют систему трёх уравнений, описывающих динамику теплообменника «труба в трубе». Для получения зависимости температуры нагреваемой жидкости от температуры теплоносителя необходимо решить эту систему уравнений при заданных начальных условиях.

Уравнения в частных производных могут быть преобразованы в систему обыкновенных дифференциальных уравнений при помощи преобразования Лапласа. Один из способов решения этой задачи заключается в том, что, применяя к уравнению в частных производных преобразование Лапласа по пространственной переменной х, получаем систему обыкновенных дифференциальных уравнений, каждое из которых соответствует фиксированному значению пространственной переменной.

9.2.           Типовые схемы автоматизации технологических процессов

Автоматизация насосов и компрессоров

Насосы и компрессоры предназначены для перемещения

соответственно жидкостей и газов.

Объект регулирования - трубопровод (газопровод) между двумя аппаратами длиной обычно несколько метров. Особенность объекта регулирования - малая инерционность от долей секунд (для газов) до нескольких секунд (для жидкостей). Основной показатель качества процесса - расход жидкости (газа) или их давление. Основные возмущения: колебания давления в аппаратах, между которыми расположен трубопровод; изменение вязкости и плотности перемещаемой жидкости.

Схема автоматизации насоса (компрессора) показана на рис. 94.

Обозначения:

I,   К, С - показывающий, регистрирующий, регулирующий приборы;

А - световая и звуковая сигнализация;

Н - ручное управление;

^ - многоточечный (обегающий) прибор;

Р, Р (в первой позиции), Т, Е - соответственно давление, расход, температура, электрические показатели.

Как отмечалось в разделе 10.1, наиболее простым способом регулирования расхода является дросселирование потока жидкости (газа) на линии нагнетания (позиция 1). Схема автоматизации также предусматривает: контроль давления на всасывающей и нагнетающей линиях (поз. 2, 3) и сигнализацию на нагнетающей линии; контроль и сигнализацию температуры хладагента, подшипников и обмоток электродвигателя насоса (поз. 4); контроль и сигнализацию давления хладагента и смазки (поз. 5, 6) и расхода хладагента и смазки (поз. 7, 8);

Насос

(компрессор)

О

сигнализацию отклонения режима работы двигателя от нормального - перегрузку двигателя (поз. 9). Предусмотрены ручное управление задвижками на линиях всасывания и нагнетания (поз. 10, 11) и сигнализация положения задвижек (поз. 12, 13).

Если давление в линии нагнетания или параметры состояния компрессора продолжают изменяться и после срабатывания сигнализации, несмотря на принятые обслуживающим персоналом меры, срабатывает автоматическое устройство защиты. Оно отключает насос и включает резервный.

Автоматизация поверхностных кожухо-трубчатых теплообменников (рис. 95)

Предназначены для нагрева продукта теплом от теплоносителя. Теплоноситель подается в трубки внутри кожуха, через стенки которых тепло передается продукту, пропускаемому в межтрубное пространство.

Основной показатель качества - температура нагреваемого продукта

-     стабилизируется расходом теплоносителя (поз.1). Основные возмущения: расход продукта, начальные температуры продукта и теплоносителя, их удельные теплоемкости, температура окружающей среды, изменение теплопередачи стенок труб вследствие отложения солей и коррозии.

Теплообменники (и тепловые объекты вообще) характеризуются значительной инерционностью.

Контролируются: расходы теплоносителя, (поз.2) и продукта (поз.3), их конечные и начальные температуры (поз.4), давление теплоносителя и продукта (поз.5,6).

Сигнализируются: температура и расход продукта (поз.1,3). При резком падении расхода продукта теплообменник может выйти из строя, поэтому устройство защиты должно в этом случае перекрывать линию подачи                                                теплоносителя.

Для повышения качества регулирования температуры нагреваемого продукта может применяться каскадная АСР, в которой в качестве промежуточной регулируемой величины может использоваться расход теплоносителя или соотношение расходов теплоносителя и продукта. Если основными возмущениями являются колебания расхода или начальной температуры продукта, для повышения качества регулирования нагреваемого продукта может быть применена комбинированная АСР с компенсацией возмущений по расходу или начальной температуре продукта.

Автоматизация печей нагрева

Предназначены для получения дымовых газов сжиганием топлива, используемых в качестве теплоносителя при нагреве продуктов.

Основными задачами регулирования режима работы печей нагрева являются:

1. Стабилизация интенсивности и обеспечение устойчивости процесса горения. Интенсивность процесса горения зависит от количества топлива, сжигаемого в единицу времени, и определяет температуру дымовых газов или нагреваемого продукта, поэтому стабилизация температуры дымовых газов или нагреваемого продукта позволяет стабилизировать интенсивность процесса горения.

Одним из основных возмущений процесса горения является давление в топке, поскольку при его колебаниях меняются расходы топлива и воздуха, поэтому стабилизация давления в топке способствует повышению устойчивости процесса горения. Чаще в печах поддерживается разрежение (для предотвращения попадания дымовых газов через неплотности в кладке печи наружу), но иногда и избыточное давление (например, в стекловаренных печах для предотвращения уноса шихты в дымовую трубу).

1. Поддержание экономичности процесса горения - коэффициента избытка воздуха или содержания О₂ или СО₂ в дымовых газах. Коэффициент избытка воздуха должен удовлетворять двусторонним ограничениям (с одной стороны, из соображений взрывобезопасности и снижения температуры дымовых газов при избытке воздуха, а с другой - защиты окружающей среды при его недостатке).

На рис.96.а показана схема регулирования режима работы печи нагрева, содержащая три контура регулирования: регулирование температуры продукта в_пр на выходе печи подачей топлива (поз.1); регулирование соотношения топливо/воздух подачей воздуха (поз.2); регулирование разрежения в топке отводом дымовых газов.(Буква Р во второй позиции наименования регулятора означает соотношение).

Качество регулирования температуры продукта и экономичности процесса горения можно повысить, применяя каскадные АСР (рис.96.б). В каскадной АСР температуры продукта (поз.1) в качестве промежуточной регулируемой величины использована температура дымовых газов в_дг. В каскадной АСР содержания кислорода в отходящих газах (поз.2) промежуточной величиной является соотношение топливо/воздух. Применение АСР содержания О₂ объясняется тем, что регулирование соотношения топливо/воздух при определенных возмущениях (например, колебаниях теплотворной способности газа) может не обеспечивать экономичности сгорания топлива. (На рис.96.б буква ^ обозначает “качественные показатели”, в данном случае содержание О₂).

Автоматизация барабанных котлов Котельный агрегат (парогенератор) включает барабан, топку и пароперегреватель (рис.97). Основной показатель качества работы парогенератора - давление пара за котлом, основное возмущение - колебания нагрузки. Поэтому, основная задача при автоматизации

котельного агрегата - регулирование давления пара на выходе котла. Эта задача решается с помощью каскадной АСР давления пара за котлом (поз.1). (Кстати, впервые каскадная АСР применена именно для решения этой задачи). Промежуточная регулируемая величина - давление пара в барабане, регулирующее воздействие - расход топлива. Эффективность работы каскадной системы, как всегда, достигается за счет высокого быстродействия внутреннего контура.

Устойчивость процесса горения в топке поддерживается АСР разрежения в топке (поз.2). Регулирующее воздействие - отбор дымовых газов (производительность дымососов).

Экономичность процесса горения обеспечивается стабилизацией коэффициента избытка воздуха, который поддерживается регулятором соотношения топливо/воздух (поз.3). При этом, поскольку подача топлива является регулирующим воздействием в АСР давления пара, расход топлива выступает как задание регулятору соотношения, а расход воздуха “следит” за расходом топлива. Как отмечалось, при определенных возмущениях (просачивание воздуха в щели топки, изменение теплотворной способности топлива) коэффициент избытка воздуха может отклоняться от оптимального значения. Поэтому качество регулирования экономичности горения можно повысить, вводя корректирующий импульс по содержанию в дымовых газах О₂ или СО₂, т.е. применяя каскадную систему. Содержание СО₂ измеряется газоанализаторами.

Важной задачей при автоматизации котлоагрегата является поддержание материального баланса в барабане котла, т.к. при его переполнении или опустошении возникает аварийная ситуация. Эта задача решается посредством АСР уровня воды в барабане котла (поз.4, Ь- уровень). Измерение уровня осуществляется дифманометрическим способом по перепаду давлений над и под столбом жидкости. Регулирующее воздействие - подача питательной воды в барабан.

Качество регулирования уровня можно повысить, применяя комбинированную АСР с компенсацией основного возмущения - разности расходов пара и питательной воды. (Такая система называется трехимпульсной).

Для регулирования температуры пара на выходе пароперегревателя используется АСР со скоростным импульсом от промежуточной регулируемой величины - температуры в первой секции пароперегревателя (поз.5, Б - дифференциатор промежуточной величины). Регулирующее воздействие - подача охлаждающей воды в пароохладитель. Описанная система со скоростным импульсом также впервые внедрена в теплоэнергетике.

Автоматизация однокорпусной выпарной установки с рециклом (рис. 98)

Установка предназначена для упаривания (т.е. повышения концентрации растворов). Для достижения заданной степени упаривания организован замкнутый рецикл: выпарной аппарат - кипятильник.

Основной показатель качества технологического процесса - концентрация упаренного раствора. Возмущения: расход свежего раствора (при уменьшении расхода увеличивается время пребывания раствора в аппарате и, следовательно, увеличивается концентрация упаренного раствора), концентрация свежего раствора, температура или связанное с ней давление в аппарате. Давление стабилизируется отбором пара из аппарата (поз.1).

Основные возмущения, действующие на кипятильник, - параметры теплоносителя (расход, температура, давление). Расход теплоносителя стабилизируется (поз.2).

Концентрация упаренного раствора определяется косвенно по величине так называемой температурной депрессии - разности между температурами кипения раствора и растворителя. Температурная

1

О

РРА

депрессия регулируется подачей свежего раствора (поз.3, вторая буква Б означает “разность”). Итак, основные регулируемые параметры: температурная депрессия, давление в аппарате, расход теплоносителя. Кроме того, для поддержания материального баланса в аппарате регулируется уровень раствора изменением расхода упаренного раствора (поз.4).

Контролируются: расходы растворов (поз.5, 6), а также паров растворителя (поз.7), температуры растворов, температура, расход и давление теплоносителя (поз.8, 2, 9), давление, температура и уровень в аппарате (поз.1, 8, 4), температурная депрессия (поз.3).

Сигнализируются: отклонения концентрации упаренного раствора и прекращение подачи свежего раствора. При угрозе возникновения аварийной ситуации устройство защиты отключает подачу теплоносителя.

Автоматизация ректификационных установок Ректификационные установки служат для разделения жидких однородных смесей компонентов, различающихся по температуре кипения.

Схема автоматизации ректификационной установки (рис.99) содержит следующие обозначения:

РК - ректификационная колонна,

К - кипятильник кубовой жидкости, служащий для создания восходящего потока пара,

Д - дефлегматор (конденсатор) паров, служащий для получения целевого продукта - дистиллята, часть которого используется в виде флегмы на орошение колонны,

П - подогреватель исходной смеси до температуры кипения. Разделение смеси происходит в ректификационной колонне в противотоке жидкости и пара. Стекающая вниз по тарелкам жидкость

пронизывается восходящим потоком паров, увлекающим за собой низкокипящие компоненты смеси. В результате низкокипящие компоненты отводятся в виде паров из верхней части колонны, а высококипящие компоненты собираются в ее нижней части в виде кубовой жидкости.

Особенности ректификационной колонны:

-   высокая энергоемкость, обусловленная большими затратами пара;

-   высокая инерционность, обусловленная значительными размерами аппаратов колонного типа (диаметр - несколько метров, высота - десятки метров).

Основные показатели качества работы ректификационной колонны:

-      энергозатраты (расход греющего пара в кипятильник кубовой жидкости и теплоносителя в подогреватель исходной смеси);

-     производительность по целевому продукту (чаще - дистилляту, реже - кубовой жидкости);

-                      состав дистиллята (или паров, выходящих из колонны) или разделительная способность колонны (разность концентраций дистиллята и кубового остатка).

Основные цели управления ректификационной установкой: снижение энергозатрат, повышение выхода по готовому продукту, обеспечение заданной концентрации дистиллята или степени разделения.

Основные возмущения: изменение характеристик исходной смеси, тепло- и хладоносителей, изменение свойств теплопередающих поверхностей.

Поскольку анализаторы состава целевого продукта, как правило, отсутствуют, приходится вести регулирование процесса по косвенным показателям, от которых зависит интенсивность процесса ректификации.

Р1КАС