Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация технических процессов в химической промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

Свежий абсорбент

Абсорбент после

абсорбции •

Абсорбент на

абсорбцию

рис. 4.43. Схема регулирования со-

става абсорбента, поступающего в

колонну.

мам ее работы. В этих случа-

ях следует стабилизировать не

давление, а перепад давления

в колонне изменением расхода

обедненной газовой смеси.

Регулирование процесса при рецикле абсорбента. В некото-

рых случаях абсорбент, выходящий из куба колонны, лишь час-

тично отбирается с установки, большая же часть его возвра-

щается в колонну в качестве рецикла. Уровень в колонне при

такой технологии регулируют изменением расхода насыщенно-

го абсорбента, выводимого с установки, а концентрацию У

—

изменением расхода свежего абсорбента.

Регулирование состава абсорбента, поступающего в абсорб-

ционную колонну (рис. 4.43). Абсорбент, возвращаемый с уча-

стка десорбции, может содержать некоторое количество компо-

нентов газовой смеси, что значительно ухудшает процесс аб-

сорбции. В этом случае необходимо постоянно выводить часть

отработанного абсорбента из системы и вводить такое же коли-

чество свежего. Это осуществляется в специальной емкости»,

устанавливаемой между абсорбером и десорбером. При этом

состав абсорбента на входе в абсорбер стабилизируется путем

изменения расхода свежего абсорбента. Баланс между расхода-

ми свежего и отработанного абсорбента, выводимого из систе-

мы, поддерживается с помощью регулятора уровня, воздейству-

ющего на расход сливаемого абсорбента.

Регулирование по возмущению (использование многоконтур-

ных систем). Если в объект будут поступать возмущения в виде

изменения состава и расхода исходной смеси, то расход абсор-

бента целесообразно изменять в зависимости от этих парамет-

ров, т. е. использовать регулирование по возмущению. На схе-

ме показана двухконтурная система, осуществляющая такое

регулирование (рис. 4.44).

Благодаря использованию многоконтурных систем можно

значительно улучшить качество регулирования процесса и при

наличии других возмущений. В качестве вспомогательных па-

раметров выбирают расход абсорбента — при регулировании

концентрации извлекаемого компонента в обедненной смеси;

расход хладоносителя — при регулировании температур газовой

смеси и абсорбента, выводимых из холодильников; расход на-

сыщенного абсорбента — при регулировании уровня.

Регулирование нескольких последовательно установленных

абсорбционных колонн. Система автоматического регулирования

последовательно установленных абсорберов принципиально не

отличается от систем регулирования одного абсорбера. Кон-

.189

Рис. 4.44. Контур регулирования по возмущению при переменных расходе и

составе исходной смеси.

Рис. 4.45. Типовая схема автоматизации процесса адсорбции:

/ — адсорбционная колонна; 2 — тарелки; 3 — дозатор.

центрацию У

регулируют изменением подачи абсорбента, по-

ступающего в первый по ходу абсорбента аппарат. Стабилизи-

руются уровни в каждом абсорбере, температуры газовой сме-

си и абсорбента на входе в установку и давление в последнем

по ходу газа абсорбере. В тех случаях, когда между абсорбера-

ми установлены промежуточные холодильники для охлаждения

абсорбента, необходимо предусмотреть регулирование темпера-

туры абсорбента перед абсорберами путем изменения расхода

хладоносителей.

Адсорбция

Типовое решение автоматизации (рис. 4.45). В качестве объек-

та управления возьмем противоточный непрерывнодействующий

аппарат 1 с кипящим слоем мелкозернистого адсорбента на та-

релках 2. На верхнюю тарелку такого аппарата подается ад-

сорбент с помощью дозатора 3. Под действием силы тяжести

адсорбент проваливается с тарелки на тарелку и выводится из

нижней части адсорбера; газ же движется снизу вверх и выво-

дится из верхней части аппарата. Показатель эффективности,

цель управления и закономерности такого процесса адсорбции

аналогичны процессу абсорбции, поэтому типовые решения ав-

томатизации этих процессов одни и те же. Основным контуром

регулирования является регулятор концентрации адсорбируе-

мого компонента в отходящем газе, а регулирующее воздействие

осуществляется изменением расхода адсорбента (корректиров-

кой работы дозатора 3). Для устранения возмущения по каналу

расхода газовой смеси этот расход стабилизируется.

.190

Контролю подлежат расход газовой смеси, конечная кон-

центрация адсорбируемого компонента, температуры газовой

смеси и адсорбента, температуры по высоте адсорбера, давле-

ние в верхней и нижней частях колонны, перепад давления,

между ними. Сигнализации подлежат концентрация адсорби-

руемого компонента в отходящем газе и давление в колонне;,

при резком возрастании последнего должно сработать устрой-

ство защиты.

Регулирование гидравлического сопротивления колонны. Од-

ним из важных параметров процесса адсорбции в кипящем слое

является перепад давлений в верхней и нижней частях колонны.

При постоянном расходе газовой смеси этот параметр опреде-

ляется массой адсорбента на тарелках, поэтому регулирующее-

воздействие при стабилизации перепада давления осуществля-

ется корректировкой работы дозирующего устройства. При ис-

пользовании такой схемы обычно отпадает необходимость в ре-

гулировании конечной концентрации адсорбируемого компонен-

та. Можно использовать двухконтурную систему, основным

параметром которой будет конечная концентрация, а вспомо-

гательным — перепад давлений.

Перепад давления по всей колонне в конечном счете опре-

деляется количеством адсорбента, поступающего на верхнюю

тарелку, т. е. перепадом давления на ней.

(

В связи с этим можно

идти по пути стабилизации этого параметра, так как он значи-

тельно менее инерционен, чем перепад по всей колонне.

Регулирование аппаратов с провальными тарелками пере-

менного сечения. Если конструкция тарелок позволяет изменять

их проходное сечение, появляется еще один канал регулирую-

щего воздействия. Обычно поперечное сечение тарелок поддер-

живают на таком значении, чтобы перепад давления на отдель-

ных тарелках был постоянным.

Работа тарелок такой конструкции может быть настроена и

на дискретный режим, когда порция адсорбента единовременно

подается на верхнюю тарелку и остается там в течение задан-

ного времени; затем проходное сечение тарелки открывается,

и адсорбент проваливается на нижележащую тарелку и т. д.

Для управления такими тарелками устанавливается про-

граммное устройство, которое в соответствии с жесткой вре-

менной программой открывает и закрывает проходные сечения

тарелок. Это же устройство при сбрасывании адсорбента с

верхней тарелки выдает сигнал дозатору на начало загрузки

ее свежим адсорбентом. Загрузка продолжается до того момен-

та, когда перепад давления на верхней тарелке становится рав-

ным заданному.

Регулирование десорберов с кипящим слоем. Выделение из

адсорбента поглощенного вещества проводится в кипящем слое

противоточных тарельчатых сорбционных аппаратов. Адсорбент

после адсорбера (рис. 4.46) подается на верхнюю тарелку, а в

нижнюю часть после калорифера поступает нагретый воздух.

.191

Теплоноситель

Адсорбент после

Рис. 4.46. Схема регулирования про-

адсорбиии цесса десорбции в кипящем слое:

/ — калорифер; 2— десорбционная колон-

на; 3 — тарелки; 4— дозатор.

Воздух

Адсорбент на адсорбцию

Как

<и

для процесса адсорбции,

система регулирования де-

сорбера включает узлы регу-

лирования перепада давления

в колонне и расхода воздуха.

Кроме того, для лучшего вы-

деления поглощенного вещест-

ва стабилизируют температу-

ру воздуха после калорифера

изменением расхода теплоносителя.

Регулирование адсорберов с неподвижным слоем адсорбента

(рис. 4.47). Адсорберы этого типа относятся к периодически

действующим аппаратам. Для управления ими устанавливает-

ся программное устройство, которое по жесткой временной

программе осуществляет следующие операции: открывает кла-

паны 1 и 2 « закрывает клапаны 3—8 (операция адсорбции);

открывает клапаны 3 и 6 и закрывает клапаны 2, 4, 5, 7, 8

(операция десорбции); открывает клапаны 4 и 7 и закрывает

клапаны 1—3, 5, 6, 8 (операция сушки адсорбента), открывает

клапаны 5 и 7 и закрывает клапаны 1—4, 6, 8 (операция охлаж-

дения адсорбента); открывает клапан 8 и закрывает клапаны

1—7 (операция слива конденсата).

Рис. 4.47. Схема регулирования адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

192

Рис. 4.48. Типовая схема автоматизации процесса сушки:

/ — топка; 2 — смесительная камера; 3 — барабан; 4 — бункер; 5 — циклон; 6 — вентиля*

тор; 7 — автоматический дозатор; 8 — электродвигатель барабана.

Сушка

Типовое решение автоматизации (рис. 4.48). В качестве объек-

та управления при автоматизации процесса сушки возьмем ба-

рабанную прямоточную сушилку, в которой сушильным аген-

том служат дымовые газы, получаемые в топке. Показателем

эффективности данного процесса является влажность со

мате-

риала, выходящего из сушилки, а целью управления — поддер-

жание этого параметра на определенном значении.

Влажность сухого материала определяется, с одной стороны,

количеством влаги, поступающей с влажным материалом, а с

другой — количеством влаги, удаляемой из него в процессе

сушки. Количество влаги, поступающей с влажным материалом,

зависит от расхода этого материала и его влажности со

Расход материала определяется производительностью су-

шилки, которая, как правило, должна быть постоянной. Поэто-

му следует идти по пути стабилизации расхода влажного ма-

териала, что обеспечивает заданную производительность и уст-

раняет возмущения по данному каналу. Для этой цели устанав-

ливают автоматические дозаторы.

Влажность Юн зависит от технологического режима предыду-

щих процессов. С изменением этого параметра в объекте будут

иметь место сильные возмущающие воздействия.

Количество влаги W, которое поглощается сушильным аген-

том, определяют по формуле

w = kfk

где К — коэффициент массопередачи (величина мало изменяющаяся); F —

1 по

поверхность контакта сушильного агента и материала; А — средняя движу-

щая сила процесса.

Поверхность F зависит от толщины слоя материала и его

гранулометрического состава. Толщина слоя определяется на-

личием материала в барабане и при постоянных расходе ма-

териала и скорости вращения барабана (в практике для вра-

щения используют асинхронные двигатели с постоянным чис-

лом оборотов рабочего вала) будет постоянна. Гранулометри-

ческий состав определяется ходом предыдущих технологиче-

ских процессов; с его изменением в объект вносятся возмуще-

ния.

-Средняя движущая сила А определяется движущими сила-

ми в начале Ai и в конце Аг процесса (рис. 4.49). Положение

точки А зависит от значений влажности материала w и сушиль-

ного агента ф

, которые определяются предшествующими про-

цессами. Стабилизировать их сложно; по этим каналам будут

поступать возмущения.

Положение точки Б определяется значениями влажности

материала о)

(to

задается, исходя из цели управления) и

сушильного агента ф

. Величина влажности ф

зависит от рас-

хода сушильного агента, проходящего через сушилку; чем он

больше, тем меньше ф

и тем левее располагается точка Б на

линии влажности со

. С изменением расхода сушильного агента

в объект могут вноситься действенные регулирующие воздейст-

вия.

Положение точек Г и Д определяется положением кривой

равновесной влажности. Положение этой кривой зависит от

температуры и разрежения в барабане сушилки. Разрежение

легко стабилизируется путем изменения расхода сушильного

агента, выводимого из сушилки. Температура же определяется

всеми начальными параметрами, а также интенсивностью про-

цесса испарения влаги из материала. Стабилизировать ее мож-

но, в частности, путем изменения расхода или температуры су-

шильного агента. Необходимо отметить, что диапазон измене-

ния последнего параметра существенно ограничен, что объясня-

ется требованиями техники безопас-

ности и возможностью разложения

высушиваемого материала.

Таким образом, все параметры,

влияющие на показатель эффектив-

ности, стабилизировать невозможно.

Рис. 4.49. Диаграмма со—<р:

ОВ — кривая равновесной влажности; к> , со

—

влажность материала на входе в сушилку и вы-

ходе из нее; ф

, <р

— влажность сушильного аген-

та на входе в сушилку и выходе из нее.

.194

J3 частности, возмущения будут возникать в результате изме-

нения начальной влажности материала и сушильного агента со

и фн, гранулометрического состава материала и т. д.

В барабане может изменяться распределение материала, а

также гидродинамические условия его обтекания сушильным

агентом. В связи с этим в качестве основного регулируемого

параметра целесообразно взять влажность со

(используются

влагомеры кондуктометрические, оптические, радиационные,

электротермические, комбинированные), а регулирующее воз-

действие осуществлять изменением расхода сушильного агента.

Если сушильный агент готовится в топке, то регулирующий кла-

пан устанавливают на линии топлива (см. с. 159). Соответствие

между расходами топлива и воздуха обеспечивается регулято-

ром соотношения.

Температура сушильного агента на входе в барабан должна

быть стабилизирована путем изменения расхода вторичного

воздуха. Необходимо регулировать также расход влажного

материала и разрежение в сушилке изменением расхода ото-

бранного сушильного агента.

При управлении процессом сушки следует контролировать

расход топлива, первичного и вторичного воздуха, влажного и

сухого материала, температуру сушильного агента на входе в

сушилку и на выходе из нее, температуру в сушилке, разреже-

ние в смесительной камере.

При значительном отклонении показателя эффективности от

заданного значения, опасном повышении температуры сушиль-

ного агента на входе в сушилку и остановке электродвигателя

барабана должен быть подан сигнал обслуживающему персона-

лу. Кроме того, при остановке электродвигателя должна быть

прекращена подача материала в сушилку.

Регулирование температуры сушильного агента в сушилке.

При отсутствии надежного прибора для непрерывного измере-

ния влажности материала, а также при больших запаздывани-

ях в сушилке в качестве основного регулируемого параметра

следует брать температуру сушильного агента в барабане. Дат-

чик регулятора температуры следует ставить на расстоянии

4i длины сушилки от места ввода материала, где запаздывание

мало и уже испарилась значительная часть влаги. В связи с

тем что температура является распределенным параметром,

правильнее было бы вести регулирование по средней темпера-

туре по длине сушилки. Однако осуществить многоточечное из-

мерение температуры во вращающемся барабане сложно.

Более перспективным является использование двухконтур-

ных систем регулирования, где в качестве основного параметра

взята температура сушильного агента на выходе из барабана

(или влажность его), а в качестве вспомогательного — темпе-

ратура в середине сушилки. Можно построить двухконтурную

систему также следующим образом: основной параметр — тем-

пература в середине сушилки, вспомогательный — параметр,

13*

195

Конденсат

Рис. 4.51. Схема регулирования ленточной (конвейерной) сушилки:

/ — калорифер; 2 — сушилка; 3 — дополнительный подогреватель; 4 — вентилятор; 5 — пи-

татель.

характеризующий загрузку барабана, например расход влаж-

ного материала или ток электродвигателя привода барабана.

В качестве основной регулируемой величины может ис-

пользоваться и температура материала на выходе из сушилки.

Однако измерение этого параметра представляет значительные

трудности ввиду неравномерности температурного поля в ма-

териале, налипания частиц на датчик и т. п.

Регулирование противоточных барабанных сушилок (рис.

4.50). В противоточных сушилках для предотвращения разло-

жения материала под действием высоких температур в каче-

стве основной регулируемой величины нужно использовать тем-

пературу материала на выходе из сушилки и вносить регули-

рующие воздействия изменением расхода сушильного агента.

Температура воздуха на входе в барабан регулируется изме-

нением расхода теплоносителя, подаваемого в воздухоподогре-

ватель, а влажность — изменением расхода рециркулирующего

воздуха. Узлы регулирования расхода влажного материала и

разрежения остаются такими же, как и в прямоточных сушил-

ках.

Отработанный сушильный агент

Влажный

материал

Теплснс-

Рис. 4.50. Схема ре-

гулирования противо-

точной барабанной

сушилки:

1 — транспортер влажно-

го материала; 2 — бара-

бан-. 3 — воздухонагрева-

тель.

Отработанный сушильный'

агент

Влажный

материал

.196

Рис. 4.52. Схема регулирования струйной сушилки:

/ — топка; 2 — сушилка; 3 — теплообменник суспензии; 4— сепаратор; G — размеры ча-

стиц.

Следует отметить, что изменение расхода сушильного аген-

та в противоточной сушилке может быть осуществлено и в за-

висимости от влажности со

, а также от температуры в самом

барабане.

Регулирование ленточных и конвейерных сушилок (рис.

4.51) подобно барабанным. Стабилизации подлежат влажность

сухого материала или конечная температура сушильного аген-

та, температура сушильного агента на входе в сушилку, раз-

режение в сушилке.

Конструкции ленточных и конвейерных сушилок позволяют

принимать и особые решения по их автоматизации. При ис-

пользовании ленточного транспортера (конвейера) появляется

возможность регулирования влажности со

изменением скоро-

сти транспортера. При наличии дополнительного подогревателя

под транспортером расход теплоносителя в подогреватель ста-

билизируется, а при рецикле части сушильного агента ее рас-

ход изменяется в зависимости от влажности ф

(на схеме этот

узел не показан).

Регулирование струйных распылительных сушилок (рис.

4.52). В сушилках этого типа осуществляется сушка суспензий

различных неорганических соединений (предварительно нагре-

тых в теплообменнике) за счет распыливания их сушильным

агентом. В струйных (и других) распылительных сушилках, как

правило, требуется получить продукт не только заданной влаж-

ности, но и постоянного гранулометрического состава.

Дисперсность распыла в струйных сушилках определяется

в основном соотношением расходов сушильного агента и сус-

пензии. Поэтому к уже известным решениями по автоматизации

добавляется, в частности, узел регулирования размеров частиц

.197

Теплоноситель

Рис. 4.53. Схема регулирования

распылительной сушилки с

механическими распылителями:

1 — вентилятор; 2 — теплообменник;

\ ^ 5 — встряхивающее устройство: б —

\ g механические распылители (форсун-

=>= ки); 7 — питательный насос.

3сушилка; 4 — мешочный фильтр;

Воздул

иф<>1 6 t.

5 Р

§1| изменением соотношения

if расхода суспензии и сум-

j-g, марного расхода воздуха,

поступающего в топку.

ks\ Если допустима ста-

билизация подачи суспен-

зии, то в схему дополни-

тельно вводится регуля-

тор суспензии.

В настоящее время при автоматизации струйных сушилок в

качестве основной регулируемой величины часто используют не

влажность сок, а температуру или влажность отработанного су-

шильного агента. Регулирование этих параметров в струйных

сушилках можно осуществлять и изменением расхода влажного

материала, так как продолжительность переходного процесса

при изменении расхода распыливаемой суспензии невелика (2—

3 мин).

Регулирование сушилок с механическими распылителями.

В таких сушилках суспензия распыливается за счет давления

перед механическим распылителем (форсункой), которое и сле-

дует стабилизировать. Все остальные узлы регулирования та-

кие же, как и у струйных сушилок.

В отдельных случаях идут по пути корректирования давле-

ния суспензии перед форсункой по основному показателю про-

цесса. Такими показателями могут быть влажность высушенно-

го продукта, его гранулометрический состав, температура отра-

ботанного сушильного агента. Выбор основного регулируемого

параметра определяется целью управления и свойствами сус-

пензии.

На рис. 4.53 показана одна из таких схем с использованием

двухконтурной системы регулирования. Регулирующее воздей-

ствие осуществляется байпасированием части суспензии с вы-

хода насоса суспензии на его вход. В приведенной конструкции

сепарация высушенного продукта производится непосредственно

в корпусе сушилки мешочными фильтрами. Для регенерации их

предусмотрен встряхивающий механизм, который управляется

командным устройством по жесткой временной программе.

Регулирование сушилок с дисковыми распылителями. В ди-

сковых распылительных сушилках диспергирование суспензий

производится с помощью вращающихся дисков. Число оборотов

дисков существенно влияет на процесс сушки, поэтому данный

параметр необходимо стабилизировать. В случае применения

.198