Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

возвращен .обратно в реактор после конденсации; если испаряется продукт, он может быть отобран в виде пара. Такая система обла­ дает очень большим самовыравниванием. В этом случае вместо температуры более целесообразно регулировать давление, так как давление с большей чувствительностью и меньшим запаздыванием реагирует на любые возмущения. Эффективным средством поддер­ жания давления на заданном значении является дросселирование возвращаемой жидкости на выходе из конденсатора или дроссели­ рование пара, отводимого из реактора.

Ранее отмечалось, что регулирование величипы рН представляет собой трудную задачу, которая помимо трудностей, присущих всем системам регулирования состава, осложняется тем, что кривая рН имеет явную нелинейность. Последнее налагает особые требова­ ния к диапазону изменения расхода продуктов с помощью регули­ рующих клапанов и к другим параметрам системы регулирования.

На рис. Х-13 представлены типичные кривые потенциометрического титрования. Кривые титрования сильной кислоты сильным основанием вблизи точки нейтрализации имеют очень большой наклон, поэтому качественное регулирование в этом случае факти­ чески невозможно. При нейтрализации слабых кислот рН меняется не так резко, что значительно облегчает задачу регулирования процесса.

Регулирование рН успешно производится и в неорганических растворителях. При этом растворитель должен быть достаточно полярным, чтобы диссоциировать в растворе. Так как каждый растворитель имеет свое значение константы диссоциации, то нейтра­ лизация в неводной среде может произойти при значении рН, отлнч-

262

ном от 7. Не представляется возможным измерить рН в органических растворителях.

Если для регулирования химической реакции используется рН, то условия нахождения этой величины должны быть точно опреде­ лены. Например, кривая титрования продуктов реакции должна быть известна и не должна меняться. Кроме того, необходимо, чтобы требуемое отношение расхода реагирующей кислоты (или

по рЫ целевого продукта:

1 — реактор; г — датчик рН; з — насос.

регулирования с обратной связью. Схема такой системы регули­ рования приведена на рис. Х-14. Нелинейность кривой титро­ вания компенсируют применением нелинейного регулятора, описан­ ного в главе V . Для поддержания постоянства коэффициента пере­ дачи замкнутого контура во всем диапазоне изменения расходов статические характеристики датчиков расхода линеаризуют, уста­ навливая на линии их выходных сигналов устройства для извлече­ ния квадратного корня.

При такой схеме регулирования рН целевого продукта все время колеблется около заданного значения. Для окончательной нейтрали­ зации этого продукта предусматривают специальные системы. За­ дача регулирования рН на выходе таких систем значительно ослож­ няется рабочими условиями:

263

4) тип кислоты или основания может меняться (слабые, силь­ ные), что влияет на характер кривой рН.

Интервал изменения расхода реагентов зависит от изменения рН целевого продукта. Схему, приведенную на рис. Х-14, можно исполь­ зовать только при не более чем четырехкратном изменении расхода реагента, так как применяемый в ней расходомер переменного перепада давления обеспечивает точность выше 1 % лишь на участке шкалы от 25 до 10096. Линейные "регулирующие клапаны допускают 25-кратное изменение расхода, а клапаны с логарифмической харак­ теристикой применяются даже при 50-кратном его изменении.

Если требуется изменить расход в 200 и более раз, устанавли­ вают параллельно два регулирующих клапана. В этом случае для получения необходимого расхода устанавливают определенное соотношение между степенями открытия клапанов. Следует про­ водить тщательный анализ изменения коэффициента передачи этой системы. Если выбрать два линейных клапана с отношением коэффи­ циентов пропускной способности 1 : 10, то постоянство коэффициента передачи системы будет достигнуто лишь в том случае, если клапан меньшего размера полностью открыт при выходной величине регуля­ тора, равной 9% (1 : 11). Коэффициент передачи клапана с логариф­ мической характеристикой изменяется пропорционально расходу жидкости через него. Эта зависимость нарушается прп одновремен­ ном открытии обоих клапанов. Для их совместной работы требуется, чтобы меньший клапан был полностью закрыт, когда начинает открываться больший.

Разработана система регулирования рН с двумя клапанами с компенсацией -нелинейности кривой рН в большом диапазоне изменения расхода реагента (рис. Х-15). Меньший клапан с лога­ рифмической характеристикой 1 управляется П-регулятором рН 4, выходной сигнал с которого подается также иа больший клапан с линейной характеристикой 2, но через ПИ-регулятор 3, имеющий зону нечувствительности. Клапан 1 обеспечивает точную регули­ ровку, а клапан 2 вступает в действие при больших изменениях нагрузки.

Логарифмическая характеристика клапанов имеет примерно та­ кой же вид, как кривая рН. Если рН отклоняется от точки нейтра­ лизации, то коэффициент передачи кривой рН уменьшается. Откло­ нение рН приведет к открытию клапана, увеличивая его коэффи­ циент передачи и компенсируя изменение коэффициента передачи кривой рН. Полная компенсация изменения коэффициента передачи контура наблюдается при определенном соотношении между вели­ чиной рН и степенью открытия обоих клапанов. Это исключает применение интегрального воздействия в регуляторе, так как откло­ нение величины рН от точки нейтрализации уменьшается до нуля независимо от степени открытия регулирующего клапана.

264

изменяет проходное сечение со скоростью, определяемой отклоне­ нием входного сигнала регулятора от зоны нечувствительности, а также параметрами настройки пропорционального и интегрального воздействий. Когда входной сигнал регулятора снова войдет в зону нечувствительности, действие большего клапана прекращается. Боль­ ший клапан имеет линейную характеристику, так как коэффициент передачи контура регулирования без этого клапана при значитель­ ном удалении величины рН от точки нейтрализации почти не ме­ няется.

Если размер большего клапана в 20 раз превышает размер мень­ шего, то система обеспечивает изменение расхода реагента почти в 700 раз. Если и такое изменение расхода недостаточно, следует проводить нейтрализацию продукта в две или более стадий. Когда величина рН продукта изменяется в обе стороны от точки нейтра­ лизации, используется точно такая же вторая система регулирова­ ния, управляющая подачей другого реагента в тот же сосуд.

Комбинированное регулирование рН. На рис. Х-14 представлена комбинированная система регулирования величины рН по откло­ нению и по возмущеишо; при этом контур регулирования по возму­ щению работает от расхода продукта. В процессе нейтрализации изменения рН нейтрализуемого потока более часты и значительны, чем изменения его расхода. Соотношение между рН и требуемым количеством реагента меняется, поэтому для регулирования рН целесообразно применять совместно контуры регулирования по отклонению и по возмущению.

Для нахождения требуемого количества реагента расход нейтра­ лизуемого продукта умножают на содержащееся в нем количество кислоты или основания. Рассмотрим процесс нейтрализации коли­ чества F кислоты НА основанием В. Требуемый расход основания определяется по равенству:

Если реагент проходит через клапан с логарифмической харак­ теристикой, то зависимость между расходом и степенью его открытия т имеет вид:

- I n - ? — = 4 ( 1 - я г )

- " m ax

где г — заданное значение регулируемой величины; 100/Р — коэффи­ циент передачи контура регулирования по возмущению; а — величина сигнала контура обратной связи.

Вследствие логарифмической характеристики клапана коэффи­ циент передачи контура регулирования будет изменяться со степенью

265

открытия клапана (следовательно, и с расходом реагента) так же, как с изменепнем величины рН. Для того чтобы коэффициент пере­ дачи не зависел от расхода реагента, выходная величина регулятора обратной связи, обозначаемая через а, должна быть подана на то же самое устройство, что и текущее значение расхода нейтрализуемого

Реагент

Рпс. Х-16. Схема комбинированного регулирования рН.

продукта. Фактически имеем схему регулирования с обратной связью, аналогичную приведенной на рпс. Х-14, в которой для компенсации нелинейности кривой рН применяется нелинейный регулятор. При этом клапан с логарифмической характеристикой обеспечивает

Для обеспечения более точной подачи реагента на клапане с ло­ гарифмической характеристикой устанавливают позиционер. Для этой же цели реагент подают под постоянным напором. Если область изменения расхода реагента при установке одного клапана недоста­ точна, то устанавливают параллельно еще один клапан. Максималь­ ный расход меньшего клапана в этом случае должен составлять около 3% от пропускной способности большего клапана. При 5 0 % -

266