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

нала, вызывающего увеличение расхода реагента. Очевидно, в этпх условиях регулятор работает некорректно и принимать во внимание его показания пе следует. Если невозможно определить момент окончания реакции, необходимо подавать в реактор определенное количество реагента, отмеренное .счетчиком. Иногда окончание реакции сопровождается падением или повышением давления. Тогда по изменению давления в реакторе можиопрекращать подачу в него реагента.

Регулирование реактора периодического действия при окончании реакции имеет еще одну особенность: регулятор не должен иметь

Реагент

Рпс. Х-20. Схема регулирования реактора периодиче­ ского действия по температуре и по параметру, сви­ детельствующему об окончании реакции.

интегральной составляющей. Последнее объясняется тем, что обычно реакция проводится не точно на заданном значении регулируемого параметра. В результате интегральная составляющая все время стремилась бы ликвидировать имеющееся рассогласование и в ко­ нечном счете привела бы к перерегулированию. Поэтому регулятор должен быть пропорционально-дифференциальным с нулевым сме­ щением статической характеристики, т. е. при отсутствии рассогла­ сования параметра клапан должен быть закрыт. При измерении величины рН реагент должен подаваться в реактор через клапан с логарифмической характеристикой (без каскадной системы регу­ лирования расхода) для выравнивания характеристики процесса нейтрализации.

Система регулирования реактора по температуре и по параметру, свидетельствующему об окончании реакции, приведена на рис. Х-20.

271

Г Л А В А XI

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ

Получение целевых продуктов заданного состава возможно лишь при условии качественного регулирования процесса ректификации, что представляет довольно трудную задачу по следующим причинам:

1)наличие, значительного времени запаздывания ректифика­

ционных колонн, обусловленное большим числом тарелок;

2)взаимодействие отдельных параметров процесса;

3)невозможность непосредственного анализа состава продуктов разделения;

4)наличие частых и больших по величине возмущений процесса ректификации;

5)трудность формулировки требований, предъявляемых к пара­ метрам процесса. •

В результате интенсивных изысканий в области автоматизации

Факторы, влияющие на качество продуктов разделения

Исследования процесса ректификации начинают с расчета, в ре­ зультате которого определяют число теоретических тарелок, не­ обходимых для получения продукта разделенпя заданной чистоты.

272

Очевидно, что эффективность работы тарелок, место подачи исходной смеси и другие факторы несколько видоизменяют схему процесса. Однако основное влияние на процесс ректификации ока­ зывают указанные выше два фактора, поэтому при проектировании системы автоматизации любой колонны эти факторы учитываются в первую очередь. Основная цель регулирования процесса, ректи­ фикации — сохранение материального и теплового балансов ко­ лонны.

Расход дистиллята. В стационарном состоянии расход исходной смеси F должен быть равен сумме расходов дистиллята D и кубового продукта В:

Должен также соблюдаться материальный баланс по каждому компоненту разделяемой смеси. Обозначая через z, у и х мольную долю иизкокипящего компонента в потоках F, D н В, получим:

из получаемых продуктов. Расход другого продукта является зави­ симой переменной и определяется через расход исходной смеси. Допустим, что расход дистиллята независимо изменяется системой регулирования (причина такого выбора будет рассмотрена ниже). В этом случае для соблюдения материального баланса колопны кубовый продукт должен отводиться из колонны регулятором уровня жидкости в кубе колонны в соответствии с равенством:

B=F—D

Подставляя полученное выражение для В в уравнение мате­ риального баланса низкокипящего компонента, получим зависимость между составами обоих продуктов и расходом дистиллята:

Fz=DyA-(F — D)x

откуда

На рис. X I - 2 соотношение (XI,3) представлено графически в виде наклонной прямой при условии, что величины а; и у постоянны. Мы видим, что для сохранения материального баланса отношение D/F должно изменяться прямо пропорционально величине z. Напомним, что величина z, как и F, является нерегулируемой переменной. Следовательно, если z будет изменяться, то для поддержания по­ стоянных значений хну следует с помощью автоматического регу­ лятора изменять отношение DIF.

Уравнение материального баланса содержит две неизвестные величины: х и у. Чтобы найти их, необходимо иметь еще одно

уравнение. Для определения требуемого числа теоретических таре­ лок п было предложено уравнение Фенске2 8 :

где а — относительная летучесть получаемого продукта при беско­ нечно большом орошении.

и отношения количества поданного в колонну тепла к расходу исход­ ной смеси. Решая уравнение (XI,5) относительно у в зависимости от х и относительно х в завпсимостн от у, получим:

стно с уравнением материального баланса не представляется воз­ можным, поэтому продемонстрируем использование этих уравпенпй

s = 0,95- 0,95 0,05 • 0,05

274

Если при конкретных значениях состава исходной смеси и эффек­ тивности колонны желательно получить любое другое значение х пли у, необходимо установить соответствующее им отношение DIF. Сначала выбирают определенное значение г/, а затем по видоизме­ ненному уравнению Фенске (XI,6) рассчитывают соответствующее ему значение х. Зная величины х, у и z, по уравнению материального баланса находят требуемое значение отношения DIF. На рис. X I - 3 показано влияние изменения отношения DIF для приведенного примера на составы дистиллята и кубового продукта. С увеличением этого отношения уменьшаются значения х и у, но в разной степени.

Тангенсы углов наклона этих кривых представляют собой ко­ эффициенты передачи процесса ректификации. В рассматриваемом случае при отношении DIF, равном 0,5, наклоны этих кривых слу­ чайно имеют одинаковые значения:

вызовет изменение состава дистиллята и кубового продукта па 0,9%.

зависят от отношения расходов дистиллята и исходной смеси; 2) изменения состава исходной смеси могут быть компенсированы

соответствующим изменением отношения DIF;

3) при постоянной степени разделения исходной смеси регули­ рование состава одного из продуктов будет влиять и на состав дру­ гого продукта (для данной степени разделения соотношение между параметрами х и у постоянно).

Расход пара. Для разделения потока исходной смеси на со­ ставляющие его компоненты требуется в кипятильник ректифи­ кационной колонны подводить определенное количество тепла Q. Можно предположить, что оно примерно пропорционально расходу исходной смеси. Количество образующегося при этом пара V про­ порционально количеству подводимого тепла:

(XI . 7)

где Н0 — теплота парообразования. Степень разделения исходной смеси в колонне можно выразить в зависимости от отношения рас­ ходов пара и сырья V/F.

При бесконечном орошении расход дистиллята равен нулю, поэтому скорость подачи исходной смеси также должна быть равна

нулю. Степень разделения смеси при бесконечном орошении, как было установлено по уравнению Фенске, равна:

для данной колонны определяется из условия, что состав регули­ руемого продукта поддерживается на требуемом значении, но из колонны продукт еще не выводится. Если регулируемой величиной

образом, при минимальном соотношении расходов пара и исходной

смеси производительность колонны равна нулю, как и при беско­ нечном орошении. Мипимальная степень разделения SmlanT}n(VlF)m[n равна

области процесса ректификации. Для лучшего понимания этой

276