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

поддерживается постоянное отношение D/F, изменение состава дистиллята может быть выражено следующим образом:

Несмотря на то, что ответная реакция контура, не обладающего компенсацией, представляет собой разность двух составляющих

1 1

I I j I

Рпс. X I - 2 1 . Схема прохождения прямой (1) п отраженной (2) волн по колонне прп изменении расходов сырья (о) и дистил­ лята (б).

переходной характеристики, наилучшая компенсация соответствует отношению этих двух составляющих. Отношение изменения у в за­ висимости от F к противоположно направленному изменению у в зависимости от D приведено на рис. X I - 2 4 (сплошная кривая).

У*

к

Переходная характеристика компенсационного устройства, В К Л Ю - чающего два звена инерционного запаздывания и одно звено опере­ жения, при скачкообразном возмущающем воздействии также при­ ведена на рис. X I - 2 4 . Эта модель не очень точно воспроизводит характеристику g(t) процесса, но'лучше, чем любая другая трех­ элементная модель. Модель более высокого порядка сложнее в эксплу­ атации и дороже.

300

Такая компенсация обычно применяется при отводе дистиллята из затопленного конденсатора, количество жидкости в котором предполагается постоянным. При наличии же сборника, в котором уровень жидкости воздействует иа расход флегмы, опережающую

интенсивно, чем на расход дистиллята. Переходная характеристика, аналогичная характеристике, приведенной на рис. X I - 2 4 , может быть получена введением звена инерционного запаздывания в контур прямой связи. Это особенно важно, когда осуществляется регули­ рование по принципу компенсации возмущений нескольких сов­

тепла в колонну с помощью регулятора уровня жидкости в кубе. Это ' влияние будет небольшим, если расход кубового про­ дукта невелик относительно расхода исходной смеси. В данном случае желательно применить динамическую компенсацию, которая

с прямой связью, применяемая в них динамическая компенсация должна быть различной. Ступенчатое увеличение расхода исходной смеси вызывает увеличение скорости испарения в кубе колонны, что приводит к нарушению равновесия между паром и жидкостью на тарелках колонны, постепенно распространяющееся вверх по колонне.

С течением времени отклонение от равновесия вызовет увели­ чение расхода флегмы, вследствие чего равновесие между паром и жидкостью на тарелках колонны восстановится. Однако вследствие внезапного увеличения скорости испарения кубовый продукт в боль­ шей, чем раньше, степени начнет уноситься вверх по колонне, по­ нижая уровень в кипятильнике до тех пор, пока не возрастет расход флегмы. Для обнаружения отклонения от равновесия должен быть установлен анализатор состава или измеритель температуры,

301

который будет указывать, какую поправку следует вносить в контур регулирования в каждый момент времени.

Для качественного регулирования состава кубового продукта в прямой контур регулирования подачи тепла в колонну должен быть установлен динамический элемент gv (t), обладающий инер­ ционным запаздыванием. В контур регулирования расхода дистил­ лята также устанавливают динамический элемент gD (t) с инерцион­ ным запаздыванием, величина которого определяется после наст­ ройки элемента gv (t). Введение таких динамических элементов приемлемо в том случае, когда уровень жидкости в сборнике воз­ действует на орошение.

Зкопомическое обоснование применения контуров регулирования по возмущению. Контуры регулирования с прямой связью (по воз­ мущению) всегда более сложны и состоят из большего числа эле­ ментов, чем контуры регулирования с обрати ой связью (по откло­ нению), поэтому целесообразность их использования должна быть обоснована. Контуры с прямой связью проектируются либо с целью получения продукта заданного состава в узких пределах, либо с целью ведения процесса с наименьшими затратами. Экономическое

При обосновании целесообразности контуров с прямой связью необходимо выявить преимущества, которые достигаются при их применении, по сравнению с применением контуров регулирования с обратной связью. При этом результаты применения последних должны быть предварительно оценены.

Если скорость подачи исходной смеси и ее состав постоянны, то не имеет смысла применять контуры регулирования с прямой связью. Если скорость подачи исходной смеси в колонну подвержена внешним возмущениям, то на линии подачи смеси на некотором расстоянии от колонны устанавливают небольшую емкость. Тогда изменения скорости подачи исходной смеси при случайных возму­ щениях или при воздействии автоматического регулятора будет протекать так быстро, что контур регулирования состава продукта с обратной связью не будет успевать на него реагировать.

Контур регулирования с прямой связью,учитывающий изменение скорости подачи исходной смеси, несложен. Он включает элемент опережения или запаздывания сигнала и делитель, устанавливаемый на линии между датчиком расхода исходной смеси и регулятором расхода дистиллята, как показано на рис. X I - 1 5 .

Второй контур регулирования с прямой связью учитывает изме­ нение состава сырья и воздействует на регулятор расхода дистил­ лята. Стоимость его намного превышает стоимость предыдущего контура, а его применение менее необходимо. Последнее объясняется тем, что состав исходной смеси, подаваемой из промежуточной емкости или другой технологической установки, изменяется с огра­ ниченной скоростью. Во многих ректификационных установках сырьевая емкость обладает даже большей инерционностью (судя

302

по временной характеристике), чем контур регулирования качества получаемого продукта с обратной связью. В этих случаях такая схема регулирования может быть успешно применена для компен­ сации изменения состава исходной смеси.

ной смеси требует анализатора качества сырья, устройства для умножения двух величин и иногда сумматора. Строго говоря, такой контур с прямой связью должен иметь отдельное устройство для динамической компенсации процесса (не считая того, которое уже было рассмотрено и должно быть установлено в прямом контуре регулирования, учитывающем изменение скорости подачи исходной смеси)2 7 . Однако поскольку состав исходной смеси обычно изме­ няется очень медленно, применение отдельного компенсатора в рас­ сматриваемом контуре не оправдано. Контур регулирования состава

Целесообразность применения комбинированного регулирования (по отклонению и по возмущению) определяется четырьмя основными требованиями: 1) повышения качества продукта; 2) увеличения выхода готового продукта; 3) снижения расхода воды, пара и электро­ энергии; 4) уменьшения свободного объема емкостей.

К качеству продуктов, получаемых на промышленных установ­ ках, предъявляются определенные требования. Чтобы гаранти­ ровать получение продукта заданного состава при больших и дли­ тельных изменениях нагрузки, качество получаемого продукта обычно поддерживается на уровне, несколько превышающем мини­ мально допустимый. Регулирование с прямой связью уменьшает отклонение состава продукта при изменениях нагрузки, что поз­ воляет поддерживать его качество ближе к минимально допустимому уровню.

от 0,95 до 0,99. Среднее значение величины у равно 0,97, что пре­ вышает установленное ранее минимальное значение 0,95. Приме­ нение контура регулирования с прямой связью уменьшает размах отклонения параметра у в 4 раза, что позволяет снизить среднее значение у до величины 0,955, т. е. на 0,015 по сравнению с преды­ дущим случаем. А так как расход дистиллята и его состав обратнопропорциональны друг другу, то снижение заданного значения у на 0,015 приводит к увеличению расхода дистиллята при тех же условиях:

Di i/2 95,5

Увеличение выхода продукта на 1,6% без дополнительных эксплуатационных затрат очень выгодно. Поэтому контур

303

регулирования с прямой связью окупает себя всего за несколько недель 2 5 .

Предположим, что система регулирования с прямой связью обеспечивает идеальное регулирование состава продукта, в резуль­ тате чего заданное значение у может быть снижено до 95% . При этом расход продукта увеличивается в 97/95 = 1,021 раза, т. е. по сравнению с последним случаем всего лишь на 0,5%. Отсюда сле­ дует, что применение обычной системы регулирования с прямой евязью позволяет значительно увеличить выход продукта заданного качества при тех же эксплуатационных затратах. Применение же идеальной системы регулирования значительного преимущества не дает.

У

0,99-

Рис. XI - 25 . Графики изменения параметра у во времени, при отсутствии контура регулирования с прямой связью

(1)и прп его наличии (2).

Сточки зрения экономии энергетических затрат эффективны •схемы регулирования, обеспечивающие подачу тепла в колонну соответственно скорости подачи исходной смеси.

Экономия от уменьшения свободного объема аппаратов в основ­ ном может быть получена на новых установках. Напомним, что •основная задача контуров регулирования с прямой связью заклю­ чается в обеспечении высокого качества регулирования процесса ректификации при изменениях скорости подачи и состава исходной •смеси. Промежуточные емкости также используются для поглощения этих возмущений. Заметим, что при регулировании качества про­ дукта с применением контуров прямой связи качество продукта •обычно улучшается настолько, что совершенно отпадает необхо­ димость в промежуточных емкостях. На больших установках эко­ номия только за счет изъятия этих емкостей в несколько раз пре­ вышает стоимость дополнительных приборов и регуляторов.

с прямой связью экономия также возрастает. Например, если один из продуктов ректификационной колонны непосредственно подается

304