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

как питание на химический реактор, то интенсивность загрязнен­ ности катализатора примесями понижается, что увеличивает срок его службы.

Периодическая ректификация

Процесс периодической ректификации в настоящее время при­ меняется редко, однако с точки зрения регулирования он очень интересен и заслуживает подробного рассмотрения. Система регули­ рования процесса периодической ректификации значительно отли­ чается от системы регулирования процесса непрерывной ректифи­ кации.

Регулирование расхода дистиллята. Время, необходимое для раз­ деления исходной смеси методом периодической ректификации, обратно пропорционально скорости подвода тепла в колонну. Чтобы сократить это время до минимума, необходимо подачу тепла в ко­ лонну поддерживать на максимально возможном уровне в течение всего периода работы колонны. Отличительной чертой процесса периодической ректификации является то, что одна из переменных npoi есса — скорость подачи пара V, которая при непрерывной ректификации играла роль регулирующей величины •— устанавли­ ваем я на постоянном уровне. При этом условии составим мате­ риальный баланс ректификационной колонны, приведенной на рис. I X - 2 6 .

Если в качестве регулирующей величины для поддержания заданного состава верхнего продукта выбран расход дистиллята,

то в процессе регулирования будет также изменяться и расход флегмы, возвращаемой в колонну. В установках непрерывной рек­

что качество продукта в последнем случае зависит только от отно­ шения двух величин, т. е. от отношения D/V. С некоторым прибли­ жением колонну периодической ректификации можно рассматривать

Содержание низкокипящего компопента в кубовом остатке к моменту времени t может быть найдено из уравнения материального баланса:

Wx=W0x0 — D \ych

Откуда

С помощью этого уравнения можно найти величину у, используя модифицированное уравнение Фенске.

Еще раз напомним, что при постоянном отношении D/V состав дистиллята, отводимого из колонны, будет меняться. Количество дистиллята, собираемое в приемнике, зависит от установленных

норм на его качество. Среднее значение у, обозначаемое далее у,

306

Отвод дистиллята из колонны прекращается в тот момент, когда величина у, уменьшаясь, приближается к предварительно уста­ новленному значению.

Регулирование процесса периодической ректификации с по­ стоянной скоростью отвода дистиллята характеризуется следующими особенностями:

1)при сравнительно высоком значении отношения D/V степень разделения продукта невелика и отбор дистиллята из установки заканчивается при относительно высоком содержании низкокипящего компонента в кубовом остатке; в результате степень извлечения низкокипящего компонента из исходной смеси невелика;

2)при малых отношениях D/V, устанавливаемых с целью более полного извлечения низкокипящего компонента, для проведения процесса периодической ректификации требуется намного больше тепла и времени, чем в предыдущем случае.

Регулирование состава дистиллята. Более эффективно колонна периодической ректификации работает при поддержании постоян­ ного состава дистиллята. Для этого при непрерывно изменяющемся составе кубового продукта эффективность работы колонны также должна меняться. Следовательно, отношение D/V в самом начале процесса должно быть достаточно высоким, а затем регулятором состава дистиллята опо должно постепенно уменьшаться до нуля, когда будет достигнута заданная степень отгонки низкокипящего компонента. Система регулирования, обеспечивающая такую работу колонны, приведена на рис. X I - 2 6 . Регулятор температуры должен иметь интегральную составляющую, что позволит при изменяющемся расходе дистиллята поддерживать постоянным его состав.

Расход отбираемого продукта и скорость его изменения по мере, протекания процесса ректификации уменьшаются. Поэтому пол­ ностью выводить из колонны низкокипящий компонент экономи­ чески невыгодно. Отбор дистиллята целесообразно закончить в тот момент, когда произведение стоимости продукта на его количество, отводимое из колонны, уменьшаясь, достигает уровня эксплуата­ ционных затрат (рис. XI - 27) .

Наличие жидкости на тарелках колонны также ограничивает количество отбираемого дистиллята. Выводить из колонны в виде дистиллята следующий, более высококипящий, компонент можно лишь после того, как с ее тарелок удалена находящаясятам жидкость, представляющая собой «некондиционные_ отходы». Эта жидкость обычно собирается в отдельную емкость, откуда снова подается в куб вместе с новой порцией сырья.

Многокомпонентные смеси также могут быть разделены в ко­ лонне периодического действия, при этом каждую фракцию отводят

состава) обычно производится вручную. При отгонке каждого нового продукта возникают «некондиционные отходы», поэтому с увели-

у

чением числа отгоняемых продуктов использование процесса пери­ одической ректификации становится все менее целесообразным.

Максимальное извлечение продукта. При рассмотрении вычисли­ тельных устройств было показано, что можно составить такую программу отвода дистиллята, при которой за определенный период

времени из исходного сырья будет извлекаться максимальное коли­ чество продукта заданного среднего состава3 0 . Из рис. X I - 2 8 видно, что для этого оптимальная скорость отвода дистиллята во времени всегда должна находиться в промежутке между заданной постоянной и постепенно уменьшающейся скоростью, обеспечивающей поддер­ жание заданного состава дистиллята. По окончании процесса ректи­ фикации, проводимого с этой оптимальной скоростью, содеря^ание

308

нпзкокипящего компонента в кубовом остатке по сравнению с дру­ гими случаями будет наименьшим, так как при оптимальной ско­ рости одновременно уменьшаются величины у и D/V.

Зависимости расхода дистиллята от содержания в нем низкокипящего компонента для каждого из этих трех вариантов приведены на рис. X I - 2 9 . Из рисунка видно, как следует составить оптимальную программу ведения процесса периодической ректификации. Опти­ мальная программа требует изменения заданного значения регу­ лятора температуры (или состава) в зависимости от текущего расхода дистиллята. Хотя зависимость у от D, соответствующая оптимальной программе, нелинейна, она с достаточной степенью точности может быть аппроксимирована линейным уравнением:

где к — коэффициент, равный тангенсу угла наклона соответству­ ющей прямой; у о — исходный состав дистиллята. Такая линейная зависимость может быть легко обеспечена системой регулирования, приведенной на рис. X I - 3 0 . Заданное значение регулятора темпе­ ратуры (состава) автоматически устанавливается с помощью сум­ матора и ручного задатчика.

** *

Более полное рассмотрение различных рабочих режимов ректи­ фикационных колонн и систем их регулирования, применяемых в промышленной практике, к сожалению, не представляется воз­ можным. Выбор и составление систем регулирования в каждом случае следует проводить с учетом конкретных особенностей про­ цесса. При этом не следует подгонять конкретный процесс ректи­ фикации к одной из известных систем регулирования, а нужно учитывать характерные особенности процесса и проектировать систему регулирования с учетом этих особенностей.

Г Л А В А XII

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МАССОПЕРЕДАЧИ

Во всех процессах массообмена (за исключением ректификации) разделение смесей на отдельные компоненты протекает в присут­ ствии не одной, а нескольких фаз: газа (пара) — жидкости (абсорб­ ция, увлажнение); жидкости — жидкости (экстракция); жидкости — твердого вещества (выпарка, кристаллизация, адсорбция); пара — твердого вещества (сушка).

Вследствие этого во всех приведенных случаях один из потоков на выходе установки представляет собой либо готовый продукт (например, вторичный пар па выходе из выпарного аппарата), либо

309