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

Некоторое количество разбавителя, непрерывно циркулирую­ щего в контур орошения колонны, выводится вместе с низкокипящим компонентом. Уменьшение количества разбавителя в тройном азеотропе вызывает повышение температуры в верхней части колонны.

Дзеотропндг, смесь

Рпс. X I I - 1 0 . Схема регулирования процесса разделения гетерогенной азеотроп­ нон смеси в двух колоннах с одним конденсатором.

Эта температура может быть использована в качестве параметра системы регулирования для подачи разбавителя в контур орошения колонны.

Рпс. X I I - 1 1 . Схема регулирования процесса разделения гомоген­ ной азеотропной смесп.

Экстрактивная ректификация представляет собой один из методов разделения гомогенных азеотропов, а также смесей близкокппящнх компонентов. Высококипящпй растворитель с большим сродством к одному из компонентов вводится с целью понижения парциального

324

давления пара этого компонента. При этом другой компонент легко отгоняется из раствора. Вторая колонна предназначена для реге­ нерации растворителя. Схема регулирования процесса экстрактив­ ной ректификации приведена на рис-. XI1 - 12 .

Соответствующий растворитель должен подаваться на установку в определенном соотношении с исходным раствором. Если раство­ ритель подается в избытке, это приводит к увеличению тепловой нагрузки колонны. Материальный баланс в первой колонне, где протекает процесс экстракции, должен поддерживаться с помощью системы регулирования. При отводе из колонны слишком большого количества дистиллята он неизбежно будет загрязнен или раство­ рителем, пли экстрагируемым продуктом, или тем и другим одповре-

Рис. XI1-12. Схема регулирования процесса экстрактивной ректификации.

менно; при отводе из колонны слишком малого количества дистил­ лята некоторое количество более легкого компонента будет про­ ходить во вторую колонну.

Растворитель подается в колонну на тарелку, расположенную выше тарелки питания. Это объясняется следующими обстоятель­ ствами. На тарелках, расположенных выше сечения ввода раство­ рителя, в основном происходит разделение растворителя и легкого компонента, что не требует большого числа тарелок. С другой сто­ роны, для эффективного извлечения легкого компонента из тройной смеси, отводимой из куба первой колонны, требуется довольно большое число тарелок. Разделение тяжелого продукта и раство­ рителя во второй колонне обычно происходит довольно легко, если растворитель не обладает большой летучестью.

Сушка

Процесс сушки твердых материалов не поддается регулированию главным образом потому, что не существует непрерывного способа измерения влажности продукта. Измерение любого параметра сыпу­ чих твердых материалов (даже скорости их перемещения) связано

325

с решением целого комплекса вопросов. Точное определение пара­ метров материала непосредственно на технологическом потоке практически невозможно. Поэтому приходится полагаться на зна­ чения параметров окружающей среды, успешное использование которых всецело зависит от того, насколько правильно они харак­ теризуют состояние процесса.

Скорость сушки. Процесс сушки имеет много общего с другими процессами массопередачи, особенно с процессом увлажнения. Если поверхность твёрдого материала полностью покрыта жидко- •стыо, скорость ее испарения будет регулироваться так же, как при

Процесс массопередачи между твердым материалом и газом

времени. Скорость сушки значительно возрастает, если процесс проводится прп условиях, отличающихся от равновесных. Если в материале содержится свободная влага, а относительная влажность газа поддерживается постоянной, то скорость сушки будет постоянна. При удалении же связанной влаги скорость сушки постепенно уменьшается, приближаясь к нулю, по мере достижения равно­ весного состояния. Однако эти примеры относятся только к случаю постоянной влажности газа, что в большинстве сушилок не наблю­ дается.

В сушилке непрерывного действия влажный твердый материал обычно транспортируется в горизонтальном направлении, сопри­ касаясь при этом с потоком движущегося газа. Если газ и твердый материал движутся противотоком, то наиболее горячий газ будет соприкасаться с наиболее высушенным твердым материалом, вслед­ ствие чего по всей длине сушильного аппарата устанавливается до некоторой степени равномерное распределение скоростей испа­ рения. Однако если возможно изменение физико-химических свойств высушиваемого материала при высоких температурах, то предпоч­ тительнее прямоток газа и материала. При этом маловероятно, что влажный твердый материал испортится от соприкосновения с горя-

326

чим газом. Пищевые и химические продукты высокого качества; обычно высушиваются воздухом, который нагревается водяным паром. Высокомолекулярные химические вещества часто сушат' путем непосредственного обогрева продуктами сгорания топливного газа.

Для испарения влаги из твердого материала требуется большоеколичество тепла. Если подаваемого извне тепла недостаточно, то температуры твердого материала и газа начнут понижаться, при этом увеличится относительная влажность газа и процесс сушки будет протекать с малой скоростью. Чтобы температура высушенного продукта на выходе из сушилки намного превышала температуру продукта на входе в нее, необходимо расходовать большое коли­ чество тепла. При этом на выходе из сушилки газ имеет высокую температуру из-за малых значений скоростей массообмена.

По мере прохождения газа через сушилку температура его по ­ нижается, а влажность возрастает. Однако до тех пор, пока темпе­

в основном определяется интенсивностью теплопередачи между газовой и твердой фазами. Следовательно, эту часть сушилки можносравнивать с огневым подогревателем.

Влажность газа влияет на скорость процесса сушки в той части аппарата, где температура газа ниже температуры кипения испа­ ряющейся жидкости. Аналогичное явление уже было отмечено при рассмотрении процесса увлажнения: в адиабатической системе разность температур сухого н мокрого термометров представляет собой меру скорости испарения ЖИДКОСТИ. Следовательно, движущая сила процесса сушки при температуре газа, превышающей темпе­ ратуру кипения испаряющейся жидкости, прямо пропорциональна разности температур между газом п твердым материалом, а при меньшей температуре газа — разности температур сухого п мокроготермометров.

Скорость газа влияет па интенсивность процесса массообмена,. понижая сопротивление пленки на поверхности твердого материала. Однако более существенным является то, что прп увеличении потока газа- в сушилке уменьшается его температурный градиент, вслед­ ствие чего возрастает движущая сила процесса сушки. Поскольку при повышеиип скорости газа одновременно возрастают потери, тепла и увеличивается скорость процесса сушки твердого материала,, то скорость газа должна выбираться оптимальной, но с учетом нагрузки аппарата по влажному материалу.

Регулирование движущей силы процесса сушки. Уже было отме­ чено, что измерение влажности высушиваемого материала или какого-нибудь другого параметра, зависящего от влажности, не­ посредственно в технологическом потоке не представляется воз­ можным. Поэтому для синтеза системы регулирования процесса сушки рассмотрим влияние отдельных параметров на этот процесс.

327

Основными составляющими нагрузки, воздействующими на процесс сушки, являются расход и влагосодержанпе исходного материала. Измерение этих параметров (особенно последнего) также" затруд­ нительно. Таким образом, чтобы установить, какие переменные воздействуют на скорость процесса сушки, остается воспользоваться данными лабораторных анализов качества получаемого продукта. Прн этом очень важно поддерживать переменные на определенных значениях с высокой точностью, чтобы иметь возможность сравни­ вать полученные результаты между собой. При этом недостаточно установить определенную степень открытия клапанов на линиях подачи водяного пара или топлпва. Даже автоматическое регули­ рование этих потоков не будет удовлетворительным, так как на скорость процесса сушки будут влиять изменения влажности газа и барометрического давления.

Движущими силами в начале и в конце процесса сушки являются соответственно температура горячего газа на входе в сушилку и разность температур сухого и мокрого термометров на выходе газа из сушилки. Чтобы обеспечить одинаковую степень высушивания материала в аппарате, необходимо регулировать эти два параметра. Температура горячего газа на входе в сушплку пропорциональнаотношению количества вносимого в систему тепла в единицу времени п расхода газа. Следовательно, для регулирования температуры горячего газа требуется изменять эти параметры одновременно. Температура мокрого термометра на выходе газа из аппарата зависит от отношения скорости испарения влагп к скорости газа. Темпера­ тура сухого термометра на выходе газа определяется температурой и скоростью газа на входе в установку.

На рпс. ХП - 14 приведена схема регулирования процесса сушки, обеспечивающая постоянные значения движущих сил в начале и в конце процесса путем изменения подачи тепла в установку и скорости газа. Хотя оба контура регулирования связаны между •собой, не следует соединять их внешними связями, так как контур регулирования температуры горячего газа является - быстродей­ ствующим.

С увеличением нагрузки аппарата по влажному материалу темпе­ ратура сухого термометра на выходе газа будет понижаться, а темпе­ ратура мокрого термометра будет повышаться вследствие более интенсивного испарения влаги из твердого материала. Такое изме­ нение температур через автоматический регулятор приведет к увели­ чению скорости воздуха, вследствие чего температура мокрого термометра начнет понижаться. По окончании нестационарного режима величина движущей силы процесса на выходе готового продукта из аппарата восстановится на заданном значении. При увеличении расхода воздуха автоматический регулятор температуры воздуха на входе в сушилку соответственно повышает подачу тепла на установку.

Газ проходит через сушилку 'в течение нескольких секунд, в то время как твердый материал обычно перемещается в сушилке около

328

часа и более. Использовать для регулирования параметры газового потока с точки зрения динамики более выгодно, так как они доста­ точно легко регулируются и быстро реагируют на изменения на­ грузки. Для получения требуемой степени влажности продукта заданное значение регулятора разности температур Т — Tw должна быть довольно велико.

В протпвоточных сушилках продукт выходит со стороны входа греющего агента. Для регулирования таких сушилок может быть применена приведенная выше схема регулирования прямоточных сушилок с условием, что качество продукта па выходе регулируется по температуре горячего воздуха па входе в сушилку.

Рпс. X11-14. Схема регулирования процесса прямоточной сушки.

В других типах сушилок движущая сила процесса на входе материала в аппарат влияет на величину влажности продукта на выходе в значительно меньшей мере, чем на экономические пока­ затели процесса. При одной регулируемой переменной в качестве

быть получено при большом числе сочетаний расхода воздуха и подачи тепла. Однако не все этн сочетания экономически выгодны. Заметим, что прп больших расходах газа возрастают потери тепла

В сушилках с индивидуальными топками изменение скорости сжигания топлива равносильно изменению подачп тепла в установку. Расход же горячего газа в значительной степени определяется вели­ чиной коэффициента избытка воздуха, подаваемого для сгорания топлива.

&% %

329