Файл: Автоматизация переработки каменноугольной смолы..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 157

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

из аппроксимированных звеном чистого запаздывания и инерционным звеном первого порядка эксперименталь­ ных временных характеристик, при этом ошибка по мо­ дулю составляет примерно 5%, а по фазе в области вы­ соких частот может достигать 30%. Как видно из графи­ ков, фракционная колонна также представляет собой

-0,005 Іт

град/кг- ч

0,005 0,010 ОЩ 0,020 JOflZn

-Іт

-0,008

0,008 0,016

1

ОМ

0,032

%СюН&1кг/ч

1 I " I

1

II

_

Рис. 49. Амплитудно-фазовые характеристики по кана­

лам связи

1, 2 и 4:

а — АФХ по каналу температура

фенольноіі фракции — расход

рефлюкса; б — АФХ по каналу температура верха колонны — рас­

ход рефлюкса; о — АФХ по каналу

температура фенолышіі

фракции — расход

пара

102

низкочастотный объект по каждому из исследованных каналов, пропускающих гармонические воздействия с частотами 0^№ ^:0,05 с-1.

Анализ статических и динамических характеристик дает возможность приближенно оценить фракционную колонну как сложный статический объект с четырьмя регулируемыми вели­ чинами, четырьмя уп­ равляющими воздейст­ виями и п возмущаю­ щими воздействиями.

Однако учитывая недо­ статочность сведений о нелинейности объекта, а также условия техно­ логического характера, позволяющие линеари­ зовать статические и

динамические

харак­

 

 

 

теристики

в

областях

Рис. 50.

Структурная схема

объекта

отклонений регулируе­

автоматического регулирования пара­

мых величии,

близких

метров

технологического

режима

к номинальным значе­

 

фракционной колонны

 

ниям,

фракционную

 

 

 

колонну можно представить как сложный статический объект с тремя регулируемыми величинами, тремя управ­ ляющими и п возмущающими воздействиями (рис. 50). На этом рисунке схематично даны связи между управля­ ющими, возмущающими и регулируемыми величинами, где у 1 —количество рефлюкса, у2— количество отбора нафталиновой фракции, г/ 3 — расход водяного пара, г/4— температура питания колонны, г/5 — температура водя­ ного пара, Хі— температура фенольной фракции, х2— содержание нафталина в нафталиновой фракции, х2— содержание нафталина в поглотительной фракции.

Отношение %/Т, лежащее в пределах 0,09—0,5, позво­ ляет применить непрерывное или импульсное регулиро­ вание. Большое время запаздывания (от 5 до 25 мин) требует для качественного регулирования применения в САР нетиповых усложненных законов, а присущая объ­ екту нелинейность введения логического звена для уп­ равления работой регуляторов или применения регуля­ торов с переменной структурой.

Учитывая статические и динамические свойства ре­

103

гулируемого объекта, а также принятые допущения для автоматизаціи! технологического режима фракционной колонны, целесообразно применить комбинированные САР с использованием для верхней части колонны кос­ венного параметра регулирования (температуры феноль­ ной фракции), а для средней н нижней частей колонны прямых параметров (содержания нафталина в нафтали­ новой и поглотительной фракциях), определяемых при помощи датчиков качества.

ОДНОКОЛОННЫ Е ТРУБЧ А ТЫ Е А ГРЕГА ТЫ

Для исследования динамических характеристик одноколонных трубчатых агрегатов, так же как и двухколонных, использовали экс­ периментальные методы. По каждому выбранному каналу регули­ рования были построены кривые разгона, амплитудно-фазовые ха ­ рактеристики и рассчитаны дифференциальные уравнения. Коэффи­ циенты дифференциальных уравнений рассчитывали по формулам

со

Т г =

— '—

Г [х ( со) - * (/)] die;

(ПІ-50)

 

* («О J

 

 

 

О

 

Т? = —Ц (г

со

 

Г [л: (То)-X (01 л-

 

X (оо) ( 1 J

 

 

 

О

 

ОС

со

 

 

— [

j* [X ( со) — X( О ] Л 2| С 3.

(ІИ-51)

'o

't

 

 

Уравнения амплитудно-фазовых характеристик рассчитаны ис­ ходя из дифференциальных уравнений с учетом принятого заме­ щения объекта по исследуемому каналу последовательным соеди­ нением апериодического или колебательного звена и звена чистого запаздывания.

АФХ апериодического звена имеет вид

W (іа ) =

--------- k-

------- е ~ ‘ arcte иГ;

(III-52)

 

Ѵ т * со2 +

1

 

А Ф Х звена чистого запаздывания представляется уравнением

W (іа ) = е ~ Шх,

(ІИ-53)

При последовательном соединении этих звеньев АФХ замещен­ ного объекта выражается уравнением

W (ia ) = — ----------

g - i arctg шГ+ (f - X)

(Ш -54)

l ^ T 2 со2 +

1

 

104

При замещении объекта по исследуемому каналу колебатель­ ным звеном и звеном чистого запаздывания амплитудно-фазовые характеристики определяются по формуле

 

 

 

 

—Сarctg

т ° ш + 9(<~ Т)

 

W {ia ) = ------ r =

k

=

= r

е

1 — Т, Q”

(III-55)

=

.

V ( l - 7

>

2) +

rga>8

 

 

 

Учитывая, что трубчатые печи двухколонных и одноколонных агрегатов идентичны, динамические характеристики определяли по двум основным аппаратам (испарителю II ступени и ректификаци­ онной колонне). Данные исследований сведены в табл. 5.

И СП АРИ ТЕЛЬ II СТУПЕНИ

Как видно из приведенных данных, испаритель II ступени пред­ ставляет собой сложный статический объект с двумя регулируемы­ ми величинами, двумя управляющими и п возмущающими воздей­

ствиями. Приближенно

в

пределах

небольших изменений входных

и выходных параметров от их номи­

нальных значений данный объект мо­

жно характеризовать как линейный и

представить в виде цепочки последо­

вательно включенных

звеньев, коле­

 

бательного звена второго порядка и

звена чистого

запаздывания. Прису­

 

щее объекту свойство самовыравни-

 

вания и отношение %/Т, находящееся

 

в пределах 0,16— 0,22,

свидетельству­

ют о возможности применения непре­

рывного регулирования

 

 

 

С учетом статических и динами­

Рис. 51. Схема испарителя II

ческих свойств объекта, а также тех­

ступени как объекта регули­

нологических

требований

смежных

рования

участков, схему автоматизации режи­

ма работы испарителя

II ступени мо­

 

жно представить из двух не связаннных между собой САР: однокон­ турной системы стабилизации температуры паров, выходящих из испарителя, и комбпнировамой системы стабилизации качества среднетемпературиого пека. Упрощенная схема регулируемого объекта

дана на

рис

51, где у ] — количество

рефлюкса; у2 — температура

смолы после II ступени трубчатой печи; Хі — температура паров, вы ­

ходящих

из

испарителя; х2 — качество

среднетемпературного пека,

оцениваемое по его температуре размягчения

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА

Ректификационная колонна является более сложным многоем­ костным объектом с явно выраженной нелинейностью, пятью вход­ ными и пятью выходными величинами и п возмущающими воздей­ ствиями. Показатель демпфирования T JT 2< i2 в дифференциальных уравнениях (Ш -58) — (Ш -61) свидетельствует о наличии колеба­ тельного характера, поэтому ректификационную колонну по иссле­ дованным каналам можно представить в виде схемы замещения:

105

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПАРИТЕЛЯ II СТУПЕНИ

Канал

Уравнение объекта

Испаритель

Температура размягчения — температура нагрева смолы II ступени

трубчатой печи

Температура отходящих паров из испарителя II ступени— количество рефлюкса

Температура отходящих паров из ректификацион­ ной колонны — количе­ ство рефлюкса

Температура в зоне от­ бора фенольной фрак­ ции — количество ее от­ бора

Содержание

нафталина

в

фенольной

фракции —

расход рефлюкса

 

Содержание

нафталина

в

нафталиновой

фрак­

ции — количество

ее от­

бора

 

 

т х »

л .2 2 ,2 л ' (7) + х (?) = 0 ,6 8 5 у (7)

(ІІІ-о6)

284л" (7) + 17,8л' (0 + л (7) = 0,015і/ (/)

(Ш -57)

Ректификационная

4330л" (7) + 292л' (7) + л (7) =

= 0,0248і/(7 — 60) (III-58)

81л" (!) + 16л' (0 +л(7)= 0 ,0267і/ (7 — 14)

(Ш -59)

14,4 5 л " (7) + 44,6л' (7) + л (7) =

=

0,4151/(7 — 4)

(Ш-60)

2600л" (7) +

59,7л' (7) + л (7) =

0,05у (7)

 

 

(Ш-61)

* Единица измерения — град/град.

106

н р е к т и ф и к а ц и о і -ііі о п к о л о н н ы

Т а б л и ц а 5

 

Уравнение амплнтудно-фазовои

Аоб,

характеристики

град/кг/ч

II ступени

W (/со)

 

 

0 ,6 8 5

X

 

—

13,12ш2) +

 

 

V

( I

2 2 ,2 2 со2

 

 

 

22,2ю

 

 

—i arc lg ■

 

X

е

 

1—13,1= ш=

 

 

 

 

W (іа) =

 

 

0,015

X

 

 

 

 

(I

—

16 ,8 2со2) +

V

17,8 2 I

—t'arc lg ■ 17,8ш

1—16,8=и=

X e

к о л о н н а

420 1920 ß,685*

150 930 0,015

W (ко) —

 

 

0 ,0 2 4 8

 

х

120

330

0,0248

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V (1 —

2 0 8 2ш2) +

2922 со2

 

 

 

 

 

 

•

,

 

292ш

, гп

 

 

 

 

 

 

—rarefg

------------

 

-foO

 

 

 

 

 

Х е

 

‘ -

208^

 

 

 

 

 

Г ( і с о ) -

 

 

0 ,0 2 6 7

X

 

1200

3480

0,026?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

(1 — 8 1 2ш2) +

162 со2

 

 

 

 

 

 

 

.

,

Іби+14

 

 

 

 

 

 

 

—tarctg -----------

 

 

 

 

 

 

 

 

X e

 

 

^ 812“ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, 44,6со+4

 

 

 

 

W ( і а )

=

0 ,4 1 5 е

&

^ 38’ “ 3

 

1020

3780

0,415

— :---------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

(1 — 3 8 2 ш 2) +

4 4 ,6 2со2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. .

59,7(0

 

 

 

 

 

 

 

------------

—tarefg

 

 

 

 

0,05

 

 

0 ,0 5 е

1-51 *со=

 

2280

5400

W ( і а )

=

----- 1---------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

(1 — 5 1 2 со2) +

5 9 ,7 2 со2

 

 

 

 

107

звено чистого запаздывания плюс колебательное звено второго по­

рядка.

Анализ амплитудно-фазовых характеристик показывает, что рек­ тификационная колонна по исследованным каналам является низ­

кочастотным

объектом. Рабочий

диапазон частот лежит в

пределах

0 < U ? < 0 ,0 5

с-1 . Оценка временных характеристик

(отношение

%/Т,

 

 

 

 

 

лежащее

в

пределах 0,26— 0,42,

 

 

 

 

 

большое время запаздывания от 20

 

 

 

 

 

до 36 мин, низкие коэффициенты

 

 

 

 

 

усиления

и

продолжительный

пе­

 

 

 

 

 

риод стабилизации) указывает на

 

 

 

 

 

необходимость

применения

им­

 

 

 

 

 

пульсных,

взаимосвязанных

сис­

 

 

 

 

 

тем

с метиловыми усложненными

 

 

 

 

 

законами

регулирования.

 

 

 

 

 

 

 

Исходя

из анализа

статичес­

 

 

 

 

 

ких

и динамических характерис­

 

 

 

 

 

тик,

ректификационную

колонну

 

 

 

 

 

приближенно с некоторыми тех­

 

 

 

 

 

нологическими допущениями в ди­

Рис.

52. Схема ректификацион­

апазоне небольших изменений вы­

ходных величин

от номинальных

ной колонны

как

объекта регу­

значений

можно

характеризовать

 

лирования

 

 

 

как

сложный линейный

статичес­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кий объект с четырьмя регулируе­

 

 

 

 

 

мыми величинами, тремя управля-

ющими и п возмущающими воздействиями

 

 

 

 

 

 

Схема регулируемого объекта с учетом указанных допущений

приведена на

рис. 52, где у\ — расход

рефлюкса, у2 — количество

от­

бора

нафталиновой фракции,

уз — количество

отбора поглотитель­

ной

фракции, у і — температура

питающих колонну

паров

дистилля­

та,

уз — количество отбора

фенольной фракции,

х\ — температура

паров на выходе

из колонны, х2 — температура фенольной

фракции,

Хз — содержание

нафталина

в

нафталиновой

фракции, ^

— темпе­

ратура поглотительной фракции.

 

 

 

 

 

 

 

С учетом принятых допущений, а также статических и дина­ мических свойств одним из целесообразных вариантов схемы авто­ матизации ректификационной колонны является следующий:

а) комбинированная система автоматического регулирования температуры верха колонны с вводом корректирующего воздействия от температуры фенольной фракции;

б) взаимосвязанная система автоматического регулирования температуры поглотительной фракции изменения количества отбо­ ров нафталиновой и поглотительной фракций с окончательной кор­ рекцией отбора нафталиновой фракции по содержанию в ней наф­ талина.4

4. РАСЧЕТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Расчет систем автоматического регулирования состо­ ит из следующих этапов.

1. Проверка работы системы на устойчивость, смысл

108

Смотрите также файлы