Файл: Автоматизация переработки каменноугольной смолы..pdf

тегрирующим звеном. Скорость изменения уровня пека в пекоприемнике пропорциональна входной величине — разбалансу между притоком и расходом пека.

Так как площадь поперечного сечения пекоприемника непостоянна, скорость изменения уровня dhjdt зави­ сит также и от значения начального уровня пека hu. В верхней и нижней части пекоприемиика dh/dt повы­ шается, что приводит к увеличению нелинейности кри­ вой разгона. В пределах 0,75—2,25 м изменение уровня имеет слабую нелинейность, которой можно пренебречь. В этой области пекоприемник можно рассматривать как линейный объект. Для этих пределов изменения уровня уравнение (Ѵ-7) будет иметь вид

где 0,0475лі~2— постоянный коэффициент для указанных пределов изменения уровня.

Пекоприемник, являясь интегрирующим звеном, не имеет самовыравнивания. Поэтому при постоянном зна­ чении входной величины AQ уровень пека может неог­ раниченно возрастать или убывать в зависимости от зна­ ка изменений входной величины. Аналогичными свойст­ вами как объекта автоматизации обладают все остальные технологические емкости, расход продукта из кото­ рых не зависит от уровня в емкости. К таким объектам относятся сборники и испарители для пековой смолы.

ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ

Трубчатая печь используется для нагрева пековой смолы перед подачей ее в реактор. Температура нагре­ ва пековой смолы на выходе трубчатой печи зависит от многих факторов: расхода и входной температуры ис­ ходной пековой смолы, расхода и теплоты сгорания топ­ лива, состояния трубчатого змеевика, качества пековой смолы и др. Так как в трубчатую печь пековая смола поступает в смеси с пековыми дистиллятами, качество ее, помимо влажности, зависит также и от количества и показателей качества добавляемых компонентов.

При повышении влажности или ухудшении качества пековой смолы (например, уменьшение плотности ее) увеличивается отгон легкокипящих компонентов и со­

192

кращается выход нагретой пековой смолы. Поэтому для стабилизации ее расхода в реактор необходима кор­ рекция подачи пековой смолы на входе трубчатой печи при изменениях ее качества. Температура исходной пе­ ковой смолы II ее давление также влияют на изменение выходной температуры. Однако если изменения входной температуры не превышают 3—4% от номинального значения, то их влиянием можно пренебречь.

Как уже отмечалось вы­ ше, трубчатая печь в отделе­ нии пекоподготовки может работать в режиме одноилм двухступенчатого нагре­ ва пековой смолы. В гл. Ill рассмотрены статические и динамические свойства труб­ чатой печи для нагрева ка­ менноугольной смолы. Как видно из проведенных иссле­ дований, трубчатая печь представляет собой много­ емкостный инерционный объект с запаздыванием как по основным, так и вспомо­ гательным каналам регули­ рования. Трубчатая печь для нагрева пековой смолы в отличие от печи для нагре­ ва каменноугольной смолы рассчитана на вдвое мень­ шую производительность и

имеет ряд конструктивных изменении, ь связи с этим ниже приведены основные характеристики ее, необходи­ мые в дальнейшем для расчета схем автоматического ре­ гулирования процесса нагрева пековой смолы. Характе­ ристики приведены для трубчатой печи, работающей в режиме двухступенчатого нагрева.

Изображенные на рис. 88 кривые разгона подтверж­ дают, что трубчатая печь для нагрева пековой смолы по основным каналам регулирования может быть аппрокси­ мирована двумя типовыми звеньями — звеном чистого запаздывания и звеном апериодическим второго поряд­ ка. В табл. 19 приведены показатели, характеризующие.

динамические свойства трубчатой печи по основным ка­ налам регулирования в рабочем диапазоне нагрузок.

Как видно из табл. 19, трубчатая печь имеет наи­ меньшие инерционность и запаздывание по каналу регу­ лирования температуры газов над перевальной стенкой.

РЕА КТО РЫ

На рис. 89 приведена структурная схема технологиче­ ской цепи, состоящей из последовательно соединенных трех реакторов. Исходное сырье — среднетемепратурный пек и нагретую пековую смолу в смеси с пековыми ди­ стиллятами— подают в первый реактор технологичес­ кой цепи, а высокотемпературный пек получают в пос­ леднем. К основным факторам, определяющим процесс производства высокотемпературного пека, относятся расход исходного сырья, температура его нагрева и ка­ чество, давление технологического воздуха и расход в каждом реакторе, температура жидких фаз во всех реак­ торах.

Учитывая недостаточную изученность физико-химиче­ ских процессов, протекающих при обработке исходного сырья кислородом воздуха, математическое описание реакторов как объектов автоматизации составили на ос­ новании экспериментального исследования зависимостей

194

Рис. 89. Структурная схема технологической цепи трех реакторов:

между их входными и выходными параметрами. В при­ веденных ниже уравнениях приняты следующие обозна­ чения:

QBI — расход воздуха, поступающего в реактор, м3/ч; іж1— температура жидкой фазы в реакторе, °С; 4т п — температура нагрева среднетемпературного пе­

ка, °С; 4 .с — температура нагрева пековой смолы, °С;

tp( — температура размягчения пека (качество пека)

смолы, подаваемых в реактор, °С;

A4- — прирост температуры пека в реакторе град;

для первого реактора

кой цепи, м; Ат —коэффициент, характеризующий время пребывания

пека в реакторе, ч/т.

Так как обработка исходного сырья в технологичес­ кой цепи осуществляется ступенчато, общий ход процес­ са и качество конечного продукта зависят от протека­ ния процесса окисления в каждом реакторе. Приведен­ ные ниже уравнения, описывающие математическую модель статики, получены для технологической цепи, со­ стоящей из трех реакторов емкостью по 50 м3 каждый.

Входными параметрами, влияющими на процесс окис­ ления в первом реакторе технологической цепи (рис. 89), являются расход, качество и температура нагрева сред­ нетемпературного пека; расход и температура нагрева пековой смолы; расход и давление технологического воз­ духа. Выходными параметрами для первого реактора являются качество производимого пека (температура размягчения) и температура жидкой фазы в реакторе. В табл. 20 приведены уравнения, описывающие влияние входных параметров на температуру жидкой фазы в первом реакторе.

Параметры в уравнениях расположены по степени влияния их на температуру жидкой фазы. Величину F-критерия определяли как отношение общей дисперсии к дисперсии относительно выбранного уравнения связи. Чем больше /•’-критерий по отношению к табличному значению, тем более значимо уравнение связи [52, 53]. Выбор формы уравнения и введение в него новых пара­ метров выполняли до момента, пока значимость его не достигнет максимального значения, что соответствует наибольшему приближению к реальной зависимости.

Как видно из табл. 20, по степени влияния на темйературу жидкой фазы в первом реакторе параметры рас­ пределяются следующим образом. Наибольшее влияние оказывает температура среднетемпературного пека, за­ тем расходы пека и воздуха, давление технологического

196

Т а б л и ц а 20

ВЛИЯНИЕ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ТЕМПЕРАТУРУ ЖИДКОИ ФАЗЫ

воздуха и расход пековой смолы. Зависимость темпера­ туры жидкой фазы от указанных параметров наиболее полно описывается уравнением (Ѵ-13), имеющим макси­

туры жидкой фазы от расходов пека и пековой смолы, температуры нагрева исходного пека и давления возду­ ха является нелинейной.

При повышении температуры исходного пека увели­ чивается температура жидкой фазы в реакторе, а при увеличении его расхода понижается. Расход исходного сырья оказывает двойственное воздействие на темпера­ туру жидкой фазы: с одной стороны, изменение расхода влияет на время пребывания сырья в реакторе, что от­

тепла, вносимого в реактор исходным сырьем, что также отражается на протекании химических реакций и темпе­ ратуре жидкой фазы.

197