Типовое решение автоматизации. Отстаивание жидких систем
Разработка схем автоматизации процессов отстаивания 1000р
Основные принципы управления при автоматизации процессов отстаивания рассмотрим на примере отстойника со скребковым устройством (рис. 4.8). Процессы отстаивания проводятся, как правило, с целью полного извлечения твердой фазы (ценного продукта) из жидкости, поэтому показателем эффективности процесса будем считать концентрацию твердой фазы в осветленной жидкости, а целью управления - поддержание ее на заданном (минимально возможном для данных производственных условий) значении.
Рис. 4.8. Типовая схема автоматизации процесса отстаивания:
1 - отстойник; 2 - переливное устройство; 3 - мешалка; Б - момент на валу электродвигателя; В - мутность жидкости.
В объект управления процесса разделения могут поступать многочисленные -возмущающие воздействия: изменение расхода суспензии, плотностей твердой и жидкой фаз, концентрации и вязкости суспензии, дисперсности (гранулометрического состава) твердой фазы. Все эти возмущения определяются технологическим режимом предыдущего процесса, поэтому устранить их при управлении процессом отстаивания невозможно. Особенно сильными возмущениями являются изменения расхода суспензии и концентрации твердой фазы в ней.
Рассмотрим, каким образом при наличии перечисленных возмущений можно достичь цели управления. На твердую частицу суспензии в отстойнике действуют одновременно сила инерции и силы тяжести. Поэтому истинное значение скорости V движущейся частицы является результирующей горизонтальной составляющей скорости Vг и вертикальной составляющей Vв, а положение частицы определяется отношением этих скоростей: если VВ<<VГ, то частица оседает в бункер отстойника; если же Vг>>Vв, то частица уносится в выходной патрубок. Скорость осаждения Vв частиц, имеющих шарообразную форму, для высо¬коконцентрированных суспензий может быть рассчитана по уравнению
где d - диаметр частицы; g - ускорение свободного падения; рг, рж -плотность соответственно твердой и жидкой фаз; е - объемная доля жидкости в суспензии; м - динамическая вязкость суспензии.
Анализ уравнения показывает, что скорость Vв является переменной величиной, зависящей от изменяющихся во времени параметров: диаметра частиц, концентрации твердой фазы, плотностей фаз, динамической вязкости суспензии. Стабилизировать скорость невозможно, так как все перечисленные параметры определяются предшествующим процессом. Для того чтобы при изменяющейся скорости осаждения Vв частицы успевали оседать в бункер, подбирают такие значения расхода суспензии и диа¬метра отстойника, которые обеспечивают нужное соответствие скоростей Vв и Vг. Необходимость в непосредственном регулировании показателя эффективности процесса при этом отпадает.
Уровень жидкости в отстойнике поддерживается постоянным за счет свободного перелива осветленной жидкости.
В отстойнике необходимо поддерживать на постоянной высоте границу раздела зон осаждения и уплотнения. Эта высота зависит от расхода сгущенной суспензии, поэтому регулирующее воздействие вносится изменением степени открытия специальных клапанов (для высоковязких жидкостей) на линии сгущенной суспензии.
В качестве контролируемых величин принимают расходы исходной и сгущенной суспензий, осветленной жидкости, а также мутность осветленной жидкости, которая является косвенным параметром, характеризующим показатель эффективности и плотность сгущенной суспензии. Контролируется, кроме того, уровень границы раздела зон при помощи гидростатического приемника с непрерывной промывкой. Работа механической части отстойников контролируется путем непосредственного измерения момента на валу двигателя. Можно проводить контроль и по косвенному параметру - мощности, потребляемой приводом электродвигателя. Перегрузка электродвигателя сигнализируется. В случае повышенных перегрузок дается сигнал в схему защиты. Сигнализации подлежит также повышение мутности осветленной жидкости.
Регулирование изменения расхода суспензии.
В отдельных случаях расход исходной суспензии не зависит от предшествующего технологического процесса; тогда его можно изменять, стабилизируя мутность осветленной жидкости, т. е. уменьшать при увеличении мутности выше заданного значения и увеличивать при ее уменьшении. При отсутствии датчика мутности расход суспензии стабилизируют, что приводит к ликвидации одного из самых сильных возмущений.
Регулирование плотности сгущенной суспензии.
В ряде отстойников проводится процесс сгущения суспензии до заданного содержания твердой фазы (влажность осадка при отстаивании может колебаться от 35 до 55%); при этом содержание твердой фазы в сливе приобретает второстепенное значение. В этом случае идут по пути регулирования плотности сгущенной суспензии изменением ее расхода.
В отдельных технологических схемах при повышенных требованиях к концентрации твердой фазы в сгущенной суспензии применяют рециркуляцию части сгущенной суспензии из промежуточной емкости. В этих случаях плотность регулируют путем изменения коэффициента рециркуляции, т. е. отношения расхода циркулирующей жидкости к общему расходу сгущенной суспензии (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Схемы регулирования плотности сгущенной суспензии с рециркуляцией:
1 - отстойник; 2 - промежуточная емкость; 3 - регулирующее устройство перераспределения расходов.
Регулирование подачи коагулянта.
Для лучшего отстаивания некоторых веществ в суспензию добавляют коагулянт - вещество, способствующее коагулированию (укрупнению) твердой фазы. Расход коагулянта изменяют в зависимости от высоты границы раздела между зонами уплотнения и осаждения или в зависимости от расхода исходной суспензии.
Регулирование режима работы гребкового механизма.
Плотность осадка можно регулировать и по косвенному параметру - нагрузке на валу гребкового устройства, которая связана прямой зависимостью с плотностью сгущенной суспензии в нижней части отстойника. Регулятор нагрузки в этом случае последовательно воздействует сначала на исполнительный механизм на магистрали сгущенной суспензии, а затем на привод подъема гребков. При перегрузке привода происходит подъем скребкового устройства, и наоборот.
Управление процессом противоточного отстаивания. В случае если один отстойник не справляется с поставленной задачей, устанавливают несколько аппаратов, соединяя их по противоточной схеме. Такую схему применяют, например, на калийных предприятиях. Степень извлечения твердой фазы, обеспечиваемая всей схемой, во многом определяется работой первого отстойника, поэтому для управления процессом отстаивания в нем регулируют плотность сгущенной суспензии и высоту раздела зон (подачей коагулянта); контролируют расход суспензии и щелоков, мутность осадка. Требования к работе следующих отстойников менее жесткие, поэтому на них установлены только регуляторы плотности сгущенной суспензии, а расход коагулянта изменяется вручную.
Управление отстойником периодического действия.
В промышленности находят применение отстойники периодического действия, в которых выгрузка осадка является отдельной операцией. Для автоматического перевода отстойника с режима отстаивания на режим выгрузки на определенной высоте аппарата устанавливают датчик прозрачности, который дает сигнал на закрытие трубопровода исходной суспензии и включение откачивающего насоса.