Типовое решение автоматизации процесса ректификации часть 3

Регулирование давления в верхней части колонны.

Типовой метод регулирования давления изменением расхода хладоносителя, подаваемого в дефлегматор, связан с большими запаздываниями, поэтому нашли применение и другие способы регулирования.
Если в парах, выходящих из верхней части колонны, содержатся неконденсирующиеся в дефлегматоре компоненты, применяют схему регулирования давления сбросом этих компонентов из сепаратора. Роль сепаратора может играть и флегмовая емкость (рис. 4.34, с). Она обеспечивает запас флегмы, необходимый для стабилизации состава дистиллята при значительных возмущениях. Для поддержания материального баланса в этой емкости следует регулировать уровень изменением расхода дистиллята. Стабилизация уровня, кроме того, обеспечивает постоянное гидростатическое давление перед клапаном на линии флегмы, а следовательно, улучшает качество регулирования состава.
Улучшение качества регулирования давления в верхней части .колонны с отдувкой может быть достигнуто установкой двух исполнительных устройств - на линиях хладоносителя и отдувки. Область работы этих исполнительных .механизмов должна быть различной.
Для регулирования давления используют и метод байпаси-рования (рис. 4.34, б). В этом случае часть паров из колонны («10%) перепускается помимо дефлегматора во флегмовую емкость и конденсируется там. Если запаздывание в системе регулирования давления надо свести к минимальному, дросселируют пары, выходящие из колонны. Оба способа требуют использования крупногабаритных паровых регулирующих органов, что является их недостатком.
В случае полного отсутствия неконденсирующихся паров применяется метод регулирования давления изменением величины поверхности конденсации в дефлегматоре. При уменьшении давления в колонне регулятор давления прикрывает клапан на линии слива конденсата из дефлегматора. При этом уровень конденсата повышается, поверхность конденсации уменьша¬ется, и давление принимает заданное значение.
Если конденсация паров в дефлегматоре осуществляется за счет испарения хладоагентов (аммиака, фреона и т. п.), то улучшение качества регулирования давления может быть достигнуто изменением расхода отводимых из дефлегматора паров хладоагента. Это приводит к быстрому изменению давления и температуры кипения хладоагента и, следовательно, интенсивности испарения. Расход жидкого хладоагента может измеряться или по уровню в дефлегматоре (рис. 4.34,в), или по перегреву паров с помощью терморегулирующего вентиля (см. рис. 4.25).
Разрежение в вакуумных колоннах обычно регулируется изменением подачи воздуха или инертного газа в линию между дефлегматором и паровым (водяным) эжектором (рис. 4.34,г). Необходимо заметить, что, если возможны сильные изменения расхода хладоносителя, подаваемого в дефлегматор, во всех приведенных выше схемах наряду с узлом регулирования давления следует предусмотреть узел стабилизации расхода хладоносителя.

Рис. 4.34. Схемы регулирования давления в верхней части колонны: 1 - колонна; 2 - дефлегматор; 3 -эжектор; 4 - емкость.

Регулирование давления в кубе колонны. 

При значительном гидравлическом сопротивлении колонны стабилизация давления в верхней части ее не обеспечивает .постоянство давления в нижней. Если в колонне разгоняется смесь, состав которой более чувствителен к изменению давления, чем к изменению температуры, то стабилизируют давление не только в верхней части колонны, но и в нижней части изменением расхода теплоносителя в кипятильник.
При ректификации ряда жидких смесей к гидродинамическому режиму колонны предъявляются повышенные требования: в процессе работы должны быть исключены как режим захлебывания, так и режим уноса капель жидкости паровым потоком. В этих случаях стабилизируют перепад давления по высоте колонны.

Регулирование расхода флегмы.

В отдельных случаях целесообразно не изменять расход флегмы по составу или температуре в верхней части колонны, а стабилизировать его. Предпосылками для такого регулирования служит следующее: отсутствие приборов для непрерывного автоматического определения состава дистиллята, в то время как температура в верхней части колонны при сравнительно больших изменениях состава меняется в очень узких пределах; значительная связь между регуляторами температуры в верхней и нижней частях колонны; наличие в исходной смеси примесей компонента с температурой кипения ниже температуры кипения основного низкокипящего компонента; большие запаздывания в массо- и теплопередаче при большой высоте тарельчатых колонн.
Как правило, стабилизация расхода флегмы связана с пе¬рерасходом теплоносителя, подаваемого в/кипятильник, так как флегма подается заведомо в избытке из расчета компенсации самого сильного возмущения.

Регулирование энтальпии исходной смеси.

При значительных изменениях состава исходной смеси регулирование температуры не дает нужного эффекта, так как заданное регулятору значение температуры не всегда будет соответствовать температуре кипения. В этих случаях целесообразнее поддерживать постоянную энтальпию смеси. Для расчета энтальпии устанавливают вычислительное устройство, на вход которого подаются значе¬ния состава, температуры и давления исходной смеси. Регули¬рующее воздействие вносится путем изменения расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник исходной смеси.

Регулирование температуры паров, возвращаемых из кипятильника в колонну. 

Если основные возмущения связаны с изменением параметров теплоносителя, подаваемого в кипятильник, а не с изменением параметров исходной смеси, то датчик температуры нижней части колонны следует устанавливать на линии пара, движущегося из кипятильника. При этом резко уменьшаются запаздывания в системе.
Перекрестное регулирование температуры и уровня в кубе ректификационной колонны. Такое регулирование применяется при разделении смесей сжиженных газов, а также низкокипящих жидкостей с близкими температурами кипения. При увеличении содержания низкокипящего компонента в кубе колонны температура уменьшается. Регулятор температуры прикрывает «лапан на линии отбора остатка, а связанное с этим увеличение уровня в кубе заставляет регулятор уровня увеличивать подачу пара. Начинается более интенсивное испарение жидкости из куба колонны преимущественно за счет низкокипя¬щего компонента. Температура и уровень возвращаются к заданным значениям. Таким образом, остаток выводится из куба в большом количестве только в том случае, если его состав соответствует заданному. При обычном же способе регулирования температуры и уровня в кубе возможен значительный расход кубовой жидкости с большим содержанием ниакокипящего компонента.

Рис. 4.35. Схема регулирования процесса ректификации при отборе промежуточной фракции: 1 - колонна; 2 - дефлегматор; 3 - емкость.