Автоматизация технологических производств

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.

Схемы регулирования давления в верхней части колонны

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.

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

 

Типовое решение автоматизации процесса ректификации часть 2

Разработка схем автоматизации ректификации (регулирование параметров) 1000р

Регулирование процесса при использовании кубового остатка в качестве целевого продукта.

 Кубовый остаток используют в качестве целевого продукта не реже, чем дистиллят. В этих случаях более жесткие требования предъявляют к поддержанию технологического режима в нижней части колонны, поэтому в кубе колонны устанавливают датчик состава, а в верхней части - датчик температуры. Остальные узлы регулирования типовой схемы остаются неизменными.

Регулирование параметров на контрольных тарелках.

Основными регулирующими воздействиями, с помощью которых компенсируются возмущения и достигается цель управления, являются изменения расхода флегмы в верхней части колонны и расхода теплоносителя, подаваемого в кипятильник, - в нижней. От правильности выбора параметров, значения которых влияют на эти расходы, во многом зависит решение задачи при использовании ректификационной установки.
Если запаздывания в колонне невелики (колонна имеет небольшое число тарелок, температуры кипения разделяемых компонентов сильно различаются « т. п.), то в качестве регулируемых величин могут быть взяты непосредственно составы ди¬стиллята и остатка. При больших запаздываниях этот вариант неприемлем, так как регулирующие воздействия начнут реализовываться только после того, как режим всей колонны будет серьезно нарушен. Восстановление же режима 'Произойдет лишь после значительного промежутка времени. Гораздо удобнее в этих случаях использовать в качестве регулируемой величины состав на промежуточной тарелке, который изменяется значительно быстрее и сильнее (в 20-50 раз), чем состав на выходе колонны.
График изменения состава по высоте ректификационной колонны при скачкообразном изменении расхода флегмы (рис. 4.32) показывает, что состав конечных продуктов изменяется слабо (кривые 1 и 2 в начальных точках почти совпадают) при значительных изменениях состава (точки А и А2, Б1 и Б2) на средних контрольных тарелках укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Здесь и следует устанавливать датчики состава. Заметим, что все сказанное в отношении составов продуктов справедливо и для температур.

График изменения состава целевого продукта по высоте колонны до изменения расхода флегмы

Рис. 4.32. График изменения состава целевого продукта по высоте колонны до изменения расхода флегмы (1) и после его изменения (2).

Не рекомендуется производить регулирование на контрольной тарелке при сильных изменениях параметров исходной смеси, -поскольку каждому значению параметров смеси соответствует свое значение состава на контрольной тарелке, которое следовало бы поддерживать для достижения цели управления.

Регулирование физико-химических переменных целевых продуктов. 

При разделении многокомпонентных смесей находят применение регуляторы физико-химических переменных этих продуктов. К таким переменным относятся разность парциальных давлений паров продукта и эталонной жидкости, плотность, температура вспышки, разность температур кипения продукта и эталонной жидкости, начало и конец кипения и др. Особенно предпочтительны приборы, которые на выходе имеют сигнал, пропорциональный разности значений параметров эталонной жидкости и продукта, так как их выход может непосредственно использоваться в схемах регулирования.
На рис. 4.33 показан, в частности, узел регулирования состава по разности температур кипения продукта и эталонной жидкости при постоянном давлении в исчерпывающей части колонны.

Схема регулирования состава целевого продукта по разности температур кубового остатка и эталонной жидкости:

Рис. 4.33. Схема регулирования состава целевого продукта по разности температур кубового остатка и эталонной жидкости:
1 - ректификационная колонна; 2 - кипятильник; 3 - камера конденсации.

В куб колонны непрерывно подается небольшое количество насыщенных паров эталонной жидкости - кубового остатка заданного состава. В камере 3 они конденсируются; температура их измеряется термопарой. Другой термопарой измеряется температура кипящей жидкости в колонне. Термопары соединены по дифференциальной схеме; разность их термоэлектродвижущих сил подается на регулирующий прибор. Равенство давлений в кубе колонны и в камере 3 обеспечивается небольшой длиной и достаточно большим диаметром (10-15 мм) трубки,, соединяющей камеру конденсации с колонной.

Регулирование температуры

Температура в колонне обладает значительно меньшим запаздыванием, чем состав. К тому же датчики температуры проще и надежнее. Поэтому если к чистоте целевого продукта не предъявляются очень высокие требования, то расход флегмы (или теплоносителя в кипятильник) изменяется не по составу, а по температуре в верхней (•нижней) части колонны.
Если возмущения в колонну будут поступать по многим каналам (с изменением параметров исходной смеси, теплоносителей, хладоносителей и т. д.), то улучшения качества регулирования составов целевых продуктов добиваются стабилизацией перепада температур на двух рядом лежащих контрольных тарелках, так как перепад температур в среднем быстрее будет реагировать на возмущения, чем температура.

   

Типовое решение автоматизации процесса ректификации часть 1

Разработка схем автоматизации ректификации 1000р

 

В качестве объекта управления при автоматизации процесса ректификации примем установку для разделения бинарной смеси, состоящую из тарельчатой ректификационной колонны, выносного кипятильника, дефлегматора и теплообменника для подогрева исходной смеси (рис. 4.30). Процесс ректификации относится к основным процессам химической технологии. Показателем эффективности его является состав целевого продукта. В зависимости от технологических особенностей в качестве целевого продукта могут выступать как дистиллят, так и кубовый остаток. Поддержание постоянного состава целевого продукта и будет являться целью управления. Состав другого продукта при этом может колебаться в определенных пределах вследствие изменения состава исходной смеси. В дальнейшем будем считать целевым продуктом дистиллят.

 Типовая схема автоматизации процесса ректификации:

Рис. 4.30. Типовая схема автоматизации процесса ректификации:
1 - теплообменник исходной смеси; 2 - ректификационная колонна; 3 - дефлегматор; 4 - кипятильник.

Ректификационная установка является сложным объектом управления со значительным временем запаздывания (например, в отдельных случаях выходные параметры процесса начнут изменяться после изменения параметров сырья лишь через 1 - 3 ч), с большим количеством параметров, характеризующих процесс, многочисленными взаимосвязями между ними, распределенностью их и т. д.
Трудность регулирования процесса объясняется еще частотой и амплитудой возмущений. В объекте имеют место такие возмущения, как изменения начальных параметров исходной смеси, а также тепло- и хладоносителей, изменения свойств теплопередающих поверхностей, отложение веществ на стенках и т. д. Кроме того, на технологический режим ректификационных колонн, устанавливаемых под открытым небом, влияют колебания температуры атмосферного воздуха.
Уравнение зависимости показателя эффективности от параметров процесса (выведено из уравнений материального баланса) выглядит следующим образом:

где сл, ее, с0 - концентрация искомого компонента соответственно в дистил¬ляте, исходной смеси, остатке Gс, Gо - расход соответственно исходной смеси и остатка.
Анализ уравнения показывает, что концентрация Сд зависит непосредственно от начальных параметров исходной смеси. С их изменением в процесс могут поступать наиболее сильные возмущения, в частности па каналу состава исходной смеси, так как состав определяется предыдущим технологическим продуктом.
Расход Сс может быть стабилизирован с помощью регулятора расхода. Диафрагма и исполнительное устройство этого регулятора должны быть установлены до теплообменника, так как после нагревания смеси до температуры кипения в этом теплообменнике поток жидкости может содержать паровую фазу, что нарушает работу автоматических устройств.
Большое значение для процесса ректификации имеет температура исходной смеси. Если смесь начинает поступать в колонну. При температуре меньшей, чем температура кипения, она должна нагреваться до этой температуры парами, идущими из нижней части колонны. Конденсация паров при этом увеличивается, что нарушает весь режим процесса ректификации. Поэтому температуру исходной смеси стабилизируют изменением расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник; тем самым ликвидируют одно из возмущений.
Рассмотрим возможности регулирования режимных параметров верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны, которые непосредственно определяют состав дистиллята.
Зависимость состава паров, выходящих из укрепляющей части колонны (а значит, и состава дистиллята), от других параметров процесса можно проследить по диаграмме (рис. 4.31).

Диаграмма температура (I) -концент¬рация низкокипящего компонента в жидкости (х) и парах (y).

Рис. 4.31. Диаграмма температура (I) -концент¬рация низкокипящего компонента в жидкости (х) и парах (y).
Анализ диаграммы показывает, что концентрация у (показатель эффективности) определяется концентрацией х, температурой кипения t жидкости и давлением паров Р над жидкостью. Для получения определенной концентрации, например У3, в соответствии с правилом фаз следует поддерживать на определенном значении только два из перечисленных параметров, например давление Р и концентрацию х3.
Давление Р легко стабилизировать .изменением расхода пара из колонны. Исполнительное устройство при этом устанавливают не на шлемовой трубе, соединяющей верхнюю часть ректификационной колонны с дефлегматором, а на линии хладоносителя, поступающего в дефлегматор. Это вызвано, в частности, тем, что при дросселировании пара в шлемовой трубе дефлегматор начинает работать в режиме переменного давления, а это неблагоприятно влияет на процесс конденсации.
Стабилизация давления в верхней части колонны необходима не только для поддержания заданного состава целевого продукта, но и для обеспечения нормального гидродинамического режима колонны, так как при уменьшении давления может произойти «захлебывание» колонны (восходящий поток пара начинает препятствовать стеканию жидкости по тарелкам вниз), а при его увеличении снижается скорость парового потока, что связано с уменьшением производительности установки. Сравнительно просто регулировать также и концентрацию х изменением расхода флегмы: чем выше этот расход, тем больше низкокипящего компонента будет в жидкости, и наоборот. На практике часто регулируют состав паров (а в' отдельных случаях и непосредственно состав дистиллята) изменением расхода флегмы. Регулирующий орган во всех случаях может быть установлен как на линии флегмы, так и на линии дистиллята, что равноценно. В качестве анализаторов состава в промышленности используют хроматографы и газоанализаторы.
Итак, для достижения цели управления необходимо стабилизировать давление и состав жидкости в верхней части колонны путем изменения расхода хладоносителя, поступающего в дефлегматор, и расхода флегмы. Качество регулирования этих параметров зависит от состава и скорости паров, движущихся из нижней исчерпывающей части. Колонны и определяемых ее технологическим режимом - главным образом давлением, температурой и составом жидкости в кубе колонны.
Необходимость стабилизации давления паров в кубе отпадает, так как ректификационная колонна обладает хорошо выраженными свойствами самовыравнивания по этому параметру и регулирование давления в укрепляющей части колонны при¬ведет к тому, что давление в кубе через несколько минут примет определенное (несколько большее, чем вверху колонны) значение.
Этого нельзя сказать о температуре (составе) жидкости в кубе (как и в верхней части колонны, в кубе, кроме давления, достаточно регулировать лишь один параметр). Изменение расхода флегмы с целью регулирования второго параметра приводит к изменению параметров в кубе колонны лишь через несколько часов. В связи с этим для поддержания нормального режима в кубе возникает необходимость независимого регулирования одного из этих параметров. Обычно стабилизируют температуру, поскольку, с одной стороны, датчик температуры значительно проще и надежнее, чем анализаторы состава, а с другой стороны, если целевым продуктом является дистиллят, то требования к технологическому режиму низа колонны менее жесткие, чем к верхней части. Итак, в кубе колонны следует регулировать температуру.
Регулирующие воздействия в нижней части колонны могут осуществляться изменением расходов кубового остатка и теплоносителя, подаваемого в кипятильник. Если учесть, что один из них, а именно расход остатка, следует использовать для поддержания материального баланса, т. е. для стабилизации уровня жидкости в кубе, то единственным регулирующим воздействием при регулировании температуры является изменение расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник.
Таким образом, если целевым продуктом является дистил¬лят, то для достижения цели управления следует регулировать расход исходной смеси, температуру исходной смеси, давление в верхней части колонны, состав жидкости в верхней части колонны, температуру и уровень жидкости в кубе. (Контролю подлежат: расход исходной смеси, дистиллята, флегмы, остатка, тепло- и хладоносителей; состав и температура конечных продуктов; температура исходной смеси, тепло- и хладоносителя; уровень в кубе колонны; температура по высоте колонны, давления в верхней и нижней частях колонны, а также перепад этих давлений.
Сигнализации подлежат значительные отклонения состава целевого продукта, уровня и давления в .колонне от заданных значений. При давлении в колонне выше допустимого, а также при прекращении поступления исходной смеси должны сработать автоматические устройства защиты, отключающие ректификационную установку. При этом магистрали теплоносителей, остатка и дистиллята перекрываются, а магистрали хладоносителя и флегмы полностью открываются.

   

Мокрая очистка газов

Разработка схем автоматизации мокрой очистки газов 1000р

Типовое решение автоматизации. В качестве объекта управления рассмотрим форсуночную трубу Вентури, в которой жидкость под небольшим давлением подается через распылитель, установленный параллельно газовому потоку, движущемуся с большой скоростью (рис. 4.14). Цель управления данным процессом аналогична цели управления процессом фильтрования газовых систем.

Типовая схема автоматизации мокрой очистки газов:

Рис. 4.14. Типовая схема автоматизации мокрой очистки газов:
1 - корпус трубы Вентурн; 2 - форсунки; 3 - регулируемая горловина.

Проведем анализ технологических особенностей мокрых пылеочистителей. Движение газового потока в трубе Вентури можно представить как движение газа через слой капель жидкости со скоростью, равной относительной скорости фаз. Из этого следует, что конечная концентрация пыли будет зависеть, во-первых, от числа и размера капель, определяющих качество «фильтра», и, во-вторых, от количества газа, движущегося через «фильтр», т. е. от расхода газа.
Жидкость дробится на капли в трубе Вентури дважды: на крупные - при истечении жидкости из форсунки и на более мелкие - под действием энергии газового потока. Конечный размер капель и их число определяются обоими процессами.
Средний диаметр капель после форсунки при распыливании определенной жидкости в газовый поток с малоизменяющими¬ся свойствами зависит от геометрических размеров форсунки и авления жидкости. Для одного из типов форсунок получено, например, следующее уравнение:

где dк-средний диаметр капель; dс-диаметр соплового отверстия; Рж - давление перед форсункой; k - постоянный коэффициент.
Таким образом, для стабилизации диаметра dк достаточно поддерживать давление Рт постоянным. Этим же будет обеспечиваться и постоянное число капель, так как расход жидкости Vт через форсунку определяется в основном перепадом давления Pк на форсунке:


где еР - коэффициент расхода (изменяется незначительно); Рж=Рж - Ргн;
Рг - давление газа в начале трубы, где установлен распылитель (мало изменяется) ; рш - плотность жидкости (мало изменяется) .
Дисперсность вторичного распыла - при контактировании капель жидкости после форсунки с газом - зависит в основном от скорости газового потока Wг:

где eс - коэффициент скорости (мало изменяется) ;
РГ - перепад давления в начале и в конце трубы Вентури (Рг=Рг.н - PГ. к), Рг. к - давление в конце трубы;
рг - плотность газа (мало изменяется).
Из уравнения следует, что для постоянства скорости Wг достаточно стабилизировать перепад давления на трубе Вентури. Регулирующее воздействие при этом вносится изменением поперечного сечения горловины трубы.
Перепад давления на трубе является движущей силой процесса перемещения газа, поэтому его стабилизация обеспечивает не только качественную дисперсность распыла, но и постоянство расхода газа - второго режимного параметра процесса мокрой очистки, определяющего показатель эффективности.
Итак, для эффективного применения труб Вентури необходи¬мо регулировать давление жидкости перед форсункой и перепад давления газа.
Мокрые пылеочистители склонны к забиванию, поэтому о достижении предельного значения перепада давления следует, кроме того, сигнализировать. При критическом значении перепада Р устройство защиты включает резервный пылеочиститель и отключает рабочий. Контролю в данном процессе подлежат расходы жидкости и газа.

Электрическая очистка газов

Типовое решение автоматизации рассмотрим на примере сухого электрофильтра (рис. 4.15). 

Типовая схема автоматизации электрической очистки газа:

Рис. 4.15. Типовая схема автоматизации электрической очистки газа:
1 - трансформатор; 2 - высоковольтный выпрямитель; 3 - электрофильтр; 4 - короннрующий электрод; 5 - реле максимального тока; 6 - реле минимального напряжения; 7 - автоматическое устройство управления; 8 - исполнительный механизм.

В связи с тем что электрические аппараты пылеочистки решают задачи, аналогичные задачам для фильтров и мокрых пылеочистителей, цели управления у них совпадают.
Параметрами, от которых зависит концентрация пыли на вы¬ходе из электрофильтра, являются: напряжение питания U, нагрузка G, температура газа I, радиус частиц r, давление газа Р, влажность m, удельное электрическое сопротивление R.
Для сухих электрофильтров получено уравнение, дающее представление о зависимости конечной концентрации Ск от указанных параметров:

где Сн - начальная концентрация пыли.
Из уравнения следует, что наиболее сильно на концентрацию Ск влияют начальная концентрация Сн, напряжение U и расход G; параметры Р, I, г влияют меньше, они определяются ходом предыдущего технологического процесса, и с их изменением в объект будут поступать возмущающие воздействия. То же можно сказать и о концентрации Сн. Расход газа с целью устранения возмущений нужно и можно стабилизировать. Напряжение U для высококачественной очистки должно поддерживаться на максимально высоком уровне, близком к критическому. Для этого устанавливают автоматическое устройство, которое периодически осуществляет плавное повышение напряжения до возникновения пробоя (дугового разряда) в межэлектродных промежутках. В момент возникновения пробоя срабатывают реле максимального тока и минимального напряжения; они дают команды автоматическому устройству на быстрое снижение напряжения и до значения, обеспечивающего гашение дуг («10%). Через некоторый промежуток времени устройство вновь начинает повышать напряжение до предельного пробивного значения. Затем цикл повторяется.
При обрыве коронирующих электродов сигнальное устройство через 5-10 циклов понижения напряжения дает импульс в схему сигнализации и защиты.

 Зависимость эффективности очистки от числа искровых разрядов.Рис. 4.16. Зависимость эффективности очистки от числа искровых разрядов.

Контролю в данном процессе подлежат расход, температура и влажность газового потока, напряжение и сила тока, температура масла трансформаторно-выпрямительного блока.
Регулирование по искровому принципу. Типовое регулирование электрофильтра по дуговому пробою имеет существенный недостаток - среднее значение рабочего напряжения оказыва¬ется ниже оптимального вследствие его периодического снижения. Более перспективным является регулирование по числу ис¬кровых разрядов, которые предшествуют пробою и определяют степень очистки (рис. 4.16). Оптимальная частота искровых разрядов может быть рассчитана заранее (как задание регулятору) по разрядному расстоянию, сочетанию электродов, свойствам очищаемых газов и другим параметрам процесса. Для контроля за текущим значением частоты искрений во вторичной цепи трансформатора устанавливают специальное устройство, реагирующее на импульсы напряжения, которые вызываются скачкообразными изменениями тока при искрении.

   

Типовое решение автоматизации для процесса фильтрования часть 1

Разработка схем автоматизации фильтрования 1000р

 

При исследовании процесса фильтрования жидких. неоднородных систем рассмотрим в качестве объекта управления барабанный (дисковый) вакуум-фильтр (рис. 4.12). Фильтровальные аппараты устанавливают, как правило, с той же целью, что и центрифуги, поэтому и цели управления в. обоих случаях совпадают. То же можно сказать и о возмущающих воздействиях, а также о выборе таких технологических и конструктивных параметров установки, которые обеспечили бы минимально возможную (для конкретных условий) влажность осадка. Устройства регулирования устанавливают на данном объекте только для обеспечения определенной производительности по осадку. Эта производительность для выбранного типа фильтра может быть выражена следующим образом:

производительность для выбранного типа фильтра где К - постоянный коэффициент; Р - разность давлений до и после фильт¬ровальной ткани; Ст.с - масса твердых частиц на единицу объема жидкости исходной суспензии; Сж.о - объем жидкости в осадке на единицу массы твердых частиц; п - частота вращения барабана (диска); I - часть барабана диска), погруженная в жидкость (определяется уровнем суспензии в ванне); f - кинематическая вязкость жидкости; а -среднее удельное сопротивление осадка.
Как следует из уравнения, производительность VТ пропорциональна (Р n l)0,5. Параметры Р и n не .изменяются при использовании асинхронных двигателей в качестве привода вакуум-насоса и барабана (диска). Поэтому единственным параметром, который следует стабилизировать, будет l, т. е. уровень суспензии в ванне. Регулирующим воздействием в данном случае служит изменение расхода суспензии.
Серьезной опасностью при работе вакуум-фильтров является прорыв фильтровальной ткани, так как через отверстия в ней будет теряться целевой продукт. Для предотвращения таких ситуаций устанавливают датчики мутности фильтрата, а также устройства сигнализации и защиты. Кроме того, на вакуум-фильтре устанавливают еще один датчик сигнализации и защиты - датчик перегрузки электродвигателя барабана.
Контролю подлежат расходы суспензии и фильтрата, уровень жидкости в ванне, разрежение в вакуум-линии, перепад давления до и после фильтровальной ткани, мутность фильтрата, мощность электродвигателя.
Регулирование толщины осадка. Толщина осадка является важнейшим режимным параметром. Увеличение толщины приводит к значительному повышению влажности осадка, поэтому целесообразна стабилизация данного параметра. С этой целью регулирующие воздействия могут быть внесены как изменением вакуума, так и изменением скорости вращения барабана. Необходимо отметить узкий диапазон возможных регулирующих воздействий в последнем варианте, что связано с увеличением влажности осадка при значительном повышении скорости вращения.

Фильтрование газовых систем

Типовое решение автоматизации рассматривается на примере рукавного фильтра с импульсной продувкой (рис. 4.13). 

 Типовая схема автоматизации процесса фильтрования газовых систем

Рис. 4.13. Типовая схема автоматизации процесса фильтрования газовых систем: 1 - корпус фильтра; 2 - рукава; 3 - сопла импульсной продувки; 4 - шнек.

Рукавные фильтры устанавливают, как правило, для полной очистки газа от твердых веществ, являющихся ценным продуктом. Поэтому показателем эффективности процесса будем считать концентрацию твердого вещества в газе на -выходе из фильтра, а целью управления - поддержание его на заданном (минимально возможном для данных условий) значении.
Процесс фильтрования газовых сред во многом аналогичен процессу фильтрования жидких систем. В частности, аналогичны возмущающие воздействия и возможности их ликвидации. В рукавные фильтры дополнительно могут поступать возмущения по каналу сжатого воздуха, подаваемого в сопла для регенерации. Определенные сложности при автоматизации рукавных фильтров создает отсутствие в настоящее время надежных кон-центратомеров пыли. В связи с этим регулируют перепад давления ДР в камерах загрязненного и очищенного газа, который наиболее полно отражает ход процесса:

 

где РТ - перепад давления, обусловленный фильтрующей тканью и неудаляемыми частицами пыли; G - масса пыли, осевшей на единице площади фильтра за определенный промежуток времени; м - вязкость газа; W - скорость газа; К - проницаемость слоя пыли на ткани; р - плотность пыли; g - ускорение свободного падения.
Из уравнения следует, что регулировать перепад P можно лишь изменением массы пыли G, так как остальные параметры обусловлены ходом предыдущего технологического процесса. Регулирование осуществляется следующим образом. При достижении максимального перепада позиционный регулятор выдает сигнал на электромагнитные клапаны, установленные на магистрали сжатого воздуха. Клапаны открываются, импульсы сжатого воздуха через сопла поступают в рукава и деформируют ткань, сбивая при этом пыль. Регенерация ткани происходит до достижения минимального перепада давления.
Качественная регенерация фильтрующей ткани рукавов будет осуществляться только при определенном значении давления сжатого воздуха, подаваемого на продувку. Для стабилизации этого давления устанавливают регулятор.
Контролю и сигнализации подлежат следующие параметры: температура загрязненного газа (фильтровальная ткань рассчитана только на определенные температуры), давление сжатого воздуха, перепад давления. При критических значениях давления сжатого воздуха и перепада давления (превышение критического значения перепада приводит к разрыву ткани) срабатывает устройство защиты, отключающее рабочий фильтр и включающее резервный. Контролю подлежит расход газового потока.

Регулирование по жесткой временной программе.

Измерение давления газовых пылевых потоков связано с определенными трудностями, так как импульсные трубки забиваются пылью и искажают показания приборов. С другой стороны, при стабильном технологическом режиме появляется возможность отказаться от регулирования по перепаду Р и перейти на управление по жесткой программе, в которой задается определенная длительность импульсов сжатого воздуха и пауз между ними. Для реализации такой программы устанавливают командный прибор, который управляет объектом по временной программе независимо от состояния фильтра.

   

Cтраница 10 из 15

Яндекс.Метрика Rambler's Top100 www.megastock.com Здесь находится аттестат нашего WM идентификатора 000000000000
Проверить аттестат