Автоматизация ТП

Измельчение твердых материалов

Типовое решение автоматизации измельчения твердых материалов (рис. 4.64). В качестве объекта управления при автоматизации процесса измельчения примем барабанную мельницу сухого помола. Показателем эффективности при управлении данным процессом является размер кусков измельченного материала (тонина помола), а целью управления - поддержание определенного конечного грануло¬метрического состава материала.
Гранулометрический состав определяется, с одной стороны, свойствами измельчаемого материала (твердостью, влажностью, насыпной плотностью, размерами) и количеством его в барабане, а с другой, - кинетической энергией, с которой шары воздействуют на материал.
На участок дробления, как правило, подается разнородный материал, поэтому в объект управления будут поступать возмущающие воздействия. Стабилизировать свойства материала, подаваемого в мельницу, невозможно. Единственной возможностью уменьшить частоту и силу возмущений является перемешивание различных партий сырья с целью усреднения их характеристик. Количество материала М в барабане будет определяться расходом сырья и конечного продукта. Зависимость между ними выражается уравнением

М=К G

где К - коэффициент, учитывающий влияние свойств материала, частоты вра¬щения барабана, степени заполнения барабана мелющими телами и других параметров; G - расход сырья или конечного продукта.
Зависимость коэффициента К от частоты вращения барабана при постоянном расходе сырья показана на рис. 4.65, а. Остальные параметры, влияющие на объем материала в мель¬нице, либо являются постоянными величинами, либо их невозможно стабилизировать.

Зависимость коэффициента К (а) и числа падений шара nп (б) от частоты вращения барабана n.

Рис. 4.65. Зависимость коэффициента К (а) и числа падений шара nп (б) от частоты вращения барабана n.

Таким образом, количество материала в барабане может быть стабилизировано путем изменения расхода сырья или конечного продукта, а также частоты вращения барабана.
Кинетическая энергия, с которой шары воздействуют на материал, зависит от высоты падения отдельного шара и числа ударов шаров в единицу времени. Естественно, что с увеличением этих параметров интенсивность измельчения возрастает. Высота падения шара зависит от частоты вращения барабана мельницы; с увеличением частоты вращения до определенного предела она возрастает, при более высокой скорости - начинает уменьшаться.
Число ударов шаров можно определить .по формуле

m = n1 n N

где n1 - число падений шара за один оборот барабана; n - частота вращения барабана; N - число шаров в мельнице (величина постоянная).
Число n1 зависит также от частоты вращения n, что подтверждает график, представленный на рис. 4.65,6; с уменьшением п значение nп возрастает.
Высоту падения и число ударов шаров можно стабилизировать, поддерживая постоянное число оборотов n; изменением этого параметра можно осуществлять регулирующие воздействия. Практика показала, что для 'поддержания заданных размеров кусков измельченного материала изменение п не должно превышать 20-30% от номинального значения.

Схема регулирования работы классификатора:

Рис. 4.66. - Схема регулирования работы классификатора:
1 - мельница; 2 - классификатор.

В связи с наличием неустранимых возмущений по каналу исходного материала в качестве основной регулируемой величины следовало бы принять гранулометрический состав конечного продукта, а регулирующие - воздействия осуществлять изменением частоты вращения барабана. Расход материала при этом следует стабилизировать, что обеспечит устранение возмущений по этому каналу и постоянную производительность дробилки.
В настоящее время в промышленности нет качественных, непрерывнодействующих датчиков размеров твердых частиц, поэтому стабилизируют количество материала в барабане. Оно реагирует практически на все параметры, определяющие размеры частиц. Необходимо учитывать и тот факт, что если мгновенное значение количества материала в барабане станет меньше объема пустот между шарами, то большая часть кинетической энергии шаров будет расходоваться ее на измельчение материала, а на нагрев и взаимное раскалывание шаров и футеровки мельницы. Поэтому объем материала должен быть всегда больше объема пустот или равен ему. С экономической точки зрения такой режим тоже более выгоден по следующей причине: центр тяжести внутримельничной загрузки приближается к вертикальной оси мельницы, в результате статический момент внутримельничной загрузки уменьшается, что снижает расход мощности на единицу объема материала.
Объем материала М не поддается непосредственному измерению. На практике эта регулируемая величина определяется косвенными методами: по силе тока электродвигателя мельницы, по вибрации барабана или опоры мельницы, по амплитуде шума, создаваемого мельницей. Наибольшее распространение нашел последний метод.
Контролю в данном процессе подлежат расход материала; амплитуда шума, создаваемого мельницей; количество потребляемой энергии. Сигнализируется состояние барабана, т. е. включен он или выключен. Устанавливаются устройства пуска и остановки двигателей дробилки.
Регулирование барабанных мельниц мокрого помола. Автоматизировать эти машины сложнее, чем мельницы сухого помола, вследствие появления дополнительного жидкостного потока. Расход воды, подаваемой в мельницу, следует стабилизировать или изменять в зависимости от количества материала в мельнице. В качестве регулируемой величины, можно выбрать и плотность суспензии, которая довольно точно характеризует тонину помола.
Регулирование объема материала изменением расхода сырья. Если для следующего за процессом перемещения технологического процесса не требуется постоянный расход измельченного вещества, то регулирующие воздействия при стабилизации количества материала М можно осуществлять изменением расхода сырья. Режим работы дозирующих устройств при этом должен соответствовать заданному объему материала в барабане мельницы, а все остальные параметры процесса следует поддерживать постоянными.
При использовании мельниц мокрого помола можно стабилизировать объем материала М изменением не только расхода сырья, но и расхода суспензии. Для этого устанавливают регулятор, закрывающий или открывающий сливное отверстие мельницы.
Регулирование мельниц, работающих по замкнутому циклу (рис. 4.66). При работе мельницы в замкнутом цикле измельренный материал или суспензия поступает в спиральный гидравлический классификатор, в котором производится сортировка зерен материала. Для классификации зерен туда подают воду. Мелкие зерна материала удаляют из классификатора в слив, а крупные (пески) возвращают в мельницу в качестве рецикла.
Для поддержания нормального технологического режима классификатора необходимо установить регулятор, обеспечивающий возврат крупных зерен материала в мельницу. Косвенное представление о крупности зерен после классификатора можно получить по значению плотности суспензии.
Регулирующие воздействия при стабилизации плотности суспензии можно вносить несколькими способами. Наиболее простым и распространенным является изменение расхода воды, подаваемой в классификатор. Этот способ требует плавного и медленного изменения скорости подачи воды, в противном случае нарушается нормальный технологический режим классификатора. После резкого изменения расхода воды режим восстанавливается не раньше чем через 10 мин.
Можно регулировать плотность суспензии путем изменения скорости вращения или величины подъема спирали классификатора. Более эффективен последний метод; он позволяет изменять расход рецикла от 0 при полном подъеме до 100% при нижнем их положении. Этот метод легко осуществить на классификаторах современных конструкций.
Регулирование щековых дробилок. При измельчении материала в щековых дробилках следует обеспечить прежде всего их равномерную загрузку. Это достигается узлом корректировки работы питателей в зависимости от потребляемой мощности привода дробилки. Выбор регулируемой величины обусловливается наличием зависимости между производительностью дробилки и мощностью (током) ее электропривода.

 

Дозирование твердых материалов

В качестве объекта управления примем дозатор непрерывного действия с ленточным питателем (рис. 4.60). Показателем эффективности процесса дозирования является расход дозируемого материала, а целью управления - поддержание определенного значения этого расхода.

Типовая схема автоматизации процесса дозирования:

Рис. 4.60. Типовая схема автоматизации процесса дозирования:
1 - бункер; 2 - заслонка; 3 - транспортер; 4 - вариатор.

Массовый расход материала через ленточный питатель определяют по уравнению

G = S v p

где S - площадь проходного отверстия; V - скорость движения материала; р' - насыпная плотность материала.
С изменением всех определяющих параметров в объекте могут появляться возмущающие воздействия.
Площадь S, равная произведению ширины ленты b (величина постоянная) на высоту открытия заслонки h, периодически сокращается при прохождении частиц материала у кромки элементов, ограничивающих проходное сечение. Приняв, что частицы (куски) материала имеют шаровую форму с эквивалентным диаметром dэкв, получили уравнение, которое позволяет рассчитать поправку h к высоте открытия Л, учитывающую уменьшение площади S:

Таким образом, площадь S определяется по уравнению

S = b / (h-dэкв/2,3)

и зависит от высоты открытия заслонки Н и диаметра частиц dэкв. Высоту открытия заслонки Л сравнительно просто стабилизировать или изменять при дозировании. Диаметр dэкв определяется процессом измельчения, предшествующим процессу дозирования.
Скорость V тоже может изменяться при колебаниях напряжения и частоты тока в электрической сети двигателя дозатора, а также при проскальзывании приводных ремней и ленты транспортера на ведущем барабане. Путем целенаправленного изменения скорости V с помощью вариатора или другого специального оборудования могут осуществляться регулирующие воздействия.
Возмущения могут поступать в объект не только с изменением размеров частиц, но и при изменении насыпной плотности р. Она определяется в основном предшествующим технологическим процессом, но может меняться также в зависимости от метеорологических условий и влажности окружающей среды. Колебания влажности приводят и к изменению коэффициента внутреннего трения, что является сильным возмущением.
Таким образом, в объект будут поступать возмущения, для компенсации которых следует оказывать регулирующие воздействия изменением степени открытия заслонки или скорости перемещения материала. Регулируемой величиной будет служить расход дозируемого материала.
Контролировать следует расход материала и его количество, а сигнализировать - значительные отклонения расхода от заданного значения я состояние привода дозатора («Включен», «Выключен»). В случае полного прекращения поступления материала на ленту транспортера устройства защиты должны автоматически прекратить работу дозатора и других механизмов.

Регулирование дозатора с ленточным питателем регуляторами прямого действия (рис. 4.61).

Схема прямого регулирования дозатора с ленточным питателем

Рис. 4.61. Схема прямого регулирования дозатора с ленточным питателем

Регуляторы прямого действия в виде системы рычагов нашли широкое распространение для управления ленточными питателями благодаря простоте и надежности конструкции. Рама питателя, служащая датчиком расхода, в этих случаях связана через систему рычагов с заслонкой, изменяющей сечение проходного отверстия при изменении массы материала на ленте. Описанное устройство относится к П-регуляторам.
Регулирование дозаторов с разделением потока дозируемого материала (рис. 4.62).

Схема регулирования дозатора с разделением потока дозируемого материала:

Рис. 4.62. Схема регулирования дозатора с разделением потока дозируемого материала:
1 - бункер; 2 - ручные заслонки; 3 - ленточный транспортер; 4 - вариатор; 5, 6 - шнековые питатели.

Поток дозируемого материала делится на нерегулируемый (80-90% всего материала) и регулируемый. Нерегулируемый поток поступает на транспортер, рама которого воздействует «а преобразователь регулятора и в зависимости от массы -поступившего материала изменяет расход регулируемого потока таким образом, чтобы суммарный расход был равен заданному.
Способы внесения регулирующих воздействий при использовании питателей различных типов. Большое разнообразие дозируемых материалов привело к созданию питателей различных типов (рис. 4.63). Рассмотрим их характеристики с целью выявления возможных регулирующих воздействий.

 Типы питателей

Рис. 4.63. Типы питателей:
а - вибрационный; б - тарельчатый; в - шнековый; г -секторный: д - гравитационный; е - аэрационный; 1 - внбропривод; 2 - автоматическая заслонка; 3 - манжета; 4 - нож; 5 - вариатор; 6 - тарелка; 7 - пористая перегородка; 8 - шланговый клапан.

Вибропитатель применяют для дозирования различных материалов. Движение материала по наклонному лотку обеспечивается благодаря возвратно-поступательным движениям лотка, создаваемым электромагнитным виброприводом. Характеристика вибропитателя имеет следующий вид:

G = K A f b (h – dэкв/2,3)р

где К - коэффициент; К=}(а); а - угол наклона лотка; А - амплитуда колебаний; f - частота колебаний; b - ширина лотка (постоянная величина); h - высота подъема заслонки.
Из уравнения следует, что регулировать производительность можно путем -изменения амплитуды и частоты колебаний питателя, угла наклона лотка и степени открытия заслонки. Широкое распространение получило регулирование путем изменения амплитуды колебаний. Объясняется это простотой способа -изменения амплитуды: она находится в прямой зависимости от подводимого к обмоткам электромагнитов напряжения, а между напряжением и расходом материала существует пропорциональная зависимость, что дает возможность устойчивого я плавного регулирования расхода дозируемого материала в широких пределах. Этот способ отличается еще одним существенным достоинством - быстротой протекания переходных процессов: новое значение амплитуды устанавливается через 0,04-0,05 с после изменения напряжения.
Воздействовать на скорость прохождения материала можно также путем изменения угла наклона лотка а, при этом производительность питателя изменяется в значительных пределах. Реже используется метод регулирования производительности путем изменения высоты подъема заслонки 2.
Тарельчатый питатель предназначен для дозирования мелкозернистых и мелкокусковых материалов. Он представляет собой круглую тарелку, устанавливаемую под бункером и вращаемую приводом. Между бункером и тарелкой помещаются манжета и нож. Характеристика питателя выражается следующим уравнением:

где D - диаметр манжеты; n - частота вращения (число оборотов) тарелки; ф - угол естественного откоса материала на тарелке, Н - высота щели.

Анализ уравнения показывает, что регулировать производительность тарельчатого питателя можно изменением частоты вращения (числа оборотов) или высоты щели h. Наибольший интерес представляет второй метод. Высоту щели Н изменяют перемещением манжеты 3. Однако таким образом можно довиться только грубого регулирования. Более точное регулиро¬вание достигается изменением положения ножа 4, вследствие чего меняется толщина срезаемого слоя материала.
Установив регулируемый электропривод или вариатор 5 с реверсивным двигателем, можно регулировать расход G изменением числа оборотов n.
Шнековый питатель применяют для выдачи порошкообразных и мелкозернистых Материалов. Характеристика питателя имеет вид:

G = (п D^2/4)l n p

где D - диаметр желоба питателя; l - расстояние между лопастями; п - частота вращения вала питателя.
Как видно из уравнения, единственным регулирующим Воздействием является изменение числа оборотов n. Для этого устанавливают регулируемые электроприводы или вариаторы с реверсивным двигателем.
Секторный питатель используют для дозирования порошкообразных и мелкозернистых материалов. Такой питатель имеет вращающийся барабан, разделенный радиальными стенками на несколько отсеков. Его характеристика имеет вид:

G = k V n p

где k - число секторов; V - емкость одного сектора; п - частота вращения вала питателя.
Регулирующие воздействия могут вноситься изменением числа оборотов вала питателя и емкости сектора. Последний способ не нашел широкого применения ввиду его сложности. Регулирование путем изменения скорости вращения тоже имеет недостаток - ограничение по предельному верхнему значению скорости, так как при большой скорости сектора заполняются лишь частично.
Гравитационный питатель. Уравнение зависимости между расходом дозируемого материала и другими параметрами процесса имеет вид:

G = b (h – dэкв/2,4) р (2 g H)^(0,5)

где b - ширина отверстия в нижней части бункера; h - длина отверстия; Н - высота установки питателя.-
Из уравнения следует, что (регулировать производительность питателя такого типа можно лишь изменением длины отверстия с помощью автоматической заслонки.
Аэропитатель нашел применение для дозирования пылевидных материалов. Материал в таких питателях приводится в псевдоожиженное состояние подачей воздуха через пористую перегородку и движется за счет силы тяжести по трубе к потребителю. Изменение расхода дозируемого мате¬риала легко осуществляет¬ся с помощью стандартных регулирующих органов. Для поддержания нормального режима псевдоожижения целесообразно регулировать давление воздуха.


Автоматизация дозаторов дискретного действия.

Такие дозаторы должны обеспечить подачу равных порций сыпучего материала. Как правило, они представляют собой саморазгружающийся ковш, который устанавливается под бункером материала. Бункер заканчивается гравитационным питателем с быстродействующей автоматической заслонкой.
Системы автоматического управления такими дозаторами выполняются на электрических или механических элементах. В последнем случае они представляют собой систему рычагов с грузом, месторасположение которого соответствует заданной порции. Они выполняют следующие операции: открытие заслонки; наполнение ковша до заданного значения массы; закрытие заслонки; опорожнение ковша; возвращение ковша в исходное положение. Сигнал на опорожнение ковша может подаваться как по достижении нужной массы, так и по проишествия заданного времени.
При повышенных требованиях к точности работы под ков¬шом устанавливают два гравитационных питателя, причем один из них работает в режиме грубого дозирования, а другой - в режиме точного. Система управления осуществляет в этом случае следующие операции: одновременное открытие двух заслонок; наполнение ковша до определенного значения массы несколько меньшего, чем заданное; закрытие большой заслонки; досыпку материала через меньший питатель до точного значения заданной массы; закрытие малой заслонки; опорожнение ковша, возвращение механизмов в исходное положение.
С помощью автоматических устройств точность взвешивания дозаторов дискретного действия может быть доведена до 0,5-1%.
Другие цели управления процессом дозирования. Часто дозирование из соображений наилучшего хода последующего процесса ведется с целью не стабилизации расхода, а поддержания постоянного значения какого-либо параметра этого процесса. Например, для поддержания материального баланса многочисленных бункеров корректировку режима работы дозаторов осуществляют по уровню сыпучего материала в них; для оптимального ведения процесса сушки интенсивность подачи материала в сушилку определяют в зависимости от начальной влажности материала; для поддержания определенной степени загрузки шаровых мельниц расход материала, подаваемого в мельницу, изменяют в зависимости от величины загрузки материала; дозирование мелкокускового топлива, подаваемого в топку паровых котлов, должно соответствовать одному из выходных параметров получаемого в котле пара.

   

Центрифугирование жидких систем

Типовое решение автоматизации. В качестве объекта управления при автоматизации процесса центрифугирования рассмотрим центрифугу непрерывного действия (рис. 4.10). Полученный в. результате центрифугирования осадок в дальнейшем, как правило, поступает в сушилку, энергетические затраты которой определяются в основном влажностью осадка, поэтому при управлении центрифугами ставится задача получения заданной-(минимально возможной при данных условиях) влажности осадка (она может колебаться, например, при отстойном центрифугировании от 10 до 30%). Это и будет являться целью управления.

Типовая схема автоматизации процесса центрифугирования:

Рис. 4.10. Типовая схема автоматизации процесса центрифугирования:
1 - барабан центрифуги; Б - момент на валу электродвигателя; Z - уровень вибрации.

В реальных условиях производства в центрифугу поступают многочисленные возмущения в виде изменения гранулометрического состава твердого вещества, начальной концентрации его в суспензии, вязкости жидкой фазы и т. д. Наиболее сильным. возмущающим воздействием является изменение подачи суспензии. В частности, увеличение расхода суспензии ведет к вымыванию части осадка из центрифуги и повышению его влажности,, а уменьшение расхода нарушает равномерность слоя осадка к приводит к сильной вибрации ротора.
Для того чтобы при наличии многочисленных возмущений, достигалась цель управления, устанавливают центрифуги с высокой разделяющей способностью. Разделяющая способность оп¬ределяется фактором разделения Ф:

где r - радиус барабана центрифуги (постоянная величина); n - частота вращения ротора (число оборотов в единицу времени); g - ускорение свободного падения.
Анализ формулы показывает, что изменением числа оборотов п в объект можно вносить сильные регулирующие воздействия. Однако в современных центрифугах в качестве привода используют, как правило, асинхронные электродвигатели с постоянным числом оборотов вала. К тому же в настоящее время отсутствуют высококачественные датчики влажности конечного продукта. В связи с этим выбирают электродвигатель с таким числом оборотов п, при котором даже при значительных возмущающих воздействиях центрифуга обеспечивала бы заданную влажность осадка.
Для компенсации сильных возмущений, вызванных изменением расхода суспензии, предусматривается узел стабилизации этого параметра. Для поддержания материального баланса в центрифуге не требуется установка регуляторов, так как уровень фугата и осадка поддерживается путем их свободного удаления из аппарата. Стабилизация расхода суспензии и соблюдение баланса обеспечивают постоянную производительность центрифуги.
В связи с высокими скоростями вращения центрифуг, большим потреблением энергии, а также возможностью неравномерного распределения материала в барабане центрифуги особое внимание уделяется контролю, сигнализации и защите параметров центрифугирования. Контролируются расходы суспензии и фугата, мутность фугата, количество потребляемой электродвигателем энергии. При перегрузке электродвигателя срабатывает .сигнализация. Контролю и сигнализации подлежат также давление масла в системе смазки и температура подшипников, причем при резком падении давления и повышении температуры должны сработать устройства защиты, отключающие центрифугу. Отключение должно производиться и в случае вибрации барабана, являющейся признаком неравномерного распределения материала в центрифуге.

Регулирование отстойных центрифуг.

Изменяя продолжительность отстаивания и осушки осадка в отстойных центрифугах, в объект можно вносить сильные регулирующие воздействия. В соответствии с результатами лабораторных анализов влажности осадка производят изменение длительности указанных операций путем изменения числа ходов поршня при выгрузке осадка пульсирующим поршнем или же изменения числа оборотов шнека в шнековых центрифугах. Реже регулирующие воздействия вносятся изменением степени открытия разгрузочных окон.

Управление центрифугами периодического действия. 

Центрифуги периодического действия в связи с простотой конструкции находят широкое применение в промышленности. Регулирующие воздействия в них могут быть внесены путем изменения продолжительности отдельных операций в зависимости от влажности осадка. Однако на практике ввиду отсутствия датчиков влажности процесс ведут по жесткой временной программе с помощью командного прибора (рис. 4.11). На него поступают сигналы от датчика загрузки 6 барабана 1 центрифуги и конечных выключателей положений ножа 2, служащего для срезания осадка и приводимого в движение масляным исполнительным механизмом 3. При срабатывании датчика загрузки командный прибор формирует сигнал иа закрытие клапана 7; операция загрузки при этом прекращается.

Система управления периодической центрифугой:

Рис. 4.11. Система управления периодической центрифугой:
1 - барабан; 2 - нож; 3 - исполнительный механизм; 4 - маслораспределитель; 5 - переключающее устройство; 6 - датчик загрузкн; 7, 8 - запорные клапаны.

Длительность следующих операций (подсушки и промывки) устанавливается вручную с помощью задатчиков времени командного прибора и обеспечивается срабатыванием клапана 8. На некоторых центрифугах поочередно осуществляется несколько операций подсушки и промывки с различной выдержкой. Заданные последовательность и длительность их также выдерживается командным прибором. По завершении этих операций прибор выдает импульс на переключающее устройство 5 маслораспределителя 4, который с помощью исполнительного механизма 3 приводит в движение нож 2. Начинается операция выгрузки твердого продукта из барабана 1. Движение ножа продолжается до крайнего по¬ложения, что обеспечивается конечным выключателем КВ1. По его команде происходит обратное движение ножа до срабатывания второго конечного выключателя - КВ2; начинается новая загрузка или же вновь открывается магистраль промывной воды для регенерации сетки барабана 1. Далее цикл повторяется.
В качестве параметра, характеризующего степень загрузки, может использоваться уровень суспензии в барабане. Чувствительным элементом уровня является пластинка, контактирующая с верхним слоем жидкости в нем. При изменении положения этого слоя пластинка поворачивается вместе с валом, на котором установлен кулачок. Положение последнего преобразуется в аналоговый или дискретный сигнал, соответствующий уровню жидкости. Таким же способом можно контролировать и уровень твердого осадка; тогда в качестве чувствительного элемента используется гребенка, представляющая собой сопротивление только для твердой фазы.
В промышленности для контроля загрузки используют также емкостные датчики, измеряющие электрическую емкость между датчиком и уровнем суспензии в барабане или его стенкой, датчики скорости вращения барабана и мощности приводного электродвигателя.

Регулирование скорости вращения центрифуг периодического действия. 

Значительного улучшения эксплуатационных характеристик центрифуг периодического действия можно добиться путем изменения скорости вращения ротора при осуществлении различных операций, так как каждой из них соответствует своя оптимальная скорость. Для этой цели в качестве привода центрифуги применяют специальные электродвигатели и командные устройства, работающие по жесткой программе.

   

Типовое решение автоматизации процесса выпаривания

Типовое решение автоматизации. Основные принципы управления .процессом выпаривания рассмотрим на примере однокорпусной выпарной установки естественной циркуляции (рис. 4.26). Показателем эффективности процесса является концентрация упаренного раствора, а целью управления - поддержание определенного значения этой концентрации.

Типовая схема автоматизации процесса выпаривания:

Рис. 4.26. Типовая схема автоматизации процесса выпаривания:
1 - кипятильник; 2 - выпарной аппарат; 3 - устройство для измерения температурной депрессии.

Уравнения материального баланса выпарной установки по растворенному веществу и по всему количеству вещества имеют соответственно следующий вид: 

Gс.р Сс.р = Gу.р Су.р ; Gс.р = Gу.р + Gп

где GоР, Gу.р - расход свежего и упаренного растворов; Сс. Р - концентрация растворенного вещества в свежем растворе; Су. р - концентрация растворенного вещества в упаренном растворе (показатель эффективности); Gп - расход паров растворителя.
Решая совместно эти уравнения, получим:

Регулирование концентрации упаренного раствора изменением его расхода.

В отдельных случаях для предотвращения оголения греющих труб кипятильника предъявляют повышенные требования к узлу регулирования уровня в выпарном аппарате. Качество регулирования уровня можно улучшить, внося регулирующие воздействия изменением расхода свежего раствора. Концентрацию Су.р в этих 'Случаях стабилизируют изменением расхода упаренного раствора, а узлы регулирования расхода теплоносителя и давления в аппарате остаются прежними.
Такая схема предпочтительнее и при частых «засолениях» поверхности теплообмена и связанных с ними промывках теплообменника, так как регуляторы могут быть включены сразу после промывки. При регулировании концентрации в соответствии с типовым решением включение выпарного аппарата производится вручную.

Регулирование концентрации упаренного раствора изменением расхода теплоносителя. 

Если расход свежего раствора определяется ходом предшествующего технологического процесса, то этот параметр нельзя использовать для регулирования концентрации или уровня. В этих случаях концентрацию упаренного раствора регулируют изменением расхода теплоносителя. Аналогичная ситуация возникает и в случае, если следующим процессом определяется расход упаренного раствора. Тогда расход свежего раствора следует использовать для стабилизации уровня и единственным регулирующим воздействием при стабилизации концентрации будет изменение расхода теплоносителя.

Регулирование при постоянной концентрации растворенного вещества в свежем растворе.

Если отсутствует одно из самых сильных возмущающих воздействий - изменение концентрации вещества в свежем растворе, целесообразно вместо сложного и ненадежного узла регулирования концентрации Су.р установить регулятор расхода свежего раствора. При этом концентрацию Су.р только контролируют и по ее значению периодически про¬изводят перенастройку регуляторов системы.
При сильно изменяющихся расходах свежего раствора и теплоносителя качество регулирования показателя эффективности можно улучшить (уменьшить запаздывание), регулируя соотношение этих расходов изменением расхода теплоносителя. Регулятор соотношения будет реагировать и «а другие возмущения, так как они приведут в конечном итоге к срабатыванию регулятора концентрации раствора и изменению расхода свежего раствора.

Регулирование с помощью двухконтурных систем. 

Улучшить качество регулирования можно, используя многоконтурное регулирование расхода свежего раствора, упаренного раствора и паров растворителя с коррекцией соответственно по температурной депрессии, уровню и давлению в аппарате.

Регулирование разрежения в вакуум-выпарных аппаратах. 

Разрежение при вакуум-выпарке создается с помощью барометрических конденсаторов и вакуум-насосов, служащих для отсоса смеси несконденсировавшихся газов с воздухом. Регулирование разрежения может осуществ¬ляться изменением расхода и температуры воды, расхода паров растворителя, поступающих в барометрический конденсатор, расхода воздуха, подсасываемого вакуум-насосом «з атмосферы. Все эти способы нашли применение в промышленности. Наиболее часто применяют последний способ (рис. 4.27). Расход во¬ды при этом изменяется в зависимости от температуры стоков из барометрического конденсатора. В качестве регулируемой величины можно .использовать также перепад температур воды на входе и выходе конденсатора.

 Схема регулирования системы создания вакуума

Рис. 4.27. Схема регулирования системы создания вакуума: 1 - выпарной аппарат; 2 - барометриче¬ский конденсатор; 3 - вакуум-насос (паровой эжектор).


Управление выпарными аппаратами периодического действия.

Операция выпарки здесь осуществляется при стабилизации уровня изменением расхода свежего раствора до момента достижения температурной депрессией заданного значения. При срабатывании реле температурной депрессии устройство управления дает сигнал на открытие магистрали упаренного раствора и закрытие магистралей свежего раствора и теплоносителя путем прекращения питания регуляторам уровня и давления (давление в аппаратах периодического действия регулируется изменением расхода теплоносителя). Начинается операция выгрузки. При полном опорожнении аппарата по сигналу от реле уровня вновь начинается операция загрузки и выпарки.
Можно осуществлять и полупериодический режим работы, когда выпарной аппарат опорожняется лишь частично. Для этой цели регулятор уровня должен быть дополнен логическим устройством, которое при достижении уровнем какого-то промежуточного значения срабатывает и дает сигнал на открытие клапана свежего раствора. Добавляемый в аппарат свежий раствор снижает концентрацию раствора, срабатывает реле температурной депрессии, и выгрузка продукта прекращается.

Регулирование работы многокорпусных и многоступенчатых установок. 

При управлении процессом выпаривания в установках такого типа стабилизируют концентрацию Су.р в последнем корпусе изменением расхода упаренного раствора. Уровень во всех корпусах при таком способе стабилизации концентрации регулируется изменением расхода раствора, подаваемого в корпус.
В промышленности реализованы также схемы стабилизации концентрации Су.р изменением расхода раствора, подаваемого в последний корпус. Соответственно изменится способ регулирования уровня.
Стабилизация давления в корпусах установки обеспечивается самостоятельными регуляторами давления путем сброса части пара в общую линию паров растворителя. В том случае, если весь пар из предыдущего корпуса направляется в кипятильник следующего, стабилизируют давление только в последнем корпусе изменением расхода выводимых из него паров растворителя.
Расход теплоносителя, поступающего в кипятильник, стаби¬лизируется регулятором расхода.

Регулирование работы теплообменника свежего раствора.

Нормальный технологический режим выпарного аппарата возможен лишь при температуре свежего раствора, близкой к тем¬пературе кипения. Если температура раствора будет значительно ниже, нарушится циркуляция раствора и снизится коэффициент теплопередачи; перегрев раствора приведет к вскипанию его на входе в аппарат, что сопровождается выделением кристаллов соли, забивающей трубопроводы. В связи с этим при наличии теплообменника на линии свежего раствора температуру раствора на его выходе регулируют изменением расхода теплоносителя.

   

Типовое решение автоматизации процесса адсорбции

Типовое решение автоматизации процесса адсорбции

Типовое решение автоматизации (рис. 4.45).

Типовая схема автоматизации процесса адсорбции:

Рис. 4.45. Типовая схема автоматизации процесса адсорбции:
1 - адсорбционная колонна; 2 - тарелки; 3 - дозатор.

В качестве объекта управления возьмем противоточный «епрерывнодействующий аппарат 1 с кипящим слоем мелкозернистого адсорбента на та¬релках 2. На верхнюю тарелку такого аппарата подается адсорбент с помощью дозатора 3. Под действием силы тяжести адсорбент 'проваливается с тарелки на тарелку и выводится из нижней части адсорбера; газ же движется снизу ;вверх и выводится из верхней части аппарата. Показатель эффективности, цель управления и закономерности такого процесса адсорбции аналогичны процессу абсорбции, поэтому типовые решения автоматизации этих процессов одни и те же. Основным .контуром регулирования является регулятор концентрации адсорбируемого компонента в отходящем газе, а регулирующее воздействие осуществляется изменением расхода адсорбента (корректировкой работы дозатора 3). Для устранения возмущения по каналу расхода газовой смеси этот расход стабилизируется. Контролю подлежат расход газовой смеси, конечная концентрация адсорбируемого компонента, температуры газовой смеси и адсорбента, температуры по высоте адсорбера, давление в верхней и нижней частях колонны, перепад давления между ними. Сигнализации подлежат концентрация адсорбируемого компонента в отходящем газе и давление в колонне; при резком возрастании последнего должно сработать устройство защиты.
Регулирование гидравлического сопротивления колонны. Одним из важных параметров процесса адсорбции в кипящем слое является перепад давлений в верхней и нижней частях колонны. При постоянном расходе газовой смеси этот параметр определяется массой адсорбента на тарелках, поэтому регулирующее воздействие при стабилизации перепада давления осуществляется корректировкой работы дозирующего устройства. При использовании такой схемы обычно отпадает необходимость в регулировании конечной концентрации адсорбируемого компонента. Можно использовать двухконтурную систему, основным параметром которой будет конечная концентрация, а вспомогательным - перепад давлений.
Перепад давления по всей колонне в конечном счете определяется количеством адсорбента, поступающего на верхнюю тарелку, т. е. перепадом давления на ней. Б связи с этим можно идти по пути стабилизации этого параметра, так как он значительно менее инерционен, чем перепад по всей колонне.

Регулирование аппаратов с провальными тарелками переменного сечения.

Если конструкция тарелок позволяет изменять их проходное сечение, появляется еще один канал регулирующего воздействия. Обычно поперечное сечение тарелок поддерживают на таком значении, чтобы перепад давления на отдельных тарелках был постоянным.
Работа тарелок такой конструкции может быть настроена и на дискретный режим, когда порция адсорбента единовременно подается на верхнюю тарелку и остается там в течение заданного времени; затем проходное сечение тарелки открывается, адсорбент проваливается на нижележащую тарелку и т. д. Для управления такими тарелками устанавливается программное устройство, которое в соответствии с жесткой временной программой открывает и закрывает проходные сечения тарелок. Это же устройство при сбрасывании адсорбента с верхней тарелки выдает сигнал дозатору на начало загрузки ее свежим адсорбентом. Загрузка продолжается до того момента, когда перепад давления на верхней тарелке становится равным заданному.

Регулирование десорберов с кипящим слоем.

Выделение из адсорбента поглощенного вещества проводится в кипящем слое противоточных тарельчатых сорбционных аппаратов. 

Схема регулирования процесса десорбции в кипящем слое:

Рис. 4.46. Схема регулирования процесса десорбции в кипящем слое:
1 - калорифер; 2 - десорбцнонпая колонна; 3 - тарелки: 4 - дозатор.

Адсорбент после адсорбера (рис. 4.46) подается на верхнюю тарелку, а в нижнюю часть после калорифера поступает нагретый воздух. Как и для процесса адсорбции, система регулирования десорбера включает узлы регулирования перепада давления в колонне и расхода воздуха. Кроме того, для лучшего выделения поглощенного вещества стабилизируют температуру воздуха после калорифера изменением расхода теплоносителя.

Регулирование адсорберов с неподвижным слоем адсорбента

(рис. 4.47). Адсорберы этого типа относятся к периодически действующим аппаратам. Для управления ими устанавливается программное устройство, которое ио жесткой временной программе осуществляет следующие операции: открывает кла¬паны 1 и 2 « закрывает клапаны 3-8 (операция адсорбции); открывает клапаны 3 и 6 и закрывает клапаны 1, 2, 4, 5, 7, 8 (операция десорбции); открывает клапаны 4 к 7 к закрывает клапаны 1-3, 5, 6, 8 (операция сушки адсорбента), открывает клапаны 5 и 7 и закрывает клапаны 1-4, 6, 8 (операция охлаждения адсорбента); открывает клапан 8 и закрывает клапаны 1-7 (операция слива конденсата).

 Схема регулирования адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

Рис. 4.47. Схема регулирования адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

   

Cтраница 6 из 13

Яндекс.Метрика Rambler's Top100