Автоматизация ТП

Автоматизация бутадиена 1,3 из н-бутана

Технологическая схема производства бутадиена-1,3 из n-бутана состоит из нескольких участков.
Участок дегидрирования n-бутана в н-бутен (рис. 5.7). Жидкий n-бутан со склада подают в сепаратор 1 и испаритель 2. Полученные в испарителе насыщенные пары n-бутана перегреваются в трубчатой печи 3 и направляются в аппарат, совмещающий в одном корпусе реактор 4 и регенератор 5. В реакторе 4 под действием высоких температур (<700 °С) и в присутствии катализатора происходит процесс дегидрирования n-бутана в н-бутен. Параллельно идут и другие химические реакции, в результате которых получаются метан, водород, углерод, диоксид углерода и т. п. Максимальный выход м-бутена на сырье составляет 70%. Часть н-бутана (до 65%) вообще не вступает в реакцию. Образующийся при контактировании газ выводится из верхней части реактора 4, охлаждается в холодильниках и котлах-утилизаторах (на схеме не показаны) и направляется на участок выделения бутан-бутеновой фракции.
В процессе дегидрирования поры катализатора, представляющего собой мелкие гранулы, забиваются углеродом (побочным продуктом реакции), и активность катализатора падает. Отработанный катализатор током воздуха поднимается из реактора 4 по пневмотранспортной системе в регенератор 5, где при высоких температурах углерод выжигается из пор катализатора. Активность катализатора при этом восстанавливается. Под действием собственного веса гранулы катализатора опускаются в нижнюю часть реге¬нератора и далее в реактор. Газы регенерации - продукты сжигания топлива и углерода - выбрасываются из верхней части регенератора в атмосферу.
Участок выделения бутан-бутеновой фракции. Из буфера 6 контактный газ забирается компрессором и подается последовательно в конденсаторы 7 и 8. Конденсация в аппарате 7 осуществляется за счет холодной воды, а конденсация и охлаждение в аппарате 8 - в результате испарения жидкого аммиака, поступающего из сепаратора 9. Конденсат, образующийся в конденсаторах 7 и 8, собирается в емкости 10. Несконденсировавшийся газ после сепаратора 11 направляется в абсорбционную колонну 12.
Несорбированная часть газа (метан, водород) выбрасывается в топливную сеть. Насыщенный углеводородами абсорбент из нижней части колонны 12 направляется в десорбционную колонну 16. Отогнанный абсорбент из куба колонны 16 через емкость 14 и холодильник 15 возвращается в абсорбционную колонну. Углеводороды из сборника 19 поступают в ректификационные колонны (на схеме не показаны), где осуществляется выделение бутан-бутеновой фракции.
Участок разделения. Насыщенные пары фракции С4 после сепаратора 22 и испарителя 23 поступают в колонну экстрактивной дистилляции 25. Растворйтель (ацетонитрил) подается в верхнюю часть колонны 25. В среднюю часть колонны 21 для укрепления смеси н-бутенов и растворителя вводят рециркулирующий м-бутен. Кроме того, для подавления гидролиза водного раствора ацетонитрила в куб колонны 21 подается аммиак.
Конечными продуктами процесса экстрактивной дистилляции являются бутан из сборника 27 и раствор н-бутенов в водном ацетонитриле из куба колонны 21. Этот раствор поступает в десорбционную колонну 28 для отгонки н-бутенов. Кубовый остаток из колонны 28 возвращается в колонну 25, а конденсат н-бутенов из сборника 30 направляется в нижнюю часть экстракционной колонны 32 для отмывки фузельной водой оставшихся примесей ацетонитрила. Чистые н-бутены из сборника 33 поступают на склад.
Участок дегидрирования н-бутенов. Процесс дегидрирования н-бутенов происходит в реакторе 36 в присутствии водяного пара на неподвижном катализаторе. По истечении определенного времени активность катализатора падает, и реактор переключается с контактирования на регенерацию, т. е. процесс дегидрирования н-бутенов периодичен.
Контактирование ведется при закрытых задвижках IV, V, VI и открытых задвижках I, II, III, VII. Насыщенные пары н-бутенов из испарителя 34 поступают в печь 35. Выходящие из печи перегретые пары м-бутенов смешиваются с водяным паром. На смешение подается как насыщенный водяной пар, так и перегретый в печи 35. Образующаяся смесь проходит сверху вниз через реактор 36, заполненный катализатором. Контактный газ подвергается закалке впрыскиванием воды, а затем через котел-утилизатор 37 поступает на участок выделения бутен-бутадиеновой фракции.
Регенерирование ведется при закрытых задвижках I, II, III, VII и периодически открывающихся задвижках IV, V, VI. Первоначально реактор при открытой задвижке IV продувается паром, затем открывается задвижка V, закрывается задвижка IV, и в реактор подается воздух для выжигания кокса с гранул катализатора. По окончании этого процесса система вновь продувается паром. Газы регенерации выбрасываются в атмосферу при открытой задвижке VI. Затем цикл повторяется.
Участок выделения бутен-бутадиеновой фракции. Схема этого участка аналогична схеме участка выделения бутан-бутеновой фракции. Она включает абсорбционную, десорбционную и три ректификационные колонны (на рисунке этот участок не показан).
Участок разделения бутен-бутадиеновой фракции. Бутилен-бутадиеновая фракция подается в среднюю часть колонны хемосорбции 38. Ниже в колонну поступают бутен-бутадиеновая фракция, возвращаемая с полимеризации, и рециркулирующий бутадиен. Поглотительный медноаммиачный раствор, предварительно охлажденный в холодильнике 42, подается в верхнюю часть колонны. Из колонны 38 отводят очищенные от бутадиена н-бутены. Они собираются в сборнике 39, откуда насосом откачиваются на склад.
Насыщенный бутадиеном раствор из нижней части колонны 38 поступа-рт на предварительную десорбцию в теплообменник 40. Парожидкостная смесь из теплообменника 40 поступает в сепаратор 41. Бутадиен в виде паров возвращается в колонну 38. Обедненный бутадиеном раствор направляется в десорбциоиную колонну 44 для окончательного разделения. Поглотитель в виде кубового остатка собирается в сборнике 43, а затем возвращается в колонну 38. Бутадиен в виде конденсата из дефлегматора 45 собирается в сборнике 46, откуда в качестве конечного продукта производства отправляется на склад.
Автоматизация процесса дегидрирования н-бутана. Основной задачей при автоматизации дегидрирования н-бутана является поддержание максимального выхода «-бутенов (на исходное и разложенное сырье). Выход бутадиена зависит от состава и расхода исходного сырья, температуры в зоне реакции, времени контактирования, активности катализатора.
Стабилизировать состав исходного сырья на данном участке невозможно: он зависит от режима процессов нефтепереработки. Возможно поступление возмущений и по другим каналам.
Для того чтобы при наличии возмущений выход н-бутенов был максимальным, изменяют температуру контактирования и расход сырья. Это осуществляется многоконтурной системой регулирования, в которой основным регулятором является экстремальный регулятор качества (существует экстремальная зависимость между содержанием н-бутенов в контактном газе, с одной стороны, и температурой и расходом сырья - с другой), а вспомогательными - регуляторы расхода сырья в реакторе 4 и температуры в зоне реакции.
Продолжительность контактирования зависит от скорости прохождения паров «-бутана через реактор и от уровня катализатора в нем. Скорость паров определяется разностью давлений в начале и конце газового тракта. С целью поддержания этой разности на определенном значении давления газа контактирования после реактора 4 и паров «-бутана после сепаратора стабилизируют. Постоянный уровень катализатора обеспечива¬ется изменением расхода воздуха в линию катализатора.
Активность катализатора, поступающего в реактор, определяется количеством углерода, осевшего в его порах. Для полного сжигания осевшего углерода предусмотрена стабилизация температуры в зоне реакций регенератора 5 и состава газов регенерации (с помощью газоанализатора горючих компонентов). Постоянный состав газов регенерации поддерживается с помощью двухконтурной системы регулирования. Основным регулятором в ней является регулятор состава газов регенерации, вспомогательным - регулятор расхода воздуха.
Для поддержания материального баланса установлен регулятор уровня в сепараторе 1,
Автоматизация процесса дегидрирования н-бутенов. На данном участке автоматизируются процессы контактирования и регенерации, а также переключения реактора с одного вида ра¬боты на другой.
Командный прибор через определенные промежутки времени с помощью соответствующих задвижек автоматически переключает технологические линии, осуществляя смену операций в цикле контактирование - регенерация.
Основной задачей при автоматизации процесса контактирования является обеспечение максимального выхода бутадиена (17% на пропущенные н-бутены, 80% на разложенные).-
Найдена экстремальная зависимость между содержанием бутадиена в контактном газе и температурой реакции, а также подачей н-бутенов в реактор. Это дает возможность установить экстремальный регулятор выхода бутадиена, который корректирует работу регуляторов температуры контактирования и расхода «-бутенов. .Поскольку непосредственно в реактор тепло не подводится, регулируют температуру смеси перегретого водяного пара и перегретого пара н-бутенов, идущей на дегидрирование. Регулирование осуществляется разбавлением смеси насыщенным водяным паром.
Перед смешением температура перегретых паров стабилизируется двухконтурной системой, в которой основным параметром является температура перегретых ларов, а вспомогательным- температура перевальной стенки печи 35.
Для сохранения однозначной зависимости между выходом бутадиена и температурой реакции в схеме предусмотрено поддержание постоянного времени контактирования. Это осуществляется стабилизацией давления насыщенных паров н-бутенов.
Нормальная закалка контактного газа обеспечивается регулированием температуры его после реактора 36. Поддержание материального баланса в котле-утилизаторе 37 осуществляется стабилизацией уровня.
Оптимальное проведение процесса регенерации обеспечивается узлами стабилизации расхода насыщенного водяного пара, поступающего в печь 35, и температуры в печи.

Схема регулирования производства бутадиена-1,3 из н-бутана

Рис. 5.7. Схема регулирования производства бутадиена-1,3 из н-бутана:

1, 9, 11, 13, 22, 41 - сепараторы; 2, 20, 23, 34 - испарители; 3, 35 -печи; 4, 36 - реакторы; 5 - регенератор; 6 - буфер; 7,8 - конденсаторы: 10, 14 - емкости; 12 - абсорбционная колонна; 15, 42 - холодильники; 16, 28, 44 - десорбциониые колонны; 17, 26, 29, 45 - дефлегматоры; 8, 24, 31, 47 - кипятильники; 19, 27, 30, 33, 39, 43, 46 - сборники; 21, 25 - колонна экстрактивной дистилляции; 32 - экстракционная колонна: 37 - котел-утилизатор; 38 - колонна хемосорбции; 40 - теплообменник.

 

Перемещение твердых материалов

Типовое решение автоматизации (рис. 4.57). 

 Типовая схема автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов:

Рис. 4.57. Типовая схема автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов:
1 - бункер; 2 - дозатор; 3 - вариатор; 4 - ленточный транспортер; Б - наличие материала на ленте.

В качестве объекта управления процессом перемещения твердых материалов примем ленточный транспортер, перемещающий сыпучий материал. Показателем эффективности этого процесса является расход транспортируемого материала, а целью управления будем считать поддержание заданного значения расхода. В связи с тем, что все возмущения на входе в объект (изменение гранулометрического состава материала, его влажности и насыпной массы, проскальзывание ленты транспортера и т. п.) устранить невозможно, расход материала следует принять в качестве регулируемой величины и регулировать его корректировкой работы дозировочных устройств (см. с. 208).
Контролю подлежат расход перемещаемого материала и количество потребляемой приводом электроэнергии. При резком возрастании тока электродвигателя транспортера, например в случае заклинивания ленты, должны сработать устройства сигнализации и защиты. Последние отключают электродвигатель.
В связи с возможностью засорения отдельных участков транспортной системы посторонними включениями (комками, налипшим материалом) и опасностью выхода из строя отдельных элементов транспортера контролируется и сигнализируется также наличие потока материала с помощью специального датчика.
Необходимо заметить, что типовые решения автоматизации ленточного транспортера при перемещении штучных грузов аналогичны, но в качестве регулируемой величины в этом случае следует принять число единиц груза в единицу времени, а регулирующее воздействие осуществлять корректировкой работы погрузочных устройств.

Различные цели управления процессом перемещения.

В зависимости от требований, предъявляемых следующим по ходу перемещаемого материала технологическим процессом, перед транспортным устройством могут ставиться разные задачи..


1. Стабилизация усредненного во времени расхода.

Эта задача ставится наиболее часто и решается применением сравнительно простых устройств.
На рис. 4.58 показаны схемы, обеспечивающие измерение среднего расхода за определенный промежуток времени. Принцип действия указанных устройств основан на измерении усилий, возникающих под действием веса' материала. Усилия Р, воспринимаемые щупом от транспортера и передающиеся на преобразователь, могут быть рассчитаны по уравнению

где V - объемный расход материала; р - плотность материала'; g - ускорение свободного падения; t - время усреднения; L, - длина воспринимающей усилие ленты; V - скорость ленты.
В промышленности используют несколько вариантов конструкций приборов измерения усредненного за определенный промежуток времени расхода: с установкой всей рамы транспортера на чувствительном элементе (рис. 4.58, а); с размещением одного конца рамы на элементе, а другого - на подвижной опоре, которая может перемещаться вдоль рамы и тем самым изменять усилие, поступающее на элемент (рис. 4.58, б) ; с выделением на транспортере расходно-измерительного участка, длину которого можно менять перемещением роликов (рис. 4.58, в).

Схема весоизмерительных транспортеров

Рис. 4.58. Схема весоизмерительных транспортеров:
1 - транспортер; 2 - щуп; 3 - чувствительный элемент; 4 - рама; 5 - неподвижные вспомогательные ролики; 6 - измерительный ролик.


2. Поддержание заданного мгновенного значения расхода.

Эту задачу решить значительно труднее, во-первых, вследствие флуктуации расхода, вызванных изменением проходного сечения дозатора при прохождении через него материала, и, во-вторых, ввиду сложности измерения мгновенного расхода. Для измерения мгновенного расхода используются сложные устройства, в которые входят элементы вычислительной техники.
3. Обеспечение определенного суммарного количества материала за определенный цикл работы. Такую задачу требуется решать, например, при составлении шихты, упаковке определенных порций материала и т. д. В качестве устройств, применяемых для отвешивания определенной порции материала, используют автоматические весы, обеспечивающие взвешивание материала, загрузку и разгрузку бункера.
Внесение регулирующих воздействий изменением скорости транспортера. Когда между бункером и транспортером отсутствует дозатор, режим работы которого определяет поступление материала на ленту, расход материала будет зависеть от скорости ленты. При такой технологической схеме регулирующие воздействия могут быть реализованы изменением скорости ленты. Самым распространенным способом изменения скорости является использование электромагнитных муфт, систем с преобразованием частоты тока и двигателей постоянного тока. Системы автоматического управления транспортерами. Автоматические устройства управления транспортерами должны обеспечить не только регулирование расхода перемещаемого груза, но и автоматический пуск, остановку, а в отдельных случаях и реверсирование электродвигателей этих транспортеров. Сигналы на осуществление той или иной операции могут поступать от командного прибора или от путевых выключателей и реле скорости. Применяют и комбинированные системы, например систему управления пульсирующим транспортером. Пульсирующий транспортер должен доставить изделие к аппарату, прекратить работу на некоторый промежуток времени, необходимый для загрузки изделия в аппарат, включиться вновь и работать до того момента, пока следующее изделие не достигнет аппарата. Электрическая схема, с помощью которой автоматически производится смена операций, представлена на рис. 4.59.

Электрическая схема управления электродвигателем пульсирующего транспортера.

Рис. 4.59. Электрическая схема управления электродвигателем пульсирующего транспортера.

Первоначальный пуск транспортера осуществляется нажатием кнопки 82. Цепь катушки К1 магнитного пускателя замыкается. Своим контактом К1.4 он блокирует кнопку 82, а контактами К 1.1 - С1-3 замыкает силовую цепь электродвигателя транспортера М. Двигатель начинает работать, транспортер приходит в движение. При достижении изделием аппарата срабатывает конечный выключатель, на который воздействует упор ходовой части транспортера. Положение упора на ленте строго соответствует положению изделия. Контакт 84.1 конечного выключателя разрывает цепь пускателя К1, и двигатель М выключается; контакт конечного выключателя 84.2 замыкает цепь реле времени К4. Таким образом, останов транспортера может произойти только в том случае, если изделие будет находиться напротив аппарата, т. е. управление осуществляется в зависимости от состояния объекта.
По истечении определенного промежутка времени контакт К.4.2 реле замкнется, и катушка пускателя К1 вновь попадет под напряжение, так как контакт 84.1 блокирован контактом К.4.1. В данном случае пуск транспортера осуществляется по заранее заданной программе путем соответствующей настройки реле времени независимо от того, успели загрузить изделие в аппарат или нет.

   

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.

   

Cтраница 7 из 15

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