Способ автоматического регулирования выпарного аппарата Советский патент 1987 года по МПК B01D1/30 G05D27/00 

1128

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, предназначено для сгущения до заданной концентрации раствора в выпарном аппарате и может применяться в различных отраслях промьтшенности.

Целью изобретения является расширение области применения способа циклического регулирования выпарного аппарата.

В течение цикла реализуется программа действий с регулирующими клапанами выпарного аппарата, устанавливающая количественные соотношения между следующими параметрами процес са: временем упарки (длительностью цикла), объемом сливаемого за цикл раствора, производительностью выпар

кого аппарата и концентрацией наливаемого раствора, такие, что количес- тво растворенного вещества, поступившее в аппарат при наливе, равно количеству его, ушедшему из аппарата при сливе. Текущее отклонение концентрации от задания, вызванное наличием заведомых приближений и допущений

при реализации этой программы и действием неучтенных возмущений в системе регулирования, используют для оказания корректи|рующего воздействия по принципу отрицательной обратной связи с целью уменьшения этого отклонения. Совокупность этих двух видов действий и решает поставленную задачу.

На чертеже изображена принципиальная схема автоматического регулирования выпарного аппарата.

Схема регулирования выпарного аппарата 1 содержит установленные на линии налива слабого раствора и линии слива упаренного раствора клапаны 2 и 3 соответственно, а на линии подачи теплоносителя (греющего пара например) - регулирующий орган 4 (клапан например), датчики уровня 5 и концентрации 6, регуляторы 7 количества теплоносителя и 8 и 9 уровня, узел 10 времени задержки, регулятор 11 концентрации и сумматор 12; L, L, QO - внешние воздействия для формирования верхнего и нижнего граничных значений уровня и заданно

иР, го значения концентрации; Р , воздействия, формируемые регуляторами 8 и 9 соответственно, а Р - воздействие на клапан 3, формируемое на выходе звена 10.

5

5

5

0

0

5

Способ осуществляют следующим образом.

Циклически во времени выполняют следующую последовательность операций: открывают клапан 3 и блокируют открытие клапана 2, при этом происходит слив упаренного раствора из .аппарата. 1 с понижением уровня в нем от L до L ; при достижении L закрывают клапан 3 и деблокируют клапан 2, при этом клапан 2 открывается ригналом с регулятора 8 и начинается налив слабого раствора Б аппарат 1 с повышением уровня от L до

в

о

Б

L ; начиная с момента достижения .,

в аппарате 1 при L L«

5

упаривают раствор

неизменном уровне L L путем повторяющегося долива слабого раствора по мере упарки его. Длительность последней из этих операций задают временем задержки сигнала Р, сформированного регулятором 9 в конце операции налива и оповещающего о достижении L,; этот сигнал задерживается в узле 10 на время, пропорциональное сигналу Т, формируемому на выходе сумматора 12 в виде алгебраической суммы заданного Т и корректирующего Т/ сигналов; по окончании времени задержки подают воздействие РЗ на открытие клапана 3. Цикл работы завершен.

При таком функционировании системы регулирования на каждом цикле сливается один и тот же объем упаренного раствора, а для равновесного состояния системы при Q QQ одно и то же количество растворенного вещества (готового продукта).

Уравнение материального баланса для любого цикла имеет вид

().Q,- : (V+A)-Q,

I ..

где V ,Vj. ,V , 1 - объем жидкости в аппарате при нижнем граничном значении уровня, объем сливаемой за цикл жидкости, объем наливаемой за цикл жидкости, приращение объема жидкости между верхним и нижним граничными уровнями;

Q,,Q концентрации жидкости в начале и конце цикла,

Для равновесного цикла Q Q 7 имеем V Q V . Q , т.е количество растворенного вещества, ушедшее из аппарата за цикл при сливе, равно

количеству его, рат за цикл Объем V.

поступившему в при наливе. . можно представить де произведения скорости слива и времени слива t : тогда

W

Ьсл

W

W,

й

+

W

а л

а

W,

We. + W

- коэффициент, учи- fQ

тывающий уменьшение объема сливаемой за цикл жидкости из-за упарки во время слива.

Концентрация Q за время слива несколько возрастает, однако практически ее изменение незначительно, поэтому можно принять концентрацию во время слива неизменной и равной ее значению в начале слива, т.е. .

Тогда 4, q а- л

ол

Поскольку в начале

Q/И конце цикла объемы жидкости в аппарате одинаковы, то за время цикла Т

V +

СП

W т.

Тогда уравнение материального баланса для равновесного цикла примет вид

W-T,

а.й Q, а .+ .

Положив здесь Q, Q и W W, получим уравнение для заданного значения концентрации при стабилизированной на заданном уровне производительности аппарата. Здесь переменными являются время цикла Т и концентрация наливаемого раствора РН„ первый из этих параметров в предлагаемом способе принят за регулирующее воздействие, а второй является независимым и, следовательно, его следует считать возмущающим воздействием.

Разрешив TU, получим

уравнение относительно

Т :

° wr

QH,

Этому условию должно удовлетворять регулирующее воздействие, чтобы регулируемая величина в конце каждог го цикла оказывалась равной заданному значению.

В реальных условиях возмущающее воздействие Q изменяется незначительно, поэтому целесообразно представить регулирующее воздействие в виде двух составляющих

Т а.- --W

НА. о

const,

виТ f

(Q - Q.

var.

Q

5

0

5

5

0

Первая составляющая определяется для некоторого фиксированного значения концентрации наливаемого раствора О „ из диапазона возможных измеп л, о

нений ее. Вторая составляющая формируется по отклонению концентрации в аппарате от задания и предназначена для компенсации отклонения Q от Q JJ , а также других возмущений.

Одним из таких дополнительных возмущений является нестабильность величины Wp. Вьше было положено: W I Wg const, т.е. считалось, .что скорость упарки (производительность аппарата) стабилизирована на заданном уровне. Однако согласно предлагаемому способу стабилизацию эту осуществляют по косвенному параметру - количеству теплоносителя, подаваемому в аппарат для упарки раствора, поэтому величина W все же меняется в некоторых пределах (за счет, например, изменения: коэффициента теплопередачи, давления над свободной поверхностью испаряющейся жидкости, температуры наливаемого раствора).

В примере осуществления предлагаемого способа величина постоянной составляющей Тр времени задержки Т отличается от постоянной составляющей Т регулирующего воздействия Т. Величину TU, можно представить в

ч

виде

суммы времени слива t, и времени паузы Т между соседними сливами, причем t const, тогда сигнал на выходе сумматора 12

45

т.е. значение постоянной составляющей времени задержки несколько меньше постоянной составляющей регулирующего воздействия.

Составляющую Т устанавливают зара - нее, поэтому она компенсирует возмущение Q на данном цикле без запаздывания; хотя Тд устанавливается вручную и остается неизменной во времени процесса регулирования, ее можно

5128

считать формируемой по основному возмущению (нагрузке аппарата),поскольку ее величину устанавливают по величине номинального значения нагрузки V П., , которое тоже задают заранееп Л ИЛ о .

и оставляют неизменным во время, регулирования.

Составляющая Т порождается появившимся отклонением концентрации от задания и компенсирует любое возмущение, вызвавшее это отклонение, но делает это с запаздыванием. Поскольку величина ее,составляет малую долю полного регулирующего воздействия, компенсирующего основное возмущение (концентрацию наливаемого раствора), то результирующее запаздывание относительно этого возмущения меньше, чем в случае способов регулирования, где все регулирующее воздействие формируется по отклонению.

Оценим численно велич 1ну уменьшения регулирующего воздействия, проходящего по контуру отклонения, приняв

Q 650 - о л

(400-480) г/л

(практический случай работы выпарного аппарата для выпаривания каустической соды). Возьмем Q , тогда для крайних значений указанного диапазона

Q 400 - мл л

и

Q 480 г/л

имеем соответственно

0,72,

447 650-480 480

1,28.

В первом случае составляющая Т на 28% меньше регулирующего воздействия, необходимого для компенсации нагрузки в виде налива слабого раствора с концентрацией 400 г/л; при этом недостающая часть должна быть сформирована в контуре регулирования по отклонению в виде воздействия Т/ и добавлена к Т . Во втором случае составляющая Т на 28% больше регу

лирующего воздействия, необходимого для компенсации нагрузки в виде налива заданного объема слабого раствора с концентрацией 480 г/л; следовательно, излишняя часть воздействия должна быть вычтена из Т сформированным в контуре регулирования по отклонению сигналом 1 .

Следовательно, в контуре регулирования по отклонению формируется воздействие, не превышающее 0,3 полного регулирующего воздействия, необходимого для компенсации возмущения по нагрузке (основного возмуЕцения) .

Б способе-прототипе слив и налив происходит через .значительные промежутки времени и притом большими порциями,- тогда как большинство технологических процессов непрерывного действия требуют, чтобы налив и слив осуществлялись более или менее равномерно во времени и небольшими порциями. Предлагаемый способ не и.меет ограничений по величине времени цикла и объёму обновляемого за цикл раствора и поэтому его можно использовать не только.в тех случаях, где применим способ-прототип, но также- в процессах упарки с непрерывным режимом работы, где допустима некоторая дискретность по времени и уровню работы выпарного аппарата.

В то же время предлагаемому способу в значительной мере присуй1:е достоинство прототипа в отношении экономичности: процесс упарки здесь также протекает при пониженной концентрации упариваемого раствора, а значит при

повышенном коэффициенте теплопередачи, что снижает энергетические затраты и повышает производительность аппарата,

Предлагаемая система регулирования релейная, поэтому аппаратурное оформление способа просто, как и у способа-прототипа: конструктивные элементы (в том числе датчики и регулирующие органы) могут быть выполнены релейными, что обеспечивает дешевизну изготовления и надежность эксплуатации системы.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования выпарного аппарата, включающий измерение уровня и концентрации

раствора в аппарате, слив упаренного раствора при заблокированном наливе от верхнего граничного значения уровня в аппарате, напив слабого раствора от нижнего до верхнего граничньпс значений уровня и стабилизацию уровня на верхнем граничном значении воздействием на налив, о т- личающийся тем, что, с целью расширения области применения, стабилизируют подачу теплоносителя в аппарат, слив оканчивают, а налив начинают в момент достижения нижнего

Редактор А.Долинич Заказ 7841/7

Составитель Т.Чулкова

Техред Л.ОлейшпсКорректор И.Муска

Тираж 673Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

граничного значения уровня, слив начинают при достижении верхнего граничного значений уровня с учетом времени задержки, величину которой устанавливают в зависимости от отношения разности верхнего и нижнего граничных значений уровня к количеству теплоносителя и отношения разности заданного значения концентрации слабого раствора к концентрации слабого раствора с коррекцией по отклонению концентрации в аппарате от заданного.значения.

Изобретение относится к способу автоматического регулирования выпарного аппарата, может быть использовано в химической промышленности и позволяет расширить область применения. Способ реализуется САР, включающей контур стабилизации расхода теплоносителя в аппарат - регулятор (Р) 7, регулируюш 1Й орган (РО) 4, контур регулирования верхнего граничного уровня в аппарате воздействием на слив упаренного раствора - датчик 5 верхнего уровня, Р 9, РО 3, с учетом времени задержки (блок 10), величину которой ус анавливают в зависимости от отношения разности верхнего и нижнего граничных значений уровня (Р 8) к количеству теплоносителя и отношения разности заданного значения концентрации (датчик 6) к концентрации слабого раствора (сумматор 12). 1 ил. (Л