Устройство управления абсорбером с псевдоожиженной насадкой Советский патент 1991 года по МПК B01D3/42 

316

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования абсорберов с псевдоожиженной насадкой и может применяться для управления процессами тепло- и массообмена в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является интенсификация массообменного процесса.

На фиг. 1 представлена схема управления абсорбером с псевдоожиженной насадкой на фиг. 2 - схема регулятора.

Устройство управления абсорбером с псевдсожиженной насадкой содержит абсорбер 1, датчик 2 удельной поверхности контакта взаимодействующих фаз, датчик 3 перепада давлений, датчик k концентрации целевого компонента в газе на выходе из абсорбера 1, блок 5 перемножения, регулятор 6 и клапан 7 на линии подачи абсорбента.

Регулятор 6 состоит из блока 8 памяти, элемента 9 сравнения, блока 10 формирования импульса, триггера 1 интегратора 12 и блока 13 ограничений „

В качестве датчика 2 удельной По- чеохности контакта фаз применяется прибор для измерения удельной, поверхности контакта фаз, основанный на стереометрическом (статистическом) способе получения информации о величине удельной поверхности контакта взаимодействующих фаз. Устойчивая степень смешения структуры псевдоожи «енкого слоя на макроуровне при полной сегрегации на микроуровне позволяет считать развитие поверхности межфазового контакта стационарным случайным процессом и определять ее величину методом случайных секущих, который сризически реализован следующим образом. В трехфазном слое введением ограничивающего контура выделяется макрообъем, сохраняющий все свойства газожидкостной системы. В этом макрообъеме на расстоянии, принимаемом за секущую, помещаются два периодически подключаемых к суммирующему устройству точечных электрода, которые в процессе хаотического движения газожидкостной структуры окз- зыоаются разделенными межфазовой поверхностью. Опрос состояния электродов производится электронносчетной системой, применение которой исключает влияние движения газожидкостной

0

5

0

5

зо

35

4П

45

50

55

структуры на процесс измерения, который полностью автоматизирован введением электронного таймера с изменяемым временем измерения и периода on- роса датчика (или ряда датчиков). Погрешность измерения не превышает 2,5%. При необходимости точность результатов можно повысить, увеличив длину секущей.

Принцип работы экстремального регулятора 6 заключается в следующем. Оптимальный режим работы абсорбера с псевдоожиженной насадкой (как и абсорберов других типов) характеризуется максимальной величиной поверхности межфазового контакта, развиваемой в рабочем объеме аппарата. Указанное максимальное значение зависит от многих переменных во времени величин и также изменяется во времени. Учесть влияние некоторых из этих переменных (например, фаз самоорганизации структуры трехфазного слоя, распределения газовых факелов над опорно-распределительными решетками при .изменении расхода газа, степени изно- ,са подвижной насадки и т.п.) средствами стабилизации и программного регулирования очень трудно, практичес-- ки просто невозможно. Поэтому в предлагаемом устройстве управления используется экстремальный регулятор, основанный на принципе запоминания экст- . ремального значения регулируемого параметра.

Выходной сигнал экстремального регулятора Рх в виде давления сжатого воздуха посредством исполнительного механизма 7 создает на входе в объект pesулирующего воздействия X. Текущее значение регулируемого параметра У абсорбера, будучи сформированным вы- - числительным устройством 5 как результат перемножения перепада давления0 и удельной поверхности контакту изменяется под действием регулирующего воздействия X и возмущающий воздействий. Абсорбер обладает экстремальной статической характеристикой, перемещающейся с течением времени в плоскости параметров X - У. Это значит, что максимальное значение поверхности контакта при определенном значении регулирующего воздействия возможно только в данный момент времени. В последующий же момент времени под действием возмущающих воздействий экстремальное значение регулируемого

f5

параметра изменит свою величину и наступит при другом значении регулирующего воздействия. Текущее значение регулируемого параметра (поверхности контакта ф,аз в форме сигнала сжатого воздуха) поступает на экстремальный регулятор 6. При работе регулятора его выходная величина Р непрерывно принудительно изменяется с JQ постоянной скоростью независимо от текущего значения поверхности контакта У. Это приводит к непрерывному изменению У во времени.

Если У приближается к экстремальному значению УМЦКС ег° текущее значение возрастает, вызывая увеличение давления PU-. При увеличении PU давление Ра следит на выходе блока 8 памяти за текущим значением PU и сравнивается в элементе 9 сравнения с текущим значением Ри, увеличенным на величину о - зону нечувствительности регулятора. Так как Рн +Ј превышает Р, то на выходе элемента сравнения никакого сигнала ле возникает и давление Рк на выходе регулятора и, следовательно, текущее значение регулирующего воздействия X продолжают Изменяться о прежнем направлении. Вследствие этого текущее значение параметра У достигает максимального значения, а затгм при дальнейшем изменении регулирующего воздействия в том же направлении удаляется от ijero3 т.е. начинает уменьшаться.

Как только величина Ра достигает своего максимальнее значения, блок 8 г.амяти шиксирует ото значение Р Р Л-ДЛО ССИ при дальнейшем уменьшении Рц. давлений Р. остается неизменным, равным Pij, . В момент времени, когда значение параметра станет меньше запомненного максимального значения

та 9 сравнения возникав 1 сигнал Ре , который вызывает появление импульса Р р выходной линии опека 10.

20

25

30

35

изменения выходной величины кото пропорциональна значению входной личины. На выходе интегратора фо руется давление Рх, которое возр ет с постоянной скоростью, или у вает с той же скоростью. Таким о зом, только при появлении импуль Рц осуществляется реверс изменен выходной величины регулятора Р . этом параметр У сначала приближа к максимальному значению, достиг его, а затем вновь удаляется. Та образом, вследствие принудительн изменения регулирующего воздейст текущее значение поверхности кон та фаз колеблется у своего макси ного значения.

Импульс Рц также сбрасывает з помненное в блоке 8 памяти давле Ра Ри.цдаксД0 атмосферного, после го давление Рл снова начинает сл за текущим значением давления PU достижения последним нового макс мального значения.

Блок ограничений предназначен получения импульса Рц на выходе ка 10 импульса и, следовательно, кусственного реверса выходной вел чины регулятора Рх при превышении кими-либо технологическими параме ми процесс (концентрации целевог компонента в газовой фазе нз аыхо

из абсорбера) допустимьх значений

Если расход гаээ снимется ниж номинального, то подчхжп чосадк переходит в статическое -остояние При этом работа регугягорч Ь прои ходит в описанной послеегвгл ельно так как экстремальный херак рр ст тической характерис ики абсоибера имеет место и в зто.м глучср г,ж и бытке жидкости„ кок и IVM ее недо татке уменьшается велгчиьа повеох

на величину § . на выходе элемен- 45 ности контакта взаимодействующих

ц

Импульс P(t поступает ча триггер 11, который при наличии импульса Р скачкообразно из одного состояния в другое. Иг выходе Григге- ра формируются два давления Рг и Рг, которые пои подаче импульса Р изменяет свои состояния ча противоположные Р. и Рт и сохр ья-от свои значения до прихода нового импульса Ри„

Сигнал с триггера подается нз ин- rcrpd cp 2 - устройство, скооость

50

фаз. Следует толькс предварительн поместить ргтчик k так, чтобы пос

перехода насадка в статическое со

i

тояние он оказался внутри объема

насадки.

При увеличении расхода газа вы номинттьного часть подвоьной наса прижимается к опорной рсьетке и з счет увеличивающегося сопротивлен абсорбера .нижзет расход газа. Из 55 меиение расхода абсорбента при это происходит описанным образом. Сле дует обратить внимание на р положение верхней отбора пер

5

Q

0

5

0

5

изменения выходной величины которого пропорциональна значению входной величины. На выходе интегратора формируется давление Рх, которое возрастает с постоянной скоростью, или убывает с той же скоростью. Таким образом, только при появлении импульса Рц осуществляется реверс изменения выходной величины регулятора Р . При этом параметр У сначала приближается к максимальному значению, достигнет его, а затем вновь удаляется. Таким образом, вследствие принудительного изменения регулирующего воздействия текущее значение поверхности контакта фаз колеблется у своего максимального значения.

Импульс Рц также сбрасывает запомненное в блоке 8 памяти давление Ра Ри.цдаксД0 атмосферного, после чего давление Рл снова начинает следить за текущим значением давления PU до достижения последним нового максимального значения.

Блок ограничений предназначен для получения импульса Рц на выходе блока 10 импульса и, следовательно, искусственного реверса выходной величины регулятора Рх при превышении какими-либо технологическими параметрами процесс (концентрации целевого компонента в газовой фазе нз аыходе

из абсорбера) допустимьх значений Р,

Ґ

Если расход гаээ снимется ниже номинального, то подчхжп чосадка переходит в статическое -остояние. При этом работа регугягорч Ь происходит в описанной послеегвгл ельности, так как экстремальный херак рр статической характерис ики абсоибера имеет место и в зто.м глучср г,ж избытке жидкости„ кок и IVM ее недос1- татке уменьшается велгчиьа повеохности контакта взаимодействующих

фаз. Следует толькс предварительно поместить ргтчик k так, чтобы после

перехода насадка в статическое сосi

тояние он оказался внутри объема

насадки.

При увеличении расхода газа выше номинттьного часть подвоьной насадки прижимается к опорной рсьетке и за счет увеличивающегося сопротивления абсорбера .нижзет расход газа. Из- меиение расхода абсорбента при этом происходит описанным образом. Следует обратить внимание на расположение верхней отбора перепада давления, которая должна быть расположена ниже слоя прижатой насадки для того, чтобы не искажались показания перепада давления на зоне псевдоожижения, который служит источником косвенной информации о высоте трехфазного слоя.

Устройство работает следующим образом.

Гидродинамический режим абсорбера 1, целью регулирования которого является обеспечение максимальной поверхности массопередачи в слое псевдоожиженной насадки, характеризуется величиной интегральной поверхности контакта взаимодействующих фаз. Для этого сигнал с датчика 2 удельной поверхности контакта фаз и сигнал перепада давлений с датчика 3 поступает в блок 5 перемножения. Сигнал с выхода блока 5, пропорциональный интегральной поверхности контакта, поступает на вход экстремального регулятора 6, формирующего сигнал управляющего воздействия с учетом ограничения по величине сигнала концентрации целевого компонента в газовом потоке на выходе из абсорбера 1, поступающего с датчика k; Сигнал управляющего воздействия с регулятора 6 поступает на регулирующий клапан 7, изменяющий расход абсорбента. Регулирование газового потока осуществляется за счет присущих абсорберу с псевдоожиженной насадкой свойств саморегулирования. При увеличении скорости газа возрастает гидравличес1

кое сопротивление слоя орошенной подвижной насадки, обеспечивая отрицательную обратную связь в пределах

обычного режима развитого псевдоожижения. При дальнейшем увеличении скорости газа часть насадки выходит из зоны активного псевдоожижения, прижимается к опорной решетке, обеспечивая таким образом организацию управляющего воздействия на проходящий через абсорбер газовый поток.

Формула изобретения

Устройство управления абсорбером с псевдоожиженной насадкой, содержащее датчик концентрации целевого компонента в выходящем из абсорбера газовом потоке, датчик перепада давления, блок перемножения, регулятор и клапан на линии подачи абсорбента, отличающееся тем, что, с целью интенсификации массообменного

процесса, оно дополнительно содержит датчик удельной поверхности контакта фаз, установленный в рабочем объеме абсорбера, причем выход датчика удельной поверхности соединен с первым

входом блока перемножения, второй

вход которого соединен с выходом датчика перепада давления, а выход - соединен с первым входом регулятора, второй вход которого соединен с выходом датчика концентрации целевого компонента в выходящем из абсорбера газового потока, а выход регулятора соединен с управляющим входом клапана на линии подачи абсорбента.

.

Возмущение I Д ,

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования работы абсорберов с псевдоожижен- ной насадкой и может применяться для управления процессами тепло- и массоЖидкость обмена в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение интенсивности массообмена за счет увеличения точности регулирования. Сигнал с установленного в рабочем объеме абсорбера датчика 2 удельной поверх ности контакта фаз поступает на блок 5 перемножения. Сигнал с выхода блока 5, пропорциональный интегральной поверхности контакта, поступает на вход экстремального регулятора 6, формирующего сигнал управляющего воздействия с учетом ограничения по величине сигнала концентрации целевого компонента в газовом потоке на выходе из абсорбера, поступающего с датчика k. Сигнал управляющего воздействия с регулятора 6 поступает на регулирующий клапан 7. 2 ил. (Л зэ со QD Јь 00 оо

Поток абсорбен

/Task,

Tf

П

77

е

Х7

J

-

«е

8

/V

А