Система автоматического регулирования выпарного аппарата

 

Изобретение относится к системе автоматического регулирования (САР) выпарного аппарата, может быть использовано в химической, фармацевтической , пищевой промышленности и позволяет увеличить производительность и интенсифицировать процесс теплопередачи выпарного аппарата . САР содержит взаимосвязанные регуляторы 1, 2 уровня, один из которых подключен к входу элемента 4 ЗАПРЕТ, другой - к входу блока-реле 5, регулятор 3 концентрации,связанный с элементом узла временной за-- рержки, включающего регулирующий клапан 8 и емкость 7, элемент ЗАПРЕТ 9, -соединенный с узлом временной задержки , регулятором 2 уровня и элементом ЗАПРЕТ 4. 2 ил. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1277982

<5п 4 В 01 D 1/30 С 05 D 27/00

1

0 т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3944288/23-26 (22) 20.08.85 (46) 23.12,86. Бюл. Р 47 (72) Л.И.Грищин (53) 66.012-52(088.8) (56) 1. Обновленский П.А, и др. Основы автоматики и автоматизации химических производств. Л.: Химия, 1965, с.515-517.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 1155998, кл. С 05 В 11/58, 1983. (54) СИСТЕМА АВТОИАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫПАРНОГО АППАРАТА (57) Изобретение относится к системе автоматического регулирования (САР) выпарного аппарата, может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой промышленности и позволяет увеличить производительность и интенсифицировать процесс теплопередачи выпарного аппарата. САР содержит взаимосвязанные регуляторы 1, 2 уровня, один из которых подключен к входу элемента 4

ЗАПРЕТ, другой — к входу блока-реле

5, регулятор 3 концентрации, связанный с элементом узла временной за.держки, включающего регулирующий клапан 8 и емкость 7, элемент ЗАПРЕТ

9, .соединенный с узлом временной задержки, регулятором 2 уровня и элементом ЗАПРЕТ 4. 2 ил.

4 1

Изобретение относится к системам автоматического регулирования выпарного аппарата, испо..;::зуемым в области автоматизации технологических процессов, и может быть применено в химической, фармацевтической,пищевой и других отраслях промышленности, Цель изобретения — увеличение производительности и интенсификация процесса теплопередачи выпарного аппарата.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы .регулирования; на фиг.2 — диаграммы работы элементов системы регулирования.

Система содержит регуляторы 1 и

2 уровня, регулятор 3 концентрации, элемент ЗАПРЕТ 4, блок-реле 5,элементы, образующие узел временной задержки:реле б, емкость 7 и дрос" сель 8, элемент ЗАПРЕТ 9. На фиг. 1 и

2 изображены каналы (и сигналы в них) задатчиков верхнего и нижнего уровней P и Р „ датчика уровня вв чн

Р„, датчика концентрации и задатчика концентрации Р„ и Р„, выходы (и сигналы в них) регуляторов уровня P и Р, регулятора концентрации

Р, выходы (и сигналы в них) элемен4 тов ЗАПРЕТ P и Ре, выход (и сигнал в нем) узла временной задержки Р каналы (H сигнал в них) клапанов налина и слива P., и Р, давления питания Р, paBJIeHHsl смещения h i создаваемое пружиной элемента 9, временные отметки t, 1 ... t на оси координат е времени t. Регуляторы 1 и 2 формируют законы

277982 2

Узел временной задержки является преобразователем выходного си> нала

P регулятора 3 во временной интер—

3 в ал, который э адае т длительно с т ь операции упарки, в примере реализации системы, изображенном на фиг,1, 10

-{о р {

Р„в <0;

Р„„ О; при Р JJ> при Р

Ч при Р„ при Р 3

В качестве регулятора 3 концентрации может быть применен регулятор с любым законом регулирования, для удобства рассмотрения будем считать, что он реализует пропорциональный закон вида

50 временную задержку создает апериодическое звено, состоящее из емкости

7 и дросселя 8. Опо реализует закон

P „— P

Т < 1п ь э где — постоянная времени апериодического звена.

Блок-реле 5 включено по схеме элемента памяти и функционирует по следующему закону: сигнал Р = Î поступает на выход блок-реле S при любом значении сигнала Р, а сигнал Р

1 может пройти на выход блок-реле

5 лишь при P, = О, при комбинации сигналов Р := 1 и Р = i на выходе

2 блок-реле 5 сигнал может быть равен любой "1", либо "О" в зависимости, от того, который из входных сигналов поступил раньше.

Пусть в начальный момент времени сигнал на выходе блок-реле 5 равен

"О", тогда реле 6 нахолится в исходном положении и емкость 7 через дроссель 8 соегинена с выходом регулятора 3, давление Ре падает. Под действием сигнала Р =.(Р— ) элемент

g ь

9 заблокирован и P,,= О, т. е. клапан слива закрыт, Уровень жидкости Р„

) поддерживается регулятором 1 на верхнем заданном значении Р„ путем периодического открывания клапана налива, компенсирующего падение уровня из-за упарки жидкости в аппарате.

На выходе регулятора 2 сигнал Р = 1.

В момент =, давление в емкости 7 станет P с (Р„ — < ), при этом

Р >(Р + с>) и элемент 9 переключит2 6 ся, на его выходе сигнал станет

Р = 1, при этом клапан слива откроется, а элемент 4 заблокируется и клапан налива перестанет открываться при Р с P Начался слив упа в ренного раствора °

Р -К(Р -P. )+P

3 ь к ко р 9 где К - коэффициент пропорциональ» ности

Р„ — нулевая составляющая закона регулирования.

В момент t = t уровень в аппара2 те станет P с Р при этом на выховн де регулятора 2 сигнал изменится и станет Р, = О, в результате чего элемент 9 вернется в исходное положение, на его выходе сигнал станет

Р = О и слив прекратится. Элемент

1277982

4 деблокируется, а поскольку при этом сигнал P. = 1, элемент 4 переключится и сигнал на его выходе станет Р .= 1, клапан налива откроется, начинается налив слабого раствора, уровень в аппарате растет.

На выходе блок-реле 5 сигнал станет равным "1", вследствие чего реле 6 переключится и соединит емкость

7 с каналом питания, так что P = Р„. 10

Когда в дальнейшем растущий уровень превысит нижнее заданное значение, т.е. Р ) Рщ,, сигнал на выхо 3 де регулятора 2 изменится и станет

Р = 1. Никаких дальнейших измене- 15 ний в схеме это не вызовет.

В момент t = t уровень превысит з верхнее заданное значение, т.е.

Р > Р„, при этом на выходе регулятора 1 сигнал изменится и станет 20

Р, = О, элемент 4 переключится и сигнал на его выходе станет P„ = О, налив прекратится.

На выходе блок-реле 5 сигнал станет равным "О", реле 6 вернется в исходное положение, а емкость 7 через дроссель 8 окажется соединенной с выходом регулятора 3, давление Р б начнет уменьшаться. Началась операция упарки, при этом уровень жидко- 30 сти колеблется около значения Р„

Р, находясь под действием регулятора 1.

Время упарки определяется величиной сигнала Рз 35

P — Рз — Т = i-1n з з (р a) р

h з

В момент t = t давление Рс станет равным P c (P ь ), элемент 9 пе- щ реключится и начнется операция слива. цикл работы завершен.

Если в дальнейшем, в т;5 (фиг.2) концентрация в аппарате, например, увеличится по сравнению с предыдущим циклом, то давление Р уменьшится (на фиг.2 для наглядности уменьшение давления Рз указано в ниде дискретного изменения), соответственно этому процесс уменьшения давления

Р6, во время упарки ускорится и время упарки уменьшится, т.е. t

= Т ((t — t ). Уменьшение Т прич 1 . 3 ч ведет к уменьшению количества упаренного растворителя и, соответственно, к уменьшению концентрации сливаемого раствора на данном цикле по сравнению с предыдущим циклом.

vHh 1 + W.Ò, т.е. Ъремя цикла можно использовать для управления объемом наливаемого раствора с целью компенсации изменения основного возмущения. Как указывалось, условие равновесия системы при воздействии нагрузки можно выразить

= Q V = const о СП НЛ НЛ У

Ф отсюда с учетом предыдущего равенства получим закон изменения времени цикла в зависимости от концентрации наливаемого раствора

Если производительность W определить как величину понижения уровня в аппарате под влиянием упарки в единицу времени, то получим

Как следует из предыдущего рассмотрения функционирования системы, изменять можно только часть времени цикла — время упарки

Т = Т вЂ” (T + Т ), (2) где через Т„„ и Т, обозначены время повышения уровня от Р„„ и до Р„ при аливе и понижения его от Р„, до

Р„ при сливе соответственно; эти чн величины при заданных P — P u W .. зв чн можно считать постоянными величинами и для конкретного выпарного аппарата они могут быть определены экспериментально.

Зная Т, по известной характеристике узла временной задержки определим соответствующее значение выходного сигнала регулятора 3, необПри таком функционировании системы регулирования заданная разность уровней (P - P ) однозначно опрезь чн деляет объем V,„ сливаемого за время цикла Т раствора, так что У,„

= const. Это значит, что при стабилизированной производительности W аппарата по выпариваемому растворителю объем наливаемого за цикл раствора однозначно определяется временем цикла Т

1277982 ходимое для компенсации основного возмущения

Р = Р + йР

3 о э (3)

Концентрация наливаемого раствора меняется в определенном диапаэо1 не от максимального Я до минимальн нл ного Ц„„ значений, соответственно этому диапазону сигнал на выходе регулятора 3 также должен изменяться

I( в пределах от Р до P, определенз ных по формулам (1), (2) и (3) при заданных значениях Q u Q нл нл

Установим нулевую составляющую

Р сигнала на выходе регулятора 3 следующим образом (li

Ь. Й о

20, Используя те же зависимости, что и в формулах (1), (2); (3), но разрешенные относительно других переменных

Ро ю (Р— д) — Р

+ 1(((o

Р (8 Рчн получим значение концентрации наливаемого раствора иэ диапазона возможных изменений ее, которое полностью компенсируется в пределах цикла и, следовательно, не сопровождается отклонением концентрации сли- 40 ваемого раствора от заданного значения. Компенсация эта осуществляется постоянным и поданным заранее сигналом, для формирования которого не нужно воздействие по отклонению 45 концентрации от задания. .Если же фактическое значение концентрации будет отличаться от Q нло и, следовательно, появится прираще« Q,. = (Q.. — Q .. ) KoM« «а- Зо ция его сигналов Р не произойдет в течение времени Т,, это вызовет появление сигнала отклонения концентрации йР = (Р„ — P ) на вхопах регулятора 3, в Результате чего регулятор 3 на своем выходе сформирует приращение сигнала аР = К„(Р„ — Р ), и, следовательно, общий сигнал на выходе регулятора 3 станет

Таким образом, регулятор 3 формирует по отклонению регулирующее воздействие, соответствующее только части основного возмущения,определямой величиной О нл H((В данной системе регулирования реализован способ комбинированного регулирования, когда в систему кроме воэдействия по отклонению дополнительно вводится составляющая регулирующего воздействия, формируемая по функциональной зависимости регулирующего воздействия от основного возмущения. Основным возмущением в выпарных аппаратах является нагрузка, характеризуемая произведением концентрации и объема наливаемого раствора. Первая компонента произведения (независимая величина) изменяется мало, а вторая (управляемая величина) может устанавливаться произвольно, учитывая это обстоятельст— во, можно вводить в систему основное возмущение Упорядоченно во время, задавая наливаемый объем неизменным, тогда это возмущение будет малоизменяющей величиной. Соответственно этому регулирующее воздействие, предназначенное для компенсации основного возмущения, должно быть тоже малоизменяющейся величиной; считая основное возмущение неизменным в первом приближении, можно установить предназначенное для его компенсации регулирующее воздействие тоже неизменным. Сформированное таким образом регулирующее воздействие компенсирует лишь главную часть основного возмущения. Но поскольку в выпарных аппаратах непрерывного действия концентрация наливаемого раствора меняется незначительно, компенсирующий эффект даже при таком простом законе формирования регулирующего воздействия по возмущению" оказывается вполне удовлетворительным: нескомпенсированной остается примерно 1/3 — 1/5 часть основного возмущения, благодаря этому резко облегчается работа регулятора, формирующего регулирующее воздействие по отклонению".

Кроме того, реализация такого способа формирования воздействия "по возмущению" достигается без существенного усложнения конструкции системы .регулирования, поскольку ввод в си1277982 стему воздействия по возмущению достигается лишь согласованной работой

1 клапанов налива и слива в зависимости от уровня раствора в аппарате и нет необходимости в датчиках концен10 трации и расхода наливаемого раствора (т.е. параметров основного возмущения) и в формирователе сигнала регулирующего воздействия в функции от основного возмущения.

Предложенная система пс контуру регулирования концентрации является линейной несмотря на то, что клапаны налива и слива управляются репейными сигналами, здесь контур регулирования концентрации представляет собой импульсную систему с время импульсной модуляцией, причем частота, задаваемая нулевой составляющей выходного сигнала регулятора концен- 20 трации является несущей, а формируемый по отклонению концентрации от задания сигнал низкой частоты является модулируемым сигналом. Это позволяет более качественно вести процесс регулирования по сравнению с известной системой, где концентрация регулируется по двухпозиционному закону.

Установлено, что средняя концен- Зр трация и, соответственно, средняя температура упаренного раствора по предложенному способу оказалась ниже, чем по известному.

Непосредственным следствием этого явилось ослабление процесса кристаллизации на внутренних поверхностях выпарного аппарата и трубопроводов, повышение коэффициента теплопередачи стенок греющей камеры, повышение 40 перепара температур на стенках греющей камеры, снижение разности температур слабого и упаренного растворов. В результате этого снизилось количество остановок аппарата на про- 45 мывку, что эквивалентно росту производительности аппарата на 0,5Х, количество тепловой энергии на нагрев раствора до кипения снизилось до 10Х количество тепловой энергии, передаваемое греющей камерой раствору, снизилось на 20Х. формула изобретения

Система автоматического регулирования выпарного аппарата, содержащая два двухпозиционных регулятора уровня, регулятор концентрации и два элемента ЗАПРЕТ, причем первый вход первого и второй вход второго регуляторов уровня соединены с каналом датчика уровня, второй вход первого и первый вход второго регуляторов уров- ня соединены соответственно с каналами задатчиков верхнего и нижнего гра1 ничных значений, выходы первого и, второго регуляторов уровня соединены с переключающим входом первого и второго элементов ЗАПРЕТ соответственно, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с каналом клапана налива, выход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с блокирующим входом первого элемента

ЗАПРЕТ и с каналом клапана слива, а первый и второй входы регулятора концентрации соединены с каналами датчика и эадатчика концентрации соответственно, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности и интенсификации теплопередачи выпарного аппарата, она дополнительно содержит последовательно соединенные блок-реле и узел задержки сигнала, через которые выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с блокирующим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход регулятора концентрации соединен с установочным входом узла задержки сигнала, а выход второго регулятора уровня соединен с блокирующим входом блок-реле.

1277982 4 5

С ставитель В.Шувалов

Редактор В.Данко Техред Л.Олейник Корректор Л.Патай

Заказ 6782/4 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5 .Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул.Проектная,4