Способ автоматического регулирования выпарного аппарата

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д BT0PCK0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3797157/23-26 (22) 03.08.84 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (72) Л.И.Гришин (53) 66.012-52(088.8) (56) Обновленский П.А. и др. Основы автоматики и автоматизации химических производств. N. Химия, 1965, с, 515-517.

Голубятников В.А. и др. Автоматизация производственных процессов к

АСУП в химической промышленности. М.:

Химия, 1978, с. 133-134.

Авт(юрское свидетельство СССР

¹ 1155998, кл. G 05 В 11/58, 1983. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЬ(ПАРНОГО АППАРАТА (57) Изобретение относится к способу автоматического регулирования выпар„„SU„,, 1289522 А1 (дц 4 В 01 D 1/30, G 05 D 27/00 ного 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, регулирующий 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 ко— торой устанавливают 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.

1289522

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

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 процесса: временем упарки (длительностью цикла), объемом сливаемого за цикл раствора, производительностью выпарного аппарата и концентрацией наливаемого раствора, такие, что количество 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 дей— ствием неучтенных возмущений в системе регулирования, используют для оказания корректирующего 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 выпарнаго 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; н

L, Q — внешние воздеиствия о для формирования верхнего и нижнего граничных значений уровня и заданного значения концентрации P и Р

1 1 воздействия, формируемые регуляторами 8 и 9 соответственно, а P з — воздействие на клапан 3, формируемое на выходе звена 10.

Способ осуществляют следующим образом, Циклически во времени выполняют следующую последовательность опера5 ций: открывают клапан 3 и блокируют открытие клапана 2, при этом происходит слив упаренного раствора из аппарата. 1 с понижением уровня в в н н нем от L до L ; при достижении L .. о о закрывают клапан 3 и деблокируют клапан 2, при этом клапан 2 открывается сигналом с регулятора 8 и начинается налив слабого раствора в аппан рат 1 с повышением уровня от Ь до

15 в, о начиная с момента достижения 1. уйаривают раствор в аппарате 1 при неизменном уровне L = L путем повв о торяющегося долива слабого раствора по мере упарки его. Длительность последней из этих операций задают временем задержки сигнала Р2, сформированного регулятором 9 в конце операции налива и оповещающего о в достижении L y 3ToT сигнал задержи вается 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 = Q, одно и то же количество растворенного вещества (готового продукта).

Уравнение материального баланса для любого цикла имеет вид (v+i) Q,— v Q, + v. Q„=

=(V, +4) 0

1 где V,V,„,Ч„„, Л вЂ” 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

55 начале и конце цикла.

Для равновесного цикла Q = Q

2 имеем V,„"Q „= V„„. („„, т,е. количество растворенного вещества, ушедшее из аппарата за цикл при сливе, равно

1289522 аппав виW сл.

25 откуда количеству его, поступившему в рат за цикл при наливе.

Объем V, можно представить де произведения скорости слива и времени слива t,„ тогда

V =W t =W — — --=аа сл сл сл сл сл

W„ где а = ††"-- — коэффициент, учи- 10

W„+ W тывающий уменьшение объема слйваемой за цикл жидкости из-за упарки во время слива.

Концентрация О 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. сА

Тогда V, Q,„= а. ь . Q .

Поскольку в начале и конце цикла объемы жидкости в аппарате одинаковы, то за время цикла Т

Тогда уравнение материального баланса для равновесного цикла примет вид аь Q,==а àQ„„WТ„Q

Положив здесь Q = Q u W = W,, получим уравнение для заданного значения концентрации при стабилизированной на заданном уровне производительности аппарата. Здесь переменны- 35 ми являются время цикла Т и концентрация наливаемого раствора Q „ пер" вый из этих параметров в предлагаемом способе принят эа регулирующее воздействие, а второй является независимым и, следовательно, его следует считать возмущающим воздействием.

Разрешив уравнение относительно

Т, получим 45

Т.= .. — — Я=-Q - . л р Чнл

Этому условию должно удовлетво 50 рять регулирующее воздействие, чтобы регулируемая величина в конце каждо-, го цикла оказывалась равной заданному значению.

В реальных условиях возмущающее воздействие Q изменяется незначи55 нл тельно, поэтому целесообразно представить регулирующее воздействие в виде двух составляющих

T = а †вЂ, -к - = const о о W Q

У о нл.о

Т= f (Q — Q) =var.

Первая составляющая определяется для некоторого фиксированного значения концентрации наливаемого раствора Q из диапазона возможных изменл.р нений ее. Вторая составляющая формируется по отклонению концентрации в аппарате от задания и предназначена для компенсации отклонения Q „ от а также других возмущений.

Одним из таких дополнительных возмущений является нестабильность величины И . Выше было положено: W =

= Ы, = 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 М, 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 Т, времени задержки Т отличается от постоянной составляющей

T регулирующего воздействия T„. Величину Т можно представить в виде суммы времени слива t.„ и времени паузы Т между соседними сливами, причем t, = const, тогда сигнал на выходе сумматора 12

Ф

Т=Т-t, =(T — t ) +Т

T Т t = а Яо Я нл 2. о о сл о о нл.о

6 ь a„0 0

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

Составляющую Т, устанавливают заранее, поэтому она компенсирует возмущение Q„„ Hs sHHo K e 6es запаздывания; хотя T устанавливается вручную и остается неизменной во времени процесса регулирования, ее можно

1289522

650-447

Ь а,1 о

447

= 0,72, 40

650-400

Л

W, Т„

400 считать формируемой по основному возмущению (нагрузке аппарата), поскольку ее величину устанавливают по величине номинального значения нагрузки

Ч„„ Q„„,, которое тоже задают заранее 5 и оставляют неизменным во время регулирования, Составляющая Т порождается поя1 вившимся 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, г 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 величину уменьшения регулирующего воздействия, проходящего по контуру отклонения, 25 приняв

Q = 650 —, Q „„= (400-480) г/л г (практический случай работы выпарного аппарата для выпаривания каустической соды). Возьмем 0„„ = 447, г/л, тогда для крайних значений указанного диапазона

Q = 400 — и Q„ = 480 г/л

35 имеем соответственно а 650-447 Д5

Т а ° — ° — — ——

447 .2 — 1 28. л 650-480 ч W 480

В первом случае составляющая Т о на 28% меньше регулирующего воздеиствия, 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

Ф

t и добавлена к Т,. Во втором случае составляющая Т на 28% больше регулирующего 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 сформиро0 ванным в контуре регулирования по отклонению сигналом Т, .

Следовательно, в контуре регулирования по отклонению формируется воздействие, не превышающее 0,3 полного регулирующего воздействия, необходимого для компенсации возмущения по нагрузке (основного возмущения), 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 имеет ограничений по величине времени цикла и объему 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.

Б то же время предлагаемому способу в значительной мере присуще 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

1289522

Составитель Т.Чулкова

Редактор А.Долинич Техред Л.Олейник Корректор И.Муска,Заказ 7841/7 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Yæãoðîä, ул.Проектная, 4 раствора в аппарате, слив упаренного раствора при заблокированном наливе от верхнего граничного значения уровня в аппарате, налив слабого раствора от нижнего до верхнего граничных значений уровня и стабилизацию уровня на верхнем граничном значении воздействием на налив, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения, стабилизируют подачу теплоносителя в аппарат, слив оканчивают, а налив начинают в момент достижения нижнего граничного значения уровня, слив начинают при достижении верхнего граничного значения 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.