Типовые решения по автоматизации процессов ректификации

Тема 5.7 Автоматизация массообменных процессов

1 Типовые решения по автоматизации процессов ректификации

2 Типовые решения по автоматизации процессов абсорбции, адсорбции

3 Типовые решения по автоматизации процессов экстракции, сушки

Типовые решения по автоматизации процессов ректификации

В качестве объекта управления при автоматизации процес­са ректификации примем установку для разделения бинарной смеси, состоящую из тарельчатой ректификационной колонны, выносного кипятильника, дефлегматора и теплообменника для подогрева исходной смеси (рис.1). Ректификация относится к основным процессам химической технологии. Показателем его эффективности является состав целевого продукта. В зависимо­сти от технологических особенностей целевым продуктом может быть как дистиллят, так и кубовый остаток. Поддержание посто­янного состава целевого продукта и является целью управления. В дальнейшем будем считать целевым продуктом дистил­лят.

Рисунок 1 – Схема автоматизации процесса ректификации

1- теплообменник исходной смеси; 2 – ректификационная колонна; 3 – дефлегматор; 4 – кипятильник

Ректификационная установка представляет собой сложный объект управления со значительным временем запаздывания с большим числом параметров, характеризующих процесс, с мно­гочисленными взаимосвязями между ними и т. д. В объекте возникают такие возмущения, как изменения на­чальных параметров исходной смеси, а также тепло- и хладоносителей, изменения свойств теплопередающих поверхностей, что связано с отложением веществ на стенках, и т. д. Концентрация Q_Д искомого компонента в дистилляте — показатель эффективности — зависит самым непосредственным образом от начальных параметров исходной смеси. Расход сырья Fс можно стабилизировать, используя регулятор расхода. Диафрагма и исполнительное устройство этого регулятора должны быть установлены до теплообменника.

Рассмотрим возможности регулирования режимных параметров верхней (укрепляющей) части ректификационной ко­лонны, которые непосредственно определяют состав дистиллята. Давление Р легко стабилизировать изменением расхода па­ра из колонны. Исполнительное устройство при этом устанавливают не на шлемовой трубе, соединяющей верхнюю часть рек­тификационной колонны с дефлегматором, а на линии хладоносителя, поступающего в дефлегматор.

Стабилизация давления в верхней части колонны необходима не только для поддержания заданного состава целевого про­дукта, но и для обеспечения нормального гидродинамического режима колонны. Сравнительно просто регулировать также и концентра­цию изменением расхода флег­мы: чем выше этот расход, тем больше низкокипящего компонента будет в жидкости, и наоборот.

На практике часто регули­руют состав паров (а в отдельных случаях и непосредственно состав дистиллята) изме­нением расхода флегмы. Регулирующий орган во всех случаях может быть установлен как на линии флегмы, так и на линии дистиллята, что равноценно. В качестве анализаторов состава в промышленности используют хроматографы и газоанализа­торы.

Итак, для достижения цели управления необходимо стабили­зировать давление и состав жидкости в верхней части колонны.

Необходимость стабилизации давления паров в кубе отпада­ет, так как ректификационная колонна обладает хорошо выра­женными свойствами самовыравнивания по этому параметру. Этого нельзя сказать о температуре (составе) жидкости в ку­бе. Изменение расхода флегмы с целью регулирования второго параметра приводит к изменению параметров в кубе колонны лишь через несколько часов. В связи с этим для поддержания нормального режима в кубе возникает необходимость независи­мого регулирования одного из этих параметров. Обычно стаби­лизируют температуру. Итак, в кубе колонны следует регули­ровать температуру. Регулирующие воздействия в нижней части колонны можно осуществлять изменением расходов кубового остатка и теплоно­сителя, подаваемого в кипятильнику. Если учесть, что один из них, а именно расход остатка, следует использовать для под­держания материального баланса, то единственным регулиру­ющим воздействием при регулировании температуры является изменение расхода теплоносителя.

Таким образом, если целевым продуктом является дистил­лят, то для достижения цели управления следует регулировать расход исходной смеси, температуру исходной смеси, давление в верхней части колонны, состав жидкости в верхней части ко­лонны, температуру и уровень жидкости в кубе.

Контролю подлежат: расход исходной смеси, дистиллята, флегмы, остатка, тепло- и хладоносителей; состав и температура конечных про­дуктов; температура исходной смеси, тепло- и хладоносителя; уровень в кубе колонны; температура по высоте колонны; давление в верхней и нижней частях колонны, а также перепад этих давлений.