Типовое решение автоматизации процесса выпаривания

Разработка схем автоматизации процессов выпаривания 1000р

Типовое решение автоматизации. Основные принципы управления .процессом выпаривания рассмотрим на примере однокорпусной выпарной установки естественной циркуляции (рис. 4.26). Показателем эффективности процесса является концентрация упаренного раствора, а целью управления - поддержание определенного значения этой концентрации.

Рис. 4.26. Типовая схема автоматизации процесса выпаривания:
1 - кипятильник; 2 - выпарной аппарат; 3 - устройство для измерения температурной депрессии.

Уравнения материального баланса выпарной установки по растворенному веществу и по всему количеству вещества имеют соответственно следующий вид: 

Gс.р Сс.р = Gу.р Су.р ; Gс.р = Gу.р + Gп

где GоР, Gу.р - расход свежего и упаренного растворов; Сс. Р - концентрация растворенного вещества в свежем растворе; Су. р - концентрация растворенного вещества в упаренном растворе (показатель эффективности); Gп - расход паров растворителя.
Решая совместно эти уравнения, получим:

Регулирование концентрации упаренного раствора изменением его расхода.

В отдельных случаях для предотвращения оголения греющих труб кипятильника предъявляют повышенные требования к узлу регулирования уровня в выпарном аппарате. Качество регулирования уровня можно улучшить, внося регулирующие воздействия изменением расхода свежего раствора. Концентрацию Су.р в этих 'Случаях стабилизируют изменением расхода упаренного раствора, а узлы регулирования расхода теплоносителя и давления в аппарате остаются прежними.
Такая схема предпочтительнее и при частых «засолениях» поверхности теплообмена и связанных с ними промывках теплообменника, так как регуляторы могут быть включены сразу после промывки. При регулировании концентрации в соответствии с типовым решением включение выпарного аппарата производится вручную.

Регулирование концентрации упаренного раствора изменением расхода теплоносителя. 

Если расход свежего раствора определяется ходом предшествующего технологического процесса, то этот параметр нельзя использовать для регулирования концентрации или уровня. В этих случаях концентрацию упаренного раствора регулируют изменением расхода теплоносителя. Аналогичная ситуация возникает и в случае, если следующим процессом определяется расход упаренного раствора. Тогда расход свежего раствора следует использовать для стабилизации уровня и единственным регулирующим воздействием при стабилизации концентрации будет изменение расхода теплоносителя.

Регулирование при постоянной концентрации растворенного вещества в свежем растворе.

Если отсутствует одно из самых сильных возмущающих воздействий - изменение концентрации вещества в свежем растворе, целесообразно вместо сложного и ненадежного узла регулирования концентрации Су.р установить регулятор расхода свежего раствора. При этом концентрацию Су.р только контролируют и по ее значению периодически про¬изводят перенастройку регуляторов системы.
При сильно изменяющихся расходах свежего раствора и теплоносителя качество регулирования показателя эффективности можно улучшить (уменьшить запаздывание), регулируя соотношение этих расходов изменением расхода теплоносителя. Регулятор соотношения будет реагировать и «а другие возмущения, так как они приведут в конечном итоге к срабатыванию регулятора концентрации раствора и изменению расхода свежего раствора.

Регулирование с помощью двухконтурных систем. 

Улучшить качество регулирования можно, используя многоконтурное регулирование расхода свежего раствора, упаренного раствора и паров растворителя с коррекцией соответственно по температурной депрессии, уровню и давлению в аппарате.

Регулирование разрежения в вакуум-выпарных аппаратах. 

Разрежение при вакуум-выпарке создается с помощью барометрических конденсаторов и вакуум-насосов, служащих для отсоса смеси несконденсировавшихся газов с воздухом. Регулирование разрежения может осуществляться изменением расхода и температуры воды, расхода паров растворителя, поступающих в барометрический конденсатор, расхода воздуха, подсасываемого вакуум-насосом «з атмосферы. Все эти способы нашли применение в промышленности. Наиболее часто применяют последний способ (рис. 4.27). Расход воды при этом изменяется в зависимости от температуры стоков из барометрического конденсатора. В качестве регулируемой величины можно .использовать также перепад температур воды на входе и выходе конденсатора.

Рис. 4.27. Схема регулирования системы создания вакуума: 1 - выпарной аппарат; 2 - барометриче¬ский конденсатор; 3 - вакуум-насос (паровой эжектор).

Управление выпарными аппаратами периодического действия.

Операция выпарки здесь осуществляется при стабилизации уровня изменением расхода свежего раствора до момента достижения температурной депрессией заданного значения. При срабатывании реле температурной депрессии устройство управления дает сигнал на открытие магистрали упаренного раствора и закрытие магистралей свежего раствора и теплоносителя путем прекращения питания регуляторам уровня и давления (давление в аппаратах периодического действия регулируется изменением расхода теплоносителя). Начинается операция выгрузки. При полном опорожнении аппарата по сигналу от реле уровня вновь начинается операция загрузки и выпарки.
Можно осуществлять и полупериодический режим работы, когда выпарной аппарат опорожняется лишь частично. Для этой цели регулятор уровня должен быть дополнен логическим устройством, которое при достижении уровнем какого-то промежуточного значения срабатывает и дает сигнал на открытие клапана свежего раствора. Добавляемый в аппарат свежий раствор снижает концентрацию раствора, срабатывает реле температурной депрессии, и выгрузка продукта прекращается.

Регулирование работы многокорпусных и многоступенчатых установок. 

При управлении процессом выпаривания в установках такого типа стабилизируют концентрацию Су.р в последнем корпусе изменением расхода упаренного раствора. Уровень во всех корпусах при таком способе стабилизации концентрации регулируется изменением расхода раствора, подаваемого в корпус.
В промышленности реализованы также схемы стабилизации концентрации Су.р изменением расхода раствора, подаваемого в последний корпус. Соответственно изменится способ регулирования уровня.
Стабилизация давления в корпусах установки обеспечивается самостоятельными регуляторами давления путем сброса части пара в общую линию паров растворителя. В том случае, если весь пар из предыдущего корпуса направляется в кипятильник следующего, стабилизируют давление только в последнем корпусе изменением расхода выводимых из него паров растворителя.
Расход теплоносителя, поступающего в кипятильник, стаби¬лизируется регулятором расхода.

Регулирование работы теплообменника свежего раствора.

Нормальный технологический режим выпарного аппарата возможен лишь при температуре свежего раствора, близкой к температуре кипения. Если температура раствора будет значительно ниже, нарушится циркуляция раствора и снизится коэффициент теплопередачи; перегрев раствора приведет к вскипанию его на входе в аппарат, что сопровождается выделением кристаллов соли, забивающей трубопроводы. В связи с этим при наличии теплообменника на линии свежего раствора температуру раствора на его выходе регулируют изменением расхода теплоносителя.

Кристаллизация

Регулирование концентрации кристаллов в суспензии. В от­дельных случаях параметром, характеризующим процесс кри­сталлизации, является концентрация кристаллов в суспензии. Тогда требуется управлять процессом таким образом, чтобы концентрация кристаллов была постоянной, максимально воз­можной для данных условий. Концентрация кристаллов в сус­пензии в некоторой степени характеризует и их размеры; например, чем больше концентрация, тем интенсивнее процесс кристаллизации и тем больше размер кристаллов. На практике концентрацию кристаллов определяют по плотности суспензии. Регулирующие воздействия следует вносить путем изменения расхода исходной смеси; все остальные узлы регулирования остаются теми же, что и при типовом решении.

Регулирование кристаллизатора выпарного типа. Кристалли­зацию за счет испарения части растворителя проводят в аппа­ратах выпарного типа, поэтому регулирование процессов в та­ких аппаратах аналогично регулированию процесса выпаривания. На рис. 1 показана схема регулирования испарителя-кристаллизатора с естественной циркуляцией, которая нашла применение при кристаллизации сульфата кальция из фосфорной кислоты. Особенностью схемы является регулирование пе­репада уровней в верхней и нижней камерах выпарного ап­парата.

Рисунок 1 - Схема регулирования одноступенчатого кристаллизатора выпарного типа: 1 - верхняя камера; 2 - нижняя камера; 3 – кипятильник.