Автоматизация процесса выпаривания

Основные схемы автоматизации рассмотрим на примере двухкорпусной выпарной установки. Цель управления выпарной установки состоит в получении раствора заданной концентрации QУ, а также в поддержании материального и теплового балансов. Концентрация упаренного раствора зависит от расхода, концентрации и температуры исходного раствора, расхода и давления греющего пара, давления в выпарных аппаратах. В соответствии с целью управления схемой автоматизации предусматривают регулирование концентрации упаренного раствора (рис. VII-16). Концентрацию QУ можно измерить кондуктометрическим методом, по плотности раствора, по показателю преломления света или по величине температурной депрессии раствора, т. е. по разности температур кипения ΔT раствора и растворителя. Последний метод вследствие простоты и наличия однозначной зависимости между величинами QУ и ΔТ при постоянном давлении применяют довольно часто. При этом первичный измерительный преобразователь температуры кипения раствора устанавливают на трубопроводе кипящего раствора после кипятильника, и измерительный преобразователь температуры кипения растворителя — на трубопроводе отвода паров растворителя.

Рис. VII-16 Схема стабилизации технологических величин выпарной установки: 1 — выпарной аппарат, 2 — кипятильник, 3 — теплообменник, 4 — барометрический конденсатор.

Рис. VII-17 Схема многоконтурного регулирования выпарной установки.

1 - выпарной аппарат; 2 - кипятильник, 3 - теплообменник, 4- барометрический конденсатор.

Эти приборы комплектуют передающим преобразователем, сигнал на выходе которого пропорционален разности температур ΔТ. Регулятор концентрации QУ воздействует на клапан, установленный на линии отвода упаренного раствора из последнего выпарного аппарата. При возрастании, например, текущей концентрации относительно заданного значения регулятор увеличивает расход упаренного раствора, что уменьшает время пребывания его в аппарате и вызывает понижение концентрации раствора до заданного значения.

При отводе упаренного раствора из последнего аппарата по его концентрации материальный баланс установки поддерживают, сохраняя равенство между количеством растворенного вещества, уходящим из установки, и количеством вещества, поступающего с исходным раствором. Это обеспечивается поддержанием постоянства уровня раствора в выпарных аппаратах путем воздействия на клапаны, установленные на трубопроводах подачи раствора в соответствующий аппарат. При возрастании расхода упаренного раствора уровень в аппарате понижается, что вызывает увеличение подачи раствора в аппарат. В качестве измерительных преобразователей АСР уровня раствора в выпарных аппаратах 1 обычно используют гидростатические уровнемеры.

Тепловой баланс процесса выпаривания при небольших колебаниях расхода исходного раствора обеспечивают регулятором расхода на трубопроводе подачи греющего пара в кипятильник 2 первого корпуса установки. Нормальный тепловой режим работы выпарной установки возможен только при подаче исходного раствора с постоянной температурой ТК, близкой к температуре кипения раствора. Для достижения этого устанавливают регулятор температуры исходного раствора, выходной сигнал которого воздействует на клапан, изменяющий подачу греющего пара в теплообменник — подогреватель исходного раствора 3.

Если весь вторичный пар из предыдущего корпуса направляют в кипятильник 2 последующего, то давление (разрежение) стабилизируют только в последнем корпусе, изменяя с помощью регулятора количество отводимых из него паров растворителя. Последнее обычно достигают путем изменения подачи охлаждающей воды в барометрический конденсатор 4. При такой схеме регулирования в корпусах устанавливаются все меньшие давления по ходу раствора и обеспечивается разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в последующем корпусе, т. е. обеспечивается движущая сила процесса выпаривания.

Концентрацию упаренного раствора QУ можно также регулировать изменением расхода раствора, подаваемого на последний корпус из предыдущего. Упаренный раствор из последнего корпуса в этом случае отводят по команде регулятора по уровню. При таких схемах регулирования материального баланса выпарной установки количество поступающего на нее исходно-то раствора определяется условиями ее работы. Это требует установки дополнительной технологической емкости исходного раствора.

Не рекомендуется стабилизировать концентрацию упаренного раствора в последнем корпусе воздействием на подачу свежего раствора на установку вследствие большого запаздывания объекта такая схема не обеспечит высокого качества регулирования.

Если расход исходного раствора зависит от работы предшествующих технологических установок, но колебания его незначительны, то концентрацию упаренного раствора можно регулировать изменением подачи греющего пара на установку. При этом с помощью регуляторов уровня в выпарных аппаратах изменяют количество отводимого из них раствора.

При больших колебаниях расхода исходного раствора, а также при изменении концентрации в нем растворенного вещества, качественное регулирование процесса обеспечивается применением более сложных схем, например, схемы многоконтурного регулирования (рис. VII-17).

В этом случае греющий пар подают на установку в определенном соотношении с расходом исходного раствора, применяя регулятор соотношения, воздействующий на подачу пара. Это соотношение корректируют регулятором концентрации растворенного вещества в исходном растворе. Для стабилизации работы второго выпарного аппарата частично упаренный раствор, направляемый в него, регулируется по каскадной схеме регулирования расхода с корректировкой по уровню раствора в первом выпарном аппарате. Упаренный раствор отводят с установки по уровню в последнем аппарате, регулятором, задание, которому изменяет регулятор концентрации растворенного вещества в упаренном растворе. Давление в системе поддерживается на заданном значении посредством регулирования расхода паров растворителя с коррекцией по давлению в последнем выпарном аппарате.

Показанные на этом рисунке схемы многоконтурного регулирования отдельных технологических величин могут быть использованы в различных сочетаниях с простейшими одноконтурными схемами стабилизации, которые приведены на рис. VII-16.