Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Апреля 2014 в 21:25, реферат
Простейшими способами перегонки жидких смесей являются: 1) частичное испарение жидкости и конденсация полученных паров с отводом конденсата (простая перегонка) и 2) частичная конденсация паров перегоняемой смеси с отводом конденсата (простая конденсация). Каждый из этих процессов в отдельности не приводит к получению достаточно чистых продуктов, но, осуществляя оба эти процесса одновременно и многократно в противоточных колоннах, можно достичь разделения жидкой смеси на чистые, составляющие смесь компоненты.
В настоящее время появилась возможность регулировать не температуру в колонне, т. е. косвенный показатель, а непосредственно состав целевых продуктов. В качестве анализаторов состава используют хроматографы, газоанализаторы, плотномеры, рефрактометры и другие приборы.
Для повышения чувствительности АСР состава измеряют содержание примесей в целевом продукте. Пробы продукта к анализаторам состава отбирают также на контрольной тарелке колонны, но расположенной ближе к верху (низу) колонны, чем при регулировании температуры. При использовании промышленных анализаторов состава (при их наличии для данной смеси) следует иметь в виду, что они менее надежны, чем измерители температуры.
При мало изменяющемся составе исходной смеси подача греющего пара в выносной кипятильник стабилизируется АСР расхода. Использование для этой цели регулятора, однотипного с тем, который управляет подачей флегмы в колонну, нежелательно, так как их взаимозависимость через процесс может привести к возникновению колебательного режима работы колонны.
Материальный баланс отгонной части колонны поддерживается АСР уровня в кубе, воздействующей на отвод продукта.
Если целевым продуктом является кубовый остаток, то к протеканию процесса в отгонной части колонны предъявляются более жесткие требования, чем к процессу в укрепляющей части. С этой целью регулируют состав кубового остатка, а точнее содержание НКК в кубовом продукте, изменяя подачу греющего пара в кипятильник. В случае бинарной смеси таким же образом регулируют температуру на контрольной тарелке нижней части колонны. Для уменьшения запаздывания сигнал температуры иногда отбирают и на линии поступления паровой фазы непосредственно в колонну, но только, если параметры теплоносителя более сильно влияют на протекание процесса, чем параметры исходной смеси. При этом подача флегмы в колонну стабилизируется АСР расхода. В остальном схема автоматизации установки остается прежней.
Парообразование в кипятильнике определяет гидродинамический режим колонны. При интенсивном образовании пара может наступить «захлебывание», при котором восходящий поток пара препятствует стеканию жидкости вниз и увлекает капли жидкости вверх. При недостаточном паровом потоке снижается производительность установки.
Недостатком рассмотренной выше схемы стабилизации, состоящей из отдельных одноконтурных АСР, является то, что возмущающие воздействия существенно изменяют режим работы колонны, вследствие довольно большого запаздывания протекающих в ней процессов, причем это происходит еще до того, как регуляторы основных технологических величин начнут компенсировать влияние возмущений. Для повышения качества разделения исходной смеси в АСР основных величин установки вводят стабилизирующие контуры.
Рис. 14.Схема каскадного регулирования процесса ректификации.
На рис. 14 приведена одна из возможных схем регулирования процесса ректификации с использованием каскадных систем, когда целевым продуктом является дистиллят. В этом случае подачей флегмы в колонну управляет трехконтурная система регулирования, в которой регулятор состава дистиллята вырабатывает корректирующий сигнал, направляемый в качестве задания регулятору температуры на контрольной тарелке колонны, а последний корректирует работу регулятора подачи флегмы в колонну. При наличии надежного анализатора состава контур регулирования температуры из рассмотренной системы можно исключить.
Для подачи греющего пара в кипятильник применяют систему регулирования расхода, задание которой изменяет регулятор температуры на контрольной тарелке отгонной части колонны.
При дальнейшем разделении кубового остатка необходима одновременно обеспечить постоянство его уровня в кубе колонны и постоянство подачи на следующую по технологической линии установку. Для этой цели используют систему регулирования расхода кубового остатка со стабилизирующим регулятором, задание которому корректируется регулятором уровня' продукта в кубе колонны.
Если целевым продуктом является кубовый остаток, то для; обеспечения его заданной чистоты применяют систему регулирования расхода греющего пара в кипятильник с корректировкой по температуре в отгонной части колонны и по составу кубового продукта на контрольной тарелке. Возможно также использование более простой системы без вспомогательного контура регулирования температуры. Так как в данном случае к дистилляту повышенных требований по чистоте не предъявляется, то для управления подачей флегмы в колонну достаточно системы регулирования расхода. Предусматривается также система регулирования расхода балансового избытка дистиллята, направляемого далее на разделение, с корректировкой его по уровню во флегмовой емкости. Кубовый продукт отводится с
установки посредством регулятора уровня в кубе колонны.
По сравнению с одноконтурными каскадные системы обеспечивают лучшее регулирование основных технологических величин ректификационной установки. Однако вследствие медленного протекания в ней тепло- и массообменных процессов, они успешно компенсируют только сравнительно малые возмущения по составу исходной смеси.
В промышленной практике расход исходной смеси часто определяется работой предыдущей технологической установки и довольно сильно колеблется во времени. Это требует введения в АСР составов дистиллята и кубового остатка дополнительных контуров по возмущению, учитывающих изменение расхода исходной смеси.
На рис.15 показаны системы регулирования состава дистиллята (а) и кубового остатка (б) с учетом изменения расхода исходной смеси. В первом случае в системе регулирования предусмотрен регулятор соотношения расходов исходного сырья
Рис.15. Схемы регулирования состава дистиллята (а) и кубового остатка (б) с учетом изменения расхода исходной смеси.
и флегмы, управляющий подачей флегмы. На этот регулятор подается корректирующий сигнал от регулятора состава продукта в укрепляющей части колонны. При увеличении расхода исходной смеси регулятор соотношения увеличивает расход флегмы в колонну, и наоборот. Текущее значение соотношения расходов исходной смеси и флегмы непрерывно корректируется регулятором состава в зависимости от содержания ВКК на контрольной тарелке укрепляющей части колонны.
Во втором случае выходной сигнал регулятора состава отгонной части колонны направляется на регулятор соотношения расходов исходного сырья и греющего пара, управляющий подачей пара на установку. Возможно также одновременное введение сигнала, пропорционального изменению скорости подачи сырья на установку, в системы регулирования укрепляющей и отгонной частей колонны.
Такие системы регулирования реагируют на изменение расхода исходной смеси прежде, чем это возмущение окажет влияние на протекание процесса.
При значительном изменении состава исходной смеси в системы регулиро-вания состава дистиллята и кубового остатка вводят дополнительные контуры регулирования, учитывающие это возмущение. Вариант системы, предназначенной для поддержания постоянства состава дистиллята, приведен на рис.15, а. Выходной сигнал регулятора, пропорциональный содержанию НКК в исходной смеси, направляется как задание на регулятор подачи флегмы в колонну. В свою очередь задание регулятору, анализирующему состав исходной смеси, формируется регулятором состава на контрольной тарелке укрепляющей части колонны.
При отсутствии анализатора состава исходной смеси и при часто наблюдаемом довольно медленном изменении этой величины изменение содержания НКК или ВКК в исходной смеси может быть скомпенсировано поддержанием соотношения расходов дистиллята или кубового остатка и исходной смеси. Эти регуляторы соотношения встраиваются в соответствующие системы регулирования основных технологических величин. Такая система регулирования состава дистиллята приведена па рис. 15, б. При возрастании, например, содержания НКК в исходной смеси, увеличивается количество паров, отводимых из колонны, что воспринима-ется регулятором соотношения расходов дистиллята и исходной смеси, который увеличивает подачу флегмы в колонну, вследствие чего отбор дистиллята с установки также возрастает.
Рис. 16. является примером системы автоматизации, которая может быть реализована с применением средств вычислительной техники. Здесь расходы дистиллята и греющего пара регулируются регуляторами 1 и 6, задания которым корректирует вычислительное устройство 7 в зависимости от расхода и состава питания и энтальпии греющего пара с учетом динамических характеристик колонны. Эта АСР должна обеспечить приближенную инвариантность системы по отношению к контролируемым возмущениям. Однако наличие неконтролируемых возмущений (например, переохлаждение флегмы) приведет к нарушению режима в колонне и отклонению состава продукта от заданного.
Рис.16. Система автоматизации ректификационной установки с компенсацией возмущений по расходу и составу питания и температуре греющего пара: 1,6 – регуляторы расхода; 2 – регулятор температуры; 3,4 – регуляторы уровня; 5 – регулятор давления; 7 – вычислительное устройство.
Рассмотренные системы не исчерпывают всего многообразия способов и систем регулирования, применяемых для ректификационных установок. Так, на рис.17 показана схема регулирования давления в колонне отводом инертных газов из флегмовой емкости. Регулирование соотношения расходов флегмы и дистиллята с коррекцией по составу дистиллята обеспечивает стабилизацию состава продукта в результате изменения флегмового числа. Производительность колонны по дистилляту поддерживается регулятором расхода 1, а уровень во флегмовой емкости регулируется изменением подачи хладагента в дефлегматор.
Рис.17. Пример системы регулирования верха тарельчатой ректификационной колонны: 1 – регулятор расхода дистиллята; 2 – регулятор соотношения расходов флегмы и дистиллята; 3 – регулятор состава дистиллята; 4 – регулятор давления во флегмовой ёмкости; 5 – регулятор уровня во флегмовой ёмкости.
В насадочных ректификационных колоннах одним из основных регулируемых параметров является перепад давления, обеспечивающий заданный гидродинамический режим в аппарате. Обычно перепад давления регулируют изменением подачи греющего пара в кипятильник (регулятор 5 на рис. 18.).
Рис.18. Пример системы автоматизации насадочной ректификационной колонны: 1 – регулятор состава; 2,3 – регуляторы уровня; 4 – регулятор давления; 5 – регулятор перепада давления.
Литература
Информация о работе Системы автоматизации ректификационной колонны