Способ автоматического регулирования выпарного аппарата

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 00 Ю Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Обновленский П.А. и др. Основы автоматики и автоматизации химических производств. 1.: Химия, 1965, с, 515-517.Голубятников В,А. и др. Автоматизация производственных процессов к АСУП в химической промышленности. М.: Химия, 1978, с. 133-134.Авторское свидетельство СССР 9 1155998, кл. С 05 В 11/58, 1983. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЬй 1 АРНОГО АППАРАТА(57) Изобретение относится к способу автоматического регулирования выпарЯО 1289522 А 1(50 4 В 01 в 1/30 С 05 0 27/00 ного аппарата, может быть использовано в химической промышленности и позволяет расширить область применения.Способ реализуется САР, включающейконтур стабилизации расхода теплоносителя в аппарат - регулятор (Р) 7,регулирующий орган (РО) 4, контур регулирования верхнего граничного уровня в аппарате воздействием на сливупаренного раствора - датчик 5 верхнего уровня, Р 9, РО 3, с учетом времени задержки (блок 10), величину которой устанавливают в зависимости ототношения разности верхнего и нижнего граничных значений уровня (Р 8) кколичеству теплоносителя и отношенияразности заданного значения концентрации (датчик 6) к концентрации слабого раствора (сумматор 12), 1 ил.Изобретение относится к автоматизации технологических процессов,предназначено для сгущения до заданной концентрации раствора в выпарномаппарате 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 соотношениямежду следующими параметрами процесса; временем упарки (длительностьюцикла), объемом сливаемого за циклраствора, производительностью выпарного аппарата и концентрацией наливаемого раствора, такие, что количество растворенного вещества, поступившее в аппарат при наливе, равно количеству его, ушедшему из аппаратапри сливе. Текущее отклонение концентрации от задания, вызванное наличием заведомых приближений и допущенийпри реализации этой программы и действием неучтенных возмущений в системе регулирования, используют дляоказания корректирующего воздействияпо принципу отрицательной обратнойсвязи с целью уменьшения этого отклонения. Совокупность этихдвух видов действий и решает поставленнуюзадачу,На чертеже изображена принципиальная схема автоматического регулирования выпарного аппарата,Схема регулирования выпарнаго аппарата 1 содержит установленные налинии налива слабого раствора и линии слива упаренного раствора клапаны 2 и 3 соответственно, а на линииподачи теплоносителя (греющего паранапример) - регулирующий орган 4(клапан например), датчики уровня5 и концентрации 6, регуляторы 7 количества теплоносителя и 8 и 9 уров"ня, узел 10 времени задержки, регулятор 11 концентрации и сумматор 12;нвнешние воздеиствиянофдля формирования верхнего и нижнегограничных значений уровня и заданного значения концентрации Р и Р1 1воздействия, формируемые регуляторами 8 и 9 соответственно, а Р з - воздействие на клапан 3, формируемое навыходе звена 10. Способ осуществляют следующим образом,Циклически во времени выполняютследующую последовательность опера 5 ций: открывают клапан 3 и блокируютоткрытие клапана 2, при этом происходит слив упаренного раствора изаппарата. 1 с понижением уровня вв н ннем от Ь до Ь ; при достижении Ь .о О 1 озакрывают клапан 3 и деблокируютклапан 2, при этом клапан 2 открывается сигналом с регулятора 8 и начинается налив слабого раствора в аппанрат 1 с повышением уровня от Ь до15 в,оначиная с момента достиженияуйаривают раствор в аппарате 1 принеизменном уровне Ь = Ь путем поввоторяющегося долива слабого растворапо мере упарки его. Длительностьпоследней из этих операций задаютвременем задержки сигнала Р, сформированного регулятором 9 в концеоперации налива и оповещающего овдостижении Ь ; этот сигнал задерживается в узле 10 на время, пропорциональное сигналу Т, формируемому навыходе сумматора 12 в виде алгебраической суммы заданного Т и корректирующего Т, сигналов; по окончаниивремени задержки подают воздействиеРз 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 ( = Я, одно и тоже количество растворенного вещества(готового продукта).Уравнение материального балансадля любого цикла имеет вид=(Ч,+) (1,451где Ч,ЧЧ, Л - объем жидкостив аппарате при нижнем граничном значении уровня, объем сливаемой зацикл жидкости, объем наливаемой зацикл жидкости, приращение объемажидкости между верхним и нижним граничными уровнями;(Я - концентрации жидкости в 55начале й конце цикла.Для равновесного цикла Я = Я1 2имеем Чс "(щ Ч е ( р тлеколичество растворенного вещества, ушедшееиз аппарата за цикл при сливе, равно1289522 аппав виИсл.5 где а = в в " - коэффициент, учиЧ, + Итывающий уменьшение объема сливаемойза цикл жидкости из-за упарки вовремя слива,Концентрация Я за время сливанесколько возрастает, однако практически ее изменение незначительно,поэтому можно принять концентрацию(во время слива неизменной и равной еезначению в начале слива, те.сАТогда Чсл Цс= а ь 0.Поскольку в начале и конце циклаобъемы жидкости в аппарате одинаковы, то за время цикла Т Ч = Ч + МТ,откуда Т=а - - а-ЯюЛ с Я 6-е-. - . - . те. значение постоянной составляющей времени задержки несколько меньше постоянной составляющей регулирующего воздействия.Составляющую Т, устанавливают заранее, поэтому она компенсирует возмущение Я на данном цикле без запаздывания; хотя Т, устанавливается вручную и остается неизменной во времени процесса регулирования, ее можно количеству его, поступившему в рат за цикл при наливе,Объем Ч, можно представить де произведения скорости слива и времени слива , ; тогда йЧ =М с =Ю -- =аасл сл сл сл я + я фсл Тогда уравнение материального баланса для равновесного цикла примет вид а ь Ц,=а а Ч+МТЦ. Положив здесь= Я и М = Ю получим уравнение для заданного значения концентрации при стабилизированной на заданном уровне производительности аппарата. Здесь переменны ми являются время цикла Т и концентрация наливаемого растворал пер" вый из этих параметров в предлагаемом способе принят эа регулирующее воздействие, а второй является неза висимым и, следовательно, его следует считать возмущающим воздействием. Разрешив уравнение относительноТ, получим 45 Этому условию должно удовлетворять регулирующее воздействие, чтобы регулируемая величина в конце каждо-, го цикла оказывалась равной заданному значению.В реальных условиях возмущающее воздействие 1 изменяется незначи 55НЛтельно, поэтому целесообразно представить регулирующее воздействие в виде двух составляющих ьТ = ав в .,-щд- = сопзСО О ЫЦФО НЛ. О Т:- Я) =уаг. Первая составляющая определяется для некоторого фиксированного значения концентрации наливаемого раствора Ц из диапазона возможных измеНЛ.Онений ее. Вторая составляющая формируется по отклонению концентрации в аппарате от задания и предназначена для компенсации отклонения Яота также других возмущений.Одним из таких дополнительных возмущений является нестабильность величины И . Выше было положено: М = = Ы, = сопзс, 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 И, все же меняется в некоторых пределах (за счет, например, изменения: коэффициента тепло- передачи, 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 Т регулирующего воздействия Т, Величину Тл можно представить в виде суммы времени слива С и времени паузы Т между соседними сливами, причем 1, = сопз, тогда сигнал на выходе сумматора 12 3 Т = Т - с,=(Т, - есл) + Т,1289522 б 50-447 Ьа,о Т 447 0,72, 40 б 50-400 Т 400 считать формируемой по основному возмущению (нагрузке аппарата), поскольку ее величину устанавливают по величине номинального значения нагрузкиЧ Ц , которое тоже задают заранее 5и оставляют неизменным во время регулирования,Составляющая Т порождается появившимся отклонением концентрации отзадания и компенсирует любое возмущение, вызвавшее это отклонение, ноделает это с запаздыванием. Поскольку величина ее составляет малую долюполного регулирующего воздействия,компенсирующего основное возмущение(концентрацию наливаемого раствора),то результирующее запаздывание относительно этого возмущения меньше,чем в случае способов регулирования,где все регулирующее воздействиеформируется по отклонению.Оценим численно величину уменьшения регулирующего воздействия, проходящего по контуру отклонения,25приняв Я = б 50 - ,=(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 Е = 400 - и Ц = 480 г/л35 имеем соответственно а б 50-447Т а-----И 447.й - 1 28.ь б 50-480 ф480В первом случае составляющая То на 283 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 ТФи добавлена к Т,. Во втором случае составляющая Т на 283 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 сформироО 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.В то же время предлагаемому способу в значительной мере присуще достоинство прототипа в отношении экономичности: процесс упарки здесь такжепротекает при пониженной концентрацииупариваемого раствора, а значит приповышенном 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,Заказ 7841/7 Тираж 673 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, 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 верхнегограничных значений уровня и стабилизацию уровня на верхнем граничномзначении воздействием на налив, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения,стабилизируют подачу теплоносителяв аппарат, слив оканчивают, а наливначинают 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.