Выбор комплекса технических средств автоматизации процесса выпаривания

Тепловой  баланс выпаривания при небольших  колебаниях расхода исходного раствора обеспечивают регулятором расхода  на трубопроводе подачи греющего пара в кипятильник 2первого корпуса  установки. Нормальный тепловой режим  работы выпарной установки возможен только при подаче исходного раствора с постоянной температурой Тн 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 направляется в кипятильник 2 последующего, то давление (разрежение) стабилизируют только в последнем корпусе, изменяя  с помощью регулятора количество отводимых из него паров растворителя.

Этого обычно достигают путем изменением подачи охлаждающей воды в барабанный 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 исходного 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 незначительно, 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. 

 

2. Разработка функциональной схемы автоматизации

 

Функциональные  схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру  отдельных узлов автоматического  контроля, управления и регулирования  технологического процесса и оснащение  объекта управления приборами и  средствами автоматизации.

При разработке функциональных схем автоматизации  технологических процессов необходимо решать следующее:

-получение  первичной информации о состоянии  технологического процесса и  оборудования;

-непосредственное  воздействие на технологический  процесс для управления им;

-стабилизация  технологических параметров процесса;

-контроль  и регистрация технологических  параметров процесса и состояния  технологического оборудования.

Функциональные  задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических  средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной  информации, средства представления  и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные  и вспомогательные устройства.

Результатом составления функциональных схем являются:

-выбор методов  измерения технологических параметров;

-выбор основных  технологических средств автоматизации,  наиболее полно отвечающих предъявленным  требованиям и условиям работы  автоматизируемого объекта;

-определение  приводов исполнительных механизмов  регулирующих и запорных органов  технологического оборудования, управляемого  автоматически или дистанционно;

-размещение  средств автоматизации на щитах,  пультах, технологическом оборудовании  и трубопроводах и т. п. и  определение способов представления  информации о состоянии технологического  процесса и оборудования.

Базируясь на опыте проектирования систем управления и автоматизации, можно сформировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке функциональных схем автоматизации:

-уровень  автоматизации технологического  процесса в каждый период времени  должен определяться не только  целесообразностью внедрения определённого  комплекса технологических средств  и достигнутым уровнем 

 

 

 

 

 

научно-технических  разработок, но и перспективой модернизации и развития технологических процессов. Должна сохранятся возможность наращивания функций управления;

-при разработке  функциональных схем автоматизации  и выборе технических средств  должны учитываться: вид и характер  технологического процесса, условия  пожаро- и взрывоопасности, агрессивность  и токсичность окружающей среды  и т. д.; параметры и физико- химические свойства измеряемой  среды; расстояние от мест установки  датчиков, вспомогательных устройств,  исполнительных механизмов, приводов  машин и запорных органов до  пунктов управления и контроля; требуемая точность и быстродействие  средств автоматизации;

-система  автоматизации технологических  процессов должна строится, как  правило, на базе серийно выпускаемых  средств автоматизации и вычислительной  техники. Необходимо стремиться  к применению однотипных средств  автоматизации и предпочтительно  унифицированных систем, характеризуемых  простотой сочетания, взаимозаменяемостью  и удобством компоновки на  щитах управления. Использование  однотипной аппаратуры даёт значительные  преимущества при монтаже, наладке,  эксплуатации, обеспечении запасными  частями и т. п.

-в качестве  локальных средств сбора и  накопления первичной информации (автоматических датчиков), вторичных  приборов, регулирующих и исполнительных  устройств следует использовать  преимущественно приборы и средства  автоматизации Государственной  системы промышленных приборов;

-в случаях,  когда функциональные схемы автоматизации  не могут быть построены на  базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются  соответствующие технические задания  на разработку новых средств  автоматизации;

-выбор средств  автоматизации, использующих вспомогательную  энергию (электрическую, пневматическую  и гидравлическую), определяется  условиями пожаро- и взрывоопасности  автоматизируемого объекта, агрессивности  окружающей среды, требованиями  к быстродействию, дальности передачи  сигналов информации и управления  и т. д.;

-количество  приборов, аппаратуры управления  и сигнализации, устанавливаемой  на оперативных щитах и пультах,  должно быть ограничено. Избыток  аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего  персонала от наблюдения за  основными приборами, определяющими  ход технологического процесса, увеличивает стоимость установки  и сроки монтажных и наладочных  работ. Приборы и средства автоматизации  вспомогательного назначения целесообразнее  размещать на отдельных щитах,  располагаемых в производственных  помещениях вблизи технологического  оборудования.

Целью процесса выпаривания является получение  определённой концентрации упаренного раствора, а целью управления –  поддержание определённого значения этой концентрации.

Для построения чёткой схемы управления, необходимо иметь данные о возмущающих и  управляющих воздействиях.

В данном технологическом  процессе расход свежего раствора можно  стабилизировать или изменять для  достижения цели управления. Его уменьшение приводит к снижению скорости движения раствора по аппарату и, следовательно, к увеличению концентрации. То же можно  отнести и к расходу упаренного раствора.

Концентрации  свежего раствора определяется предшествующими  технологическими процессами. Её изменения  будут сильными возмущениями для  процесса выпаривания. Расход паров  растворителя определяется параметрами  исходного раствора, а также режимными  параметрами в аппарате: температурой, давлением, концентрацией раствора и интенсивностью подвода тепла.

Интенсивность подвода тепла к кипятильнику определяется параметрами теплоносителя: расходом, температурой, давлением  и энтальпией.

К наиболее сильным возмущающим воздействиям относятся изменения расхода  теплоносителя. Эти возмущения компенсируют установкой стабилизирующего регулятора расхода. При целенаправленном изменении  расхода теплоносителя в объект могут вноситься регулирующие воздействия. Однако при этом может возникнуть « плёночное кипение», что неэкономично. С изменением других параметров теплоносителей в объекте появляются другие возмущения.

После анализа  объекта управления можно сделать  вывод о том, что часть параметров, определяющих концентрацию, будет изменяться. Сильным возмущающим воздействием является и “засоление” греющей  камеры теплообменника. Чтобы при  наличии возмущающих воздействий  цель управления была достигнута, следует  в качестве главной регулируемой величины брать концентрацию, а регулирующее воздействие вносить изменением расхода свежего раствора. Можно  также в качестве регулирующего  воздействия использовать и изменение  расхода упаренного раствора, а также  расхода теплоносителя.

Концентрация  упаренного раствора определяют по разности между температурами кипения  раствора и растворителя т.е. по температурной  депрессии. О её значениях можно  судить и по другим косвенным параметрам: плотности, удельной электропроводности, показателю преломления света или  температуре замерзания упаренного раствора.

Таким образом, для достижения цели управления процессом  следует регулировать температурную  депрессию, расход свежего раствора и расход теплоносителя. Для достижения материального баланса необходимо  регулировать уровень раствора, изменением расхода упаренного раствора.

 

Рисунок 2.1 Функциональная схема автоматизации

 

В соответствии с рассмотренной схемой необходимо провести выбор датчиков, вторичных  приборов, регуляторов и регулирующих органов.

Целью процесса выпаривания является получение  определённой концентрации упаренного раствора, а целью управления –  поддержание определённого значения этой концентрации.

Для построения чёткой схемы управления, необходимо иметь данные о возмущающих и  управляющих воздействиях.

В данном технологическом  процессе расход свежего раствора можно  стабилизировать или изменять для  достижения цели управления. Его уменьшение приводит к снижению скорости движения раствора по аппарату и, следовательно, к увеличению концентрации. То же можно  отнести и к расходу упаренного раствора.

Концентрации  свежего раствора определяется предшествующими  технологическими процессами. Её изменения  будут сильными возмущениями для  процесса выпаривания. Расход паров  растворителя определяется параметрами  исходного раствора, а также режимными  параметрами в аппарате: температурой, давлением, концентрацией раствора и интенсивностью подвода тепла.

Интенсивность подвода тепла к кипятильнику определяется параметрами теплоносителя: расходом, температурой, давлением  и энтальпией.

К наиболее сильным возмущающим воздействиям относятся изменения расхода  теплоносителя. Эти возмущения компенсируют установкой стабилизирующего регулятора расхода. При целенаправленном изменении  расхода теплоносителя в объект могут вноситься регулирующие воздействия. Однако при этом может возникнуть « плёночное кипение», что неэкономично. С изменением других параметров теплоносителей в объекте появляются другие возмущения.

После анализа  объекта управления можно сделать  вывод о том, что часть параметров, определяющих концентрацию, будет изменяться. Сильным возмущающим воздействием является и “засоление” греющей  камеры теплообменника. Чтобы при  наличии возмущающих воздействий  цель управления была достигнута, следует  в качестве главной регулируемой величины брать концентрацию, а регулирующее воздействие вносить изменением расхода свежего раствора. Можно  также в качестве регулирующего  воздействия использовать и изменение  расхода упаренного раствора, а также  расхода теплоносителя.

Концентрация  упаренного раствора определяют по разности между температурами кипения  раствора и растворителя т.е. по температурной  депрессии. О её значениях можно  судить и по другим косвенным параметрам: плотности, удельной электропроводности, показателю преломления света или  температуре замерзания упаренного раствора.

Таким образом, для достижения цели управления процессом  следует регулировать температурную  депрессию, давление в аппарате и  расход теплоносителя. Для достижения материального баланса необходимо  регулировать уровень раствора, изменением расхода упаренного раствора.