2.1.1. Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий.

Ректификационным колоннам регулирование работы химических реакторов, абсорберов, экстракторов и других аппаратов химической технологии осуществляется также по косвенным параметрам (давлению и температуре). В названных объектах регулируемые величины обычно являются функциями нескольких входных величин. Например, температур в верхней части ректификационной колонны зависит от температуры и состава поступающего в колонну сырья, количества тепла, подводимого в низ колонны, температуры и расхода орошения.

Оценить связь между выходными (регулируемыми) и входными величинами можно только в результате анализа регулируемого объекта, при котором могут быть выявлены его как статические, так и динамические свойства. К количественным показателям химических и динамических свойств регулируемых объектов носятся коэффициенты усиления, постоянные времени и время запаздывания.

При автоматизации объектов, в которых регулируемые величины зависят от нескольких входных величин, иногда могут возникнуть трудности, связанные с выбором места приложения регулирующего воздействия, а также метода воздействия на процесс, направленного на обеспечение более высокой эффективности системы регулирования.

Очевидно, за регулирующее воздействие следует принимать величину на входе, которая наиболее эффективно влияет на выходную (регулируемую) величину.

Обычно регулирующее воздействие прилагают по тому каналу воздействий, для которого характерен большой коэффициент усиления и малые постоянные времени изменения выходной величины.

Например, в системе регулирования температуры верха ректификационной колонны стабилизация температуры достигается воздействием на подачу орошения.

2.1.2 Выбор контролируемых величин

При автоматизации технологических процессов, в ходе которых из сырья получают готовую продукцию, регулируемой не величиной должен быть тот или иной показатель (параметр), который однозначно характеризует качество получаемых продуктов. При этом измерение показателя качества должно осуществляться непрерывно. Однако вследствие отсутствия необходимых измерительных приборов непрерывное измерение качественных показателей не всегда возможно. Это привело к созданию систем регулирования, в которых регулируемыми величинами являются косвенные параметры.

Так как нормальное протекание большинства процессов химической технологии характеризуется однородными значениями некоторых параметров (например, температура и давление), то их и принимают в качестве регулируемых величин.

Рассмотрим ректификационную колонну, предназначенную разделения многокомпонентных смесей на отдельные компоненты или более узкие фракции. В результате ректификации получают продукты, уходящие из верхней и нижней частей колонны и являющиеся обычно целевыми. Так как идеального разделения в колоннах добиться практически невозможно, то показателем качества обычно является концентрация целевого компонента или состав фракции. Регулирование процесса ректификации осуществляется путем стабилизации режимных параметров. Требуемое протекание процесса ректификации обеспечивается только при определенной разности температур верхней и нижней частей колонны и соответствующем давлении в колонне. Известно, что состояние равновесия между паровой и жидкой фазами разделяемых продуктов подчиняется правилу фаз, математическая запись которого имеет следующий вид: L=n+2-N (1) [1]

Где L- число степеней свободы или число независимых переменных, к которым относятся температура, давление и концентрация компонентов; n — число компонентов; N— число фаз.

Например, для двухкомпонентной (бинарной) смеси, состоящей из паровой и жидкой фаз, параметрами, характеризующими её состояние, являются температура, давление и концентрация компонентов. Следовательно, в этой системе определяющими будут четыре параметра. В соответствии с правилом фаз в этом случае произвольно могут быть выбраны два параметра L=2+2-2=2. Таким образом, чтобы обеспечить определенную концентрацию компонентов в паровой и жидкой фазах, в системе достаточно поддерживать неизменными давление и температуру (35-130°С).

Из уравнения следует, что при неизменной концентрации компонентов в исходной смеси для получения целевых продуктов требуемого состава необходимо обеспечить постоянство давления (120-160кПа) и определенный перепад температур по высоте колонны. Следовательно, регулируемыми величинами процесса ректификации могут быть давление в колонне, температура верха и низа колонны. Кроме того, в колонне должен поддерживаться определённый уровень жидкой фазы. Таким образом, ректификационная колонна является объектом с несколькими регулируемыми величинами.

При выборе контролируемых величин необходим о руководствоваться тем, чтобы при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о ходе процесса. Контролю подлежат, прежде всего, те параметры текущих значений, которые облегчат пуск, наладку и ведение технологического процесса. К таким параметрам относятся все регулируемые величины, нерегулируемые внутренние параметры, входные и выходные параметры, при изменении которых в объект могут поступать возмущающие воздействия.

Для эффективного ведения процесса ректификации хлористого аллила необходимо контролировать следующие параметры:

• Расход хлористого аллила сырца (3-5 т/ч) на входе в теплообменник, при его увеличении теплообменник может выйти из строя, процесс будет происходить не качественно. С уменьшением его подачи, «КПД» процесса не будет соответствовать регламенту и экономическим показателям. Расход смеси хлористого аллила и монохлорпропенов (2,4-3,2т/ч) подаваемых через трубопровод на сороковую перфорированную тарелку первой колоны. При увеличении его объема подачи процесс разделения произойдет не полноценно.

• Давление поддерживается постоянно регулированием подачи азота в колонне и не должно превышать (200кПа), его увеличение может привести к разрыву отдельных частей колонны, создать аварийную ситуацию. Давление пара, которым происходит нагрев кубовой жидкости в выносном кипятильнике не должно быть выше или ниже (100-150кПа).

• Температура, распределяемая по все высоте колонны должна поддерживаться постоянной (40-125°С), что обеспечит бесперебойное и качественное разделение хлористого аллила.

• Уровень в емкости (40-60%) конденсата содержащего хлористый аллил и монохлорпропены поддерживается изменением расхода конденсата, отводимого на колонну. Обязательному контролю подлежит уровень продукта в колоннах и сборниках не более 60%, при его увеличении могут произойти переливы, что так же приведет к наступлению аварийной ситуации и сбою нормального режима протекания данного технологического процесса.