2.2. Розробка функціональної схеми автоматизації технологічного процесу

Основними регульованими технологічними величинами є склади дистиляту або кубового залишку. На чистоту цих цільових продуктів впливає ряд збурюючих дій процесу - склад, параметри тепло- і холодоагентів, тиск в колоні і інші величини.

Основні керуючі дії - витрати флегми в колону і теплоносія в кип'ятильник. Причому зміна витрати флегми відносна швидко призводить до зміни складу дистиляту і одночасно з великим запізнюванням і в значно меншій мірі - до зміни складу кубового залишку.

Зміна ж витрати гріючої пари призводить, в основному, до зміни складу кубового залишку; склад флегми при цьому змінюється набагато слабкіше.

Процес здійснюють в спеціальних установках - ректифікаційних колонах, що складаються з самої колони і допоміжного устаткування.

1. Контур стабілізації витрати вихідної суміші. Вимірювальний пристрій і регулюючий клапан вмонтовуються до теплообмінника, для того, щоб вихідна суміш протікала через них в рідкій фазі.

2. Вихідна суміш повинна подаватися в колону (на тарілку живлення) при температурі кипіння, що досягається регулюванням подачі пари в теплообмінник 1.

3. Гідравлічний опір в колоні практично не змінюється, тому тиск в колоні досить підтримувати лише в одному місці, вверху колони. Якщо пари НКК повністю конденсуються в дефлегматорі 4, то тиск регулюють зміною витрати хладагента, що подається в дефлегматор. Якщо ж частина пари не конденсується, або у вихідній суміші містяться інертні гази, то регулятор тиску впливає на два клапани - один на лінії відведення холодоагента з дефлегматора, другий на лінії віддувки. Причому пара, що не сконденсувалася, скидається з флегмової ємкості лише при максимальній витраті холодоагента через дефлегматор і підвищенні тиску в колоні (контур 3).

4. Якщо цільовий продукт дистилят, то основний параметр колони - склад пари вверху колони. Склад дистиляту регулюють зміною подачі флегми в колону. Регулюючий орган встановлюють на лінії подачі флегми в колону (контур 4). Згідно правила фаз при розділенні бінарної суміші, якщо тиск в колоні постійний, склад дистиляту і температура верху колони однозначно зв'язані. Тому в контурі 4 джерелом інформації є температура верху в колони. Якщо число тарілок велике, то для поліпшення якості регулювання температуру вимірюють на так званій контрольній тарілці, де температура чутливіша до подачі флегми і де забезпечується менше запізнювання при зміні складу вихідній суміші.

В даний час бажаніше пряме регулювання по складу дистиляту, але аналізатори складу менш надійні.

5. Матеріальний баланс в колоні підтримують АСР рівня у флегмової ємкості 5.

6. При складі вихідної суміші, що мало змінюється, подача гріючої пари в кип'ятильник 2 стабілізується регулювальником витрати пари.

7. Матеріальний баланс вичерпної (відгінної) частини колони підтримує АСР рівня в кубі.

Якщо цільовий продукт - кубовий залишок, то до процесу у вичерпній частині колони пред'являються жорсткіші вимоги. З цією метою склад кубового залишку регулюють зміною подачі пари в кип'ятильник колони.

Процес паротворення в кип'ятильнику визначає гідродинамічний режим в колоні. При недостатньому паротворенні - зниження продуктивності установки; при надлишковому - "захлинання" колони.

Рис. 3. Спрощена функціональна схема з каскадним регулювання процесу ректифікації (цільовий продукт - дистилят)

Недолік схеми стабілізації з окремих АСР - збурюючі дії істотно змінюють режим роботи колони унаслідок великого запізнення об'єкту.

При аналізі існуючих ФСА розглянуто кілька варіантів регулювання складу дистиляту на виході ректифікаційної колони.

При цьому система захису повинна забезпечити перекриття подачі теплоносіїв в разі значного зниження витрати потоку живлення.