5. РегулированиерН.

Системы регулирования рНможнопод- ^pH

разделить на два типа,в зависимости от требуе-мой точности регулирования.Если скоростьиз-

менения рН невелика,а допустимыепределыее ⁷

колебаний достаточно широки,применяют пози-ционные системы регулирования,поддерживаю-

щие рН в заданных пределах:рН_н≤ рН ≤рН_в.Ко ₀

G

второму типу относятсясистемы,обеспечиваю- 1

щие регулирование процессов,в которыхтребу-

Рис. 3.11.Зависимость величины рН от расходареагента.

ется точное поддержаниеpHна заданном значении(например,в процессах нейтрализации).Для их регулирования используют непрерывные ПИ–илиПИД–регуляторы.

Общей особенностью объектов при регулировании рН является нелинейность их стати-ческих характеристик,связанная с нелинейной зависимостью рН от расходов реагентов.На рис. 3.11показана кривая титрования,характеризующая зависимость рHот расхода кислотыG₁.Для различных заданных значений рН на этой кривой можно выделить три характерных участка:первый(средний),относящийся к почти нейтральным средам,близок к линейному и характеризуется очень большим коэффициентом усиления;второй и третий участки,относя-щиеся к сильно щелочным или кислым средам,обладают наибольшейкривизной.

На первом участке объект по своей статической характеристике приближается к релей-ному элементу.Практически это означает,что при расчете линейной АСР коэффициент уси-ления регулятора настолько мал,что выходит за пределы рабочих настроек промышленных регуляторов.Так как собственно реакция нейтрализации проходит практически мгновенно,динамические характеристики аппаратов определяются процессом смешения и в аппаратах с перемешивающими устройствами достаточно точно описываются дифференциальнымиурав-

нениями1-го порядка с запаздыванием.При этом,чем меньше постоянная времени аппарата,тем сложнее обеспечить устойчивое регулирование процесса,так как начинают сказываться инерционность приборов и регулятора и запаздывание в импульсных линиях.Для обеспечения устойчивого регулирования рН применяют специальные системы.На рис. 3.12,апоказан пример системы регулирования рН с двумя регулирующимиклапанами.



1

^{0 x}PH

б

x⁰Δ

P

x⁰Δ

P

^xPB^xP

Рис. 3.12.Пример системы регулированиярН:

а–функциональная схема;б–статические характеристики клапанов(1,2–регули-рующий клапан;3–регуляторрН).

Клапан1,обладающий большим условным диаметром,служит для грубого регулиро-вания расхода и настроен на максимальный диапазон изменения выходного сигнала регулято-ра[x_рн,x_рв] (рис. 3.12,б,кривая1).Клапан2,служащий для точного регулирования,рассчитан на меньшую пропускную способность и настроен таким образом,что приx_р= x⁰_р+Δ он пол-ностью открыт,а приx_р= x⁰_р-Δ–полностью закрыт(кривая2).Таким образом,при незначи-тельном отклонении рН от рН⁰,когдаx⁰_р-Δ ≤x_р≤x⁰_р+Δ,степень открытия клапана1прак-тически не изменяется,и регулирование ведется клапаном2.Если|x_р- x⁰_р|,клапан2остается в крайнем положении,и регулирование осуществляется клапаном1.

На втором и третьем участках статической характеристики(рис. 3.12,б)ее линейная аппроксимация справед-лива лишь в очень узком диапазоне из-менения рН,и в реальных условиях ошибка регулирования за счет линеари-зации может оказатьсянедопустимо

pH

pH⁰

ΔpH

ΔpHk_2ΔG₁₂

ΔpHk_0ΔG₁

ΔpHkΔG

большой.В этомслучае

болееточные

pH⁰

pH⁰

1 1 1

ΔG₁

результаты дает кусочно-линейнаяап-

G

1

1

^{проксимация(рис. 3.13),прикоторой 0} G

линеаризованный объект имеет пере-менный коэффициентусиления.

На рис. 3.14приведенаструктур-

Рис. 3.13.Кусочно-линейная аппроксимация ста-тической характеристики объекта при регулиро-ваниирН.

ная схема такой АСР.В зависимости от рассогласования рН,включается в работу один из ре-гуляторов,настроенныйнасоответствующийкоэффициентусиленияобъекта.

Рис. 3.14.Структурная схема системы регулиро-вания рН с двумярегуляторами.