книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

Уравнения (V-27)— (Ѵ-29) характеризуют влияние входных параметров иа температуру размягчения пе­ ка, производимого во втором реакторе. При повышении нагрузки технологической цепи по расходу исходного сырья и постоянстве всех остальных входных парамет­ ров время пребывания пека во втором реакторе умень­ шается (коэффициент /ет уменьшается). В результате этого снижается и температура размягчения пека па вы­ ходе-реактора. Зависимость качества пека от времени пребывания его в реакторе, характеризуемая коэффици­ ентом kT, имеет нелинейный характер (рис. 93,а). Одиа-

Рпс. 93. Статические характеристики второго реактора технологи­ ческой цепи — зависимости температуры размягчения производи­ мого пека

ко эта нелинейность невелика, и в рабочей области рас­ ходов исходного сырья максимальное отклонение ее от прямолинейной зависимости не превышает 4 град по температуре размягчения пека.

Повышение температуры нагрева и качества посту­ пающего в реактор пека приводят к росту его темпера­ туры размягчения. При увеличении температуры раз­ мягчения входного пека на 1 град прирост' ее во втором реакторе составляет в среднем 1,2 град (рис. 93,6). Из­ менение температуры размягчения пека во втором реак­ торе от прироста температуры его нагрева имеет нели­ нейный вид (рис. 93,а). Чем выше температура жидкой фазы в реакторе, следовательно, и больше увеличение температуры нагрева пека в нем, тем больше прирост температуры размягчения производимого пека.

Как и для первого реактора, влияние изменений каж­ дого из компонентов исходного сырья на повышение

205

температуры во втором реакторе и качество производи­ мого пека различное. Изменение выходных параметров от увеличения расхода пековой смолы сильнее, чем от такого же изменения расхода среднетемпературного пе­ ка. Для последнего реактора технологической цепи, как и для второго, входными параметрами являются расход, температура нагрева и качество поступающего пека, а также расход и давление воздуха; выходными — темпе­ ратура жидкой фазы в реакторе и качество производи­ мого пека.

Качество пека на выходе из последнего реактора оп­ ределяли не только лабораторным анализом по темпера­ туре размягчения, но и при помощи датчика, помещае­ мого в потоке; датчик основан на принципе измерения плотности пека. Шкала прибора для удобства пользова­ ния была проградуирована в градусах температуры размягчения пека. Уравнения связи между входными и

Т а б л и ц а 24

ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ВХОДНЫМИ И ВЫХОДНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

206

выходными параметрами, описывающие статические ха­ рактеристики последнего реактора технологической це­ пи, приведены в табл. 24.

Так как исследуемая пекококсовая установка работа­ ет по схеме: подача высокотемпературного пека из ниж­ ней части последнего реактора на загрузку печей, минуя пекоприемник, уровень пека в этом реакторе зависит от рассогласований между подачей сырья в технологиче­ скую цепь и расходом готового пека, направляемого на

*

ч -*Г

Рис. 94. Статические характеристики последнего реактора в техно­ логической цепи — зависимости температуры жидкой фазы в ре­ акторе от температуры поступающего пека (а ), расхода воздуха

(б) и общего давления технологического воздуха

загрузку печей. Поэтому, кроме указанных выше вход­ ных параметров, существенное влияние на работу по­ следнего реактора оказывает и уровень пека в нем.

Зависимость температуры жидкой фазы в реакторе от изменений входных параметров описывается уравне­ нием (Ѵ-30). Наибольшее влияние на нее оказывает температура нагрева пека, поступающего со второго ре­ актора. При повышении температуры входного пека на 10 град температура жидкой фазы увеличивается на 9,4 град. Увеличение расхода воздуха и его давления или уровня пека в реакторе также приводят к повышению температуры жидкой фазы. Воздействия входных пара­ метров на температуру жидкой фазы в последнем реак­ торе имеют линейный характер (рис. 94).

Поскольку уровень пека в реакторе изменяется, ем­ кость его не постоянна и зависит от изменения уровня.

207

Вследствие непостоянства емкости реактора время пре­ бывания в нем пека не может быть охарактеризовано одним лишь коэффициентом kx . Более полной характе­ ристикой в данном случае является величина уровня пе­ ка. При его повышении время пребывания пека в реак­ торе увеличивается, этим и объясняется положительное влияние уровня на температуру жидкой фазы.

Влияние входных параметров на протекание реакций конденсации в последнем реакторе описывается уравне-

Рис. 95. Зависимость температуры размягчения пека, произво­ димого в последнем реакторе технологической цепи от темпе­ ратуры размягчения поступающего пека (а) и повышения тем­ пературы жидкой фазы в реакторе (б)

нием (Ѵ-31). Зависимость прироста температуры пека от изменении входных параметров почти такая же, как и зависимость температуры жидкой фазы. Поэтому тем­ пература жидкой фазы в последнем реакторе может слу­ жить полной характеристикой протекания в нем реакций коидеисации.

Зависимость качества пека от изменений входных па­

размягчения производимого пека повышается при уве­ личении температуры размягчения поступающего пека и температуры его нагрева, а также при увеличении рас­ хода и давления технологического воздуха. Увеличение расхода исходного сырья, наоборот, приводит к сниже­ нию температуры размягчения.

Влияние температуры размягчения поступающего пека и повышения температуры в реакторе показано на рис. 95. Зависимость температуры размягчения пека от

208

повышения температуры в реакторе имеет нелинейный характер. Сравнение коэффициентов регрессии в уравне­ ниях (Ѵ-33) и (Ѵ-29) показывает, что для третьего реак­ тора рост температуры размягчения пека при по­ вышении температуры в реакторе выше, чем для второго реактора. Это объясняется интенсификацией процесса при повышении температуры нагрева пека в реакторе.

Из анализа уравнений (Ѵ-32) и (Ѵ-34) видно, что влияние компонентов исходного сырья на показатели ка­ чества пека различное. Изменение расхода среднетемпе­ ратурного пека на качество производимого пека влияет слабее, чем расход пековой смолы. Анализ статических характеристик показывает, что изменение расхода ис­ ходного сырья сказывается на выходных параметрах всех реакторов технологической цепи.

Возмущение со стороны температуры нагрева исход­ ного сырья сильнее всего отражается на работе первого реактора, в котором температура жидкой фазы наимень­ шая, и прирост температуры размягчения производимо­ го в нем пека минимальный. Расход технологического воздуха для всех реакторов является основным регули­ рующим воздействием. Воздух выполняет двойную функцию. С одной стороны, он является носителем хи­ мического реагента, а с другой — средством для созда­ ния контакта между частицами пека и кислородом воз­ духа при перемешивании массы пека в реакторе. На ин­ тенсивность перемешивания пека в реакторе влияют дав­ ление и скорость истечения воздуха из барботера.

Из анализа статических характеристик следует, что все реакторы технологической цепи по исследованным каналам в рабочей области изменений нагрузки по ис­ ходному сырью с достаточной точностью могут рассмат­ риваться как линейные объекты. Динамические характе­ ристики реакторов, так же как и статические, определе­ ны на основании экспериментальных исследований. Ди­

Рис. 96. Кривые разгона реакторов при возмущении расхо­ дом среднетемпературного пека

Рис. 97. Кривые разгона реакторов при возмущении расхо­ дом воздуха во втором реакторе

210

ческой цепи при возмущении процесса изменением рас­ хода средиетемпературного пека с 5,5 до 6,5 т/ч. Кривые разгона показывают, что по каналу возмущения расход исходного сырья — температура жидкой фазы реакторы представляют собой инерционные объекты, обладающие самовыравниванием и запаздыванием.

Из приведенных в табл. 25 данных видно, что для каждого последующего реактора в технологической це­ пи коэффициент усиления объекта снижается, а запаз­ дывание и постоянная времени увеличиваются.

Характер кривых разгона (рис. 96) показывает, что первый реактор при возмущении расходом исходного пе­

объект первого порядка. Для каждого последующего ре­ актора в технологической цепи при рассмотрении их как единого каскада количество емкостей по данному кана­ лу возмущения увеличивается. Поэтому повышается и инерционность изменений температуры жидкой фазы.

На рис. 97, а и б показаны временные характеристи­ ки второго и третьего реакторов при возмущении про­ цесса расходом воздуха. В этом случае по температуре жидкой фазы реакторы также представляют собой инер­ ционные объекты с самовыравниванием и запаздыва­ нием.

Запаздывание изменений температуры жидкой фазы в реакторах (табл. 26) при возмущении расходом воз­ духа выше, чем при возмущении расходом исходного пека.

Вид кривой разгона (рис. 97, а) при возмущении тем­ пературы жидкой фазы расходом воздуха показывает,

г, мин

Рис. 98. Кривые разгона третьего реактора технологической цепи по каналу:

ного пека (возмущение по расходу среднетемпературного пека с 5,5 до 6,5 т/ч)

что по этому каналу реактор также представляет собой одноемкостный инерционный объект первого порядка с запаздыванием. Аналогичными свойствами обладают реакторы и по каналам регулирования качества произ­ водимого пека изменением расхода воздуха или исход­ ного сырья .(рис. 98). Динамические характеристики

212

3.ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ II СТРУКТУРНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

АППАРАТОВ ОТДЕЛЕНИЯ ПЕКОПОДГОТОВКИ

Параметры технологического процесса можно разде­ лить на следующие группы [54]: управляемые, измене­ ние которых связано с характером протекания процесса; управляющие воздействия, непосредственно влияющие на процесс и которые можно целенаправленно изменять; возмущающие воздействия, которые также .непосредст­ венно влияют на ход процесса, но их целенаправленное изменение невозможно; промежуточные, изменение которых косвенно связано с характером протекания про­ цесса.

Параметры автоматического регулирования выбира­ ют на основании анализа технологических требований и математического описания объектов автоматизации. При этом руководствуются следующими требованиями [55]:

1) динамическая характеристика автоматической си­ стемы должна быть удовлетворительной, желательно чтобы запаздывание в изменении значения управляемой величины при любых возмущающих воздействиях было минимальным;

2)допустимые величины статических и динамических отклонений управляемой величины от заданного значе­ ния должны быть достаточно велики;

3)при нескольких управляемых величинах в одном объекте необходимо, чтобы взаимные связи их через процесс были минимальными или, если возможно, сле­ дует использовать связи между параметрами для улуч­ шения качества регулирования;

4)должны иметься приборы (датчики) достаточной чувствительности для измерения выбранного параметра;

5)технологический процесс должен управляться на­ иболее экономно.

Всоответствии с этими требованиями выбраны пара­ метры автоматического регулирования для объектов ав­ томатизации производства высокотемпературного пека.

Дляобеспечения необходимой точности управления технологическим процессом важное значение имеет вы­ бор структурной схемы и закона автоматического регу­ лирования. Так как свойства объектов автоматизации являются практически неизменными, достижение необхо­

214