12.Особенности регулирования трубчатого реактора.

Трубчатые реакторы обычно используют для проведения газофазных высокоэкзотермических процессов. В трубчатых реакторах возможны режимы, при которых велика параметрическая чувствительность реактора, т.е. незначительные колебания параметров процесса – расхода смеси через реактор, температуры хладагента, начальных значений концентраций реагентов, их начальной температуры и др. приводят к существенным изменениям температурного профиля по длине реактора. При этом температура в реакторе может оказаться значительно больше допустимой, и будет соответствовать аварийному режиму работы.

Сложность управления трубчатым реактором заключается в том, что необходимо управлять распределением параметра (температуры) по длине реактора, а управление является сосредоточенным (например, изменением температуры реакционной смеси на входе в реактор или температуры (расхода) теплоносителя в рубашке). В ряде случаев рубашку делают секционной по длине аппарата и температуру в каждой секции регулируют самостоятельно.

В качестве переменной, по которой ведется стабилизация температуры в реакторе, часто берут ее максимальное значение.

Применение средств вычислительной техники позволяет использовать при управлении трубчатыми реакторами интегральные оценки распределенного температурного профиля реактора.

Важнейшими задачами являются стабилизация качества получаемых продуктов и управление производительностью химических реакторов. Решение этих задач в значительной мере сдерживается отсутствием соответствующих датчиков. Однако применение средств вычислительной техники для контроля и управления химическими реакторами позволяет использовать различные косвенные показатели, по которым с помощью моделей рассчитывают производительность реактора и показатели качества продукта, используемые при управлении процессом.

Рис. 13. АСР температуры в трубчатом реакторе и АСЗ.блок выбора max

1. регулятор температуры 2-блок выбора максимума температуры3-блок аварийной сигнализации.

13. Автоматизация процесса нагревания в кожухотрубчатом теплообменнике, реализованная по принципу отклонения, возмущения. Используемые приборы и средства автоматизации.

Передача тепла от горячих теплоносителей к более холодным осуществляется в т/обменниках.

Тепловые объекты регулирования обладают значительной инерционностью и запаздыванием. Задача управления – регулирование величины теплового потока, передаваемого от теплоносителя или хладагента к нагреваемому и охлаждаемому в-ву через стенку трубы. Показателем процесса нагревания в кожухотрубных теплообменниках является температура продукта на выходе из него. Цель управления – поддержание этой температуры на заданном значении. Зависимость температуры продукта от параметров процесса может быть найдена из уравнения материального баланса.

Расход теплоносителя используют как регулирующее воздействие. Расход продукта, его температура определяется технологическими режимами других процессов, поэтому не могут быть застабилизированы и являются возмущениями процесса. К числу возмущений также относится температура теплоносителя. Для стабилизации регулируемой величины при действии на теплообменник указанных возмущений, контроля параметров процесса применяется схема.

Для уменьшения транспортной запаздываний датчик температуры необходимо ставить как можно ближе к теплообменнику. А в качестве регулятора температуры использовать ПИД – регулятор.

Параметры контроля процесса – расходы теплоносителя и продукта, их температуры, давления. Параметром регулирования является температура продукта на выходе из теплообменника. Параметром сигнализации является расход теплоносителя и расход продукта, температура готового продукта. Параметром защиты является расход продукта. При расходе нагреваемого продукта ниже минимально допустимая система защиты должна прекратить подачу горячего теплоносителя в теплообменник.

Если известно место нанесения основного возмущающего воздействия, а все остальные параметры, влияющие на процесс, стабилизированы, то целесообразно применять систему автоматического регулирования (САР), основанную на принципе «по возмущению». Если на объект могут быть нанесены одновременно несколько неучтенных возмущающих воздействий, то необходимо применять САР «по отклонению».

Для улучшения качества работы теплообменника применяют каскадные АСР. Если в качестве теплоносителя используются пар с переменным давлением, то лучше регулировать по давлению теплоносителя или давлению в межтрубном пространстве. Этот вариант используется т.к. давление в межтрубном пространстве является менее инерционным параметром, чем конечная температура.

Возможно также регулирование скорости теплопередачи путем поддержания постоянства температуры продукта на выходе из теплообменника. Клапан установлен на линии отвода конденсата. Это приведет к частичному заполнению теплообменника конденсатом, что в свою очередь скажется на суммарной величине коэффициента передачи теплообменника, а следовательно и скорости теплопередачи. Такая система реагирует более медленно, чем система с исполнительным механизмом на линии подачи греющего пара, но она позволяет лучше использовать тепло водяного пара Ее применение рекомендуется только при отсутствии резких возмущений по нагрузке.

Рис.16.Схема регулирования поверхностных теплообменников воздей­ствием на расход горячего теплоносителя (а) и байпасированием холодного теплоносителя (б).

Рис. 17. Схемы регулирования работы теплообменников путем воздейст­вия на расход греющего пара (а) и конденсата (б).

а б

Рис.18. Схемы регулирования работы конденсаторов путем воздействия на расходы хладагента (а) и конденсата (б)