Автоматизация технологических процессов основных химических производств

• Общая разность температур _общ в процессе:

_общ = _т - _р-ля^кип (2).

• Общая разность температур _общ больше полезной разности температур _полезн на величину потерь :

_полезн = _общ -  (3),

• Величина потерь  в процессе выпаривания:

 = _г + _д + _гп (4),

где - _г потери за счет гидростатического эффекта; _д - температурная депрессия; _гп - потери температуры за счет гидравлических потерь в трубопроводе.

• На основании выражений (2) и (4) выражение (3) примет вид:

_полезн = _т - _р-ля^кип -( _г + _д + _гп ) (5).

Температурная депрессия.

• Определение _д на основании (1) и (5):

_д = _р-ра^кип - _р-ля^кип (6).

• Определение _д по диаграммам «Р - ».

Диаграмма «Р - » для растворов и растворителей.

Рис.1.

• Из диаграммы следует, что при P=const _д = _р-ра^кип - _р-ля^кип

• Расчетные соотношения для _д:

• Для концентрированных растворов недиссоциирующихся веществ:

(7),

• Для концентрированных растворов диссоциирующихся веществ:

(8),

где R=8,31, дж/(моль*К);

c_к - концентрация растворенного вещества в концентрированном растворе, моль/моль;

r_п^р-ля - теплота испарения растворителя, дж/моль;

_р-ля^кип - температура кипения растворителя, К;

b - константа, определяемая опытным путем.

Объект управления

Схема выпарной установки естественной циркуляции

с вынесенной греющей камерой.

1. греющая камера;

2. - выпарной аппарат;

3. брызгоулавливатель;

4. циркуляционная труба

Рис.2.

• Работа установки.

Исходный раствор подается по трубам кипятильника 1, где нагревается до температуры кипения с образованием парожидкостной смеси, которая далее поступает в выпарной аппарат (сепаратор) 2.

В сепараторе 2 парожидкостная смесь разделяется на паря растворителя и концентрированный раствор.

Пары растворителя проходят через брызгоулавливатель 3 и выводятся из процесса из верха сепаратора в виде парового потока G_п.

Выделенная брызгоулавливателем жидкая фаза из паров растворителя возвращается в кипятильник 1 по циркуляционной трубе 4.

Сконцентрированный раствор в виде потока G_к выводится из низа сепаратора.

• Показатель эффективности процесса - концентрация концентрированного раствора с_к.

• Цель управления - обеспечение с_к = с_к^зд (на максимально возможном для данной установки значении).

Материальный баланс по растворенному веществу.

Уравнение динамики:

(1),

Уравнение статики :

(2)

Из выражений (1) и (2) следует:

(3),

Предпочтительное управляющее воздействие: G_р.

Тепловой баланс выпарной установки.

Уравнение динамики процесса выпаривания:

(5).

Уравнение статики при :

(6).

В выражениях (5) и (6) принято:

• ;

• ;

• - количество испаряемого растворителя;

• - удельные теплоемкости исходного и концентрированного растворов, которые не починяются закону аддитивности;

• ,

где q - тепловой эффект растворения, определяемый на основании закона Гесса:

,

где q_н и q_к - интегральные теплоты растворения в начале и конце процесса.

• На основании (5) и (6):

(7).

Предпочтительные управляющие воздействия:

• для обеспечения теплового баланса процесса - расход теплоносителя G_т;

• для косвенного регулирования показателя эффективности процесса - расход исходного раствора G_р.

В типовом решении автоматизации:

• для косвенного регулирования показателя эффективности процесса выпаривания используют не температуру в аппарате, а температурную депрессию:

.

Материальный баланс по жидкой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

, (8),

Уравнение статики:

(9)

На основании (8) и (9):

. (10).

Предпочтительное управляющее воздействие - G_к.

Материальный баланс по паровой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

(11),

где М_п - мольная масса паровой фазы (растворителя),

кг/моль;

Р_п - давление в сепараторе, Па;

_п = _к =_апп - температура в сепараторе, К,

V_п - объем паровой фазы в сепараторе, м³ .

Уравнение статики:

(12).

На основании (11) и (12): и предпочтительное управляющее воздействие G_п.

Материальный баланс по жидкой фазе (для теплоносителя).

Уравнение динамики:

, (14),

Уравнение статики: