Е_а - энергия активации, кдж/кг;

• - температура, К;

R - универсальная газовая постоянная, кдж/кг*К.

• На основании (9) и (10) - диаметр кристалла можно представить:

.

• Если процесс кристаллизации вести при  = const = _зд и обеспечить С_н= const, то С^п и С^* будут предопределены, т.к. система имеет 2 степени свободы (s=2).

• Таким образом, d_кр=d_кр^зд можно обеспечить стабилизацией  при условии С_н= const.

Тепловой баланс процесса кристаллизации.

Уравнение динамики:

(11).

Можно принять  = _мр = _кр = _с .

Уравнение статики при :

(12).

• На основании (11) и (12) можно считать:

• Предпочтительное управляющее воздействие G_хл .

Информационная схема кристаллизатора

Рис.6.

• Основные регулируемые переменные: ;

• Возможные регулирующие воздействия:

• Возможные контролируемые возмущения:

• Возможные неконтролируемые возмущения:

.

• В целом, кристаллизатор является сложным многосвязным объектом.

Типовая схема автоматизации процесса кристаллизации

Рис.7.

1. Регулирование.

• Регулирование  в аппарате по подаче хладоагента G_хл - обеспечивает косвенное регулирование показателя эффективности процесса: = f (d_кр).

• Регулирование h по отбору маточного раствора G_мр - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.

• Стабилизация расхода исходного раствора G_р - для обеспечения заданной производительности установки.

2. Контроль.

• Расходы: .

• Температуры: .

• Уровень: h.

3. Сигнализация.

• Значительные отклонения температуры  от задания.

3. Материалы к лекции №11

Автоматизация процесса абсорбции

Равновесие в процессе абсорбции.

• Число степеней свободы для системы бинарный газ+жидкость:

S = k – f + 2=3-2+2=3.

• Переменные для данной системы: температура , давление Р; концентрации С.

• Равновесие такой системы при постоянных  и Р описывается законом Генри:

(1),

где m - коэффициент распределения:

(2),

где Е - константа Генри:

(3),

где q - дифференциальная теплота растворения; R - универсальная газовая постоянная; С - константа.

• На основании (2) и (3) коэффициент распределения m зависит от P и  следующим образом: при Р, m ; при , Е  . m.

• Следовательно, растворимость газа в жидкости на основании (1), определяемая как: , увеличивается с увеличением давления Р и уменьшением температуры .

Влияние Р и  на среднюю движущую силу процесса абсорбции.

(фазовые диаграммы при противотоке распределяющих веществ)

Рис.1.

1. При Р₁ и ₁ , Δ_ср1; 2 - При Р₂ > Р₁ , Δ_ср2 ; 3 - При ₃ > ₁ , Δ_ср3

Результаты анализа диаграмм:

• Δ_ср =f (, Р, с_гн , с_гк , с_ан , с_ак );

• Δ_ср2 > Δ_ср1 ; при Р→ Δ_ср ;

• Δ_ср3 < Δ_ср1 ; при → Δ_ср

Влияние направления движения потоков

на средние движущие силы процесса абсорбции.

Рис.2а.

1. - рабочая линия процесса абсорбции при противотоке распределяющих веществ;

2. - рабочая линия процесса абсорбции при прямотоке распределяющих веществ;

3. - равновесная линия процесса абсорбции.

Движение распределяющих веществ противотоком.

Рис.2б.

• С_а изменяется от С_а^min до С_а^max1 , ().

• Движущая сила: .

Движение распределяющих веществ прямотоком.

Рис.2в.

• С_а изменяется от С_а^min до С_а^max2 , ().

• Движущая сила: .

• Выводы по характеристикам схем противотока и прямотока:

1. - ; 2. - .

Кинетика процесса абсорбции.

Уравнения массопередачи в процессе абсорбции:

(4а),

или

(4б),

где

М_г^а - масса распределяемого компонента, переходящая из газа в абсорбент в единицу времени, кг/ч;

F - поверхность массопередачи м²;

и ;

и ;

К_г , К_а - коэффициенты массопередачи, ;

; ,

где

_г - коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз, кг/(м² *ч);

_а - коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку абсорбента, кг/(м² *ч).

Схема насадочного абсорбера.

Рис.6.

Объект управления

Схема абсорбционной установки.

1, 2 – холодильники; 3 – абсорбционная насадочная колонна.

Рис.5.

Работа схемы.

Исходная газовая смесь G_г и абсорбент G_а в холодильниках 1 и 2 охлаждаются до заданных температур _г⁰ и _а⁰ и противотоком подаются в колонну 3.

В колонне 3 происходит извлечение целевого (распределяемого) компонента из исходной газовой смеси с помощью жидкого абсорбента.

В результате массообменного процесса между газовой и жидкой фазами получают:

• в низу колонны - насыщенный абсорбент G_на с концентрацией целевого (распределяемого) компонента с_на;

• в верху колонны - обедненную газовую смесь G_ог с концентрацией целевого (распределяемого) компонента с_ог .

Показатель эффективности процесса - концентрация распределяемого компонента в обедненной газовой смеси с_ог.

Цель управления - обеспечение с_ог = с_ог^зд на минимально возможном для данной установки значении.

Материальный баланс по целевому компоненту.

• Материальный баланс по целевому компоненту в газовой фазе.

Уравнение динамики:

(1),

где М_г^на - масса целевого компонента, переходящая из газовой фазы в жидкую в единицу времени, кг/ч.

Уравнение статики :

(2).

Из выражений (1) и (2) следует, что: (3),

где М_г^на - определяется уравнением массопередачи.

• Материальный баланс по целевому компоненту в насыщенном абсорбенте.

Уравнение динамики:

(4).

Уравнение статики :

(5).

Из выражений (4) и (5) следует, что: (6),

где M_г^на - определяется уравнением массопередачи.

• Материальный баланс по общему количеству целевого компонента в процессе абсорбции.

Уравнение динамики:

(7),

Уравнение статики :

(8).

На основании (7) и (8): (9).

Аналогично, можно получить: (10).

Материальный баланс по жидкой фазе.

Уравнение динамики:

, (11),

Уравнение статики:

(12)

На основании (11) и (12): . (13).

Материальный баланс по газовой фазе.

• Уравнение динамики:

(14),

где М_ог - мольная масса обедненной газовой смеси,

кг/моль;

Р_ог - давление в колонне, Па;

_ог - температура в