В качестве объекта управления процессом абсорбции примем абсорбционную установку, состоящую из абсорбционной колонны и двух холодильников — на линиях абсорбента и газовой смеси (рис. 3.1).
Целью управления процессом абсорбции является:
1. поддержание постоянства заданной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе.
2. соблюдение материального и теплового баланса абсорбционной установки.
Показателем эффективности процесса является концентрация Ук извлекаемого компонента в обедненной смеси, а целью управления — достижение определенного значения этой концентрации.
Концентрация Ук определяется разностью количеств извлекаемого компонента, поступающего в колонну с газовой смесью и поглощаемого из нее абсорбентом.
Количество компонента, поступающего в колонну, однозначно определяется расходом газовой смеси Fcи начальной концентрацией в ней извлекаемого компонента Ун.
Рис. 3.1. Схема автоматизации процесса абсорбции:
/,3 холодильники; 2 — абсорбционная колонна
Fa/Fc(где Fa— расход абсорбента).
Таким образом, концентрация Ук зависит от расхода газовой смеси, концентраций Хни Ун, отношения расходов Fa/Fc, температуры и давления в аппарате.
Изменения расхода газовой смеси могут быть сильными возмущениями, поэтому расход газа следует стабилизировать. Изменять же его с целью регулирования показателя эффективности нецелесообразно, так как при этом производительность абсорбера может оказаться ниже расчетной, и экономичность процесса снизится.
Концентрации Хни Ун определяются режимами других технологических процессов; с их изменением в объект будут вноситься возмущающие воздействия.
Отношение Fz/Fcможно поддерживать постоянным путем стабилизации обоих расходов. Это отношение можно использовать также для регулирования
Рис. 3.2. Диаграмма х—у:х, у — содержание поглощаемого компонента в жидкости и газе процесса, причем изменять его следует путем изменения расхода Ра.
Температура в абсорбере зависит от многих параметров: температуры, теплоемкости и расхода газовой и жидкой фаз, интенсивности массообмена между фазами (процесс абсорбции экзотермичен), потерь тепла в окружающую среду. Часть этих параметров обычно подвержена значительным колебаниям во времени; это относится, например, к интенсивности массообмена, которая для достижения цели управления должна быть переменной при изменяющихся концентрациях Хн, У„. Такие возмущения приводят к нарушению теплового баланса и, следовательно, к изменению температуры в абсорбере. Чтобы этого не происходило, температуру следовало бы регулировать, однако в рассматриваемом абсорбере нет внутреннего охлаждения, поэтому ограничиваются стабилизацией температур абсорбента Га и газовой смеси Тсна входе в абсорбер путем изменения расходов хладоносителей.
Давление в абсорбере целесообразно стабилизировать путем изменения расхода обедненной смеси.
Рис. 3.3. Влияние давления (а) и температуры (б) на процесс абсорбции: х, у — содержание поглощаемого компонента в жидкости и газе
Итак, стабилизировать все параметры, влияющие на показатель эффективности, практически невозможно. Поэтому в качестве регулируемой величины следует взять концентрацию Ук, а регулирующие воздействия реализовать изменением отношения расходов Fa/Fc. Для улучшения качества регулирования показателя эффективности надо предусмотреть узлы регулирования расхода Fc, температур Таи Тс, давления в колонне.
В нижней части абсорбера должно находиться некоторое количество жидкости, обеспечивающее гидравлический затвор, что исключает поступление газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента и позволяет регулировать давление в абсорбере. Постоянное количество этой жидкости поддерживается регулированием уровня в абсорбере путем изменения расхода насыщенного абсорбента.
В качестве параметров, которые необходимо контролировать, следует выбрать расход и температуру исходного и насыщенного абсорбентов, исходной и обедненной газовой смеси, хладоносителей, а также концентрацию извлекаемого компонента вобедненной смеси, уровень в нижней части колонны, температуру по высоте колонны, давление и перепад давления в ней. Сигнализации подлежат отклонения давления в колонне и концентрация извлекаемого компонента в абгазе от предельных значений.
Схемой автоматизации должно быть предусмотрено устройство защиты, исключающее значительное повышение давления вколонне. Это устройство при определенном значении давления обеспечивает прекращение питания регуляторов воздухом. Выбор регулирующих органов (НО или НЗ) должен производиться так, чтобы регулирующий орган на магистрали обедненной смеси открылся, а на остальных — закрылся.