Вопрос 28. Регулирование уровня.

Уровень является косвенным показателем гидродинамического равновесия в аппарате. Постоянство уровня свидетельствует о соблюдении материального баланса, когда приток жидкости = стоку, и скорость изменения уровня = нулю. Когда в аппарате не происходят фазовые превращения (сборники, промежуточные емкости, жидкофазные реакторы), приток = расходу жидкости, подаваемой в аппарат, а сток = расходу жидкости, отводимой из аппарата. При изменении фазового состояния веществ, уровень является характеристикой не только гидравлических, но и тепловых и массообменных процессов, а приток и сток учитывают фазовые превращения веществ. Такие процессы протекают в испарителях, конденсаторах, выпарных установках, ректификационных колоннах и т. п. В общем случае изменение уровня описывается уравнением вида S dL/dt = G_вх — G_вых ± G_o6, (4.1)

где S — площадь горизонтального (свободного) сечения аппарата; G_вх, G_вых—расходы жидкости на входе в аппарат и выходе из него; G_об — количество жидкости, образующейся (или расходуемой) в аппарате в единицу времени. В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из следующих двух способов регулирования:

1) позиционное регулирование, при котором уровень в аппарате поддерживается в заданных, достаточно широких пределах L_н<L<L_в.

Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях (рис. 4.6). При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение потока на запасную емкость;

2) непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня на заданном значении, т. е. L = L°.

Важно регулирование уровня в теплообменных аппаратах, в которых уровень жидкости существенно влияет на тепловые процессы. В таких АСР для регулирования уровня без статической погрешности применяют ПИ-регуляторы.

Три способа регулирования (при отсутствии фазовых превращений):

- изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке», рис. 4.7,а);

- изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке», рис. 4.7,6);

-регулированием соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР, рис. 4.7,в);

Отключение корректирующего контура может

п ривести к накоплению ошибки при регулировании уровня; так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расходы жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу и вследствие интегрирующих свойств объекта [см. уравнение (4.1)] уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать).

Если в аппарате происходят фазовые превращения, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хладагента), как это показано на рис. 4.8.

В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования уровня в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом остальных контуров регулирования.

Р егулирование уровня в аппаратах с кипящим (псевдоожиженным) слоем зернистого материала. Устойчивое поддержание уровня кипящего слоя возможно в достаточно узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя. При значительных колебаниях расхода газа (расхода зернистого материала) наступает режим уноса слоя или его оседания. Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особенно высокие требования. В качестве регулирующих воздействий используют расход зернистого материала на входе или выходе аппарата (рис. 4.9,а) или расход газа на ожижение слоя (рис. 4.9,6).