1. Описание технологического объекта.

Ректификационные установки служат для разделения жидких однородных смесей на составляющие вещества (или группы веществ) в результате противоточного взаимодействия смеси паров и жидкой смеси. Жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза - более низкокипящим. [3]

Для строгого соблюдения режима и условий, обеспечивающих нормальный ход процесса ректификации, необходимо правильно эксплуатировать колонны. Ведущими факторами режима являются температура, давление, количество орошения и расход водяного пара или тепла (при наличии кипятильников) в отгонной части колонны и в ее отпарных секциях.

Рис.1 Низ колонны ректификации.

1. Низ колонны ректификации

2. Кипятильник

В представленном аппарате (рис.1) сырье подается в середину колонны, дистиллят, обогащенный легколетучими компонентами или фракциями, отбирается сверху, а остаток, обогащенный тяжелолетучими компонентами или фракциями, - снизу колонны. Для создания жидкостного и парового орошения в полной колонне установка имеет конденсатор и кипятильник.

Поскольку исходная смесь поступает в установку из предыдущих аппаратов технологической линии, колебания расхода, состава и температуры питания являются основными возмущениями в процессе ректификации. К возможным источникам возмущений следует отнести энтальпию греющего пара, теплоносителя и хладоагента, а также потери тепла в окружающую среду. К регулирующим воздействиям можно отнести расходы греющего пара, теплоносителя и хладоагента, отборы дистиллята и кубового продукта и инертных газов. [3]

2.Обоснование и выбор схемы управления объектом

Системы автоматического регулирования можно классифицировать по количеству контуров, по которым производится регулирование: одноконтурные и многоконтурные (каскадные). Начинают с проектирования одноконтурных АСР, т. к. они наиболее просты в наладке и надежны в работе. Однако при неблагоприятных динамических характеристиках каналов регулирования применяются многоконтурные АСР. Практика показывает, что использование одноконтурных систем в химической технологии не позволяет обеспечить высокого качества управления. Даже при оптимальных настройках регуляторов они характеризуются длительными переходными процессами большими динамическими ошибками и низкой частотой регулирования. Поэтому, руководствуясь повышением качества технологического процесса, необходимо переходить к более сложным – многоконтурным системам.

Рассмотрим одноконтурную и каскадную системы регулирования.

Рис.2. Функциональная схема одноконтурной системы управления.

1- низ колонны ректификации

2- кипятильник

ТЕ – преобразователь измерения температуры

ТС – автоматический регулятор температуры

ИМ – исполнительный механизм

Рис.3. Структурная схема одноконтурной системы управления.

- ПФ объекта в корректирующем контуре

- ПФ объекта в стабилизирующем контуре

Основное возмущение - температура питания. Для наблюдения за температурой служат контрольно-измерительные приборы, размещенные в наиболее характерных точках ректификационной колонны. На схеме расположен преобразователь измерения температуры (TE). Показания этого прибора позволяет следить за ходом ректификации, качеством продукта и своевременно устранять возможные отклонения от требуемого режима. Помимо контрольно-измерительных приборов ректификационные колонны снабжаются автоматическими регуляторами параметров процесса (терморегуляторы, регуляторы потока и другие автоматы, являющиеся неотъемлемой частью современных ректификационных установок). В представленной схеме расположен автоматический регулятор температуры (TC).

Каждый раз, когда температура отклоняется от заданной, т.е. появляется отклонение, клапан исполнительный механизм (ИМ) регулирует подачу греющего пара.

Применение одноконтурного регулирования температуры с воздействием на подачу пара в кипятильник обычно не обеспечивает высокого качества регулирования.

Рис. 4. Функциональная схема каскадной системы регулирования.

1- низ колонны ректификации

2- кипятильник

ТЕ – преобразователь измерения температуры

ТС – автоматический регулятор температуры

FC – автоматический регулятор расхода

FE - преобразователь измерения расхода

Так как расход пара - величина намного менее инерционная, чем температура колонны, то в схему логично было бы ввести стабилизирующий контур регулирования расхода греющего пара ( ). Обладая большим быстродействием, этот контур компенсирует возмущения по линии, как расхода, так и давления, до того как произойдет изменение или отклонение температуры от заданного значения. Остальные возмущения компенсируются регулятором температуры ( ), который воздействует на задатчик регулятора расхода.

Рис.5. Структурная схема каскадной системы управления.

- корректирующий регулятор (основной)

- стабилизирующий регулятор

Каскадная система управления (рис.5.) включает в себя два регулятора - основной (корректирующий) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта Y, и вспомогательный (стабилизирующий) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты Y1. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора.

В стабилизирующий контур входит объект управления ОУ (канал X→Y1) и стабилизирующий регулятор АР1, вырабатывающий регулирующее воздействие X1. Корректирующий контур регулирования состоит из объекта (канал X→Y) и корректирующего регулятора АР с независимым значением U. На вход регулятора АР поступает основная регулирующая величина Y, а на вход регулятора АР1 – вспомогательная величина Y1. Выходная величина X1 регулятора АР направляется на регулятор АР1 для изменения его задания.