4. Регулирование рН.

Системы регулирования рН можно под-	pH
				III
разделить на два типа, в зависимости от требуе-
мой точности регулирования. Если скорость из-
менения рН невелика, а допустимые пределы ее	7			I
колебаний достаточно широки, применяют пози-
ционные системы регулирования, поддерживаю-			II
щие рН в заданных пределах: рНн ≤ рН ≤ рНв. Ко	0
				G1
второму типу относятся системы, обеспечиваю-
	Рис. 3.11. Зависимость величины рН от
щие регулирование процессов, в которых требу-
	расхода реагента.

е тся точное поддержание pH на заданном значении (например, в процессах нейтрализации). Для их регулирования используют непрерывные ПИ– или ПИД–регуляторы.

Общей особенностью объектов при регулировании рН является нелинейность их стати-ческих характеристик, связанная с нелинейной зависимостью рН от расходов реагентов. На рис. 3.11 показана кривая титрования, характеризующая зависимость рH от расхода кислоты G₁. Для различных заданных значений рН на этой кривой можно выделить три характерных участка: первый (средний), относящийся к почти нейтральным средам, близок к линейному и характеризуется очень большим коэффициентом усиления; второй и третий участки, относя-щиеся к сильно щелочным или кислым средам, обладают наибольшей кривизной.

На первом участке объект по своей статической характеристике приближается к релей-ному элементу. Практически это означает, что при расчете линейной АСР коэффициент уси-ления регулятора настолько мал, что выходит за пределы рабочих настроек промышленных регуляторов. Так как собственно реакция нейтрализации проходит практически мгновенно, динамические характеристики аппаратов определяются процессом смешения и в аппаратах с перемешивающими устройствами достаточно точно описываются дифференциальными урав-

24

нениями 1-го порядка с запаздыванием. При этом, чем меньше постоянная времени аппарата, тем сложнее обеспечить устойчивое регулирование процесса, так как начинают сказываться инерционность приборов и регулятора и запаздывание в импульсных линиях. Для обеспечения устойчивого регулирования рН применяют специальные системы. На рис. 3.12, а показан пример системы регулирования рН с двумя регулирующими клапанами.

1	G1	G2	ξ
	2		1		2
	PDC		1
	3				x0
					P
			0 xPH	x0 − x0 +		xPB xP
а			б	P	P

Рис. 3.12. Пример системы регулирования рН:

а – функциональная схема; б – статические характеристики клапанов (1, 2 – регули-рующий клапан; 3 – регулятор рН).

Клапан 1, обладающий большим условным диаметром, служит для грубого регулиро-вания расхода и настроен на максимальный диапазон изменения выходного сигнала регулято-ра [x_рн,x_рв] (рис. 3.12, б, кривая 1). Клапан 2, служащий для точного регулирования, рассчитан на меньшую пропускную способность и настроен таким образом, что при x_р = x⁰_р + он пол-ностью открыт, а при x_р = x⁰_р - – полностью закрыт (кривая 2). Таким образом, при незначи-тельном отклонении рН от рН⁰, когда x⁰_р - ≤ x_р ≤ x⁰_р + , степень открытия клапана 1 прак-тически не изменяется, и регулирование ведется клапаном 2. Если |x_р - x⁰_р|, клапан 2 остается в крайнем положении, и регулирование осуществляется клапаном 1.

На втором		и третьем участках		pH	pH	pH = k2 G1	+α2
статической характеристики (рис. 3.12,
б) ее линейная аппроксимация справед-
лива лишь в очень узком диапазоне из-						pH = k0	G1
менения рН, и в реальных условиях
ошибка регулирования за счет линеари-
зации может	оказаться		недопустимо	pH 0 +δ		pH = k1 G1 +α1
большой. В этом случае более точные				pH 0
				pH 0 −δ			G1
результаты дает кусочно-линейная ап-
проксимация	(рис.	3.13),	при которой			G0	G
						1	1
линеаризованный		объект	имеет пере-	Рис. 3.13. Кусочно-линейная аппроксимация ста-
менный коэффициент усиления.				тической характеристики объекта при регулиро-
				вании рН.

Н а рис. 3.14 приведена структур-ная схема такой АСР. В зависимости от рассогласования рН, включается в работу один из ре-

гуляторов, настроенный на соответствующий коэффициент усиления объекта.

25

G1	Объект	pH

pH ⁰

R0	(≤)		pH		≤ δ
				(>)
	(+)
R2		sign( pH −δ)

^R1

(−)

Рис. 3.14. Структурная схема системы регулиро-вания рН с двумя регуляторами.