Абсорбция

Типовое решение автоматизации. В качестве объекта управле­ния процессом абсорбции рассмотрим абсорбционную установку, со­стоящую из абсорбционной колонны и двух холодильников – на линиях абсорбента и газовой смеси (рис. 3.8). Показателем эффективности процесса является концентрация Y_к извлекаемого компонента в обедненной смеси. Цель управления – дости­жение определенного значения этой концентрации, минимально возможного для данных производственных условий.

Рис. 3.8. Типовая схема автоматизации процесса абсорбции:

1, 3 – холодильники; 2 – абсорбционная колонна

Концентрация извле­каемого компонента Y_к определяется разностью количеств компонента, поступающего в колонну и абсорбирующегося жидкой фазой. Количество поступающего в колонну компонента определяется расходом газовой смеси G_c и начальной концентрацией в ней извлекаемого компонента Y_н по уравнению

М = G_c Y_н. (3.2)

Количество же компонента, который переходит из газа в жидкую фазу, определяется следующим образом:

М' = KFD, (3.3)

где K – коэффициент массопередачи; F – поверхность контакта; D – средняя движущая сила процесса.

Для конкретной колонны коэффициент K и поверхность F – величины мало изменяющиеся, поэтому количество М' в основном зависит от движущих сил на входе в аппарат D₁ и на выходе из аппарата D₂, т. е. от взаимного положения ра­бочей и равновесной линий процесса (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Диаграмма Х – Y: содержание поглощаемого компо­нента в жидкости Х и газе Y  

Положение рабочей линии определяется начальной и ко­нечной концентрациями компонента в обеих фазах, а равновесной линии - давлением и температурой процесса. Повышение температуры или снижение давления уменьшает движущие силы за счет смещения равновесной линии в сторону рабочей, например из точки С в С *, как показано на диаграмме.

Таким образом, концентрация Y_к зависит от расхода газовой смеси G_c, расхода абсорбента G_a, концентраций Х_н и Y_н, темпе­ратуры и давления в аппарате. Концентрации Х_н и Y_н определяются режимами других тех­нологических процессов и при их изменении в объект регулиро­вания будут вноситься возмущающие воздействия.

Температура в абсорбере зависит от многих параметров: расхода, теплоемкости и температуры 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, например, ин­тенсивность массообмена при стабильной концентрации Y_к и изменяющихся кон­центрациях Х_н и Y_н. 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 газовой смеси на входе в абсорбер (регулятор 1) и абсорбента (регулятор 6) путем изменения расходов хладоносителей.

Давление в абсорбере целесообразно стабилизировать путем изменения расхода обедненной смеси (регулятор 3). Расход газовой смеси G_c следует также стабилизировать (регулятор 2). Из­менять его с целью регулирования показателя эффективно­сти нецелесообразно, так как при этом производительность аб­сорбера может оказаться ниже расчетной, и экономичность процесса снизится. Регулировать процесс следует путем изменения расхода абсорбента G_a (регулятор 4). Если технологический режим предшествующего процесса не позволяет стабилизировать расход смеси G_c, то поддерживается постоянство отношения расходов G_a /G_c.

В нижней части абсорбера должно находиться некоторое ко­личество жидкости для создания гидравлического затвора и предотвращения поступления газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента. Постоянное количество жидкости поддержива­ется регулятором уровня 5 путем изменения рас­хода насыщенного абсорбента.

Итак, стабилизировать все параметры, влияющие на пока­затель эффективности, практически невозможно. Поэтому в ка­честве регулируемой величины следует взять концентрацию извлекаемого компонента Y_к, а регулирующие воздействия реализовать изменением расхода абсорбента G_a или отношения расходов G_a /G_c. Для улучшения качества регулирования по­казателя эффективности надо предусмотреть узлы стабилизации расхода G_c, давления в колонне Р, уровня жидкости итемператур t_c и t_а.

В качестве контролируемых параметров следует выбрать расход и температуру исходного и насыщенно­го абсорбентов, исходной и обедненной газовой смеси, хладоно­сителей, а также концентрацию извлекаемого компонента в обедненной смеси, уровень в нижней части колонны, температу­ру по высоте колонны, давление и перепад давления в ней.

Сиг­нализации подлежат отклонения давления в колонне от пре­дельных значений. Схемой автоматизации должно быть предусмотрено устрой­ство защиты, исключающее значительное повышение давления в колонне. Это устройство при определенном значении давления обеспечивает прекращение питания регуляторов воздухом. Выбор регулирующих органов при этом должен производиться так, чтобы регулирующий орган на магистрали обедненной смеси открылся (НО), а на всех ос­тальных – закрылся (НЗ).

Регулирование концентрации извлекаемого компонента в на­сыщенном абсорбенте. Такая цель управления часто ставится при проведении процесса абсорбции в производстве кислот. В этом случае из газовой смеси необходимо поглощать такое количество компонента, которое бы обеспечило постоянство концентрации Х_к.

Эту концентрацию сле­дует брать здесь в качестве основного регулируемого параметра (часто используется также плот­ность продукта), а регулирующее воздействие должно осуществ­ляться изменением расхода абсорбента. При этом для уменьшения запаздывания датчик со­става может быть установ­лен не на линии насыщенного абсорбента, а в кубе колонны.

Регулирование состава абсорбента, поступающего в абсорб­ционную колонну. Абсорбент, возвращаемый с уча­стка десорбции, может содержать некоторое количество компо­нентов газовой смеси, что значительно ухудшает процесс аб­сорбции. В этом случае необходимо постоянно выводить часть отработанного абсорбента из системы и вводить такое же коли­чество свежего. Это осуществляется в специальной емкости, устанавливаемой между абсорбером и десорбером (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Схема регули-рования со­става абсор-бента, поступающего в колонну  

При этом состав абсорбента на входе в абсорбер стабилизируется путем изменения расхода свежего абсорбента. Баланс между расхода­ми свежего и отработанного абсорбента поддерживается с помощью регулятора уровня, воздейству­ющего на расход сливаемого абсорбента.

Регулирование нескольких последовательно установленных абсорбционных колонн. Система автоматического регулирования последовательно установленных абсорберов принципиально не отличается от систем регулирования одного абсорбера. Концентрацию Y_к регулируют изменением подачи абсорбента, по­ступающего в первый по ходу абсорбента аппарат. Стабилизи­руются уровни в каждом абсорбере, температуры газовой сме­си и абсорбента на входе в установку и давление в последнем по ходу газа абсорбере. В тех случаях, когда между абсорбера­ми установлены промежуточные холодильники для охлаждения абсорбента, необходимо предусмотреть регулирование темпера­туры абсорбента перед абсорберами путем изменения расхода хладоносителей.

Дата добавления: 2014-10-23