Разработка функциональной схемы управления технологическими процессами в однокорпусной выпарной установке

Цель работы:закрепление навыков по разработке функциональных схем управления технологическими процессами на примере однокорпусной выпарной установки.

Теоретическая часть

Выпарная установка состоит из подогревателя упариваемого свежего раствора и выпарного аппарата (теплообменного выпарного корпуса) (рис. 9).

Теплоноситель (свежий греющий пар) поступает в межтрубное пространство подогревателя. В выпарной аппарат поступают и нагретый и свежий растворы.

Входными переменными являются температура, плотность (концентрация сухих веществ) расход поступающего раствора. Выходные переменные: плотность упаренного щелока, производительность установки по испаряемой воде, разрежение в аппарате.

Рис. 9. Теплотехнологическая схема однокорпусной выпарной установки

Для обеспечения работы выпарной установки по регламенту необходимы САУ и АСК.

Задание

Согласно рассмотренным в Практикуме № 1 примерам построения функциональных схем управления технологическими процессами разработать функциональную схему управления процессами в однокорпусной выпарной установке с включением позиций (поз.) следующих САУ и АСК:

поз.1 – АСК давления теплоносителя,

поз.2 – АСК концентрации свежего раствора,

поз.3 – САУ расходом теплоносителя,

поз.4 – АСК расходов свежего раствора,

поз.5 – САУ плотностью упаренного щелока (по температурной депрессии),

поз.6 – АСК температур свежего раствора, теплоносителя, упаренного раствора и внутри выпарного аппарата,

поз.7 – упаренного раствора,

поз.8 – САУ уровнем в аппарате,

поз.9 – САУ разрежением,

поз.10 – вторичного (сокового) пара.

Плотность упаренного щелока управляется косвенно – по температурной депрессии. Температурная депрессия – это превышение температуры кипения выпариваемого щелока над температурой выделяющегося из него вторичного (сокового) пара. САУ плотностью (поз.5) выдает задание САУ расходом теплоносителя (поз.2).

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы протекают в выпарной установке? Какими входными и выходными переменными они характеризуются?

2. Какие САУ и АСК необходимы для эффективной работы выпарной установки?

ПРАКТИКУМ № 4 (2 часа)

Разработка функциональной схемы управления технологическими процессами в сушильном аппарате с кипящим слоем

Цель:закрепление навыков по разработке функциональных схем управления технологическими процессами на примере сушильной установки.

Теоретическая часть

Аппарат с кипящим слоем (КС) предназначен для сушки различных материалов (например, для сушки соли) (рис. 10). Аппарат имеет прямоугольное сечение и состоит из топки, газораспределительной решетки, загрузочного устройства со встроенным разбрасывателем и приспособления для разгрузки аппарата. Площадь газораспределительной решетки 3,25 м².

Рис. 10. Теплотехнологическая схема сушильного аппарата с кипящим слоем

В топку под давлением подается природный газ, продукты сгорания которого используются в качестве теплоносителя для сушки материала. В топке поддерживается температура 1400 ⁰С.

В камере смешения топочные газы перемешиваются с подаваемым холодным атмосферным воздухом. В результате образуется теплоноситель с температурой 300–400 °С. Воздух, предварительно очищенный в ячейковых фильтрах, подается турбовоздуходувкой в топку и камеру смешения.

В аппарате с кипящим слоем зоной взаимодействия твердых частиц и газов является псевдоожиженный слой, образующийся на газораспределительной решетке при подаче на нее сверху влажного продукта, а снизу – теплоносителя, создающего эффект псевдоожижения.

Аппарат работает с избыточным давлением в топке и нижней части корпуса, расположенной под газораспределительной решеткой. Величина давления соответствует сумме аэродинамического сопротивления слоя, которое примерно равно массе материала на 1 м² его поверхности, и сопротивления решетки, зависящего от ее живого сечения и скорости теплоносителя.

В случае использования установки для сушки в производстве поваренной соли на вход в аппарат поступает вакуум–выварочная соль с температурой 35 °С и влажностью 4 %. На выходе из аппарата образуется пищевая поваренная соль с содержанием хлористого натрия по сухому веществу не менее 99,7 %, с температурой 80 °С и влажностью 0,1 %.

Наиболее важным показателем процесса сушки в аппарате с КС является температура слоя. Необходимость стабилизации температуры обусловлена требованием получения продукта с заданным конечным влагосодержанием. Понижение температуры слоя вызывает повышение конечной влажности материала, что в некоторых случаях может ухудшать условия псевдоожижения и приводить аппарат к предаварийному состоянию. Кроме того, при снижении температуры слоя понижается температура отходящих газов, что связано с опасностью конденсации паров в узле пылеулавливания.

Увеличение температуры слоя приводит к снижению КПД аппарата и снижению производительности дымососа. Это может явиться причиной снижения расхода теплоносителя и уменьшения производительности аппарата.

Задание

Согласно рассмотренным в Практикуме № 1 примерам построения функциональных схем управления технологическими процессами разработать функциональную схему управления для обеспечения нормального функционирования аппарата с кипящим слоем с включением позиций следующих систем автоматического контроля и управления:

поз.1 – температурой в кипящем (псевдосжиженном) слое; управлять температурой в слое изменением расхода поступающего влажного материала возможно только при наличии буферной емкости (бункера),

поз.2 – уровнем слоя материала на решетке (по перепаду давлений),

поз.3 – соотношением расходов первичного воздуха и топлива (природного газа), поступающих в топку,

поз.4 – температурой сушильного агента в смесительной камере,

поз.5 – расходом сушильного агента после смесительной камеры,

поз.6 – разрежением в верхней части аппарата).

В качестве вспомогательной информации могут быть использованы передаточные функции, рассчитанные для аппарата с КС следующих параметров: производительность установки по сухому продукту – 2,079 кг/(м²с); влажность поступающей соли – 4 %; температура теплоносителя – 350 ⁰С; температура слоя – 80 °С; масса соли в слое – 440 кг/м²:

- передаточная функция по каналу управления: расход теплоносителя на 1 м² решетки – температура слоя:

, (26)

- передаточная функция по каналу возмущения: нагрузка аппарата с КС на 1м² решетки – температура слоя:

, . (27)

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы протекают в сушильной установке? Какими входными и выходными переменными они характеризуются?

2. Какие САУ и АСК необходимы для эффективной работы сушильной установки?

ПРАКТИКУМ № 5 (2 часа)