Основные переменные процесса.

Автоматическое регулирование процесса ректификации – одна из наиболее сложных задач, возникающих при автоматизации химических производств. Это объясняется сложным характером технологического процесса, взаимной зависимостью основных регулируемых параметров, а также большой инерционностью и запаздыванием, присущим ректификационным колоннам, как объектам регулирования.

Ректификационные колонны и установки как ОУ представляют собой сложные динамические системы с ярко выраженной распределенностью параметров по температуре, концентрации, составу, давлению, если колонна имеет большое количество тарелок (более 50); с нелинейностью статических характеристик, значительной инерционностью и запаздыванием практически по всем каналам управлений и возмущений, взаимосвязанностью параметров, наличием значительного числа возмущений и помех и т.д.

Например, зависимость состава конечного продукта от расхода пара, подаваемого в кипятильник и расхода флегмы, подаваемой на орошение. Нелинейность статических характеристик вызывает неоднозначность связи между регулирующими воздействиями и регулируемыми величинами.

Распределенность параметров требует применения распределенных управляющих воздействий.

Например, существенная распределенность процесса по температуре и концентрации по высоте аппарата требует и распределенных управляющих воздействий, т.е. одним регулирующим органом невозможно поддерживать определенную температуру или концентрационный профиль по высоте аппарата. Необходимо два управляющих воздействия, т.е. температуру верха регулируем подачей флегмы, а температуру куба – подачей теплоносителя в кипятильник или в куб колонны.

Нелинейность характеристик указывает на то, что управляющее воздействие не может быть однозначным на всем диапазоне.

Например, увеличение расхода пара в кипятильнике вначале вызывает повышение концентрации низкокипящих компонентов в дистилляте, а затем, понижение. В этом случае важно работать в режимах по паровой нагрузке слева от точки экстремума.

Типовая установка для ректификации двухкомпонентной смеси состоит из емкости исходной смеси, теплообменника, в котором исходная смесь подогревается до температуры кипения, ректификационной колонны с кипятильником, конденсатора и флегмовой емкости.

Задача управления процессом ректификации заключается в получении продуктов разделения (дистиллята и кубового остатка) определенной чистоты при заданной производительности установки и минимальном расходе греющего пара.

Показателем эффективности процесса ректификации является состав целевого продукта (дистиллят или кубовый продукт), а целью управления – поддержание этого состава на заданном значении (или целью регулирования является сохранение материального и теплового балансов в колонне).

Если целевым продуктом является кубовый продукт, то для достижения цели управления следует регулировать:

1. Расход исходной смеси (контур 1);
2. Температуру исходной смеси (контур 2);
3. Давление в верхней части колонны (контур 3);
4. Температуру в кубе колонны (контур 5);
5. Уровень в кубе колонны (контур 4);
6. Состав дистиллята.

Контролю подлежат: расходы исходной смеси, дистиллята, флегмы, кубового остатка, теплоносителей и хладагента; составы и температура конечных продуктов; температуры исходной смеси, теплоносителей и хладагентов; температуры по высоте колонны; давление в верхней и нижней частях колонны, а также перепад давления по высоте колонны.

Сигнализации подлежат: уровень в кубе колонны, давление в колонне, температура в колонне, расход исходной смеси.