SU1289522A1 - Method of automatic regulation of evaporating apparatus - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу автоматического регулировани  выпарного аппарата, может быть использовано в химической промышленности и позвол ет расширить область применени . Способ реализуетс  САР, включающей контур стабилизации расхода теплоносител  в аппарат - регул тор (Р) 7, регулируюш 1Й орган (РО) 4, контур регулировани  верхнего граничного уровн  в аппарате воздействием на слив упаренного раствора - датчик 5 верхнего уровн , Р 9, РО 3, с учетом времени задержки (блок 10), величину которой ус анавливают в зависимости от отношени  разности верхнего и нижнего граничных значений уровн  (Р 8) к количеству теплоносител  и отношени  разности заданного значени  концентрации (датчик 6) к концентрации слабого раствора (сумматор 12). 1 ил. (ЛThe invention relates to a method for automatic control of an evaporator, can be used in the chemical industry and allows to expand the field of application. The method is implemented by the SAR, which includes a circuit for stabilizing the flow rate of the coolant into the device — the regulator (P) 7; , taking into account the delay time (block 10), the value of which is set depending on the ratio of the difference between the upper and lower limit values of the level (P 8) to the amount of coolant and the ratio of the difference between the specified concentration value (sensor 6) and the concentration of the weak Ora (adder 12). 1 il. (L

Description

11281128

Изобретение относитс  к автоматизации технологических процессов, предназначено дл  сгущени  до заданной концентрации раствора в выпарном аппарате и может примен тьс  в различных отрасл х промьтшенности.The invention relates to the automation of technological processes, is intended to thicken to a predetermined concentration of the solution in the evaporation apparatus and can be used in various areas of the industry.

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  способа циклического регулировани  выпарного аппарата .The aim of the invention is to expand the scope of application of the method of cyclical regulation of the evaporator.

В течение цикла реализуетс  программа действий с регулирующими клапанами выпарного аппарата, устанавливающа  количественные соотношени  между следующими параметрами процес са: временем упарки (длительностью цикла), объемом сливаемого за цикл раствора, производительностью выпарDuring the cycle, an action program is implemented with evaporator control valves, which establishes quantitative relationships between the following process parameters: the time of evaporation (cycle duration), the volume of solution discharged per cycle, the evaporation capacity

кого аппарата и концентрацией наливаемого раствора, такие, что количес- тво растворенного вещества, поступившее в аппарат при наливе, равно количеству его, ушедшему из аппарата при сливе. Текущее отклонение концентрации от задани , вызванное наличием заведомых приближений и допущенийwhich apparatus and concentration of the solution to be poured, such that the amount of the solute that enters the apparatus during the pouring is equal to the quantity of the solute that left the apparatus during the discharge. The current concentration deviation from the task, caused by the presence of notorious approximations and assumptions

при реализации этой программы и действием неучтенных возмущений в системе регулировани , используют дл  оказани  корректи|рующего воздействи  по принципу отрицательной обратной св зи с целью уменьшени  этого отклонени . Совокупность этих двух видов действий и решает поставленную задачу.in the implementation of this program and the effect of unaccounted disturbances in the control system, they are used to provide a corrective influence on the principle of negative feedback in order to reduce this deviation. The combination of these two types of actions and solves the problem.

На чертеже изображена принципиальна  схема автоматического регулировани  выпарного аппарата.The drawing shows a schematic diagram of the automatic control of the evaporator.

Схема регулировани  выпарного аппарата 1 содержит установленные на линии налива слабого раствора и линии слива упаренного раствора клапаны 2 и 3 соответственно, а на линии подачи теплоносител  (греющего пара например) - регулирующий орган 4 (клапан например), датчики уровн  5 и концентрации 6, регул торы 7 количества теплоносител  и 8 и 9 уровн , узел 10 времени задержки, регул тор 11 концентрации и сумматор 12; L, L, QO - внешние воздействи  дл  формировани  верхнего и нижнего граничных значений уровн  и заданноThe control circuit of the evaporator 1 contains valves 2 and 3 installed on the loading line of the weak solution and the discharge line of the evaporated solution, respectively, and on the supply line of the heat carrier (heating steam, for example) - regulator 4 (valve for example), level sensors 5 and concentration 6, tori 7 of heat carrier quantity and 8 and 9 levels, node 10 of delay time, concentration controller 11 and adder 12; L, L, QO - external actions for the formation of the upper and lower boundary values of the level and given

иР, го значени  концентрации; Р , воздействи , формируемые регул торами 8 и 9 соответственно, а Р - воздействие на клапан 3, формируемое на выходе звена 10.IR, go concentration; P, the actions generated by the regulators 8 and 9, respectively, and P the action on the valve 3 formed at the output of the link 10.

5five

5five

5five

00

00

5five

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Циклически во времени выполн ют следующую последовательность операций: открывают клапан 3 и блокируют открытие клапана 2, при этом происходит слив упаренного раствора из .аппарата. 1 с понижением уровн  в нем от L до L ; при достижении L закрывают клапан 3 и деблокируют клапан 2, при этом клапан 2 открываетс  ригналом с регул тора 8 и начинаетс  налив слабого раствора Б аппарат 1 с повышением уровн  от L доThe following sequence of operations is performed cyclically in time: the valve 3 is opened and the opening of the valve 2 is blocked, and the evaporated solution is drained from the apparatus. 1 with a decrease in the level from L to L; when L is reached, valve 3 is closed and valve 2 is unblocked, while valve 2 is opened by the signal from regulator 8 and filling in of weak solution B of apparatus 1 begins with increasing the level from L to

вat

оabout

БB

L ; начина  с момента достижени  .,L; starting from the moment you reach it.

в аппарате 1 при L L«in apparatus 1 with L L “

5five

упаривают растворevaporated solution

неизменном уровне L L путем повтор ющегос  долива слабого раствора по мере упарки его. Длительность последней из этих операций задают временем задержки сигнала Р, сформированного регул тором 9 в конце операции налива и оповещающего о достижении L,; этот сигнал задерживаетс  в узле 10 на врем , пропорциональное сигналу Т, формируемому на выходе сумматора 12 в виде алгебраической суммы заданного Т и корректирующего Т/ сигналов; по окончании времени задержки подают воздействие РЗ на открытие клапана 3. Цикл работы завершен.unchanged level L L by repetitive topping up a weak solution as it is stripped. The duration of the last of these operations is set by the delay time of the signal P formed by the regulator 9 at the end of the loading operation and announcing the achievement of L ,; this signal is delayed in node 10 by a time proportional to the signal T generated at the output of the adder 12 as an algebraic sum of a given T and a corrective T / signal; at the end of the delay time, the effect of the RE is applied to the opening of valve 3. The work cycle is completed.

При таком функционировании системы регулировани  на каждом цикле сливаетс  один и тот же объем упаренного раствора, а дл  равновесного состо ни  системы при Q QQ одно и то же количество растворенного вещества (готового продукта).With this operation of the control system, the same volume of one stripped off solution is drained at each cycle, and for the equilibrium state of the system at Q QQ, the same amount of solute (finished product).

Уравнение материального баланса дл  любого цикла имеет видThe material balance equation for any cycle is

().Q,- : (V+A)-Q,() .Q, -: (V + A) -Q,

I ..I ..

где V ,Vj. ,V , 1 - объем жидкости в аппарате при нижнем граничном значении уровн , объем сливаемой за цикл жидкости, объем наливаемой за цикл жидкости, приращение объема жидкости между верхним и нижним граничными уровн ми;where v, vj. , V, 1 - the volume of liquid in the apparatus at the lower boundary value of the level, the volume of liquid discharged per cycle, the volume of liquid poured per cycle, the increment of the volume of liquid between the upper and lower boundary levels;

Q,,Q концентрации жидкости в начале и конце цикла,Q ,, Q liquid concentration at the beginning and end of the cycle,

Дл  равновесного цикла Q Q 7 имеем V Q V . Q , т.е количество растворенного вещества, ушедшее из аппарата за цикл при сливе, равноFor the equilibrium cycle Q Q 7, we have V Q V. Q, i.e. the amount of a solute that leaves the apparatus per cycle during discharge, is equal to

количеству его, рат за цикл Объем V.to his quantity, battle per cycle Volume V.

поступившему в при наливе. . можно представить де произведени  скорости слива и времени слива t : тогдаReceived at when in bulk. . you can imagine the product of the discharge speed and drain time t: then

WW

Ьсл Bsl

WW

W,W,

йth

++

WW

а л a l

а but

W,W,

We. + WWe. + W

- коэффициент, учи- fQ- coefficient, take into account- fQ

тывающий уменьшение объема сливаемой за цикл жидкости из-за упарки во врем  слива.A reduction in the volume of liquid discharged per cycle due to evaporation during discharge.

Концентраци  Q за врем  слива несколько возрастает, однако практически ее изменение незначительно, поэтому можно прин ть концентрацию во врем  слива неизменной и равной ее значению в начале слива, т.е. .The concentration Q during the discharge period slightly increases, but practically its change is insignificant, therefore, the concentration during discharge can be assumed to be constant and equal to its value at the beginning of discharge, i.e. .

Тогда 4, q а- лThen 4, q a - l

ол ol

Поскольку в началеSince at the beginning

Q/И конце цикла объемы жидкости в аппарате одинаковы , то за врем  цикла ТQ / And at the end of the cycle the volumes of liquid in the apparatus are the same, then during the cycle time T

V +V +

СПSP

W т.W t.

Тогда уравнение материального баланса дл  равновесного цикла примет видThen the material balance equation for the equilibrium cycle takes the form

W-T,W-T,

а.й Q, а .+ . ay Q, a. +.

Положив здесь Q, Q и W W, получим уравнение дл  заданного значени  концентрации при стабилизированной на заданном уровне производительности аппарата. Здесь переменными  вл ютс  врем  цикла Т и концентраци  наливаемого раствора РН„ первый из этих параметров в предлагаемом способе прин т за регулирующее воздействие, а второй  вл етс  независимым и, следовательно, его следует считать возмущающим воздействием.Putting Q, Q and W W here, we obtain the equation for a given concentration value with the apparatus performance stabilized at a given level. Here, the cycle time T and the concentration of the PH pumped solution are variable, the first of these parameters in the proposed method is taken as a regulating influence, and the second is independent and, therefore, should be considered a disturbing influence.

Разрешив TU, получимResolving TU, we get

уравнение относительноequation for

Т :T:

° wr° wr

QH,QH,

Этому условию должно удовлетвор ть регулирующее воздействие, чтобы регулируема  величина в конце каждог го цикла оказывалась равной заданному значению.This condition must be satisfied by the regulating effect, so that the regulated value at the end of each cycle turns out to be equal to the specified value.

В реальных услови х возмущающее воздействие Q измен етс  незначительно , поэтому целесообразно представить регулирующее воздействие в виде двух составл ющихIn real conditions, the disturbing influence Q varies only slightly, therefore it is advisable to present the regulating influence in the form of two components.

Т а.- --WT a.- --W

НА. о ON. about

const,const,

виТ fWhT f

(Q - Q.(Q - Q.

var.var.

QQ

5five

00

5five

5five

00

Перва  составл юща  определ етс  дл  некоторого фиксированного значени  концентрации наливаемого раствора О „ из диапазона возможных измеп л, оThe first component is determined for a certain fixed value of the concentration of the pouring solution O „from the range of possible measurements, o

нений ее. Втора  составл юща  формируетс  по отклонению концентрации в аппарате от задани  и предназначена дл  компенсации отклонени  Q от Q JJ , а также других возмущений.of her. The second component is formed by the deviation of the concentration in the apparatus from the task and is intended to compensate for the deviation of Q from Q JJ, as well as other disturbances.

Одним из таких дополнительных возмущений  вл етс  нестабильность величины Wp. Вьше было положено: W I Wg const, т.е. считалось, .что скорость упарки (производительность аппарата) стабилизирована на заданном уровне. Однако согласно предлагаемому способу стабилизацию эту осуществл ют по косвенному параметру - количеству теплоносител , подаваемому в аппарат дл  упарки раствора, поэтому величина W все же мен етс  в некоторых пределах (за счет, например , изменени : коэффициента теплопередачи , давлени  над свободной поверхностью испар ющейс  жидкости, температуры наливаемого раствора).One such additional disturbance is the instability of Wp. It was supposed to be: W I Wg const, i.e. it was believed that the rate of evaporation (performance of the apparatus) was stabilized at a given level. However, according to the proposed method, this stabilization is carried out by an indirect parameter — the amount of heat transfer medium supplied to the solution evaporation apparatus; therefore, the value of W still varies within certain limits (due to, for example, the change: heat transfer coefficient, pressure above the free surface of the evaporating liquid , the temperature of the pouring solution).

В примере осуществлени  предлагаемого способа величина посто нной составл ющей Тр времени задержки Т отличаетс  от посто нной составл ющей Т регулирующего воздействи  Т. Величину TU, можно представить вIn the exemplary embodiment of the proposed method, the magnitude of the constant component Tp of the delay time T differs from the constant component T of the regulating influence T. The magnitude of TU can be represented in

чh

видеthe form

суммы времени слива t, и времени паузы Т между соседними сливами, причем t const, тогда сигнал на выходе сумматора 12the sum of the drain time t, and the pause time T between adjacent drains, and t const, then the signal at the output of the adder 12

4545

т.е. значение посто нной составл ющей времени задержки несколько меньше посто нной составл ющей регулирующего воздействи .those. the value of the constant component of the delay time is somewhat less than the constant component of the regulating action.

Составл ющую Т устанавливают зара - нее, поэтому она компенсирует возмущение Q на данном цикле без запаздывани ; хот  Тд устанавливаетс  вручную и остаетс  неизменной во времени процесса регулировани , ее можноThe component T is set in advance, therefore it compensates the disturbance Q on the given cycle without delay; Although TD is set manually and remains unchanged in the time of the adjustment process, it can be

51285128

считать формируемой по основному возмущению (нагрузке аппарата),поскольку ее величину устанавливают по величине номинального значени  нагрузки V П., , которое тоже задают заранееп Л ИЛ о .be considered formed by the main perturbation (load of the apparatus), since its value is established by the value of the nominal value of the load V P., which is also set in advance by the IL o.

и оставл ют неизменным во врем , регулировани .and remain unchanged during adjustment.

Составл юща  Т порождаетс  по вившимс  отклонением концентрации от задани  и компенсирует любое возмущение , вызвавшее это отклонение, но делает это с запаздыванием. Поскольку величина ее,составл ет малую долю полного регулирующего воздействи , компенсирующего основное возмущение (концентрацию наливаемого раствора), то результирующее запаздывание относительно этого возмущени  меньше, чем в случае способов регулировани , где все регулирующее воздействие формируетс  по отклонению.Component T is generated by an increase in concentration deviation from the task and compensates for any disturbance that caused this deviation, but does so with a delay. Since its magnitude is a small fraction of the total regulatory effect, which compensates the main disturbance (concentration of the pouring solution), the resulting delay for this disturbance is less than in the case of control methods, where all the regulatory influence is formed by the deviation.

Оценим численно велич 1ну уменьшени  регулирующего воздействи , проход щего по контуру отклонени , прин вLet us estimate numerically the magnitude of 1 decrease in the regulatory action passing along the deviation contour,

Q 650 - о лQ 650 - about l

(400-480) г/л(400-480) g / l

(практический случай работы выпарного аппарата дл  выпаривани  каустической соды). Возьмем Q , тогда дл  крайних значений указанного диапазона(practical case of operation of an evaporator for evaporation of caustic soda). Take Q, then for extreme values of the specified range

Q 400 - мл лQ 400 - ml l

иand

Q 480 г/лQ 480 g / l

имеем соответственноwe have accordingly

0,72, 0.72,

447 650-480 480447 650-480 480

1,28. 1.28.

В первом случае составл юща  Т на 28% меньше регулирующего воздействи , необходимого дл  компенсации нагрузки в виде налива слабого раствора с концентрацией 400 г/л; при этом недостающа  часть должна быть сформирована в контуре регулировани  по отклонению в виде воздействи  Т/ и добавлена к Т . Во втором случае составл юща  Т на 28% больше регуIn the first case, the component T is 28% less than the regulatory effect necessary to compensate for the load in the form of loading a weak solution with a concentration of 400 g / l; at the same time, the missing part should be formed in the control loop by the deviation in the form of the influence of T / and added to T. In the second case, T is 28% more than

лирующего воздействи , необходимого дл  компенсации нагрузки в виде налива заданного объема слабого раствора с концентрацией 480 г/л; следовательно , излишн   часть воздействи  должна быть вычтена из Т сформированным в контуре регулировани  по отклонению сигналом 1 .the lending effect necessary to compensate for the load in the form of loading a predetermined volume of a weak solution with a concentration of 480 g / l; therefore, the excess part of the action must be subtracted from T formed in the control loop by the deflection of signal 1.

Следовательно, в контуре регулировани  по отклонению формируетс  воздействие, не превышающее 0,3 полного регулирующего воздействи , необходимого дл  компенсации возмущени  по нагрузке (основного возмуЕцени ) .Consequently, in the control loop, the deviation produces an effect that does not exceed 0.3 of the total control action necessary to compensate for the disturbance due to the load (main disturbance).

Б способе-прототипе слив и налив происходит через .значительные промежутки времени и притом большими порци ми ,- тогда как большинство технологических процессов непрерывного действи  требуют, чтобы налив и слив осуществл лись более или менее равномерно во времени и небольшими порци ми . Предлагаемый способ не и.меет ограничений по величине времени цикла и объёму обновл емого за цикл раствора и поэтому его можно использовать не только.в тех случа х, где применим способ-прототип, но также- в процессах упарки с непрерывным режимом работы, где допустима некотора  дискретность по времени и уровню работы выпарного аппарата.In the prototype method, draining and pouring takes place at considerable intervals and, moreover, in large portions, whereas most continuous processes require that the filling and discharge be carried out more or less evenly in time and in small portions. The proposed method does not have limitations on the magnitude of the cycle time and the volume of the solution renewed per cycle, and therefore it can be used not only in those cases where the prototype method is used, but also in the processes of firing with continuous mode of operation, where some discreteness in time and level of operation of the evaporator.

В то же врем  предлагаемому способу в значительной мере присуй1:е достоинство прототипа в отношении экономичности: процесс упарки здесь также протекает при пониженной концентрации упариваемого раствора, а значит приAt the same time, the proposed method largely relates to the dignity of the prototype in terms of efficiency: the evaporation process here also takes place at a low concentration of the solution being evaporated, and therefore at

повышенном коэффициенте теплопередачи , что снижает энергетические затраты и повышает производительность аппарата,increased heat transfer coefficient, which reduces energy costs and increases the productivity of the device,

Предлагаема  система регулировани  релейна , поэтому аппаратурное оформление способа просто, как и у способа-прототипа: конструктивные элементы (в том числе датчики и регулирующие органы) могут быть выполнены релейными, что обеспечивает дешевизну изготовлени  и надежность эксплуатации системы.The proposed control system is relay, so the instrumentation of the method is simple, just like in the prototype method: structural elements (including sensors and regulators) can be made relay, which ensures low manufacturing cost and reliable operation of the system.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ автоматического регулировани  выпарного аппарата, включающий измерение уровн  и концентрацииMethod for automatic control of evaporator, including level and concentration measurement раствора в аппарате, слив упаренного раствора при заблокированном наливе от верхнего граничного значени  уровн  в аппарате, напив слабого раствора от нижнего до верхнего граничньпс значений уровн  и стабилизацию уровн  на верхнем граничном значении воздействием на налив, о т- личающийс  тем, что, с целью расширени  области применени , стабилизируют подачу теплоносител  в аппарат, слив оканчивают, а налив начинают в момент достижени  нижнегоthe solution in the apparatus, the discharge of one stripped off solution at a blocked filling from the upper boundary value of the level in the apparatus, having drunk a weak solution from the lower to the upper boundary value of the level and the stabilization of the level on the upper boundary value by the effect on the filling, which is application areas, stabilize the flow of coolant into the apparatus, drain out and finish, and the filling starts at the moment of reaching the bottom Редактор А.Долинич Заказ 7841/7Editor A.Dolinich Order 7841/7 Составитель Т.ЧулковаCompiled by T. Chulkov Техред Л.ОлейшпсКорректор И.МускаTehred L. Oleshpsreader I. Muska Тираж 673ПодписноеCirculation 673 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 .Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4. Production and printing company, Uzhgorod, Projecto st., 4 граничного значени  уровн , слив начинают при достижении верхнего граничного значений уровн  с учетом времени задержки, величину которой устанавливают в зависимости от отношени  разности верхнего и нижнего граничных значений уровн  к количеству теплоносител  и отношени  разности заданного значени  концентрации слабого раствора к концентрации слабого раствора с коррекцией по отклонению концентрации в аппарате от заданного.значени .the boundary value of the level, drainage begins when the upper boundary value of the level is reached, taking into account the delay time, the value of which is established depending on the ratio of the difference between the upper and lower boundary values of the level to the amount of heat carrier and the ratio of the difference between the set value of the concentration of the weak solution and the concentration of the weak solution concentration in the apparatus from a given value.