Способ автоматического управления процессом поглощения газа и устройство для его осуществления

 

Союз Советсккк

Соцнвлмсткческнк

Республик

К ABTOPCN0ÌÓ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву(22)Заявлено 08.10.80 (21) 2989834/23-26 (Sl)M. Кл.

С 01 0 7/18

G 05 D 27/00 с присоединением заявки М (23) ПриоритетГовударстванвй канвтет

СССР ае Аелаи изебреъенмй и юткрытий

Опубликовано 23. 05. 82. Ькьалетень М 19 (53) УДК 66. 012-52 (088. 8) Дата опубликования описания 23. 05. 82!

Е.И.Дудченко, Н.T.Çèíîâüåâ, В.Д.Левченко," (72) Авторь! изобретения

А.И.Новицкий, О.Б.Золотухин, В.А.Коцаре ф:-, \ и В.И. Сидревич (7!) Заявитель. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ПОГЛОЩЕНИЯ ГАЗА И ÑÒÐ0ÀÑTÂÎ

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам и устройствам автоматического управления процессом поглоцения газов и может найти применение в химической промышленности, например при.автоматизации процесса карбонизации s производстве соды .по аммиачному способу.

Известен способ автоматического регулирования процесса карбонизации содового производства путем изменения отбора суспензии из карбоколонны в зависимости от расхода углекислоты подаваемой в колонну, с коррекцией задания регулятору отбора суспензии по температуре газожидкостной среды в верхней абсорбционной зоне и давле нию гаэожидкостной среды в нижней частй холодильной зоны колонны..

Данное устройство для осуцествле20 ния предлагаемого способа содержит регулятор отбора суспензии, один вход которого ("переменная") соединен через усилитель с датчиком температуры газожидкостной среды в верхней абсорбционной. зоне колонны, а другой вход (" программа" ) соединен с сумматором, входы последнего соединены с датчиком давления газожидкостной среды в нижней части холодильной зоны колонны и выходом устройства, вычисляющего расход 1004-ной углекислоты.

Кроме того, устройство содержит системы стабилизации расхода газа первого и второго ввода, системй регулирования уровня жидкости в колонне и температуры суспензии средней зоны холодильной части. колонны (1).

Однако данное техническое решение не обеспечивает поддержание заданного градиента температуры по высоте карбонизационной колонны, так как корректирующие параметры, .а именно температура газожидкостной среды нижней холодильной зоны колонны, не характеризуют однозначно процесс абсорбции углекислоты в карбоколонне, а в основном отражают, соответственно, ко3 9295 .личество тепла, поступившее с рассолом с предыдущей стадии технологического процесса, и степень прогазованности колонны, однако не дают инфор" мации о количестве углекислоты,вступившей в реакцию. Величина температурных колебаний газожидкостной среды в верхней абсорбционной зоне колонны, вызванных изменением количества тепла реакции поглощения газа рас- 30 солом, сопоставима с величиной колебаний, вызванных изменением температуры рассола, поступаюцего в колонну с предыдущей стадии процесса и потому использование ее в качестве корректи- 1

1рующего параметра ведет к нарушению равномерности отбора суспензии иэ колонны, что в свою очередь приводит к ухудшению качества получаемых кристаллов бикарбоната натрия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического управления процесса карбонизации в производстве соды путем изменения отбора .суспензии бикарбоната натрия из карбоколонны .в зависимости от количества углекислоты, подаваемой в карбоколонну с коррекцией по распределению температуры гаэожидкостной среды в абсорбционной зоне колонны.

Известное устройство для осуществления способа содержит датчики температур входящей. жидкости и газожидкостной среды в абсорбционной и реакционной зонах колонны, вычислительное устройство количества углекислоты, .подаваемой в колонну, регулятор отбора суспенэии и стабилизации расхода суспензии и сумматор. Входы сумматора соединены с датчиками темпераio тур входящей жидкости в абсорбционной зоне колонны для формирования сигнала рассогласования между этими температурами, который подают на вход устройства формирующего сигнал пропорциональный распределению температур в абсорбционной части колонны, а другой вход этого устройства соединен с датчиком температуры в зоне реакции, выход указанного устройства соединен со входом "переменная"регулятора отбора суспензии, .вход "программа" последнего соединен с вычислительным устройством количества углекислоты, а выход либо с регулятором стабилизации расхода суспензии, либо непосредствен- но с регулирующим органом отбора суспензии (2).

59 4

Известное техническое решение учитывает распределение температур в абсорбционной зоне, однако этого недостаточно, поскольку.не учитывается температура в нижней ее части, в зоне охлаждения. Между. тем, процесс охлаждения требуется вести таким образом, чтобы суспензия, проходя через холодильные бочки к выходу охлаждалась равномерно, тогда будут созданы необходимые условия для образования кристаллов бикарбоната натрия одинакового размера, правильной формы.

Таким образом, можно сделать вывод, что регулирование отбора суспензии из карбоколонны по указанному, способу не обеспечивает требуемый градиент температур по высоте -аппарата, а также не позволяет получить кристаллы бикарбоната натрия требуемого качества.

Цель изобретения - поддержания заданного градиента температуры по высо. те колонны и улучшение качества кристаллов бикарбоната натрия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического. управления процессом поглоцения газа путем изменения отбора суспензии из колонны по расходу поступаюцего в нее газа и по температуре входящей жидкос ти согласно изобретению, в котором подачу охлаждающей воды корректируют по температуре в зоне реакции, а изменение отбора суспензии осуществляют по скорости изменения температуры входящей жидкости. В случае малоинерционной колонны отбор суспенэии осуществляют пропорционально температуре суспензии в зоне реакции.

В случае ведейия процесса карбонизации в инерционных (больших единичных мощностей) колоннах целесообразно осуществлять корректирующее воздей. ствие программного сигнала на отбор суспензии, поскольку температура суспенэии в зоне реакции таких копонн обладает значительным запаздыванием и небольшим коэффициентом усиления по основным каналам возмущения.

Устройство для осуществления .спо- соба снабжено командным и логическим блоками, при э том командный вход логического блока соединен с выходом командного устройства, вход последнего подключен к датчику температуры входящей жидкости, один из входов логического блока связан с блоком формирования сигнала, пропорционального температуре суспензии в зоне реакции, 5 9295 другой - с блоком формирования сигнала, пропорционального распределению температуры в абсорбционной части колонны, а вход "программа" регулятора температуры суспензии в зоне s охлаждения подключен к выходу блока формирования сигнала, пропорционального температуре суспензии в зоне реакции. В случае использования инерционных (больших) колонн вход ло- 1О гического блока соединен с блоком формирования сигнала, пропорционального отклонению температуры входящей жидкости от заданного значения, а выход связан со входом блоком йормиро- 15 вания сигнала, пропорционального распределению температур в обсорбционной части колонны и со входом формирователя сигнала газовой нагрузки, а выход блока формирования сигна- 20 ла, пропорционального распределению температуры в абсорбционной части колонны, подключен ко входу "переменная". регулятора отбора суспензии из колонны. 25

Датчики температуры, установленные в характерных точках колонны (eepx абсорбционной зоны, средняя часть абсорбционной зоны, зона реакции, зона охлаждения) позволяют вести зр непрерывный контроль градиента температуры по высоте аппарата, а наличие блока формирования командного сигнала по скорости изменения температуры входящей жидкости и логического устройства, осуществляющего по этому сигналу соответствующие переключения таким образом, что отбор суспензии из колонны ведут, либо по температуре газожидкостной среды в зоне реакции, либо с учетом выходно- го сигнала блока, формирующего коррекцию по отклонению температуры входящей жидкости от заданной, способствует равномерному отбору суспензии при поддержании заданного градиента температуры. Для достижения этой же цели в нижней части колонны (зона роста кристаллов) предусмотрено регулирую-. щее воздействие, с помощью которого формируется программный сигнал по температуре в зоне реакции регулятору подачи охлаждающей воды.

На фиг. 1 и 2 представлены варианты принципиальных схем устройства

55 для осуществления предлагаемого способа.

Командный вход. логического блока

1 соединен через командный блок 2 с .

59 6 датчиком 3 температуры входящей в карбонизационную колонну (КЛ) жидкости.

Один из входов блока 1 соединен с блоком 4, формирующим сигнал щжпорциональный температуре суспензии в зоне реакции, входы блока 4 соединены с датчиком 5 температуры и задатчиком 6..

Выход блока 4 соединен так же со входом регулятора 7, второй вход которого соединен с датчиком 8 температуры суспензии в зоне охлаждения, а выход регулятора 7 соединей с регулирующим органом 9 подачи охлаждающей воды.

Второй вход блока 1 соединен с блоком 10, формирующим сигнал, пропорциональный распределению температур в абсорбционной зоне колонны. При формировании сигнала, пропорционального распределению температуры, входы блока 10 могут (Ъть соединены, например, с датчиком 11 температуры низа абсорбционной зоны колонны и через суи мирующий блок 12 с датчиком 13 температуры верха абсорбционной зоны колонны.

Выход блока 1 соединен с регулятором 14, формирующим сигнал, пропорциональный количеству суспензии1 отбираемой из колонны, второй вход которого соединен с формирователем 15 сигнала газовой нагрузки, входы послед1 него соединены с датчиком 1Ü расхода газа "1-го ввода и с датчиком 17 расхода газа 2-го ввода. Выход регулятора 14 соединен со входом регулятора 18, второй вход которого соединен с датчиком 19 расхода суспензии, отбираемой из колонны, а выход - с регулирующим органом 20.

На фиг. 2 представлена схема устройства для случая, когда осуществляется коррекция программного сигнала на отбор суспензии. В этом случае выход блока 10 соединен со входом

"переменная" регулятора отбора 14 непосредственно, выход логического блока .1 соединен либо с блоком 15, либо с блоком 12, а вход блока 1 дополнительно соединен с блоком 21, формирующим сигнал, пропорциональный отклонению температуры входящей жидкости от заданного значения.

Алгоритм функционирования устройства-приведен ниже.

lips + + t> < (+ tg)

ch dr

СЭ К йа К215 са.= къь и+клЪ+к,01+ко >

559 8

1О

7 929

Если скорость изменения температуры входящей жидкости достигает заданного значения, т.е.

We " (»

dt s +. dt s то алгоритм функцйонирования имеет вид в = К Ф,В +Ку.

G - К7 у + Ку0 + QOu либо

Gj - Kzt + К с

G@ = К, t4Ä + Qtqg+ К (, + К Д11-К (t: -t), Где G, G, q ь (; - сООтветственнО 15

6 расход суспен- зии, воды, газа и .II Вводов

К - К - коэффициенты

8 пропорциональности;

t - температура сус. пензии в холодильной зоне колонны

t - температура газожидкостной среды в зоне. реакции;

С1„,t< - температура в характерных точ«зо ках абсорбцион.ной зоны колонны;. (д — + ty ) - заданное значение скорости из- З менения температуры входящей жидкости; время.

СпосоЬ осуществляется следующим образом.

Поступление на станцию карбонизации недостаточного количества углекислоты, например, иэ"эа того, что

45 .на станции кальцинации либо произошла остановка кальцинатора или содовой печи, либо произошло переключение этих аппаратов и временно нарушился технологический режим приведен к пеУ

50 реходным процессам на карбонизации, которые продолжаются до возвращения процесса кальцинации на заданный режим.

Уменьшение количества углекислоты приведет к тому, что выходной сигнал формирователя 15 пропорциональный количеству углекислоты, подаваемой в колонну,.также уменьшится и регулятор 14 сформирует уменьшенное задание регулятору 18 системы стабилизации .отбора суспензии иэ колонны с тем, чтобы привести в соответствие материР альные потоки, проходящие через колонну.

Изменение температуры входящей жидкости (например, при переводе ко"лонны из работы в режиме промывки в осадительный режим1 приводит к изменению. теплового баланса по высоте абсорбционной части колонны. Поскольку это изменение не обусловлено процессами, идущими в колонне, целесообразно в такой ситуации в случае малоинерционного колонного аппарата вести отбор суспенэии по сигналу, пропорциональному температуре газожидкостной среды в зоне реакции. С этой целью изменение температуры входящей жидкости воспринимается датчиком 3.

В процессе работы колонны контролируют скорость изменения температуры входящей жидкости. При превышении скоростью изменения этой температуры заданного значения по командному сигналу блока 2 логический блок 1 осуществит переключение таким образом, что на вход регулятора 14 отбора суспенэии поступит сигнал, пропорциональ. ный температуре газожидкостной среды в зоне реакции. Таким образом, задание. регулятору 18 системы стабилизации отбора суспензии из колонны формируют пропорционально газовой нагрузки и температуре газожидкостной среды в зоне реакции.

При достижении скоростью изменения температуры входящей жидкости значения, не превышающего заданного, с помощью логического блока 1 производят обрат" ное переключение, в результате чего отбор суспензии из колонны осуществляют, например, по распределению температуры в абсорбционной части„, При изменении температуры газожидкостной среды в зоне реакции с помощью блока 4, формирующего задание регулятору 7, изменяют подачу охлаж- дающей воды.

Если объектом управления является инерционная колонная аппаратура, то при поступлении на вход логического блока 1 командного сигнала, соответствующего превышению скорости изменения температуры входящей жидкости задаНного значения, производят ,переключение и, либо на вход блока

929559

12,формирующего программное задание блоку 10 распределения температуры в абсорбционной зоне колонны, либо на вход формирователя 15, формирующего:программное задание регу- З лятору 14 отбора суспензии из.колонны, подают корректирующий выходной сигнал блока 21, пропорциональный отклонению температуры входящей жидкости от заданного значения. В конечном итоге, воспринимая это корректирующее воздействие, регулятор

14 формирует программное задание регу. лятору 18 системы стабилизации расхо-. да суспензии и, таким образом, осуществляют поддержание заданного градиента температуры по высоте карбонизационной колонны.

Пример 1. Для малоинерционных колонн (диаметром d =2,6 м и 20 количеством бочек и = 27 щтук) .

Температурный режим карбониэационной колонны определяется следующими характерными точками: температура входящей жидкости t = 43 С; темпе- 25 ратура верха абсорбцйонной зоны t> + =

= 50 С; температура середины абсорбционной зоны колонны . = 60ОС; температура зоны реакции t p = 65 С;

o . температура в холодильной зоне ко- эв лонны t y = 39ОС.

При этом градиент температуры характеризуется следующими величинами

Предположим,что s результате переключения колонны предварительной карбонизации в режим осадительной, температура жидкости в данную колонну, повысилась до 48 С . В момент до изменения температуры отбор суспензии осуществляется по градиенту температуры в абсорбционной зоне. колонны (при этом выход блока 10 равен

Р = 60 кПа). При изменении температуры входящей жидкости меняется также и температура в зоне абсорбции, следовательно меняется и градиент температуры, а соответственно и выходной сигнал блока 10, но поскольку при достижении скорости изменения температуры входящей жидкости

0,3 С/мин, управление отбором осуа ществляется по температуре в зоне реакции, то при этом сигнал Р остается равным Р = 60 кПа и тем самым исключается нежелательное влияние температуры входящей жидкости на отбор.

По окончании переходного процесса устанавливается новое значение температуры в характерных точках колонны, но это не влияет на отбор суспензии, поскольку отбор осуществляется по температуре в зоне реакции, которая .незначительно, и с большим запаздыванием изменяется при колебаниях тем- . пературы входящей жидкости. При этом в результате эквидистантного изменения в характерных точках устанавливается новое эначейие температуры с „ = 48 С; t „= 54 С;, = 63,5 С; и перепад характеризуется следующими величинами

Ьй .= t — t>< = 54 - 48 =, 6, дй = t „д- t g = 63,5 - 54 = 9,5

Следовательно, устанавливается градиент приблизительно равный существующему до изменения температуры входящей жидкости

1 4 Я.. 2

СледователЬно, новое значение выхода блока 10 равно существующему до изменения температуры входящей жидкости и в момент, когда скорость изменения последней уменьшится.-.до заданного значения, отбор суспензии осуществляется по градиенту температур, абсорбционной зоны колонны.

П р и,м е р 2. В случае инерционной колонны (диаметром d =- 3 м и ко личеством бочек п = 35 штук) температура в характерных точках кблонны имеет те же значения, что и-в примере 1, но вследствие значительного .изменения емкости объекта улравления (колонны) изменяются его динамические характеристики. Поэтому в этом случае целесообразно не меняя параметра б регулирования корректировать программ-; ный сигнал регулятора 14 (фиг. 2).

Выходной сигнал Р, регулятора отбора 14 формируется в зависимости от сигналов Р, и Р следующим образом

К„(Р, — r„), К вЂ” коэффициент пропорциональности.

При изменении температуры входящей жидкости (дй 8, = 5 С), изменяется температура в абсорбционной части колойны и соответственно выходной сигнал

P на величину hP< = 10 кПа, т.е. выход регулятора отбора будет равен

Ро.- 4 5Ря+ЙРЯ)-Р„)=К„ (, Ря+10)-Р ), При достижении скорости изменения температуры заданного значения, кор11 92Я ректируют программный сигнал регулятору отбора суспензии на величину, пропорциональную отклонению темпера" туры входящей жидкости согласно следующим зависимостям S

1Ъ =-K„((P + Р -K ðõ) - P„g либо

К f(P +h Pg) — (Pg +pat@)()

К вЂ” коэффициент пропорциональности. 10 кПа

Поскольку К = 2,то b,Р =.

= К М х= 2 ° 5 = 10 кПа и выход регулятора 14 останется неизменным. Тем самым устраняются нежела,тельные колебания отбора суспенэии, влияющие на качество кристаллов би- карбоната натрия.

При уменьшении скорости изменения температуры входящей жидкости ниже

20 заданного значения, логическое устройство отключает корректирующий сигнал с формирователя программы и отбор осуществляется по градиенту тем25 ператур.

В случае изменения температуры зоны реакции изменяется программное задание регулятору 7 расхода воды, таким образом чтобы температура суспензии на выходе иэ колонны осталась ..З0 постоянной, причем в результате использования опережающего импульса устраняется нежелательное влияние запаздывания на процесс регулирования, B частности, сокращается время пе- 35 реходного процесса.

Таким образом, преимущество предлагаемого технического решения заключается в том, что оно позволяет поддерживать заданный градиент тем40 ператур в пределах +2 С против +++5qÑ при использовании известного решения, и позволяет поддерживать угол наклона кривой распределения температур и в нижней части, что обеспечивает необходимый режим для роста кристаллов бикарбоната натрия и, как следствие, достигается уменьшение доли мелких кристаллов примерно на 103..

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом поглощения газа при карбонизации в производстве соды путем изменения отбора суспензии из колонны по расходу Поступающего в

59 12 нее газа и по температуре входящей

}жидкости, а также подачи охлаждающей воды, отличающийся тем, что, с целью поддержания заданного . градиента температуры по высоте колонны и улучшения качества кристаллов бикарбоната натрия, подачу охлаждающей воды корректируют ro температуре в зоне реакции, а изменение отбора суспензии осуществляют дополнительно по заданному значению скорости изменения температуры входящей жидкости.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юц и и с я тем, что, с целью ведения процесса карбонизации в малоинерционной колонне,. отбор суспензии осуществляют пропорционально температуре суспензии в зоне реакции колонны.

3. Устройство для осуществления способа по пп. 1.и 2, содержащее датчики температур входящей жидкости и газожидкостной среды в абсорбционной и реакционной зонах колонны, блок формирования сигнала., пропорционально распределению температур в абсорбционной зоне, формирователь сигнала газовой нагрузки, выход которого соединен с входом "программа" регулятора отбора суспензии, а выход последнего связан с входом регулятора стабили,зации расхода суспензии, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что,о о снабжено логическим блоком, регулятором температуры -в зоне охлаждения и командным блоком, при этом командный вход логического блока соединен с выходом командного блока, вход последнего подключен к датчику температуры входящей жидкости, один из входов логического блока связан с блоком формирования сигнала, пропорционального температуре сус пензии в зоне реакции; другой - с блоком формирования сигнала, пропорционального распределению температур в абсорбционной части колонны, а вход "программа" регулятора температуры суспензии в зоне охлаждения подключен к выходу блока формирования сигнала, пропорционального температуре суспензии в зоне реакции, вход . логического блока соединен с блоком формирования сигнала, пропорционального отклонению температуры входящей жидкости от заданного значения, а выход связан t:o входом блока формирования сигнала, пропорционального распределению температур в абсорбционной

13 929559 14 части колонны, или с входом формирова- Источники информации, теля сигнала газовой нагрузки, а выход принятые во внимание при экспертизе блока формирования сигнала, пропорцио1нального распределению температуры в 1. Авторское свидетельство СССР абсорбционной части колонны, подключенз У 454173, кл. С 01 D 7/18, 1973. к входу "переменная" регулятора отбора 2. Авторское свидетельство СССР суспензии из колонны. Р 606815, кл. С 01 D 7/18, 1976.

Фиг.1

929559

Гаэ

ЭЗИ. r

I

Фэ аХ

Составитель P.Êëåéìàí

Редактор Г.Волкова Техред Т. Маточка Корректор Г.Решетник

Заказ 3396/27 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская.,наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

I ! !

I