ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Регулирование состава реакционной смеси из "Динамика процессов химической технологии" Несколько сложнее описать динамику процесса, когда в жидкости, удерживаемой на тарелках дистилляционной колонны, протекает химическая реакция. Поток питания, вообще говоря, содержит вещества, которые могут участвовать в реакции. Так, вместе с потоком питания в колонну может быть подан катализатор. Продукт, который необходимо получить в результате химической реакции, отбирают в верхней или нижней части колонны. [c.305] В уравнение материального баланса тарелки должен входить теперь член, который учитывает влияние химической реакции на состав лгу. [c.306] Характер химической реакции, протекающей на тарелке, зависит от состава жидкости на ней существует и обратная зависимость. Изменение температуры и давления в колонне также может оказывать существенное влияние на реакцию. [c.306] При условии, что температура жидкости на тарелке меняется лишь в узких пределах и перепад давления в работающей колонне невелик, на химическую реакцию будет влиять только постоянная времени процесса перемещения материалов на тарелке. Чем больше скорость образования продукта или превращения сырья, тем меньше будет постоянная времени процесса перемешивания на тарелке. В общем случае при высокой скорости образования пара на тарелке колонны инерционность процесса снижается. [c.306] При экзотермической химической реакции, кроме уравнений перемещения материалов, нужно составить уравнения теплового баланса. Можно написать уравнения теплового баланса, начиная с /-Й тарелки. Каждое из этих уравнений—уравнение перемещения материалов и уравнение теплового баланса—может быть изображено в виде отдельной структурной схемы. Две структурные схемы можно соединить вместе. [c.306] В предыдущих разделах мы выяснили, что скоростью реакции большинства химических процессов можно управлять, изменяя концентрацию исходных материалов и активирующих агентов в реакционной зоне. Таким образом, схема регулирования состава является одной из наиболее часто применяемых схем регулирования химической реакции. Для регулирования состава требуется поддерживать постоянство соотношения составов материалов (в мольных долях) в реакционном объеме или потоках, подводимых к реактору. Иногда требуется регулирование состава по определенной изменяющейся во времени программе. Регулирование соотношения потоков представляет собой наиболее непосредственный метод управления составом в реакторе. [c.307] Регулирование соотношения потоков. Для поддержания требуемого соотношения массовых расходов регулятор должен устанавливать одно или несколько определенных значений расходов жидкости или газа. [c.307] Если основной поток имеет регулируемое ответвление, то последнее обычно используется для управления. Регулирование соотнощения можно производить, устанавливая только один из потоков, но часто необходимо регулировать соотношение нескольких составляющих полного потока. [c.307] Регулирование соотношения выполняют косвенно путем измерения основного потока и приложения регулирующего воздействия к регулируемому потоку. Из рис. 118,а (стр. 308) видно, что измерение потока (2л используется для управления потоком Qв при помощи разомкнутой системы регулирования. Фактическое соотношение QA/Qв или мольная доля Ма по отношению к Ыв в полном потоке М, т. е. отношение концентраций Сл/Св, никогда не измеряется и не учитывается при работе регулятора. [c.307] К—концентратомер J Q—регулятор соотношения Кр—компрессор Яр — регулятор давления Д—двигатель. [c.309] На рис. 119,6 показана схема системы, в которой материальный поток при помощи насоса подается в основную магистраль из питательного сборника. Концентратомер и аппаратура автоматического регулирования могут в этом случае использоваться для изменения величины хода поршня насоса (поршневой насос с переменным ходом), или изменения числа оборотов приводного двигателя насоса, что в свою очередь изменяет производительность ( 2 последнего. В любом случае должны учитываться постоянная времени насоса и двигателя, а также транспортное запаздывание за счет перемещения между точкой ввода потока х и точкой установки концентратомера у. [c.309] Конечно, если концентратомер находится на расстоянии (1 от основного трубопровода, то это расстояние следует принять в качестве расстояния перемещения. При наличии длинной пробоотборной линии большого диаметра, ведущей к концентратоме-ру, часто может наблюдаться значительное транспортное запаздывание. Необходимо также учитывать постоянную времени процесса перемешивания в самом концентратомере. Эта постоянная времени может быть часто больше (по величине) транспортного запаздывания, связанного с перемещением жидкости между точками X к у. [c.310] В некоторых случаях измерение потока QJ, добавляемого к потоку Ql, необходимое для выполнения регулирования соотношения, осуществляют, используя противодавление Р в баке (рис. 119,в). Давление воздуха в баке над уровнем жидкости создается воздушным компрессором. Регулируемый поток будет поступать в основной трубопровод через дроссель типа клапана с постоянной степенью открытия. Концентратомер и регулятор соотношения воздействуют на регулятор давления, который, изменяя давление Р в баке, осуществляет регулирование потока в системе. [c.310] Подача материалов в трубопроводы может производиться и по многим другим схемам. Однако уже нескольких приведенных здесь примеров достаточно, чтобы составить представление о том, что регулирование соотношения связано с постоянной времени процесса перемешивания и транспортным запаздыванием. Следует отметить, что концентратомер и соответствующая регулирующая аппаратура часто мо-гут характеризоваться большими значениями постоянной времени и чистого запаздывания, чем сам регулируемый объект. [c.310] Регулирование состава смеси в реакторе с мешалкой. Возмущение по составу в потоке, подводимом к реактору, который обладает удерживающей способностью, вызывает изменение среднего состава смеси в аппарате. На рис. 120 показана схема системы регулирования состава в реакторе с мешалкой. В данном случае изменение состава подводимого потока приводит к изменению состава смеси в реакторе и вследствие этого к изменению скорости превращения реагентов в конечный продукт. [c.310] Структурная схема регулятора состава показана на рис. 121 (стр. 312). Поток N1 представляет собой возмущение. При помощи потока N2 осуществляется регулирование. [c.311] Датчик концентрации может быть помещен или в самом реакторе или на линии выхода из него. Измеренное значение концентрации Сизм. сравнивается затем с заданным значением Сзд., выражающим требуемый состав. Рассогласование гс=Сзд.—С з . используется для приведения в действие регулятора, который в свою очередь, изменяя положение штока клапана, управляет потоком Q , проходящим через него. Отношение QJQ , определяет состав С подводимого потока, который используется для управления составом С в реакторе. [c.311] НЫХ концентратомера и регулирующего клапана с идеальной характеристикой качество регулирования состава будет лимитироваться запаздыванием в реакторе или местом установки концентратомера. В частности, если последний помещен на некотором расстоянии от основного потока, вследствие чего в процессе с замкнутой цепью требуется учитывать транспортное запаздывание. [c.312] Что касается рассмотренной системы регулирования реактора с мешалкой, то можно сделать следующий вывод с ростом скорости реакции постоянная времени т уменьшается. Предположим, что постоянная времени исполнительного механизма клапана и других устройств меньше постоянной времени х реактора. Тогда скорость реакции будет увеличиваться при постепенном возрастании температуры в реакторе величина х при этом уменьшается и процесс регулирования становится неустойчивым. [c.312] Вернуться к основной статье