Автоматизація об'єктів з процесами масообміну

До таких об'єктів відносяться екстрактори та дифузійні апарати (екстракція); абсорбери та адсорбери (сорбція); сушарки (сушіння); вакуум-апарати та кристалізатори (кристалізація); ректифікаційні апарати (перегонка). За винятком деяких кристалізаторів та дифузійних апаратів, ці об'єкти є об'єктами неперервної дії, але процеси масообміну в них завжди супроводжуються гідродинамічними та тепловими процесами, що утруднює типізацію як їх самих, так їх систем автоматизації.

В ектракторах та дифузійних апаратах регулюються продуктивність, температура та рівень в апараті, а також концентрація витягнутого компонента в розчиннику. Якщо в останньому випадку відсутні прилади для автоматичного визначення концентрації, то підтримують певне співвідношення матеріальних потоків, що надходять в апарат.

В абсорберах регулюється концентрація робочого розчину або поглинаючого компонента в газовому потоці на виході з апарату, а також температура в робочій зоні, тиск та рівень в апараті. В адсорберах – якість освітленого розчину, його температура, а також регенерація поглиначів. В сушарках регулюється температура і вологість, а також розрідження газів.

В кристалізаторах, як правило, стабілізують температуру та рівень розчину, а в вакуум-кристалізаторах ще й розрідження. Основною регульованою величиною в кристалізаторах є коефіцієнт пересичення або вміст кристалів в масі, що кристалізується. При відсутності необхідних автоматичних приладів для виміру цієї величини регулювання здійснюють підтримуючи певне співвідношення матеріальних та теплових потоків, що надходять в апарат. В ректифікаційних апаратах регулюють склад дистиляту або кубового залишка, температуру та витрату живильної суміші, тиск та рівень в колоні і у флегмовій частині.

Розглянемо для приклада систему автоматизації масообмінних процесів, що відбуваються в ректифікаційному апараті. Ректифікаційні апарати застосовують в виробництвах спирту, вина, горілки, лікеру та ефірних масел для виділення компонентів сумішей з допомогою двобічного обміну між парою та рідиною, що знаходяться у протитоці. Процес ректифікації базується на різній летючості компонентів цих сумішів (різних температурах кипіння та парціальних тисках), а контакт між парою і рідиною в відбувається на тарілках чи насадках в ректіфікаційних колонах, які можуть бути як непервної, так і періодичної дії. Для ректифікації багатокомпонентної суміші застосовують багатоколонні установки з послідовним виділенням фракцій. В більшості випадків це брагоректифікаційні установки, до складу яких входять бражна, епюраційна та ректифікаційна колони.

В ректифікаційній колоні (РК), схема автоматизації якої наведена на рис.11, виділяють сивушні масла, а з верхньої частини колони виводять спирт стандартної міцності. Основним контуром цієї схеми є контур автоматичного регулювання виводу ректифікаційного спирту з РК (поз.1), який діє за каскадним принципом. Головний регулятор (1а) за температурою на тарилці живлення РК з урахуванням продуктивності бражної колони виробляє сигнал-зав-дання допоміжному регулятору витрати спирту (1б). Витрата пари змінюється регулятором (поз. 2) в залежності від тиску нижній частині РК з корекцією за температурою на контрольній тарилці. Система автоматичної стабілізації тиску в верхній частині РК діє на витрату охолоджуючої води на дефлегматор.

Автоматизація об'єктів з процесами хімічної взаємодії. До таких об'є-ктів відносяться реактори та автоклави. В харчовій промисловості вони Вико-ристовуються для реалізації процесів дефекації, сатурації, сульфітації, гідро-генизації, рафінації, розщеплення, омилення і т.і. Найчастіше вони є об'єктами неперервної дії.

Регульованими величинами в цих апаратах найчастіше є температура, рі-вень, тиск (останній в апаратах, що працюють під тиском) та параметр, що ха-рактеризує якість процесу хімічної взаємодії. При відсутності датчиків для отримання інформації про зміну цих величин використовують стабілізацію певного співвідношення матеріальних потоків, що надходять в апарат.

Прикладом системи автоматизації (СА) процесів хімічної взаємодії є СА апарата 2-ої сатурації, який входить в дефекосатураційну установку сокоочищення цукрового заводу. В апараті 1-ої сатурації через дефекований сік, що має надлишок вапна, пропускають діоксід вуглецю. При цьому очищення соку іде за рахунок адсорбції розчинених несахарів та барвників на поверхні солей кальцію. В апараті 2-ої сатурації проходить по можливості повне виве-дення солей кальцію при обробці соку сатураційним газом. Основним контуром цієї СА є контур регулювання рН в апараті подачею сатураційного газу. Крім того система стабілізує температуру соку перед сатуратором зміною подачі па-ри на підігрівник соку, регулює потік соку через сатуратор з допомогою усереднюючого регулювання рівня в збірниках соку перед і після сатуратора, контролює вміст діоксиду вуглиця в сатураційному газі та тиск останього, сиг-налізує наднормативне відхилення температури соку перед сатуратором, рівня в збірниках соку, рН соку в сатураторі та тиску сатураційного газу.

Дайте відповіді на питання

1. Які ключові параметри регулюються в масообмінних апаратах?

2. Як працює каскадне регулювання виводу спирту в колоні?

3. Як працює каскадне регулювання виводу спирту в колоні?

4. Як регулюється витрата пари в ректифікаційній колоні?

5. Яку роль відіграє охолоджуюча вода в роботі дефлегматора?

6. Як автоматизовано процес рН-регулювання в апаратах сатурації?