Тема №7 АВТОМАТИЗАЦІЯ МАСООБМІННИХ ПРОЦЕСІВ

7.1 Автоматизація процесів ректифікації

7.1.1 Одноконтурного регулювання ректифікаційною колоною

Багаторазове чергування процесів випарювання та конденсації з метою поділу рідинної суміші на чисті компоненти називається ректифікацією. Процес ректифікації відбувається в разі зустрічного руху рідини та пари, причому пара, піднімаючись по колоні, збагачується низькокиплячими компонентами при кожному контакті з рідиною, що стікає.

Процес ректифікації належить до основних процесів хімічної технології. Показником його ефективності є склад цільового продукту. Залежно від технологічних властивостей цільовим продуктом може бути як дистилят, так і кубовий залишок. Мета керування – підтримувати концентрацію цільового продукту на заданому рівні.

Розглянемо принципи автоматизації процесу ректифікації на прикладі тарілчастої ректифікаційної колони, призначеної для розділення бінарної суміші, яка складається з теплообмінника 1 для підігрівання свіжого розчину, колони 2, дефлегматора 3 і виносного кип’ятильника 4 (рис. 7.1).

Ректифікаційна установка - це складний об'єкт керування з великим часом запізнення, великою кількістю параметрів, які характеризують процес, багатьма взаємними зв'язками між ними, розподіленістю параметрів тощо. Збуреннями є зміна початкових параметрів свіжого розчину, тепло¬та холодоносіїв, зміна теплопередавання тощо.

Оскільки затрати на ректифікацію є однією з найістотніших складових у собівартості продукції, задача автоматизації зводиться до задачі оптимального керування. Залежно від призначення ректифікаційні колони використовують різні критерії оптимальності:

мінімізацію енергозатрат на одержання цільового продукту заданої концентрації при обмеженні на продуктивність цього продукту;

максимізацію продуктивності за цільовим продуктом при обмеженні на його склад та енергозатрати.

Оскільки свіжий розчин надходить на ректифікаційну колону з попередніх апаратів технологічної лінії, коливання витрати Fp, складу Qp та температури Tp є основними збуреннями в процесі ректифікації. До можливих джерел збурень належать також ентальпія теплоносія (пари) та холодоносія, а також втрати теплоти в навколишнє середовище. Із перелічених збурень стабілізують лише температуру; витрату свіжого розчину, контролюють, як правило, завжди. За наявності автоматичних аналізаторів контролюють також склад цільової речовини в свіжому розчині.

До регулюючих впливів належать виграти теплоносія FT, холодоносія Fx, дистиляту Fд, кубового залишку Fк. ,флегми Fф, та інертних газів Fі.

Концентрації цільового продукту в дистиляті Qд та в кубовому залишку Qк, рівень останнього Lк і флегмової ємності Lд, а також температура Ti і тиск P в колоні є вихідними координатами процесу.

Розглянемо можливості регулювання режимних параметрів верхньої (закріплюючої) частини ректифікаційної колони. Аналіз процесу ректифікації показує, що концентрація Q цільового продукту визначається концентрацією низькокиплячого компонента Qк, температурою кипіння рідини Т та тиском парів над рідиною Р. Тиск Р легко стабілізувати зміною витрати пари з колони. При цьому, як правило, регулюючий орган установлений на лінії подавання холодоносія в дефлегматор. Стабілізація тиску у верхній частині колони необхідна для підтримування не лише нормального гідродинамічного режиму колони, в й заданого складу цільового продукту. Концентрацію Q в парах верхньої частини регулюють зміною витрати флегми. При цьому регулюючий орган може бути встановлений як на лінії флегми, так і на лінії дистиляту. Якість регулювання цих параметрів залежить від складу та швидкості парів, які рухаються з нижньої (вичерпної) частини колони, тиску, температури та складу рідини в кубі колони.

Регулюючі впливи в нижній частині колони можуть чинитися зміною витрати кубового залишку та теплоносія, який подається в теплообмінник. Якщо враховувати, що витрату залишку доцільно використовувати для підтримування матеріального балансу колони, то єдиним регулюючим впливом при регулюванні температури є зміна витрати теплоносія, який надходить на кип'ятильник.

Таким чином, якщо цільовим продуктом є дистилят, то для досягнення мети керування доцільно регулювати такі технологічні параметри: температуру свіжого розчину на вході в колону та температуру розчину в нижній частині колони шляхом впливу на витрату теплоносія відповідно підігрівника та кип'ятильника; тиск у верхній частині зміною витрати холодоносія; концентрацію цільового продукту впливом на витрату флегми, а також рівень рідини в кубі та флегмовій ємності. Схему регулювання процесом ректифікації за допомогою одноконтурної АСР показано на рис. 3.26.

Незважаючи на простоту одноконтурне регулювання має також недоліки. Так, стабілізація витрати гріючої пари без урахування реальної обставини в системі звичайно призводить до перевитрати пари, оскільки регулятору R1 встановлюється дещо вище завдання з урахуванням можливих коливань ентальпії гріючої пари, переохолодження флегми та інших впливів.

Відсутність компенсуючих впливів за збуреннями з боку живлення призводить до великих динамічних похибок регулювання складом продуктів, оскільки регулятор R2 одержить сигнал про відхилення регульованої координати лише після того, як зміниться склад рідини по всій колоні.

Для поліпшення якості регулювання процесом ректифікації використовують багатоконтурні АСР, допоміжними координатами яких є збурюючі фактори.

7.1.2 Регулювання концентрацією цільового продукту в кубовій рідині

Якщо показником ефективності є концентрація у кубовій рідині Qк , то особливу увагу приділяють зменшенню збурюючих впливів з боку витрати теплоносія FТ та свіжого розчину Fр. На рис. 7.2 показано схему триконтурної каскадної АСР стабілізацією концентрації

Допоміжними координатами є температура в кубовій частині колони та витрата теплоносія, що надходить на кип'ятильник.

7.1.3 Регулювання концентрацією в кубі колони за різницею температур кипіння свіжого розчину та еталонної рідини

При розділенні багатокомпонентних сумішей часто використовують принцип регулювання за різницею температур кипіння свіжого розчину та еталонної рідини кубового залишку заданого складу. Останній конденсується в спеціальній камері конденсації 5, в якій розмішується термопара. Друга термопара вимірює температуру кипіння рідини в колоні. Термопари з'єднані диференціально, а різниця їх термоЕРС подається на регулятор Кп (рис. 7.3). Допоміжною координатою може бути витрата теплоносія Рт.

7.1.4 Регулювання процесом ректифікації за допомогою систем співвідношення

Якщо сильним збурюючим параметром є витрата теплоносія та свіжого розчину, то доцільно використовувати АСР співвідношення цих потоків (рис. 7.4). При цьому можна використовувати корекцію за концентрацією цільової концентрації в кубовій рідині. У цьому разі АСР співвідношення є внутрішнім контуром каскадної системи регулювання концентрацією Qк.

Часто при сильному збурюючому впливі концентрації свіжого розчину Qр використовують АСР співвідношення потоків свіжого розчину та флегми. Для поліпшення процесу регулювання вводиться компенсація за концентрацією Qр (рис. 7.5).

7.1.5 Перехресне регулювання температури та рівня в кубовій частині колони

Такий принцип регулювання використовують тоді, коли підлягають розділенню висококонцентровані рідини, причому температура кипіння кубової рідини достатньо близька до дистиляту.

Принцип регулювання грунтується на тому, що рівень кубової рідини змінюється залежно від температури в нижній частині колони. Причому рівень кубової рідини стабілізується зміною витрати теплоносія, який надходить на кип'ятильник 4, а температура - зміною витрати кубової рідини (рис. 7.6).

7.1.6 Регулювання концентрації основної речовини в закріплюючій частині колони

Для більшості ректифікаційних колон цільовим компонентом є пара у верхній частині колони. Тому до неї приділяється особлива увага за стабілізацією концентрації, температури та тиску. Як правило, концентрацію регулюють зміною витрати флегми, яка надходить на зрошення. Якщо немає можливості безпосередньо вимірювати концентрацію основного продукту, то регулювання виконують посередньо за температурою парів у верхній частині колони. Одним із таких методів є метод регулювання складу за різницею температури на різних тарілках (рис. 7.7).

Для поліпшення якості регулювання, особливо при сильних збуреннях з боку витрати флегми та температури парів, які піднімаються з вичерпної колони, часто використовують багатоконтурні АСР. Якщо є можливість безпосередньо вимірювати концентрацію цільового компонента, то при чутливому збуренні за витратою флегми використовують каскадний принцип регулювання, при якому допоміжною координатою є ця витрата (рис. 7.8).

При особливих вимогах, які висуваються до концентрації дистиляту, можна використовувати триконтурну каскадну АСР (рис. 7.9). Із рис. 7.9 випливає, що коректуючий контур виконаний за концентрацією цільового компонента в дистиляті.

7.1.7 Регулювання тиску в колоні

Залежно від величини гідравлічного опору за висотою колони тиск можна стабілізувати як у верхній, так і в нижній її частинах. Типовий метод регулювання тиску зміною витрати холодоносія, що подається на дефлегматор, пов'язаний із великим запізненням. Тому в ректифікаційних колонах тиск у її закріплюючій частині стабілізується іншими методами:

- зміною витрати інертних газів із збірника флегми 5;

- байпасуванням потоку пари;

- зміною парів холодоагента після дефлегматора;

- паровим ежектором.

Перший метод використовують тоді, коли пара основного компонента містить інертну складову, яка не конденсується в дефлегматорі. Роль сепаратора відіграє збірник флегми (рис. 7.10). Він забезпечує запас флегми, необхідний для стабілізації концентрації дистиляту при значних збуреннях. Для підтримування матеріального балансу в цьому збірнику необхідно регулювати рівень флегми зміною витрати дистиляту.

Поліпшити якість регулювання тиску можна за допомогою двох виконавчих механізмів, один з яких установлюється в лінії виходу інертних газів Fi, а інший - у лінії подавання холодоагента Fx.

При використанні методу байпасування частину пари з колони пропускають через дефлегматор у збірник флегми, де вона конденсується (рис. 7.11). Якщо запізнення в системі регулювання необхідно звести до мінімального, то дроселюють пару, яка виходить із колони.

Якщо пари в дефлегматорі конденсуються за рахунок випарювання холодоносія (аміаку, фреону та ін.), то поліпшити якість регулювання можна зміною витрати парів холодоносія, які виходять із дефлегматора. Це приводить до швидкої зміни тиску та температури кипіння холодоносія, а відповідно інтенсивності конденсації пари цільового продукту в дефлегматорі. У цьому разі рівень рідкого холодоносія стабілізується (рис. 7.12).

У разі значного гідравлічного опору колони стабілізація тиску у верхній її частині не забезпечує сталості тиску в нижній. Якщо в колоні розганяється суміш, склад якої чутливіший до зміни тиску, ніж до зміни температури, то стабілізують тиск не лише у верхній, а й у нижній її частині. У цьому разі тиск у кубовій частині колони регулюється, як правило, зміною витрати теплоносія, що надходить на кип'ятильник (рис. 7.13).

Часто використовують каскадний принцип регулювання. При цьому допоміжною координатою може бути температура кипіння кубової рідини.

7.1.8 Регулювання ентальпії свіжого розчину

При значних змінах складу свіжого розчину регулювання температурою не дає необхідного ефекту, оскільки задане регулятору значення температури не завжди відповідає температурі кипіння. У цьому разі доцільно підтримувати сталою ентальпію суміші. Для розрахунку ентальпії встановлюють обчислювальний пристрій (ОП), на вхід якого подають значення концентрації, температури та тиску свіжого розчину (рис. 7.14). Регулюючий вплив вноситься зміною витрати теплоносія, який подається в теплообмінник 1 свіжого розчину.

7.1.9 Регулювання процесу відбору проміжної фракції

При ректифікації багатокомпонентних сумішей деякі компоненти відбирають із проміжної частини колони у вигляді пари. Потім пара конденсується в дефлегматорі 6. Конденсат збирається в ємкість 7, звідки частково повертається в колону, а залишок напрямляється на склад або для подальшої переробки. Щоб забезпечити заданий склад проміжної фракції, на тарілці, з якої вона відбирається, необхідно підтримувати постійний склад, температуру рідини або тиск парів. Який із цих параметрів необхідно брати як регульований, залежить від вимог до чистоти проміжної фракції. Найчастіше регулюючим впливом є витрата флегми Fфп проміжної фракції, яка повертається в колону. Для забезпечення матеріального балансу за проміжною фракцією рівень в ємкості 7 стабілізується завдяки впливу на втрату проміжної фракції Fдп, яка напрямляється на склад.

Якщо до складу продукту у верхній частині колони особливих вимог не висувається, а основною є проміжна фракція, то регулювати склад останньої можна зміною флегми в закріплюючій частині колони.

7.1.10 Автоматичний контроль, сигналізація та системи захисту

Для ведення процесу ректифікації необхідно контролювати такі технологічні параметри: витрати свіжої суміші, дистиляту, флегми, тепло- та холодоносіїв; склад і температуру кінцевих продуктів; температуру свіжого розчину, тепло- та холодоносіїв; рівень рідини в кубі колони; температуру за висотою колони; тиск у верхній і нижній частинах колони, а також перепад цих тисків.

Сигналізації підлягає значне відхилення складу основного продукту, рівня та тиску в колоні від заданих значень.

Система захисту (блокування) має спрацювати, якщо тиск у колоні перевищує припустиме значення або припиниться подавання свіжого розчину. При цьому потоки теплоносіїв на підігрівник 1 і кип’ятильник 4, а також кубового залишку та дистиляту перекриваються, а лінії холодоносія та флегми повністю відкриваються.

7.2 Автоматизація процесів абсорбції

Абсорбція - це вибіркове поглинання компонентів із газових або парогазових сумішей рідинними поглиначами (абсорбентами).

У хімічній промисловості, особливо в процесах синтезу органічних і неорганічних речовин, широко використовують абсорбцію (наприклад, у процесі виробництва аміаку відбувається очищення конвертованого газу від діоксиду вуглецю розчином моноетаноламіну (МЕА) або карсолом). Реакція є оберненою. При низькій температурі та підвищеному парціальному тиску діоксиду вуглецю в абсорбері реакція йде з поглинанням СО2. І, навпаки, при зниженні тиску та підвищенні температури з насиченого розчину абсорбенту інтенсивно виділяється СО2.

Необхідною умовою є виконання процесу абсорбції при мінімумі надлишку зрошення розчином. Підвищивши ступінь карбонізації абсорбенту, можна зменшити витрати теплоти на регенерацію та циркуляцію розчину в системі.

Конвертований газ очищується за двопоточною схемою з регенерацією абсорбенту в регенераторах-рекуператорах. Конвертований газ під тиском 2,7 МПа і температурою не вище 50 °С подається в абсорбер, куди надходить також на зрошення абсорбент з температурою 35...42 °С.

Вміст СО2 у конвертованому газі після нижньої та верхньої секцій абсорбера контролюється. Якщо його вміст перевищує допустиму межу, то спрацьовує сигналізація.

Витрата абсорбенту, що надходить на зрошення абсорбера, підлягає автоматичному регулюванню. Регулюється також рівень розчину в абсорбері. Насичений розчин абсорбенту виходить з нижньої частини колони з вмістом СО2 90... 105 кг/м3 при температурі 57...65 °С.

Функціональну схему автоматизації абсорбера показано на рис. 7.16, де позначено: 1 - теплообмінник конвертованого газу; 2 – абсорбер.

Конвертований газ, який надходить із конвертора оксиду вуглецю, охолоджується в повітряному холодильнику. Температура газу після холодильника стабілізується зміною кута повороту лопатей вентилятора.

Показником ефективності процесу абсорбції є концентрація Qа вилучуваного компонента в абсорбційному газі (абгазі), а мета керування - досягти мінімального значення цієї концентрації.

Кількість компонента, який надходить у колону, визначається витратою газової суміші Fг та початковою концентрацією в ній вилучуваного компонента Qг. Концентрація Qа залежить від витрати газової суміші, концентрацій Qг і Qс де Qс - концентрація моноетаноламіну або карсолу в розчині абсорбенту, відношення витрат Fc І Fг, температури та тиску в колоні.

Зміна витрати газової суміші може бути сильним збуренням, тому по можливості доцільно було б витрати газу стабілізувати. Використовувати її для регулювання недоцільно, оскільки при цьому продуктивність абсорбера може зменшитися.

Концентрації Qг і Qс визначаються режимами інших технологічних процесів, тому з їх зміною в об'єкт вносяться збурюючі впливи.

Відношення Fc І Fг можна підтримувати постійно його стабілізацією, причому змінювати необхідно витрати абсорбенту Fс.

Температура в абсорбері залежить від багатьох факторів: температури, теплоємності та витрат газової та рідинної фаз, інтенсивності масообміну між фазами, а також втрат теплоти. Такі збурення призводять до порушення теплового балансу і відповідно до зміни температури в абсорбері. Щоб забезпечити сталість температури в абсорбері, доцільно було б регулювати її (наприклад, за допомогою холодильника, розміщеного в абсорбері). Якщо кількість теплоти, яка виділяється при поглинанні, невелика, то температура стабілізується зміною витрати або температури абсорбенту.

У розглянутому прикладі тиск в абсорбері спеціально не регулюється, оскільки вся технологічна схема працює під одним і тим самим тиском, який створюють компресори. В інших випадках тиск газу в абсорбері доцільно стабілізувати зміною витрат абгазу.

Якщо в об'єкт надходять сильні збурення у вигляді зміни концентрації витрати Qг та витрати Fг, а до точності концентрації висуваються особливі вимоги, то можна використовувати каскадно-комбінований принцип регулювання (рис. 7.17).

У разі сильного збурення з боку концентрації основного продукту Qг компенсуючий сигнал, сформований компенсатором К, надходить на регулятор стабілізації температури абсорбенту на вході в колону. Компенсуючий сигнал діє так, що в разі збільшення концентрації Qг дещо знижується температура Тс абсорбенту. Це призводить до того, що збільшення температури абсорбції в колоні буде компенсоване зниженням температури абсорбенту. Якщо при цій дії комбінованої АСР не вдається стабілізувати концентрацію Qа, то в роботу вступає каскадна АСР.

Збільшення Qа призведе до збільшення витрат абсорбенту і відповідно до глибшого поглинання основного продукту.

Для оптимального проведення процесу абсорбції, а також при високих вимогах, які висуваються до показників його ефективності, використовують складні багатоконтурні системи регулювання, в яких основну роль відіграють АСР співвідношення витрат газу та абсорбенту (рис. 7.18). При цьому можуть мати місце як компенсуючі, так і коректуючі контури. Регулювання, як правило, проводиться шляхом впливу на витрату абсорбенту. У цьому разі тиск, температура абсорбенту на вході в колону і рівень стабілізуються одноконтурними АСР. Схема, яку показано на рис. 7.18, має компенсуючий контур за концентрацією Qг і коректуючий - за концентрацією Qа.

Основним є регулятор співвідношення . АСР співвідношення потоків являє собою внутрішній контур каскадно-комбінованої системи регулювання концентрацією основного компонента в абгазі. Якщо витрата і концентрація можуть змінюватися в доволі вузьких межах, то достатньо замість регулювання концентрації Qа обмежитися стабілізацією співвідношення потоків Fг і Fc.

Зазначимо, що деякі конструкції абсорберів дуже чутливі до зміни гідростатичного режиму. Навіть неістотна зміна швидкості газу в колоні призводить до нестійких режимів роботи. У таких випадках необхідно стабілізувати не тиск, а його перепад за висотою колони за рахунок впливу на витрати абгазу (рис. 7.19).

Досить часто, наприклад у виробництві аміаку, метанолу, оцтової кислоти використовують режим ре циклу абсорбенту . останні полягає в тому, що частина відпрацьованого (насиченого) абсорбенту повертається в колону. Особливість регулювання процесом при рециклі абсорбенту полягає в тому, що рівень рідини в кубовій частині стабілізується зміною витрати насиченого абсорбенту, який виводиться з колони, а концентрація Qа - зміною витрати абсорбенту (див. рис.7.19).

У цьому разі на зрошення надходить абсорбент, який концентрацію QH вилучуваного компонента.

Автоматичному контролю підлягають витрати газової суміші на вході в колону, абсорбенту на вході в колону та виході з неї; температура газової суміші на вході в колону, абсорбенту на вході в колону, абгазу; температура за висотою колони, холодоносія; концентрація вилучуваного компонента в газовій суміші, абгазі та насиченому абсорбенті; тиск і перепад тиску в колоні (рис 7.20).

Сигналізації підлягають тиск (або перепад тиску) у колоні та концентрація вилучуваного компонента в абгазі при її граничному перевищенні.

Захист колони виконується за тиском. У разі значного перевищення тиску пристрої захисту мають повністю відкривати регулюючий орган у лінії абгазу і закривати в лінії подавання газової суміші та абсорбенту.

7.3 Автоматизація процесів адсорбції

Адсорбцію використовують у промисловості під час очищення та сушіння газів, очищення та освітлення розчинів, а також розділення газових сумішей і парів. Промислові процеси адсорбції поділяють на періодичні та безперервні. Адсорбцію проводять як у нерухомому шарі адсорбенту, так і в рухомому або киплячому шарі.

Десорбція, як правило, нерозривно пов'язана з адсорбцією. Десорбцію виконують такими методами: витісненням з адсорбенту вилучених речовин агентами, які мають вищу поглинаючу здатність, ніж вилучена речовина; випаровуванням вилучених речовин шляхом нагрівання адсорбенту.

Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту належать до періодичних апаратів. Для керування ними встановлюють програмні пристрої, які за жорсткою програмою виконують такі операції: відкривають подавання і вихід газової суміші (клапани 1 і 2); закривають подавання перегрітої пари (клапани 3 і 6) при проведенні адсорбції; закривають клапани 1, 2, 4, 5, 7, 8 для виконання операції десорбції; відкривають клапани 4 і 7 і закривають клапани 1, 2, 3, 4, 6 і 8 при виконанні операції охолодження адсорбент; відкривають лінію стоку конденсату (клапан 8).

Схему регулювання адсорбером з нерухомим шаром адсорбенту показано на рис. 7.21, де позначено: 1 - адсорбер; 2 – програматор.

Якщо необхідно стабілізувати витрати перегрітої пари Fnn гарячого повітря Fгп, холодного повітря Fxn та газової суміші Fгс, використовують одноконтурні АСР. Клапани в лініях парогазової суміші Fпгс, повітря в атмосферу Fпа, газу на виході адсорбера F0 та зливу конденсату Fк є технологічними і керуються лише програматором 2.

Розглянемо просочувальний безперервно діючий адсорбер з киплячим,шаром дрібнозернистого адсорбенту на тарілках (рис. 7.22).

Показником ефективності процесу є концентрація вилучуваного компонента з газової суміші. Основним є контур регулювання стабілізацією концентрації вилучуваного компонента в газовій суміші на виході з адсорбера. При цьому регулюючий вплив відбувається зміною витрати адсорбенту. Для усунення збурення по каналу витрати газової суміші остання стабілізується.

Одним із важливих параметрів процесу адсорбції в киплячому шарі є перепад тиску за висотою колони. У разі постійної витрати газової суміші цей параметр визначається масою адсорбенту на тарілках, тому регулюючий вплив доцільно виконувати зміною витрати адсорбенту, наприклад, за каскадним принципом (див. рис. 7.22).

Контролю підлягають витрата Fг, концентрація основного компонента Qг температура Тг газової суміші; температура адсорбенту і за висотою колони; перепад тиску за висотою колони; концентрація Q основного компонента на виході адсорбера в газовій суміші з витратою Fго.

Сигналізації підлягає концентрація Q в газовій суміші на виході з колони і тиск у ній. Якщо тиск у колоні різко підвищується, система захисту має перекривати витрату адсорбенту Fа.

7.4 Автоматизація процесів сушіння

Сушіння – це процес вилучення вологи з матеріалу випарювання її. Для сушіння необхідно до висушуваного матеріалу підводити теплоту, завдяки якій відбувається випарювання вологи. За принципом дії сушильні апарати поділяються на періодичні та безперервні; залежно від теплоносія – на повітряні, газові і парові; за тиском – на атмосферні та вакуумні; за напрямом руху матеріалу – на прямо-, проти точні, із перехресним рухом; за станом шару висушуваного матеріалу в апараті – з нерухомим, рухомим, висячим і фонтануючим шаром. Сушильні агрегати залежно від способу підведення теплоти до висушуваного матеріалу поділяють на три групи: контактні, конвективні (повітряні та газові) і спеціальні (радіаційні, високочастотні та сублімаційні).

Така різноманітність принципів сушіння певною мірою впливає на принципи автоматизації сушильних апаратів. Показником ефективності процесу сушіння є вологість матеріалу, який виходить з апарату, а мета керування – підтримати цей параметр на заданому рівні.

Вологість сухого матеріалу визначається, з одного боку, кількістю вологи, що надходить із вологим матеріалом, а з іншого – кількістю вологи, виведеної з нього в процесі сушіння. Кількість вологи, яка поглинається сушильним агентом, визначається в основному площею поверхні контакту сушильного агента та матеріалу, а також середньою рушійною силою процесу. Вологість сушильного агента залежить від його витрати: чим вона більша, тим менша вологість. Зі зміною витрати сушильного агента в об’єкт вноситимуться істотні регулюючі впливи.

Рушійна сила процесу залежить від температури сушіння та розрідження в апараті. Розрідження легко регулюється зміною витрати сушильного агента, який виводиться з апарата. Температура визначається всіма початковими параметрами, а також інтенсивністю випарювання вологи з мокрого матеріалу. Стабілізувати її можна зміною або витрати сушильного агента, або його температури.

Таким чином, усі параметри, які впливають на показник ефективності, стабілізувати не можна. Наприклад, збурення виникатимуть у результаті зміни початкової вологості матеріалу, сушильного агента, гранулометричного складу матеріалу та інших факторів.

7.4.1 Регулювання барабанного прямоточного сушильного агрегату

Такий агрегат належить до сушильних апаратів безперервної дії. Вологість сухого матеріалу визначається кількістю вологи, що надходить із вологим матеріалом, і кількістю вологи, що виділяється з нього в процесі сушіння. Кількість вологи, що надходить із вологим матеріалом, залежить від витрати матеріалу та його вологості.

Витрата матеріалу Fм визначається продуктивністю сушильного апарата і, як правило, має бути сталою. Тому доцільно було б стабілізувати витрату вологого матеріалу, що забезпечує задану продуктивність і усуває збурення по цьому каналу.

У барабані може змінюватись розподіл матеріалу, а також гідродинамічні умови його обтікання сушильним агентом. У зв’язку із цим основним регульованим параметром доцільно вважати вологість матеріалу, а регулюючий вплив здійснювати зміною витрати сушильного агента. Співвідношення між витратами палива FT та повітря Fn забезпечується регулятором співвідношення.

Температура сушильного агента на вході в барабан має бути стабілізована зміною витрати вторинного повітря Fв. Необхідно також регулювати витрату вологого матеріалу та розрідження в апараті (рис. 7.23).

При керування процесом сушіння необхідно контролювати витрати палива, первинного та вторинного повітря, вологого та сухого матеріалу, температуру сушильного агента на вході в апарат і виході з нього, температуру всередині апарата, розрідження в змішувальній камері.

Для поліпшення процесу регулювання доцільно використовувати каскадну АСР температури на виході з апарата, в якій допоміжною координатою є температура в середній частині барабана.

7.4.2 Регулювання протиточного сушильного апарата

У протиточних сушильних апаратах для попередження розкладу матеріалу під дією високих температур основою регульованою координатою можна використати температуру матеріалу на виході з апарата. При цьому регулюючим впливом може бути зміна витрати сушильного агента Fn. Температуру повітря на виході в барабан регулюють зміною витрати теплоносія FT, який подається в повітронагрівник, а вологість – зміною витрати ре циркулюючого повітря Fp.

Зазначимо, що зміну витрати сушильного агента в протиточному сушильному апараті можна здійснити залежно від вологості сухого матеріалу або температури в барабані.

Аналогічно можна автоматизувати сушильні агрегати інших принципів роботи, наприклад конвеєрні, радіаційні, струменеві, апарати з киплячим шаром та ін.