Практична робота 10
Автоматизація процесу дефекосатурації у цукробуряковому виробництві.
Теоретичні відомості
Для очищення дифузійного соку від органічних домішок на цукробурякових заводах застосовується процес дефекосатурації. Він складається з ряду послідовно виконуваних операцій: попередня дефекація, основна дефекація, сатурація I і II сатурація. Дифузійний сік піддають дії реагентів, що викликають випадання в осад колоїдних домішок в такому вигляді, який допускає ефективне відділення осаду від цукрового розчину.
Попередня дефекація (предефекація) полягає у змішуванні дифузійного соку з циркулюючим не фільтрованим соком I сатурації, що містить велику кількість розчиненого вапна і зважених часток карбонату кальцію (СаСО3). В отриманій суспензії колоїдні органічні домішки коагулюють і осідають на частинках карбонату кальцію у вигляді великих пухких пластівців.
У процесі основної дефекації знищуються мікроорганізми і випадають в осад аніони багатьох розчинених у дифузійному соці органічних кислот. Для цього до предефекованому соку додають вапно у вигляді водної суспензії – вапняного молока. Нейтралізація вапна здійснюється шляхом сатурації дефекованного соку діоксином вуглецю (СО2).
Сатурацію проводять у дві стадії: I сатурація і II сатурація. У результаті I сатурації велика частина вапна перетворюється в карбонат кальцію, найдрібніші частинки якого адсорбують на своїй поверхні органічні домішки. Все вапно на I сатурації видалити не можна, тому що в цьому випадку частина домішок перейде назад в розчин. Після I сатурації сік відокремлюють від осаду і піддають II сатурації для остаточного видалення вапна з розчину.
До складу типової станції дефекосатурації входять (див. рис.5-4) предефекатор, дефекатор, сатуратор для I сатурації, сатуратор для II сатурації, насос циркуляційного соку, дозатор вапняного молока і проміжний збірка вапняного молока з мішалкою.
Предефекатор являє собою циліндричну посудину з мішалкою. Дифузійний сік і циркуляційний сік I сатурації надходять в нижню частину предефекатора і, змішуючись в прямотоці, виливаються через переливний патрубок, визначаючий рівень в апараті. Предефекованний сік поступає самопливом в дефекатор. Дефекатор конструктивно майже не відрізняється від предефекатора. Виняток становить патрубок підведення предефекованого соку, в який вводиться вапняне молоко. Суміш преддефекованного соку і вапняного молока надходить у нижню частину дефекатора, де перемішується лопатями мішалки, і виливається через переливний патрубок в апарат I сатурації. Сатуратор для I сатурації становить собою циліндричний корпус з конічним днищем та розширеної верхньою частиною, в якій збирається велику кількість піни. Дефекований сік надходить у верхню частину сатуратора на розподільну тарілку і рухається вниз, назустріч бульбашкам сатураційного газу що піднімається. Сатураційний газ, що містить близько 30% СО2, підводиться в нижню частину апарата, проходить через товщу соку та викидається в атмосферу. Відсатурований сік з нижньої частини апарату виводиться через відкритий переливний ящик. Після відстоювання і фільтрації освітлений сік І сатурації піддається II сатурації. Конструкція апарату II сатурації аналогічна конструкції апарату I сатурації, однак розширення у верхній частині апарату II сатурації незначне, так як спінюваність в ньому, як правило, не спостерігається. У верхню частину апарата подаються фільтрований сік I сатурації та невелика постійна кількість вапняного молока для поліпшення якості осаду після II сатурації.
Ефективність роботи станції дефекосатурації характеризується повнотою видалення домішок, швидкістю осадження твердих частинок з суспензії сатурованого соку, а також витратами вапна і сатураційного газу. Перераховані показники залежать від багатьох чинників на всіх стадіях процесу дефекосатурації: хімічного складу дифузійного соку, його витрати і температури, витрати та щільності вапняного молока, витрати циркуляційного соку I сатурації, витрат і складу сатураційного газу та ін.
Для створення найкращих умов протікання процесу дефекосатурації необхідно забезпечити автоматичне дозування реагентів в процесі предефекаціі і дефекації і стабілізації на заданому рівні значень рН соків I і II сатурації. Недостатня кількість циркуляційного соку на предефекації не забезпечує коагуляції колоїдних домішок, а при надлишку повернення частина домішок переходить з осаду в розчин, що погіршує якість осаду, знижує швидкість фільтрації. При нестачі вапна на дефекації зменшується кількість центрів адсорбції осідаючих колоїдних часток на I сатурації, а її надлишок призводить до перевитрати вапна і діоксиду вуглецю, отже, до підвищення витрати енергії.
При підвищенні рН соку I сатурації вище 11 внаслідок нестачі сатураційного газу збільшується кількість іонів кальцію, яка залишається в розчині, зменшується швидкість осідання, а при зниженні рН нижче 11 частина осаджених домішок починає переходити назад в розчин. Оптимальне значення рН соку II сатурації, відповідне мінімальному остаточному вмісту солей кальцію, залежить від хімічного складу домішок і визначається лабораторним шляхом.
Система автоматизації станції дефекосатурації повинна забезпечувати стабілізацію співвідношення витрат дифузійного соку і циркуляційного соку на предефекацію, дифузійного соку та вапна на дефекацію; стабілізацію рН 11 соку I сатурації; підтримку заданого значення рН соку І сатурації, відповідного мінімальному вмісту солей кальцію.
Станція дефекосатурації як об'єкт автоматичного регулювання характеризується низкою особливостей, які необхідно враховувати при розробці системи автоматизації. По-перше, це розподіленість параметрів, що визначають умови протікання хімічних реакцій, тобто концентрації і сткладу реагентів. По-друге, зважаючи на великій швидкості реакцій навіть порівняно невеликі постійні часу і чисті запізнювання по каналах регулювання викликають серйозні труднощі при підтримці вихідних параметрів. По-третє, це велика кількість збурюючих впливів, придушення яких або не завжди можливо, або економічно недоцільно. До таких збурень належать зміни щільності вапняного молока, вмісту СО2 в сатураційного газі, склад дифузійного соку і продуктивність суміжних станцій заводу.
Якість проведення попередньої і основної дефекацій характеризується вмістом вапна в суспензії, що виходить з апарату. Зважаючи на відсутність серійних вимірювальних пристроїв, призначених для безперервного виміру цього параметра в промислових умовах, управління процесами попередньої і основної дефекацій здійснюється шляхом стабілізації вхідних параметрів: співвідношення витрат дифузійного соку і циркуляційного соку I сатурації, а також співвідношення витрат дифузійного соку і вапна.
Регулювання величини рН соків I і II сатурації ускладнюється різкими коливаннями тиску сатураційного газу, однак автоматична стабілізація цього вхідного параметра дозволяє забезпечити необхідний діапазон зміни регулюючого впливу - витрати сатураційного газу. Закон регулювання величин рН соків I і II сатурації необхідно вибирати так, щоб забезпечити мінімальну величину відхилення регульованого параметра і тривалість регулювання. Система автоматизації станції дефекосатурації наведена на рис. 5-4. Автоматичне регулювання співвідношення витрат дифузійного соку і циркуляційного соку I сатурації здійснюється шляхом впливу на витрату циркуляційного соку.
Витрати надходжувальних на предефекацію продуктів вимірюються індукційними витратомірами 1а, 1в, 16 і 1г типу 5РІМ, реєструються і перетворюються в пневматичні сигнали вторинними приладами 1в і 1г. Регулюючий блок співвідношення 1д типу ПР3.33 з ПІ-законом регулювання порівнює значення витрат і формує пневматичний регулюючий сигнал, який через панель дистанційного керування 1е типу ПП12.2 надходить на пневматичний виконавчий механізм регулюючого клапана 1ж типу 25ч30нж, встановленого на трубопроводі подачі рециркуляційного соку I сатурації.
Співвідношення витрат дифузного соку і вапна підтримують, впливаючи на витрату вапняного молока, додаванням на дефекосатурацію. Труднощі вимірювання витрати та дозування вапна, зумовлені осадженням із суспензії твердих часток і коливаннями щільності вапняного молока, долаються за допомогою спеціалізованого дозатора типу ПРУ-6, що випускається серійно заводом «Сахавтомат». Він складається зі щілинного витратоміра і двох клапанів, які направляють вапняне молоко в апарати основної дефекації і II сатурації. Надмірна кількість вапняного молока повертається у вапняне відділення. Напоромір 2б типу НС-П1, який вимірює рівень в напірній камері щілинного витратоміра, виробляє пневматичний сигнал, пропорційний витраті вапняного молока, що подається в дефекатор. Значення витрати фіксується на діаграмі вторинного приладу 2в типу ПВ10.1Е. Регулюючий блок співвідношення 2г типу ПР3.34 порівнює пневматичні сигнали, що надходять від витратомірів 1в і 2б, і формує регулюючий сигнал залежно від виниклого неузгодження. Необхідне співвідношення задається оператором за допомогою панелі управління 2д типу ПДУ-А. Регулюючий вплив вводиться регулюючим клапаном 2е витратоміра-дозатора вапняного молока.
Автоматичне регулювання тиску сатураційного газу в колекторі здійснюється впливом на скидання надлишкової кількості сатураційного газу. Тиск сатураційного газу вимірюється дифманометрів 5б типу ДМ з діференціально -трансформаторним перетворювачем. Вторинний прилад 5в типу КСД-3 сприймає сигнал про зміну тиску і перетворює його за допомогою вбудованого пневматичної регулюючого блоку. Вихідний сигнал регулюючого блоку впливає на пневматичний виконавчий механізм 5д типу МІМ, що обертає заслінку на трубопроводі викиду сатураційного газу в атмосферу.
Для забезпечення необхідної точності стабілізації рН соку I сатурації застосовується ПІД-закон регулювання. Регулючий блок типу ПР3.35, змонтований на вторинному приладі 6г типу ПВ10.1Е, порівнює поточне значення регульованої величини із завданням і виробляє пневматичний сигнал залежно від величини, тривалості і швидкості вимірювання регульованої величини. Комплект пристроїв для вимірювання регульованого параметра - величини рН - складається з занурювального датчика 6а типу ДПГ, перетворювача 6б типу рН-202.1 і електропневматичного перетворювача 6в типу ЕПП63. Пневматичний сигнал, пропорційний значенню рН соку I сатурації, реєструється вторинним приладом 6г. Регулюючий вплив - зміна подачі сатураційного газу на I сатурацию - вводиться за допомогою пневматичного виконавчої механізму 6д типу МІМ, обертаючого заслінку на трубопроводі підведення газу до сатуратора. Така ж автоматична система регулювання служить для стабілізації рН соку II сатурації. Перед тим як фільтрований сік I сатурації піддати II сатурації, до нього додають невелику кількість вапняного молока за допомогою пневматичного регулюючого шибера 3б типу ПРУ-16, розташованого на дозаторі вапняного молока. Дистанційне керування шибером 3б здійснюється з панелі управління 3а типу ПДУ-А.
Для своєчасного оповіщення оператора про перебої в постачанні станції дефекосатурації необхідними реагентами передбачені системи сигналізації мінімального рівня в збірнику вапняного молока і мінімального тиску тиску сатураційного газу в колекторі. При нестачі вапняного молока відбувається розмикання ланцюга нижнього електрода 4а сигналізатора рівня 4б типу ЕРСУ-3. Контакти вихідного реле сигналізатора 4б замикають ланцюг включення сигнальної лампи на щиті управління. При недостатньому тиску сатураційного газу в колекторі, коли заслінка на скиданні газу в атмосферу повністю закрита, спрацьовує сигнальний пристрій вторинного приладу 5в типу КСД-3. Так як тривалий брак вапняного молока і сатураційного газу може призвести до серйозних порушень в роботі не тільки станції дефекосатурації, але і ряду наступних станцій, світлові сигнали дублюються звуковими.