Автоматизация процесса выпаривания

Выпаривание

В большинстве случаев выпаривание происходит при повышенной температуре, кипении и/или под вакуумом. На испарение растворителя расходуется тепловая энергия, которая подводится извне. Выпаривание является энергоемким процессом. Минимальное количество энергии, необходимое для выпаривания, прямо пропорционально массе, изменению температуры, а также удельной теплоемкости материала, который подвергается выпариванию; удельным теплотам испарения и массам испаряющихся компонентов. Скорость подвода энергии ограничивается возможностью локального перегрева и термодеструкции или переохлаждения с нарушением структуры либо резким падением производительности процесса выпаривания. Чтобы обойти скоростные ограничения используются различные методы. Если есть возможность, то производится перемешивание выпариваемого материала; увеличиваются площади поверхностей испарения; обеспечивается подвод энергии со всех доступных сторон; используются азеотропные смеси с более летучими растворителями.

Автоматизация процесса выпаривания. Способы управления

Рассмотрим принципы управления процессом выпаривания на примере однокорпусной выпарной установки, схема которой представлена на рисунке ниже. В рассматриваемом случае показателем эффективности является концентрация упаренного раствора, а цель управления заключается в поддержании определенного значения этой концентрации.

Рисунок 1. Автоматизация процесса выпаривания. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: 1 - кипятильник; 2 - выпарной аппарат; 3 - устройство для измерения температурной депрессии.

Уравнение материального баланса в рассматриваемом примере имеет следующий вид:

$Gcp*Ccp = Gyp*Cyp; GcpGyp=Gп$

где, Gcp - расход свежего раствора; Gyp - расход упаренного раствора; Сср - концентрация растворенного вещества в свежем растворе; Сур - концентрация растворенного вещества в упаренном растворе; Gп - расход паров растворителя.

Управление процессом выпаривания осуществляется посредством:

• регулирования концентрации упаренного раствора посредством изменения его расхода;
• регулирования концентрации упаренного раствора посредством изменения расхода теплоносителя;
• регулирования при постоянной концентрации растворенного вещества в свежем растворе;
• регулирования при помощи двухконтурных систем;
• регулирования разряжения в вакуум-выпарных аппаратах;
• регулирования работы теплообменника свежего раствора.

В некоторых случаях, чтобы предотвратить оголение греющих труб кипятильника предъявляются повышенные требования к узлу регулирования уровня в выпарном аппарате. Качество регулирования уровня можно улучшить за счет регулирующих воздействий посредством изменения расхода свежего раствора. В данном случае расход упаренного раствора стабилизируется за счет изменения расхода упаренного раствора, при этом узлы регулирования расхода теплоносителя и давления в установке остаются неизменными. Данная схема наиболее предпочтительна при засолении поверхности теплообмена и связанных промывках, так как регуляторы могут быть включены сразу после них.

Когда расход свежего раствора определяется ходом предшествующего технологического процесса, то данный параметр не может быть использован для регулирования уровня или концентрации. В данном случае концентрация упаренного раствора регулируют за счет изменения расхода теплоносителя. Похожая ситуация возникает также в том случае, если следующим процессом определяется расход упаренного раствора. В таком случае расход свежего раствора используется для стабилизации уровня, а единственным регулирующим воздействием при стабилизации концентрации является расход теплоносителя. Чтобы улучшить качество регулирования используют многоконтурное регулирование расхода свежего раствора паров растворителя и упаренного раствора с коррекцией по уровню, температурной депрессии и давления в установке.

Нормальный ход технологического процесса выпаривания возможен только, если температура свежего раствора близка к температуре кипения. Если температура существенно ниже, то нарушается циркуляция раствора, снижается коэффициент теплопередачи. Перегрев раствора становится причиной к закипанию его на входе, что сопровождается выделением соли, которая забивает трубопроводы. Поэтому при наличии теплообменника на линии свежего раствора его температура регулируется за счет изменения расхода теплоносителя.