Число степеней свободы для системы
Автоматизация процесса абсорбции
Равновесие в процессе абсорбции.
- Число степеней свободы для системы бинарный газ+жидкость:
- Переменные для данной системы: температура q, давление Р; концентрации С.
- Равновесие такой системы при постоянных q и Р описывается законом Генри:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_1.gif)
где m - коэффициент распределения:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_2.gif)
где Е - константа Генри:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_3.gif)
где q - дифференциальная теплота растворения; R - универсальная газовая постоянная; С - константа.
- На основании (2) и (3) коэффициент распределения m зависит от P и q следующим образом: при Р, m¯ ; при q, Е ® . m.
- Следовательно, растворимость газа в жидкости на основании (1), определяемая как: , увеличивается с увеличением давления Р и уменьшением температуры q¯.
Влияние Р и q на среднюю движущую силу процесса абсорбции.
(фазовые диаграммы при противотоке распределяющих веществ)
![](image/image087.jpg)
Рис.1.
1. При Р1 и q1 , ?ср1; 2 - При Р2 > Р1 , ?ср2 ; 3 - При q3 > q1 , ?ср3
Результаты анализа диаграмм:
- ?ср =f (q, Р, сгн , сгк , сан , сак );
- ?ср2 > ?ср1 ; при Р> ?ср ;
- ?ср3 < ?ср1 ; при q> ?ср¯
Влияние направления движения потоков
на средние движущие силы процесса абсорбции.
![](image/image088.jpg)
Рис.2а.
1 - рабочая линия процесса абсорбции при противотоке распределяющих веществ;
2 - рабочая линия процесса абсорбции при прямотоке распределяющих веществ;
3 - равновесная линия процесса абсорбции.
Движение распределяющих веществ противотоком.
![](image/image089.jpg)
Рис.2б.
- Са изменяется от Саmin до Саmax1 , ().
- Движущая сила: .
![](image/image092.jpg)
Рис.2в.
- Са изменяется от Саmin до Саmax2 , ().
- Движущая сила: .
- Выводы по характеристикам схем противотока и прямотока:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_9.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_10.gif)
Кинетика процесса абсорбции.
Уравнения массопередачи в процессе абсорбции:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_11.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_12.gif)
или
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_13.gif)
где
Мга - масса распределяемого компонента, переходящая из газа в абсорбент в единицу времени, кг/ч;
F - поверхность массопередачи м2;
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_14.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_15.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_16.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_17.gif)
Кг , Ка - коэффициенты массопередачи,
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_18.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_19.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_20.gif)
где
bг - коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз, кг/(м2 *ч);
bа - коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку абсорбента, кг/(м2 *ч).
Схема насадочного абсорбера.
![](image/image107.jpg)
Рис.6.
Объект управления
Схема абсорбционной установки.
1, 2 – холодильники; 3 – абсорбционная насадочная колонна.
![]() |
Рис.5.
Работа схемы.
Исходная газовая смесь Gг и абсорбент Gа в холодильниках 1 и 2 охлаждаются до заданных температур qг0 и qа0 и противотоком подаются в колонну 3.
В колонне 3 происходит извлечение целевого (распределяемого) компонента из исходной газовой смеси с помощью жидкого абсорбента.
В результате массообменного процесса между газовой и жидкой фазами получают:
- в низу колонны - насыщенный абсорбент Gна с концентрацией целевого (распределяемого) компонента сна;
- в верху колонны - обедненную газовую смесь Gог с концентрацией целевого (распределяемого) компонента сог .
Цель управления - обеспечение сог = согзд на минимально возможном для данной установки значении.
Материальный баланс по целевому компоненту.
- Материальный баланс по целевому компоненту в газовой фазе.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_12.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_21.gif)
где Мгна - масса целевого компонента, переходящая из газовой фазы в жидкую в единицу времени, кг/ч.
Уравнение статики
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_22.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_23.gif)
Из выражений (1) и (2) следует, что:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_24.gif)
где Мгна - определяется уравнением массопередачи.
- Материальный баланс по целевому компоненту в насыщенном абсорбенте.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_25.gif)
Уравнение статики
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_26.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_27.gif)
Из выражений (4) и (5) следует, что:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_28.gif)
где Mгна - определяется уравнением массопередачи.
- Материальный баланс по общему количеству целевого компонента в процессе абсорбции.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_29.gif)
Уравнение статики
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_30.gif)
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_31.gif)
На основании (7) и (8):
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_32.gif)
Аналогично, можно получить:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_33.gif)
Материальный баланс по жидкой фазе.
Уравнение динамики:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_34.gif)
Уравнение статики:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_35.gif)
На основании (11) и (12):
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_36.gif)
Материальный баланс по газовой фазе.
- Уравнение динамики:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_37.gif)
где Мог - мольная масса обедненной газовой смеси,
кг/моль;
Рог - давление в колонне, Па;
qог - температура в колонне (по газовой фазе), К,
Vог - объем газовой фазы в колонне, м3 .
- Уравнение статики:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_38.gif)
- На основании (14) и (15) можно считать:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_39.gif)
- Предпочтительное управляющее воздействие Gог.
- Уравнение динамики для холодильника1:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_40.gif)
- Уравнение статики при :
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_42.gif)
- На основании (17) и (18) можно считать:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_43.gif)
- Предпочтительное управляющее воздействие Gхл1.
- Уравнение динамики для холодильника 2.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_44.gif)
- На основании (20) можно считать:
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_45.gif)
- Предпочтительное управляющее воздействие Gхл2.
Информационная схема для установки с показателем эффективности сог .
![](image/image134.jpg)
Рис.7
- Возможные управляющие воздействия:.
- Возможные контролируемые возмущения: .
- Возможные неконтролируемые возмущения: .
- Возможные управляемые переменные: .
объекта при показателе эффективности сог.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_50.gif)
Рис.8
Информационная схема для установки с показателем эффективности сна .
![](image/image140.jpg)
Рис.9
- Возможные управляющие воздействия, контролируемые и неконтролируемые возмущения те же, что и в системе с показателем эффективности сог.
- Возможные управляемые переменные: .
Схема абсорбционной колонны как многосвязного
объекта при показателе эффективности сна.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_52.gif)
Рис.10.
Типовая схема автоматизации процесса абсорбции.
![](image/3-materialy-k-lekcii-11_53.gif)
Рис. 11.
1. Регулирование.
- Регулирование сог по подаче абсорбента Gа - как показателя эффективности процесса абсорбции.
- Регулирование давления верха колонны Рв = Рог по отбору обедненной газовой смеси Gог - для обеспечения материального баланса по газовой фазе.
- Регулирование уровня hна по отбору насыщенного абсорбента Gна - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.
- Регулирование температуры исходных материальных потоков газа qг0 и абсорбента qа0 по подаче хладоагентов Gхл1 и Gхл2 соответственно - для обеспечения теплового баланса установки.
- Стабилизация расхода исходной газовой смеси Gг - для обеспечения заданной производительности установки.
- расходы - Gг, Gа, Gог, Gна, Gхл1, Gхл2;
- температуры - ;
- давление - Рв, Рн, DР;
- уровень насыщенного абсорбента - hна;
- концентрация - сог .
- существенные отклонения сог от согзд ;
- значительное повышение Рв > Рпред , при этом формируется сигнал «В схему защиты».
По сигналу «В схему защиты» - открывается магистраль Gог, закрываются все остальные магистрали.