Автоматизация процесса сушки

Сушка - тепловой процесс обезвоживания твердых материалов путем испарения влаги и отвода образующихся паров. При этом в веществе происходит перенос тепла и диффузионное перемещение влаги. Продолжи­тельность процесса сушки определяется интервалом времени, необходимым для понижения влагосодержания материала от начального значения М_н до конечного М_к.

В химической промышленности наиболее распространена конвективная сушка, которая проводится в барабанных сушилках и сушилках с псевдоожиженным (кипящим) слоем.

Цель управления процесса сушки заключается в обеспече­нии высушивания поступающего влажного твердого материала до заданного влагосодержания при определенной производи­тельности установки по влажному материалу. Основными воз­мущениями процесса являются изменение расхода, начальной влажности и дисперсного состава частиц твердого материала, а также изменение расхода и начальной температуры сушиль­ного агента - теплоносителя. Основная регулируемая величина процесса - это остаточная влажность твердого материала. Од­нако, вследствие отсутст­вия надежных измери­тельных преобразовате­лей остаточной влажно­сти твердого материала при автоматизации процесса в качестве регулируемых величин используют температу­ру или влажность сушильного агента. Это целесообразно и с точки зрения динамики, так как на возмущения эти величины реагируют быстрее.

Рис. VII-27. Схема регулирова­ния состава рафинада с учетом изменения расхода и состава исходного раствора.

Рис. VII-28. Схема стабилизации процесса сушки в барабанной сушилке: / — бункер влажного материала; 2 — дозатор; 3-- топка; 4 — смесительная камера- 5 — сушильный барабан; 6 — бункер сухого материала; 7 — циклон; в — вентилятор.

В барабанной сушилке (рис. VII-28) влажный материал из бункера / дозатором 2 подается и барабан 5, в который также поступает горячий воздух, нагреваемый в топке 3 за счет, например, сжигания топлив­ного газа. При вращении барабана частицы твердого материала перемещают­ся вдоль его оси. В том же направлении прямотоком по барабану проходит горячий воздух, отдавая тепло частицам материала и испаряя находящую­ся в них влагу. Высушенный материал ссыпается из барабана в бункер" 6', а воздух через циклон 7 отсасывается вентилятором 8. Продолжительность сушки в барабанных сушилках составляет несколько десятков минут; про­хождение воздуха исчисляется секундами.

Процесс сушки обычно регулируют по влажности теплоноси­теля на выходе из барабана. Регулятор влажности воздейству­ет на клапан, установленный на линии подачи топливного газа в топку. Вследствие того, что температурное распределение теплоносителя по длине барабана приближенно соответствует абсолютной влажности твердого материала, подачу топливного газа можно регулировать по температуре влажного воздуха на выходе из установки. Для более качественной сушки необходи­мо вручную корректировать задание регулятора влажности или температуры воздуха по данным лабораторного анализа оста­точной влажности высушиваемого материала.

Для полного сгорания топливного газа в топку подают первичный воздух, количество которого поддерживают постоянным с помощью регулятора расхода. Требуемая температура воздуха на входе в барабан обеспечивается регулятором температуры, воздействующим на подачу вторичного воздуха в камеру сме­шения.

Нагрузку сушилки по влажному материалу стабилизируют с помощью АСР расхода, в которую входит измеритель массы, автоматический регулятор, вторичный прибор со станцией управления и ленточный дозатор с регулируемой скоростью передвижения ленты (выступает в качестве регулирующего ор­гана). При уменьшении количества твердого материала на лен­те относительно заданного значения регулятор вырабатывает сигнал, ускоряющий ее движение, и наоборот. В результате обеспечивается постоянство расхода твердого материала в су­шильный барабан.

Нагрузка объекта по сушильному агенту (воздух) поддержи­вается на постоянном значении регулятором разрежения воз­духа в смесительной камере, воздействующим на клапан, уста­новленный на линии отвода воздуха после циклона. При посто­янном гидравлическом сопротивлении барабана и отсутствии подсоса воздуха из атмосферы система регулирования разреже­ния обеспечивает постоянство скорости прохождения сушильно­го агента вдоль барабана. Оптимальное значение скорости воз­духа устанавливают с учетом того, что с ее увеличением возра­стает скорость сушки твердого материала и одновременно уве­личиваются потери тепла с отработанным воздухом.

Контролю и регистрации подлежат расходы топливного га­за и вторичного воздуха, а также разрежение и температура в бункере сухого материала.

Схема стабилизации барабанной сушилки обеспечивает вы­сушивание влажного твердого материала до заданной остаточ­ной влажности только при небольших по величине изменениях входных величин процесса сушки. Вследствие большого запаз­дывания в объекте качественное регулирование процесса воз­можно лишь с помощью многоконтурных систем. Одна из таких схем регулирования барабанной сушилки приведена на рис. VII-29.

Рис. VII-29. Схема многоконтурного регулирования процесса сушки в бара­банной сушилке.

Условные обозначения — см. рис. VII-28.

 

В рассматриваемом случае подачей топливного газа на установку управляет каскадная система регулирования темпе­ратуры воздуха в барабане (стабилизирующий регулятор) с корректировкой по влажности воздуха на выходе из сушилки (корректирующий регулятор). При наличии надежного измери­тельного преобразователя остаточной влажности высушиваемо­го материала возможно введение в данную систему еще одного контура с регулятором влажности твердого материала, выход­ной сигнал которого в качестве задания направляют на регуля­тор влажности сушильного агента. При отсутствии такого изме­рительного преобразователя и в случае необходимости периоди­чески корректируют задание регулятора влажности сушильного' агента по данным лабораторного анализа.

Для повышения чувствительности АСР температуры воздуха измерительный преобразователь (термопара) устанавливают в пределах первой трети длины барабана, так как в начале аппа­рата температура теплоносителя изменяется более интенсивно, чем в его конце. При этом уменьшается также запаздывание объекта. Термопару монтируют непосредственно на поверхности барабана, а ее свободные концы подсоединяют к передающему преобразователю через специальное токосъемное устройство с подвижными контактами. При необходимости компенсации из­менения нагрузки установки по расходу влажного материала можно предусмотреть дополнительный контур регулирования по возмущению этой величины.

Полнота сгорания топливного газа обеспечивается АСР соот­ношения расходов топливного газа и первичного воздуха, управ­ляющей подачей первичного воздуха в топку. При изменении теплотворной способности топлива целесообразно корректиро­вать это соотношение по содержанию кислорода в топочных газах.

В сушилках с кипящим слоем (рис. VII-30) процесс сушки продолжается до нескольких минут, сушильный агент (воздух) проходит че­рез сушилку за доли секунды. Влажный материал подается из бункера 1 шнековым питателем в сушилку 4, где он псевдоожижается воздухом, нагре­ваемым в топке 2 за счет сжигания топливного газа. Воздух отсасывается через циклон 5 воздуходувкой 6, а высушенный материал выводится из су­шилки.

Установлено, что в псевдоожиженном слое температура однозначно оп­ределяет остаточную влажность частиц твердого материала при фиксиро­ванном времени их пребывания в аппарате и является основной регулируемой величиной. Ее можно поддерживать, меняя расход высушиваемого материа­ла, а также расход или температуру сушильного агента. Возможно примене­ние любого из этих вариантов. Использование в качестве регулирующего воз­действия расхода влажного материала требует установки дополнительного! бункера для этого материала между предыдущей технологической установ­кой и сушилкой. При использовании же расхода или температуры воздуха следует иметь в виду, что на изменение этих величин наложены ограничения¹ по максимуму и минимуму.

Рис. VI1-30. Схема регулирования процесса сушки в аппарате с кипящим слоем высушиваемого материала:

1 — бункер влажного материала; 2 — топка; 3 — смесительная камера; 4 — аппарат с ки­пящим слоем; 5 — циклон; 6 — воздуходувка.

Температура в слое псевдоожиженного материала поддержи­вается регулятором, который управляет подачей влажного ма­териала в сушилку. Возрастание температуры в слое свиде­тельствует о понижении среднего значения остаточной влажно­сти частиц твердого материала. Реагируя на это, регулятор увеличивает скорость вращения шнека питателя, что приводит к увеличению подачи влажного материала и снижению темпера­туры в слое.

Поддержание постоянства температуры воздуха на входе в сушилку обеспечивается с помощью АСР изменяющей подачу топливного газа в топку. Регулятор соотношения устанавлива­ет подачу первичного воздуха в топку в количестве, необходи­мом для полного сгорания топливного газа. Расход горячего воздуха, подаваемого в сушилку под распределительную решет­ку и псевдоожижающего частицы высушиваемого материала, стабилизируется изменением подачи вторичного воздуха в сме­сительную камеру 3.

Заданное разрежение в сушилке регулируется с помощью клапана, установленного на линии отработанного сушильного агента.

Материальный баланс объекта по твердому материалу со­блюдается за счет поддержания постоянства уровня псевдоожиженного материала в сушилке с помощью регулятора, управля­ющего отводом сухого материала из аппарата. Уровень псевдоожиженного материала измеряется гидростатическим дифманометрическим уровнемером по перепаду давления в сушилке. Изменение расхода сухого материала из аппарата обеспечива­ется изменением проходного сечения задвижки с пневматиче­ским приводом, работающим от регулятора уровня.

В сушилках с кипящим слоем целесообразно применять экстремальные системы регулирования. В качестве критерия оптимальности можно, например, выбрать количество влаги W, удаляемой из твердого материала в единицу времени:

 

W = F (M_H – M_K)

 

где F — расход сухого материала; М_н и М_к — начальная и ко­нечная влажность материала.

Количество влаги W рассчитывается с помощью вычисли­тельного устройства, выходной сигнал которого направляется на экстремальный регулятор, изменяющий расход сушильного агента. При этом необходимо предусмотреть ограничения по минимальной влажности сухого продукта, а также по мини­мальному и максимальному расходам сушильного агента. Гра­ницы изменения расходов сушильного агента определяют об­ластью существования псевдоожиженного слоя частиц твердого материала.