И. М. Губкина кафедра автоматизации технологических процессов Р. Л. Барашкин проектирование систем управления ректификационными колоннами учебное пособие

Рис. 1. Технологическая схема процесса ректификации: E-1 – колонна, Е-2 – конденсатор, Е-3 – накопитель (аккумулятор, флегмовая ёмкость), Е-4 – рибойлер, F – расход входного потока, R – расход рефлюкса (флегмы), D – расход дистиллята, V – расход потока из рибойлера, B – расход кубового остатка, Qконд, Qриб – тепловая нагрузка конденсатора и рибойлера соответственно

Конденсатор и рибойлер работают с тепловой нагрузкой Q_конд, Q_риб, соответственно Более подробное описание технологии рек- тификации можно найти в литературе [1, 2, 3].
Эффективное выполнение основной задачи бинарной ректи- фикационной установки – разделение смеси на два продукта с за- данной концентрацией полезного продукта – возможно только с использованием системы автоматического управления (САУ) ко- лонной. Разработку стратегии управления начинают с идентифи- кации входов и выходов ректификационной колонны, определе- ния возможных управляющих воздействий и анализа её степеней свободы.

3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

РЕКТИФИКАЦИИ

Особенностью процесса ректификации является воздействие различных возмущений, нарушающих материальный и тепловой баланс, изменяющих температуру и давление, от которых зависит состав и качество продуктов. Поэтому для обеспечения заданного качества продуктов процесса ректификации необходимо стабили- зировать ряд косвенных технологических параметров.

Современные методы синтеза САУ многосвязных систем, к которым относятся ректификационные колонны, используют ста- тические и динамические имитационные модели ректификацион- ных колонн. В основе этих моделей лежат системы уравнений материального и теплового баланса, фазового равновесия, описы- вающие физические процессы в колонне. Преимущество имита- ционных моделей заключается в реализованных и отлаженных алгоритмах расчета физики объектов моделирования, что позво- ляет сосредоточиться на решении технологических задач (выбор режима работы колонны, синтез САУ, определение параметров настройки регуляторов).
Под синтезом САУ понимается определение (выбор):

• 
  параметров качества технологического процесса, которые будут управляться контурами регулирования (стратегия управ- ления), например, обеспечение качества выходного продукта из- менением тепловой нагрузки рибойлера;
  
• 
  пар регулируемых и регулирующих параметров процесса (структура САУ), например, изменение расхода рефлюкса и теп- ловой нагрузки рибойлера для регулирования компонентного со- става дистиллята и кубового остатка;
  
• 
  структуры и настроек регулятора САУ (структура регуля- тора), например, выбор уставок регуляторов расхода рефлюкса и тепловой нагрузки рибойлера для стабилизации компонентного состава дистиллята и компонентного состава кубового остатка соответственно;
  
• 
  функций системы управления.