RU2299090C2 - Method of the automatic control over hydrodynamics of the column of the target component production - Google Patents
Method of the automatic control over hydrodynamics of the column of the target component production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299090C2 RU2299090C2 RU2005100256/15A RU2005100256A RU2299090C2 RU 2299090 C2 RU2299090 C2 RU 2299090C2 RU 2005100256/15 A RU2005100256/15 A RU 2005100256/15A RU 2005100256 A RU2005100256 A RU 2005100256A RU 2299090 C2 RU2299090 C2 RU 2299090C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- heater
- evaporator
- section
- column
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения целевого продукта, такого как стабильный изотоп О18, методом низкотемпературной дистилляции оксида азота NO в 3-секционной колонне.The invention relates to a technology for obtaining the target product, such as a stable isotope O 18 , by the method of low-temperature distillation of nitric oxide NO in a 3-section column.
Известен способ автоматического управления гидродинамикой односекционной колонны получения целевого компонента, включающий питание колонны разделяемой смесью, отвал обедненной смеси, отбор обогащенного продукта, нагрев до температуры испарения жидкой фазы нагревателем-испарителем нижней секции и конденсацию полученных паров конденсатором-охладителем, расположенным над верхней секцией, контроль и поддержание технологических параметров потоков питания, отбора и отвала на заданном уровне в зависимости от уровня жидкой фазы в нижней секции с помощью электронной логической схемы управления, управляющей задатчиком регулятора потока отвала (см. Г.Н.Мусхелишвили. Элементы, устройства и системы автоматического управления процессами концентрирования стабильных изотопов в насадочных колоннах, изд-во Тбилисского университета, Тбилиси, 1978, с.18-21, с.147-151).A known method of automatically controlling the hydrodynamics of a single-section column for obtaining the target component, including feeding the column with a separated mixture, a lean mixture dump, selecting the enriched product, heating the liquid phase to the vaporization temperature by the lower section heater-evaporator, and condensing the vapors obtained by the condenser-cooler located above the upper section, control and maintaining the technological parameters of the power flows, selection and dump at a given level depending on the level of the liquid phase in the lower sections using an electronic control logic controlling the dump flow regulator (see G.N. Muskhelishvili. Elements, devices and systems for automatic control of stable isotope concentration processes in packed columns, Tbilisi University Press, Tbilisi, 1978, p. 18 -21, p. 147-151).
Недостатком известного способа автоматического управления гидродинамикой колонны является то, чтоThe disadvantage of this method of automatic control of the hydrodynamics of the column is that
- баланс потоков предлагается осуществлять за счет управления потоков питания, отбора и отвала электронной логической схемой в зависимости от изменения уровня жидкой фазы, связь которого с величиной потока отвала неизвестна;- the flow balance is proposed to be implemented by controlling the supply flows, selection and dump using an electronic logic circuit depending on the change in the level of the liquid phase, the relationship of which with the value of the dump flow is unknown;
- тепловая мощность нагревателя-испарителя, определяющая величину циркуляционного потока, фиксирована, вследствие чего возмущающее воздействие по изменению тепловой мощности нагревателя-испарителя неустранимо изменяет величину установившегося циркуляционного потока в колонне;- the thermal power of the heater-evaporator, which determines the magnitude of the circulation flow, is fixed, as a result of which the disturbing effect on the change in the thermal power of the heater-evaporator inevitably changes the value of the steady-state circulation flow in the column;
- управление балансом потоков осуществляется релейным законом управления потоком отвала, создающим колебательный режим изменения циркуляционного потока в колонне, что неприемлемо, например, для процесса получения изотопа О18 (совместно с О17 и N15) методом низкотемпературной дистилляции оксида азота NO;- control of the balance of flows is carried out by the relay law of control of the dump stream, which creates an oscillatory regime of changes in the circulation flow in the column, which is unacceptable, for example, for the process of producing the O 18 isotope (together with O 17 and N 15 ) by the method of low-temperature distillation of nitric oxide NO;
- известный способ автоматического управления гидродинамикой колонны неприменим, например, для 3-секционной колонны, предназначенной для получения высокообогащенного изотопа кислорода О18 методом низкотемпературной дистилляции оксида азота NO, в которой с целью профилирования циркуляционного потока для уменьшении объемов аппаратуры и количества разделяемого вещества, стыки между промежуточной и соседними (верхней и нижней) секциями снабжены расположенными в нижних частях секций устройствами для обращения фаз - нагревателями-испарителями ("делителями циркуляционного потока"), предназначенными для возврата в соответствующую секцию части потока, не поступающего в виде питания в последующую секцию, причем тепловые мощности нагревателей-испарителей по секциям различаются более чем в 30 раз и каждый из нагревателей является источником возмущающих воздействий в условиях, когда для обеспечения высокой концентрации изотопов О18 (совместно с О17 и N15) в 3-секционной колонне предъявляются особые высокие требования по точности стабилизации профилированного циркуляционного потока при отсутствии колебательных процессов в колонне.- the known method for automatic control of the column hydrodynamics is not applicable, for example, for a 3-section column designed to produce a highly enriched oxygen isotope O 18 by low-temperature distillation of nitric oxide NO, in which the joints between intermediate and adjacent (upper and lower) sections are equipped with phase reversal devices located in the lower parts of the sections - heaters-evaporate the elements ("dividers of the circulation flow"), designed to return to the corresponding section of the part of the stream that does not come in the form of power to the next section, and the thermal capacities of the heaters-evaporators in the sections differ by more than 30 times and each of the heaters is a source of disturbing effects conditions when to provide high concentrations of the isotopes 18 O (O together with n 17 and 15) in the 3-cell column subject to special high requirements for precision stabilization profiled circulation n current in the absence of vibrational processes in the column.
Кроме того, при любых, но всегда имеющих конечную точность приборах стабилизации потоков питания, отвала, отбора, задания тепловой мощности нагревателей-испарителей, в гидродинамических процессах колонны неизбежно имеет место тенденция, направленная или на исчерпывание содержимого, или на захлебывание колонны в силу того, что при балансе показаний неидеальных по метрологии стабилизирующих потоков приборов отсутствует реальный материальный баланс входящих/выходящих потоков в колонне. Эта тенденция должна непрерывно анализироваться технологами в процессе нормальной эксплуатации колонны и своевременно устраняться координацией соотношения потоков питания, отвала и отбора. Указанные действия требуют высокой квалификации обслуживающего персонала и в силу значительной инерционности процессов и временных запаздываний реакций изменения внешних потоков на процесс накопления или исчерпывания вещества в колонне в ручном режиме управления совершаются неточно, с ухудшением технологических и экономических показателей процессов разделения изотопов и получения целевого компонента, например стабильного изотопа О18, вплоть до утраты функции концентрирования целевого компонента.In addition, with any, but always with finite accuracy, instruments for stabilizing the power flows, dump, selection, setting the heat output of heaters-evaporators, in the hydrodynamic processes of the column there is inevitably a tendency either to exhaust the content or to choke the column due to that when the balance of readings of stabilizing instrument flows imperfect in metrology is lacking, there is no real material balance of the incoming / outgoing flows in the column. This trend should be continuously analyzed by technologists during the normal operation of the column and promptly eliminated by coordinating the ratio of supply flows, dump and selection. These actions require highly qualified staff and due to the significant inertia of the processes and time delays of reactions, changes in external flows to the process of accumulation or depletion of the substance in the column in the manual control mode are inaccurate, with deterioration of technological and economic indicators of isotope separation processes and obtaining the target component, for example stable isotope O 18 , up to the loss of the concentration function of the target component.
Задачей патентуемого изобретения является обеспечение стабильности гидродинамических процессов в колонне, необходимых для создания эффективного и стабильного процесса изотопного обмена с целью получения целевого компонента - изотопов азота и кислорода высокой концентрации, исключения захлебывания или исчерпывания колонны.The objective of the patented invention is to ensure the stability of hydrodynamic processes in the column necessary to create an effective and stable isotope exchange process in order to obtain the target component - nitrogen and oxygen isotopes of high concentration, eliminating flooding or exhaustion of the column.
Техническим результатом изобретения является количественное измерение и автоматическая стабилизация циркуляционных потоков в колонне, заданных через мощности нагревателей-испарителей в секциях колонны.The technical result of the invention is the quantitative measurement and automatic stabilization of the circulation flows in the column specified through the power of the heater-evaporators in the sections of the column.
Указанная задача и технический результат достигаются способом автоматического управления циркуляционными потоками в 3-секционной колонне получения целевого компонента, включающим питание колонны исходной смесью, отвал обедненной смеси, отбор обогащенного продукта, нагрев разделяемой смеси до температуры испарения жидкой фазы разделяемой смеси нагревателем-испарителем нижней секции и конденсацию полученных паров разделяемой смеси охладителем, расположенным над верхней секцией, осуществление сокращения циркуляционного потока с помощью нагревателя-испарителя (делителя циркуляционного потока) в нижней части промежуточной секции, контроль и поддержание технологических параметров потоков питания, отбора и отвала на заданном уровне.The specified task and technical result is achieved by a method of automatically controlling the circulation flows in a 3-section column to obtain the target component, including feeding the column with the initial mixture, dumping the depleted mixture, selecting the enriched product, heating the separated mixture to the evaporation temperature of the liquid phase of the separated mixture by the heater-evaporator of the lower section and condensation of the vapors of the mixture to be separated by a cooler located above the upper section, the reduction of the circulation flow with by the power of the heater-evaporator (circulating flow divider) in the lower part of the intermediate section, monitoring and maintaining the technological parameters of the power flows, selection and dump at a given level.
В указанном способе контроль и автоматическое поддержание на заданных величин циркуляционных потоков в секциях колонны, определяющихся мощностями, рассеиваемыми нагревателями-испарителями в этих секциях колонны, осуществляют за счет дополнительного изменения мощностей нагревателей-испарителей в верхней и промежуточной секциях, причем мощность нагрева в нижней секции определяют из условий автоматической стабилизации заданного уровня жидкой фазы в нагревателе-испарителе нижней секции,In the specified method, the control and automatic maintenance of the specified values of the circulation flows in the sections of the column, determined by the power dissipated by the heater-evaporators in these sections of the column, is carried out by additional changes in the power of the heater-evaporators in the upper and intermediate sections, and the heating power in the lower section is determined from the conditions of automatic stabilization of a given level of the liquid phase in the heater-evaporator of the lower section,
а заданную мощность, рассеиваемую нагревателем-испарителем промежуточной секции изменяют с помощью автоматического регулятора мощности нагревателя-испарителя промежуточной секции по результатам сравнения реальной и заданной потребляемой мощности нагревателем-испарителем нижней секции,and the predetermined power dissipated by the heater-evaporator of the intermediate section is changed using an automatic power regulator of the heater-evaporator of the intermediate section according to the results of comparing the real and specified power consumption by the heater-evaporator of the lower section,
а заданную мощность, рассеиваемую нагревателем испарителем верхней секции, изменяют с помощью автоматического регулятора мощности нагревателя-испарителя верхней секции по результатам сравнения реальной и заданной потребляемой мощности нагревателем-испарителем промежуточной секции,and the predetermined power dissipated by the heater by the evaporator of the upper section is changed using an automatic power controller of the heater-evaporator of the upper section according to the results of comparing the real and given power consumption by the heater-evaporator of the intermediate section,
а расход отвала изменяют с помощью регулятора расхода отвала по результатам сравнения реальной и заданной потребляемой мощности нагревателем-испарителем верхней секции.and the blade flow rate is changed using the blade flow controller according to the results of comparing the real and predetermined power consumption by the heater-evaporator of the upper section.
Указанная задача и технический результат достигаются также тем, что заданную мощность на нагревателе-испарителе промежуточной секции устанавливают большей по величине, чем заданная мощность на нагревателе нижней секции, и меньшей по величине, чем заданная мощность на нагревателе-испарителе верхней секции.The specified task and the technical result are also achieved by the fact that the set power on the heater-evaporator of the intermediate section is set larger than the set power on the heater of the lower section and smaller than the set power on the heater-evaporator of the upper section.
А также тем, что в качестве целевого продукта получают изотоп О18.And also by the fact that the target product is the O 18 isotope.
Пример задания профилированного циркуляционного режима 3-секционной колонныAn example of setting a profiled circulation mode of a 3-section column
В нижней секции циркуляционный поток жидкого NO G3=15 ж.мл/минIn the lower section, the circulating flow of liquid NO G3 = 15 g / ml
В промежуточной секции циркуляционный поток жидкого NO G2=61 ж.мл/мин.In the intermediate section, the circulating flow of liquid NO G2 = 61 g / ml.
В верхней секции циркуляционный поток жидкого NO G1=581 млж/мин.In the upper section, the circulating flow of liquid NO G1 = 581 ml w / min.
Для испарения потока жидкого NO 1 ж.мл/мин необходима тепловая мощность 10 Вт.To evaporate the flow of liquid NO 1 g / ml / min, a thermal power of 10 W is required.
Для обеспечения в промежуточной секции циркуляционного потока G2=61 ж.мл/мин, необходимо испарить в нагревателе-испарителе верхней секции 581 млж/мин - 61 ж.мл/мин=520 ж.мл/мин жидкой фазы NO нагревателем-испарителем верхней секции с тепловой мощностью 5200 Вт.To provide the intermediate section of the circulation flow zh.ml G2 = 61 / min, it is necessary to vaporize in a heater-evaporator top section 581 ml w / min - 61 zh.ml / min = 520 zh.ml / min liquid phase NO heater-evaporator top sections with a thermal power of 5200 watts.
Для обеспечения в нижней секции циркуляционного потока G3=15 ж.мл/мин, необходимо испарить 61 ж.мл/мин - 15 ж.мл/мин=46 ж.мл/мин жидкой фазы NO нагревателем-испарителем промежуточной секции с тепловой мощностью 460 Вт.In order to provide G3 = 15 g / ml / min in the lower section of the circulation flow, it is necessary to evaporate 61 g / ml / min - 15 g / ml / min = 46 g / ml of the liquid phase NO by the heater-evaporator of the intermediate section with a thermal power of 460 Tue
Для полного испарения в нижней секции потока жидкой фазы G3=15 ж.мл/мин необходима мощность нагревателя-испарителя нижней секции 150 Вт.For complete evaporation in the lower section of the liquid phase stream G3 = 15 g / ml / min, the power of the heater-evaporator of the lower section is 150 W.
На чертеже представлена схема 3-секционной колонны получения целевого продукта, такого как, например, изотоп кислорода О18, методом низкотемпературной дистилляции и структуры, реализующей патентуемый способ автоматического управления гидродинамикой указанной колонны.The drawing shows a diagram of a 3-section column for obtaining the target product, such as, for example, an oxygen isotope O 18 , by low-temperature distillation and a structure that implements the patented method for automatically controlling the hydrodynamics of this column.
Колонна получения целевого продукта, например изотопа кислорода О18, состоит из нижней секции 3, верхней секции 1 и промежуточной секции 2, расположенной между нижней 3 и верхней 1 секциями колонны. В нижних частях каждой из указанных секций колонны расположены нагреватели-испарители 4, 5 и 6, например, электрического типа. В нагреватель-испаритель 4 секции 1 вмонтирован цилиндрический сосуд 7. В верхней части сосуда 7 находится датчик уровня 8, который связан с регулятором 9 с интегральной составляющей в законе регулирования, управляющим тепловой мощностью, рассеиваемой нагревателем-испарителем 4. Мощность, рассеиваемая нагревателем-испарителем 4, измеряется датчиком 10, соединенным с выходом регулятора 9.The column for obtaining the target product, for example, the oxygen isotope O 18 , consists of a lower section 3, an upper section 1 and an intermediate section 2 located between the lower 3 and upper 1 sections of the column. In the lower parts of each of these sections of the column are heaters-evaporators 4, 5 and 6, for example, of the electric type. A cylindrical vessel 7 is mounted in the heater-evaporator 4 of section 1. In the upper part of the vessel 7 there is a level sensor 8, which is connected to the regulator 9 with an integral component in the regulation law that controls the heat power dissipated by the heater-evaporator 4. The power dissipated by the heater-evaporator 4 is measured by a sensor 10 connected to the output of the regulator 9.
Датчик уровня 8, регулятор 9 и нагреватель-испаритель 4 с сосудом 7 образуют систему автоматической стабилизации уровня жидкого продукта, например жидкого NO, в нижней секции 3.The level sensor 8, the regulator 9 and the heater-evaporator 4 with the vessel 7 form a system for automatically stabilizing the level of a liquid product, for example liquid NO, in the lower section 3.
Автоматический регулятор мощности 9, потребляемой нагревателем-испарителем 4, работает на основании рассогласования (управляется по рассогласованию) сигналов Н от датчика уровня 8 и заданного сигнала уровня Нз.The automatic power controller 9, consumed by the heater-evaporator 4, operates on the basis of the mismatch (controlled by the mismatch) of the H signals from the level sensor 8 and the given signal of the Hz level.
Датчик мощности 10 также соединен с регулятором мощности 11 (с интегральной составляющей в законе регулирования), рассеиваемой нагревателем-испарителем 5.The power sensor 10 is also connected to a power controller 11 (with an integral component in the law of regulation) dissipated by the heater-evaporator 5.
Регулятор мощности 11, потребляемой нагревателем-испарителем 5, работает на основании рассогласования (управляется по рассогласованию) сигналов N3 от датчика мощности 10 и заданного сигнала мощности N3з. Датчик мощности 12 измеряет мощность, потребляемую нагревателем-испарителем 5.The power regulator 11, consumed by the heater-evaporator 5, operates on the basis of the mismatch (controlled by the mismatch) of signals N3 from the power sensor 10 and a given power signal N3з. The power sensor 12 measures the power consumed by the heater-evaporator 5.
Датчик мощности 12 соединен с регулятором мощности 13 (с интегральной составляющей в законе регулирования), потребляемой нагревателем-испарителем 6. Регулятор работает на основании рассогласования (управляется по рассогласованию) сигналов N2 от датчика мощности 12 и заданного сигнала мощности N2з.The power sensor 12 is connected to a power controller 13 (with an integral component in the law of regulation) consumed by the heater-evaporator 6. The controller operates on the basis of the mismatch (controlled by the mismatch) of the N2 signals from the power sensor 12 and a given power signal N2з.
Датчик мощности 14 измеряет мощность, потребляемую нагревателем-испарителем 6.The power sensor 14 measures the power consumed by the heater-evaporator 6.
Датчик мощности 14 соединен с регулятором потока отвала 15, выход которого соединен с регулятором 16 системы автоматической стабилизации (заданного выходным сигналом регулятора 15) потока отвала 17, которая включает также установленные последовательно на трубопроводе отвала расходомер 18 и электроуправляемый клапан 19.The power sensor 14 is connected to the blade flow regulator 15, the output of which is connected to the regulator 16 of the automatic stabilization system (specified by the output signal of the regulator 15) of the blade flow 17, which also includes a flow meter 18 and an electrically controlled valve 19 installed in series on the dump pipeline.
Регулятор 15 работает на основании рассогласования сигналов N1 от датчика мощности 14 и заданного сигнала мощности Nlз и имеет выходной сигнал, задающий поток отвала Wз, поступающий на один из входов регулятора 16 системы автоматической стабилизации потока отвала 17, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный текущему потоку отвала W от расходомера 18. Выход регулятора 16 связан с электрической цепью управления клапана 19.The controller 15 operates on the basis of a mismatch of the signals N1 from the power sensor 14 and the specified power signal Nlз and has an output signal that defines the blade stream Wз, which is fed to one of the inputs of the controller 16 of the automatic stabilization system for the blade stream 17, the other input of which receives a signal proportional to the current the dump stream W from the flow meter 18. The output of the controller 16 is connected to the control circuit of the valve 19.
Верхняя секция 1 колонны содержит также систему 20 автоматической стабилизации питания, систему 21 автоматической стабилизации давления вблизи поверхности конденсации, систему 22 автоматической стабилизации давления в промежуточном теплообменнике конденсатора-охладителя 28, расположенном над верхней частью верхней секции 1, а нижняя секция 3 колонны содержит систему 23 автоматической стабилизации потока отбора.The upper section 1 of the column also contains a system 20 for automatic power stabilization, a system 21 for automatic pressure stabilization near the condensation surface, a system 22 for automatic pressure stabilization in the intermediate heat exchanger of the condenser-cooler 28 located above the upper part of the upper section 1, and the lower section 3 of the column contains a system 23 automatic stabilization of the flow of selection.
Система 20 автоматической стабилизации питания включает последовательно установленные в трубопроводе расходомер 24 и регулирующий орган 25, выполненный, например, в виде электроуправляемого клапана, управляемого от регулятора 26 (с интегральной составляющей в законе регулирования) по сигналу рассогласования F от расходомера 24 и заданного сигнала расхода Fз.The automatic power stabilization system 20 includes a flowmeter 24 and a regulator 25 sequentially installed in the pipeline, made, for example, in the form of an electrically controlled valve controlled by a regulator 26 (with an integral component in the regulation law) according to the error signal F from the flowmeter 24 and a given flow signal Fз .
Система 21 автоматической стабилизации давления РNO вблизи поверхности конденсации конденсатора-охладителя 28, расположенного над верхней секцией 1, включает установленный на трубопроводе 27 конденсатора-охладителя 28 электроуправляемый клапан 29, управляемый от регулятора 30 (с интегральной составляющей в законе регулирования) по сигналу РNO от датчика давления 31 и заданного сигнала давления PNOз.The system 21 for automatic pressure stabilization P NO near the condensation surface of the condenser-cooler 28 located above the upper section 1 includes an electrically controlled valve 29 mounted on the pipeline 27 of the condenser-cooler 28, controlled from the regulator 30 (with an integral component in the regulation law) by the signal P NO from a pressure sensor 31 and a predetermined pressure signal P NO .
Система 22 автоматической стабилизации давления газа (аргона) в промежуточном конденсаторе-теплообменнике 28 включает датчик давления 32, регулятор 33 и электроуправляемые клапаны 34 и 35, установленные соответственно на трубопроводах подачи газа и сброса газа в атмосферу и электрические цепи которых соединены с регулятором 33, управляющим клапанами по рассогласованию сигнала PAr от датчика давления 32 и заданного сигнала давления PArз.System 22 for automatic stabilization of gas pressure (argon) in the intermediate condenser-heat exchanger 28 includes a pressure sensor 32, a regulator 33, and electrically operated valves 34 and 35, respectively installed on the gas supply and gas discharge pipelines and whose electrical circuits are connected to the regulator 33, which controls valves for the mismatch of the signal PAr from the pressure sensor 32 and a given pressure signal PArz.
Система 23 автоматической стабилизации потока отбора включает установленные на трубопроводе отбора расходомер 36 и регулирующий орган 37 в виде электроуправляемого клапана, которые соединены между собой через регулятор 38 потока отбора, который управляется по рассогласованию сигнала Ротб от расходомера 36 и заданного сигнала потока отбора Ротбз.Automatic stabilization stream selection system 23 comprises a conduit mounted on selection flowmeter 36 and the regulator 37 in the form of an electrically valve, which are interconnected through flow regulator 38 selection which is controlled by the error signal from the flowmeter Rotb 36 and predetermined stream selection signal Rotb h.
Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:
Регулятор 9 обеспечивает неизменность уровня Н жидкого NO в сосуде 7 жидкого оксида азота (NO) на заданном уровне Нз.The regulator 9 ensures that the level H of liquid NO in the vessel 7 of liquid nitric oxide (NO) remains constant at a predetermined level of Нз.
Например, при потоке NO G3=15 млж/мин нагревателем-испарителем 4 рассеивается 150 Вт, достаточных для полного испарения приходящего жидкого NO, т.е. неизменности уровня NO в сосуде 7 нижней секции 1 при заданной мощности N3з нагревателя-испарителя 4, при этом Н=Нз.For example, with a flow of NO G3 = 15 ml w / min, a heater-evaporator 4 dissipates 150 watts, sufficient to completely evaporate the incoming liquid NO, i.e. the constancy of the level of NO in the vessel 7 of the lower section 1 at a given power N3z of the heater-evaporator 4, while N = Nz.
При изменении потока циркуляции G3 в нижней секции 3, например увеличении, уровень жидкого NO в сосуде 7 увеличивается, что приводит за счет работы регулятора 9 с интегральной составляющей в законе регулирования к плавному увеличению мощности N3 на нагревателе-испарителе 4 до тех пор, пока не восстановится прежний заданный уровень Нз жидкого NO в сосуде 7 нижней секции 1. При этом мощность, подаваемая на нагреватель-испаритель 4 увеличится, что индицируется выходным сигналом датчика мощности 10, соответствующим, например, мощности 160 Вт.When the flow of circulation G 3 in the lower section 3 changes, for example, an increase, the level of liquid NO in the vessel 7 increases, which, due to the operation of the regulator 9 with the integral component in the regulation law, leads to a smooth increase in the power of N3 on the heater-evaporator 4 until the previous set level Нз of liquid NO in the vessel 7 of the lower section will not be restored. The power supplied to the heater-evaporator 4 will increase, which is indicated by the output signal of the power sensor 10, corresponding, for example, to a power of 160 W.
В силу того, что уровень жидкого NO измеряется в емкости 7, представляющей собой вертикальный сосуд с площадью сечения А, в котором накопление объема A dH жидкого NO в единицу времени dt определяется материальным балансом пришедшего объема жидкого NO, равного G3ж(t)dt, и испаренного NO, равного G3 г(t)dt, т.е. (в отклонениях от номинального режима):Due to the fact that the level of liquid NO is measured in the tank 7, which is a vertical vessel with a cross-sectional area A, in which the accumulation of the volume A dH of liquid NO per unit time dt is determined by the material balance of the incoming volume of liquid NO equal to G3 w (t) dt, and vaporized NO equal to G3 g (t) dt, i.e. (in deviations from the nominal mode):
A dH=G3ж(t)dt-G3ж(t)dtA dH = G3 w (t) dt-G3 w (t) dt
A dH/dt=G3ж(t)-G3г(t), откудаA dH / dt = G3 g (t) -G3 g (t), whence
H=[G3ж(t)-G3г(t)]t/A.H = [G3 x (t) -G3 g (t)] t / A.
Следовательно, уровень жидкого NO в сосуде 7 неизменен только в случае точного полного испарения приходящего жидкого G3ж за счет тепловой мощности нагревателя-испарителя 4, которая измеряется датчиком мощности 10 (с точностью до аддитивной составляющей тепловых потерь на нагревателе-испарителе 4).Therefore, the level of liquid NO in the vessel 7 is unchanged only in the case of complete complete evaporation of the incoming liquid G3 g due to the thermal power of the heater-evaporator 4, which is measured by the power sensor 10 (accurate to the additive component of the heat loss on the heater-evaporator 4).
Таким образом, при введении в нижнюю секцию 1 системы автоматической стабилизации уровня Н жидкого NO в цилиндрическом сосуде 7, вмонтированном в нагреватель-испаритель 4, имеет место сигнал мощности N3, рассеиваемый нагревателем-испарителем 4, пропорциональный циркуляционному потоку G3 (с точностью до аддитивной составляющей тепловых потерь нагревателя) внутри колонны, вынесенный за пределы колонны, причем для определения величины циркуляционного потока не требуются дополнительные измерительные средства.Thus, when a system of automatic stabilization of the Н level of liquid NO is introduced into the lower section 1 in a cylindrical vessel 7 mounted in a heater-evaporator 4, a power signal N3 is dissipated by the heater-evaporator 4, which is proportional to the circulation flow G3 (accurate to the additive component heat loss of the heater) inside the column, removed from the column, and additional measuring tools are not required to determine the magnitude of the circulation flow.
Рассмотрим далее осуществление способа управления в режиме отработки возмущающего воздействия.Let us further consider the implementation of the control method in the mode of working out disturbing influences.
В исходном состоянии колонны имеет место номинальный режим. Циркуляционные потоки G1, G2 и G3 в верхней, промежуточной и нижней секциях соответствуют заданным мощностям N1з, N2з и N3з на нагревателях 6, 5 и 4 соответственно.In the initial state of the column, a nominal mode takes place. The circulation flows G1, G2 and G3 in the upper, intermediate and lower sections correspond to the set powers N1з, N2з and N3з on heaters 6, 5 and 4, respectively.
Температура поверхности конденсации конденсатора-охладителя 28 номинальная и стабильна.The condensation surface of the condenser-cooler 28 is rated and stable.
Уровень жидкого NO в сосуде 7 нижней секции 3 неизменен и равен Нз.The level of liquid NO in the vessel 7 of the lower section 3 is unchanged and equal to Нз.
Предположим, что увеличился расход питания F.Suppose that the power consumption of F. has increased.
Увеличение питания F создает дополнительный поток ΔG жидкого NO. При неизменной исходной мощности N1з нагревателя-испарителя 6 имеет место "проваливание" избыточного, не испаряемого потока ΔG жидкого NO в промежуточную секцию 2.Increasing the supply of F creates an additional stream ΔG of liquid NO. With a constant initial power N1 of the heater-evaporator 6, there occurs a “dip” of the excess, non-evaporated stream ΔG of liquid NO into the intermediate section 2.
При номинальной мощности N2з, рассеиваемой нагревателем-испарителем 5, наличие избыточного потока жидкого NO вызывает "проваливание" не испаряемого потока ΔG жидкого NO в нижнюю секцию 3, где увеличивается уровень жидкого NO в сосуде 7 нагревателя-испарителя 4.When the rated power N2, dissipated by the heater-evaporator 5, the presence of an excess flow of liquid NO causes the “non-evaporated” flow of ΔG liquid NO to “sink” into the lower section 3, where the level of liquid NO in the vessel 7 of the heater-evaporator 4 increases.
Регулятор 9 системы автоматической стабилизации уровня Нз жидкого NO в сосуде 7 нижней секции 3 колонны увеличивает мощность нагревателя-испарителя 4 с целью восстановления заданного уровня Нз.The controller 9 of the system for automatic stabilization of the level Нз of liquid NO in the vessel 7 of the lower section 3 of the column increases the power of the heater-evaporator 4 in order to restore the specified level Нз.
При этом возникает рассогласование N3≠N3з на входе регулятора 11 мощности N2, рассеиваемой нагревателем-испарителем 5. Регулятор 11 увеличивает мощность, рассеиваемую нагревателем-испарителем 5, т.е. увеличивает количество испаряемого NO, в результате чего поток G3 жидкого NO частично уменьшается.In this case, a mismatch N3 ≠ N3z occurs at the input of the regulator 11 of the power N 2 dissipated by the heater-evaporator 5. The controller 11 increases the power dissipated by the heater-evaporator 5, i.e. increases the amount of evaporated NO, as a result of which the flow G3 of liquid NO partially decreases.
Одновременно возникает рассогласование N2≠N2з на входе регулятора мощности 13, рассеиваемой нагревателем-испарителем 6, являющегося делителем потока в верхней секции 1.At the same time, a mismatch N2 ≠ N2z occurs at the input of the power regulator 13 dissipated by the heater-evaporator 6, which is a flow divider in the upper section 1.
Вследствие этого регулятор мощности 13 нагревателя-испарителя 6 в верхней секции 1 колонны увеличивает мощность N1, рассеиваемую нагревателем-испарителем 6, что увеличивает количество испаряемого NO, в результате чего возмущающая часть ΔG потока G2 уменьшается.As a result, the power controller 13 of the heater-evaporator 6 in the upper section 1 of the column increases the power N1 dissipated by the heater-evaporator 6, which increases the amount of NO evaporated, as a result of which the disturbing part ΔG of the flow G2 decreases.
Одновременно возникает рассогласование N1≠N1з на входе регулятора мощности 15, выход которого подается в виде задания Wз системе 17 автоматической стабилизации потока отвала W, увеличивая расход отвала W.At the same time, a mismatch N1 ≠ N1z occurs at the input of the power regulator 15, the output of which is supplied as a task W from the system 17 for automatic stabilization of the blade flow W, increasing the blade flow rate W.
Увеличивающийся расход W отвала уменьшает поток G1, в результате чего уменьшается часть потока ΔG, "проваливающаяся" в промежуточную секцию 2 колонны.The increasing blade consumption W decreases the flow G1, as a result of which the part of the flow ΔG "falling through" into the intermediate section 2 of the column is reduced.
Имеет место постепенный, определяемый настройками регуляторов с интегральной составляющей в законах регулирования, процесс восстановления циркуляционных потоков G1, G2, G3 до величин, соответствующих заданным мощностям N1з, N2з, N3з.There is a gradual, determined by the settings of the regulators with an integral component in the laws of regulation, the process of restoring the circulation flows G1, G2, G3 to values corresponding to the given powers N1з, N2з, N3з.
Возмущение "по питанию" проходит неизменным от точки ввода питания по всей колонне до "сверху вниз" и вызывает восстановление гидродинамики (значений заданных циркуляционных потоков по секциям) "снизу вверх".The perturbation "in nutrition" passes unchanged from the point of supply of power throughout the column to "top to bottom" and causes the restoration of hydrodynamics (values of given circulation flows in sections) from bottom to top.
Мощность нагрева N3 на нагревателе-испарителе 4 при неизменном уровне Н жидкого NO в сосуде 7 нижней секции 3, обеспечиваемом работой системы автоматической стабилизации уровня Н (регулятор 9), является внутренним параметром колонны, количественно соответствующим циркуляционному потоку в нижней секции 3 колонны, при использовании которого как регулируемого, а нагревателей-испарителей 5, 6, выполняющих функцию управляемых разделителей соотношения жидкой/газообразной фаз, и управляемого стабилизатора потока отвала 17 в качестве средств воздействия на процесс, позволяет обеспечить автоматическую стабилизацию (автоматическое управление) профиля циркуляционных потоков G1, G2, G3 в секциях 1, 2, 3 колонны соответственно заданным величинам N1з, N2з, N3з при нестабильности тепловой мощности, рассеиваемой нагревателями-испарителями 4, 5, 6, температуры окружающей среды, внешних потоков колонны и ликвидировать проблему захлебывания или исчерпывания содержимого колонны в режимах долговременной эксплуатации, неизбежную при способе управления, основанном на стабилизации входных/выходных потоков, реально осуществляющейся всегда с конечной точностью.The heating power N 3 on the heater-evaporator 4 at a constant level N of liquid NO in the vessel 7 of the lower section 3, provided by the operation of the automatic stabilization system of the N level (regulator 9), is an internal parameter of the column, quantitatively corresponding to the circulation flow in the lower section 3 of the column, at the use of which as regulated, and heaters-evaporators 5, 6, performing the function of controlled separators of the ratio of liquid / gaseous phases, and a controlled stabilizer of the blade stream 17 as means of action on the process, allows for automatic stabilization (automatic control) of the profile of the circulation flows G1, G2, G3 in sections 1, 2, 3 of the column according to the specified values of N1z, N2z, N3z with instability of thermal power dissipated by heaters-evaporators 4, 5, 6 , ambient temperatures, external flows of the column and eliminate the problem of flooding or exhaustion of the contents of the column in long-term operation modes, inevitable with the control method based on stabilization of input / output fetters, really always carried out with finite accuracy.
При автоматическом управлении колонной в качестве средств измерения и воздействия на процесс используются известные технические средства КИП и А.With automatic control of the column, the well-known technical means of instrumentation and control devices are used as measuring instruments and influencing the process.
Общепромышленные регуляторы 11, 13, 15 - регуляторы свободного программирования законов управления, способные реализовать алгоритм автоматического управления объектами с значительным чистым запаздыванием - "Упредитель Смита" (см., например, П. Эрриот. Регулирование производственных процессов, М.: Энергия, 1967, стр.249-257) или технологический контроллер типа ТСМ41 в составе многофункционального комплекса программно-аппаратных средств для построения распределенных систем управления МФК "ТЕХНОКОНТ", ООО "СП ТИЛЛЕВ", г.Чебоксары, или управляющий комплекс типа "Experion PKS", фирмы HONEYWELL (USA).General industrial regulators 11, 13, 15 - regulators of free programming of control laws that are able to implement an algorithm for automatic control of objects with significant net lag - "Smith Predator" (see, for example, P. Herriot. Regulation of production processes, M .: Energy, 1967, p. 249-257) or a technological controller of the TCM41 type as part of a multifunctional complex of software and hardware for building distributed control systems of the multifunctional complex "TECHNOKONT", LLC "SP TILLEV", Cheboksary, or the managing com Lex type "Experion PKS", HONEYWELL company (USA).
Датчики давления - общепромышленные коррозионно-стойкие в среде обогащаемого продукта, например типа ""САПФИ-22МТ"" (ОАО "МАНОМЕТР", г.Москва, Россия), или типа "МЕТРАН 100" (Чебоксарское ПО "ПРОМПРИБОР", Россия), или серии ADZ-SML-10 фирмы "NAGANO" /Германия/.Pressure sensors - general industrial corrosion-resistant in the environment of an enriched product, for example, type "SAPFI-22MT" (OJSC "MANOMETR", Moscow, Russia), or type "METRAN 100" (Cheboksary PO "PROMPRIBOR", Russia), or ADZ-SML-10 series of the company "NAGANO" / Germany /.
Измерители мощности - отдельные общепромышленные измерители электрической мощности серии ЭП8504, ЭП8507 (Россия).Power meters are separate general industrial meters of electric power of the EP8504, EP8507 series (Russia).
В случае применения для управления нагревателями-испарителями аналоговых усилителей мощности, как, например, усилитель тиристорный пропорциональный типа У13М производства МЗТА (г.Москва), в качестве индикатора мощности можно использовать унифицированный управляющий сигнал на входе усилителя У13М, пропорциональный выходной мощности усилителя, работающего на активную нагрузку.If analog power amplifiers are used to control heaters-evaporators, such as, for example, a proportional thyristor amplifier type U13M manufactured by MZTA (Moscow), a unified control signal at the input of the amplifier U13M proportional to the output power of an amplifier running on active load.
В системах стабилизации поз.20, 23, 17 также возможно применение отдельно датчиков потока фирмы "BRONKHORST HI-TEC" или "MKS - Inc", или "Cole-Parmer International' или "EMERSON"; или электроуправляемых дросселей фирмы "BRONKHORST HI-TEC" или "MKS Inc", или "Cole-Parmer International", "EMERSON", или ОАО "АРМАГУС" (г.Гусь-Хрустальный), пропорциональных электромагнитных дросселей серии А-32 фирмы "Cole-Parmer Int." (USA); общепромышленных регуляторов 9, 16, 26, 38 - типа "МИНИТЕРМ 400", типа "ПРОТАР" производства Московского Завода Тепловой Автоматики (МЗТА, г.Москва, Россия) или типа "UDC6300", "UDC2300", "UDC1000", "UDC1500" фирмы "HONEYWELL", или алгоритмов управления автоматических регуляторов в составе программного обеспечения общепромышленных управляющих комплексов (например, управляющего комплекса типа "Experion PKS" фирмы HONEYWELL), технологического контроллера типа ТСМ41 в составе многофункционального комплекса программно-аппаратных средств для построения распределенных систем управления МФК "ТЕХНОКОНТ", ООО "Тиллев" (г.Чебоксары, Россия).In stabilization systems pos.20, 23, 17 it is also possible to use separately flow sensors from BRONKHORST HI-TEC or MKS - Inc, or Cole-Parmer International 'or EMERSON; or electrically controlled chokes from BRONKHORST HI- TEC "or" MKS Inc ", or" Cole-Parmer International "," EMERSON ", or OJSC" ARMAGUS "(Gus-Khrustalny), proportional electromagnetic chokes A-32 series of the company" Cole-Parmer Int. "(USA ); general industrial regulators 9, 16, 26, 38 - of the MINITERM 400 type, of the PROTAR type of production of the Moscow Thermal Automation Plant (MZTA, Moscow, Russia) or of the UDC6300, UDC2300, UDC1000, "UDC1500" of the company "HONEYWELL", or algor the results of the control of automatic regulators as part of the software for general industrial control complexes (for example, a control complex of the Experion PKS type by HONEYWELL), a technological controller of the TCM41 type as part of a multifunctional complex of software and hardware for building distributed control systems of the multifunctional complex Tekhnokont, Tillev LLC "(Cheboksary, Russia).
Уровнемеры 8 - общепромышленные, например, емкостные типа ДУЕ-1 производства АО "Завод Старорусприбор" (Россия).Level gauges 8 are general industrial, for example, capacitive type DUE-1 manufactured by JSC Staroruspribor Plant (Russia).
Регулирующие органы 34, 35, 29 - пропорциональные электромагнитные клапаны серии А-32 фирмы "Cole-Parmer International", или электроуправляемые дроссели производства ООО "АРМАГУС" (г.Гусь-Хрустальный), или электроуправляемые клапаны фирмы "KAMMER", "SAMSON" (Германия), "REGADA" (Чехия).Regulatory bodies 34, 35, 29 - proportional solenoid valves of the A-32 series of Cole-Parmer International firm, or electrically controlled throttles manufactured by ARMAGUS LLC (Gus-Khrustalny city), or electrically controlled valves of KAMMER, SAMSON company (Germany), "REGADA" (Czech Republic).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005100256/15A RU2299090C2 (en) | 2005-01-12 | 2005-01-12 | Method of the automatic control over hydrodynamics of the column of the target component production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005100256/15A RU2299090C2 (en) | 2005-01-12 | 2005-01-12 | Method of the automatic control over hydrodynamics of the column of the target component production |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005100256A RU2005100256A (en) | 2006-06-20 |
RU2299090C2 true RU2299090C2 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=36713756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005100256/15A RU2299090C2 (en) | 2005-01-12 | 2005-01-12 | Method of the automatic control over hydrodynamics of the column of the target component production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2299090C2 (en) |
-
2005
- 2005-01-12 RU RU2005100256/15A patent/RU2299090C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МУСХЕЛИШВИЛИ Г.Н. Элементы, устройства и системы автоматического управления процессами концентрирования стабильных изотопов в насадочных колоннах. - Тбилиси: Издательство Тбилисского университета, 1978, с.18-23, 147-152. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005100256A (en) | 2006-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI484310B (en) | Material gas concertration control system | |
KR20140046475A (en) | Material vaporization supply device equipped with material concentration detection mechanism | |
JP5703114B2 (en) | Raw material vaporizer | |
US11094563B2 (en) | Fluid control system | |
KR20100048895A (en) | Material gas concentration control system | |
KR20180103708A (en) | Gas control system, deposition apparatus including gas control system, and program and gas control method used for gas control system | |
KR20170135708A (en) | Flow rate control device and storage medium on which is stored a program for a flow rate control device | |
US6921193B2 (en) | Chemical concentration control device for semiconductor processing apparatus | |
JP6446098B2 (en) | Method and apparatus for continuously producing a carrier gas / steam mixed stream | |
RU2299090C2 (en) | Method of the automatic control over hydrodynamics of the column of the target component production | |
Mukhitdinov et al. | Control of the rectification column to ensure the required quality of the top product | |
EP3320336B1 (en) | Crude oil blending using total boiling point analysis | |
RU2449827C1 (en) | Apparatus for automatic control of fractionation process | |
TW201816170A (en) | Gas control system and film formation device provided with gas control system | |
US3394053A (en) | Fractionator control system with material balance computer and feedback control | |
JP4113121B2 (en) | Method for controlling separation of a mixture containing multiple substances | |
US11698649B2 (en) | Vaporization system and concentration control module used in the same | |
Zhang | Offset‐Free Inferential Feedback Control of Distillation Compositions Based on PCR and PLS Models | |
RU2411071C1 (en) | Method and device for gas odorising | |
Mukhitdinov et al. | CURRENT STATE OF MODELING PROBLEMS AND MANAGEMENT OF RECTIFICATION PROCESSES | |
RU2534239C1 (en) | Method for automatic control of evaporation process in evaporation installation | |
JP5145193B2 (en) | Material gas concentration control system | |
TWI695971B (en) | Measuring instrument, etching system, silicon concentration measuring method and silicon concentration measuring program | |
CN100359642C (en) | Soup concentration controller of semiconductor processing appts. | |
RU2314147C2 (en) | Distillation tower operation control and monitoring method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20121114 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130627 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20140702 |
|
QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20140702 Effective date: 20150608 |
|
HE4A | Change of address of a patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20150908 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160113 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170111 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180113 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180926 |
|
QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20150908 Effective date: 20190122 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |