Рассм. кристаллизатор с выносным холодильником. Показателем эффективности процесса явл. размер получаемых кристаллов. Для обеспечения текучести и неслеживаемости кристаллических веществ необходимо получать кристаллы одинакового размера. Это и является целью управления. Размер кристаллов с одной стороны определяется условиями при которых проводится процесс (температура в аппарате, интенсивность осаждения и перемешивания раствора) а с другой стороны свойствами поступающего на кристаллизацию раствора (степень насыщения тв.фазы, т.е. начальной концентрацией, а также температурой, содержанием примесей и т.п.). температура в аппарате будет постоянной при соблюдении температурного баланса процесса:
Gpcptp + Gxcxtx’ + Gkp*rkp = Gmpcmptmp + Gxcxtx’’ + Gсcctc
Где Gp , Gmp ,Gс , Gx – расходы соответственно раствора, маточного раствора, суспензии, хладогента.
Gkp – количество образующихся кристаллов в еденицу времени
Ср, Смр, Сс, Сх – уделные теплоемкости раствора, маточного раствора, суспензии, хладогента.
tp, tmp, tc – температуры раствора, маточного раствора, суспензии
tx’, tx’’ – начальная и конечная температуры теплоносителя.
rkp – теплота кристаллизации
Многие из этих – температура раствора, конечная температура хладогента, расход кристаллов и теплоемкость хладогента изменяются во времени. Поэтому для обеспечения постоянства температуры в аппарате необходимы регулирующие воздействия и наиболее удобным из них является изменение расхода хладогента.
Интенсивность охлаждения раствора при постоянной температуре в аппарате будет определяться скоростью прохождения раствора через аппарат. Для поддержания ее постоянства стабилизируют расход раствора. Интенсивность перемешивания раствора в кристаллизаторе при использовании насосов с постоянными характеристиками можно считать постоянными.
Концентрация твердой фазы в исходном растворе, его температура и наличие примесей являются начальными параметрами процесса, которые определяются предыдущими процессами. Их изменения будут приводить к нарушению технологического режима кристаллизации. В связи с тем, что в кристаллизаторе возникают многочисленные возмущения в качестве регулируемой величины следовало бы взять размер кристаллов. Однако в настоящее время нет датчиков, которые как непосредственно так и косвенно измеряющих размер кристаллов. Поэтому приходится ограничиваться стабилизацией температуры в аппарате изменением расхода хладогента или раствора. Для поддержания материального баланса кристаллизатора нужно стабилизировать уровень жидкости в аппарате. Регулирующим воздействием при этом может быть изменение расхода суспензии, т.к. маточный раствор выводится из аппарата за счет перелива, то его расход не регулируется. Стабилизация всех этих параметров обеспечивает заданные размеры кристаллов. Контролировать расходы поступающего раствора, маточного раствора, суспензии и хладоносителя, их температуры а также уровень и температуру в кристаллизаторе. Контролируются и сигнализируются параметры насосов раствора и суспензии.
Регулирование концентрации кристаллов в суспензии. В отдельных случаях параметром, характеризующим кристаллизатор является концентрация кристаллов в суспензии. Тогда требуется управлять процессом таким образом, чтобы концентрация была постоянной и максимально возможной для данных условий. Концентрация кристаллов в суспензии в некоторой степени характеризует и их размер. Чем она больше, тем интенсивнее идет процесс кристаллизации и тем больше кристаллов.
На практике концентрацию кристаллов определяют по плотности суспензии. Регулирующие воздействия вносят путем изменения расхода исходной смеси. Все остальные узлы регулирулирования такие же как и в типовом режиме.
Рис. 4. Типовая схема автоматизации процесса кристаллизации:
1 — холодильник; 2 — кристаллизатор; 3 — насос суспензии;
4 — циркуляционный насос
