Лекция № 8. Регулирование рН

Системы регулирования рН можно подразделить на два типа в зависимости от требуемой точности регулирования. Если скорость изменения рН невелика, а допустимые пределы её колебаний достаточно широки, применяют позиционные системы регулирования, поддерживающие рН в заданных пределах: рНН рН рНВ. Ко второму типу относятся системы, обеспечивающие регулирование процессов, в которых требуется точное поддержание рН на заданном значении (например, в процессах нейтрализации). Для их регулирования используют непрерывные ПИ-или ПИД-регуляторы.

Общей особенностью объектов при регулировании рН является нелинейность их статических характеристик, связанная с нелинейной зависимостью рН от расходов реагентов. На рис. 3.15 показана кривая титрования, характеризующая зависимость рН от расхода кислоты G1. Для различных заданных значений рН на этой кривой можно выделить три характерных участка: первый (средний), относящийся к почти нейтральным средам, близок к линейному и характеризуется очень большим коэффициентом усиления; второй и третий участки, относящиеся к сильно щелочным или кислым средам, обладают наибольшей кривизной.

Рис. 3.15. Зависимость величины рН от расхода реагента

На первом участке объект по своей статической характеристике приближается к релейному элементу. Практически это означает, что при расчёте линейной АСР коэффициент усиления регулятора настолько мал, что выходит за пределы рабочих настроек промышленных регуляторов. Так как собственно реакция нейтрализации проходит практически мгновенно, динамические характеристики аппаратов определяются процессом смешения и в аппаратах с перемешивающими устройствами достаточно точно описываются дифференциальными уравнениями первого порядка с запаздыванием. При этом, чем меньше постоянная времени аппарата, тем сложнее обеспечить устойчивое регулирование процесса, так как начинают сказываться инерционность приборов и регулятора, и запаздывание в импульсных линиях.

Для обеспечения устойчивого регулирования рН применяют специальные системы. На рис. 3.16, а показан пример системы регулирования рН с двумя регулирующими клапанами. Клапан 1, обладающий большим условным диаметром, служит для грубого регулирования расхода и настроен на максимальный диапазон изменения выходного сигнала регулятора [хРН, хРВ] (рис.2.16,б, кривая 1). Клапан 2, служащий для точного регулирования, рассчитан на меньшую пропускную способность и настроен таким образом, что при хр=хр0+Δ он полностью открыт, а при хр=хр0-Δ - полностью закрыт (кривая 2). Таким образом, при незначительном отклонении рН от рН0, когда хр0-Δ£хр£хр0+Δ, степень открытия клапана 1 практически не изменяется, и регулирование ведётся клапаном 2. Если |хр-хр0|>Δ , клапан 2 остаётся в крайнем положении, и регулирование осуществляется клапаном 1.

Рис. 3.16. Пример системы регулирования рН:

а – функциональная схема; б – статические характеристики клапанов; 1,2 – регулирующий клапан; 3 – регулятор рН.