способ автоматического управления спиртовой колонной брагоректификационной установки

Формула изобретения

Способ автоматического управления спиртовой колонной брагоректификационной установки, заключающийся в регулировании давления в ее нижней части подачей греющего пара, отбора спирта с одной из верхних тарелок колонны, величину которого корректируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры паровой фазы над контрольной тарелкой колонны, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор спиртовой колонны, отличающийся тем, что расход охлаждающей воды в дефлегматор спиртовой колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора спиртовой колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматическому управлению спиртовой (ректификационной) колонной брагоректификационной установки (БРУ) непрерывного действия спиртового производства или иных производств.

Известен способ автоматического управления спиртовой колонной брагоректификационной установки [Мандельштейн М.Л. Автоматические системы управления технологическим процессом брагоректификации. М., Пищевая промышленность, 1975, с.168-171], заключающийся в регулировании давления в ее нижней части подачей греющего пара, отбора пастеризованного спирта с одной из верхних тарелок колонны, величину которого корректируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры паровой фазы над контрольной тарелкой колонны, стабилизации температуры отходящей из дефлегматора колонны охлаждающей воды изменением ее расхода на входе в конденсатор и дефлегматор спиртовой колонны.

Недостатком данного способа автоматического управления в части спиртовой колонны является то, что регулирование температуры отходящей воды из дефлегматора спиртовой колонны не обеспечивает стабильного режима его работы, что может приводить к нарушению процесса ректификации в колонне и, следовательно, к уменьшению производительности колонны, снижению качества спирта, повышенному отбору непастеризованного спирта и увеличению удельных затрат тепловой энергии. При этом поток непастеризованного спирта из конденсатора имеет незначительную концентрацию вредных примесей и подается на верхние тарелки эпюрационной колонны или на питательную тарелку разгонной колонны. При этом температура конденсата на выходе из дефлегматора, который подается на верхние тарелки спиртовой колонны, может изменяться в широком диапазоне, что способствует возникновению в массообменных процессах на тарелках колонны колебательных явлений. Причиной значительных изменений температуры конденсата на выходе дефлегматора является то, что в известном способе объект управления по каналу управления: вход - расход охлаждающей воды в конденсатор и дефлегматор, выход - температура отходящей воды из дефлегматора, обладает большой инерционностью, существенным транспортным запаздыванием, а управляющее воздействие имеет переменные во времени характеристики, поскольку в качестве охлаждающей воды применяется, как правило, вода из рек, прудов или водооборотных систем, которая имеет широкий диапазон колебаний температуры, как сезонный, так и суточный. Кроме того, величина выходного параметра объекта управления «температура отходящей из дефлегматора воды» зависит от нагрузки спиртовой колонны, степени загрязнения поверхностей теплообмена дефлегматора и не является достаточной, в целях управления, оценкой состояния массообменных процессов в дефлегматоре спиртовой колонны по указанным выше причинам.

Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности в части спиртовой колонны является способ автоматического управления непрерывно действующим трехколонным брагоректификационным аппаратом [SU 206494 A, опубл. 08.12.1967], в котором регулируют давление низа спиртовой колонны изменением расхода греющего пара, подаваемого в ее низ, подачу воды в дефлегматор через конденсатор колонны регулируют в зависимости от разности заданного и текущего давления верха спиртовой колонны, стабилизируют отбор спирта с одной из верхних тарелок колонны на заданном уровне, величину отбора спирта корректируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры паровой фазы над контрольной тарелкой колонны.

Недостатком данного способа автоматического управления является одновременное регулирование давления низа и верха спиртовой колонны, которое приводит к возникновению колебательных явлений в массообменных процессах колонны, уменьшению ее производительности, повышенному расходу греющего пара и снижению качества пастеризованного спирта.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа автоматического управления спиртовой колонной БРУ, заключается в улучшении качества получаемого спирта, снижении удельных затрат греющего пара и повышении производительности спиртовой колонны.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического управления спиртовой колонной брагоректификационной установки, заключающемся в регулировании давления в ее нижней части подачей греющего пара, отбора спирта с одной из верхних тарелок колонны, величину которого корректируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры паровой фазы над контрольной тарелкой колонны, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор спиртовой колонны, причем, согласно изобретению, расход охлаждающей воды в дефлегматор спиртовой колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора спиртовой колонны.

В предлагаемом способе автоматического управления выходной параметр объекта управления «температура конденсата на выходе дефлегматора спиртовой колонны» обладает меньшими, чем в прототипе, инерционностью и транспортным запаздыванием, однозначно и достаточно точно, для целей управления, определяет состояние массообменных процессов в дефлегматоре спиртовой колонны и позволяет эффективно управлять составом паровой фазы в дефлегматоре и конденсаторе спиртовой колонны, что, в свою очередь, способствует получению на выходе конденсатора потока жидкой фазы с более высоким содержанием вредных примесей этилового спирта. Кроме того, конденсат с постоянной температурой, подаваемый из дефлегматора на верхние тарелки спиртовой колонны в составе флегмы, обеспечивает стабильность массообменных процессов на тарелках и повышение эффективности колонны.

На фигуре для реализации предложенного способа автоматического управления представлен узел спиртовой колонны с совмещенной функциональной схемой системы автоматического управления в составе БРУ.

Узел состоит из спиртовой колонны 1, дефлегматора 2, конденсатора 3. Приняты обозначения: ЗДНК - задание на давление низа колонны, ЗРСП - задание на расход спирта пастеризованного, ЗТКД - задание на температуру конденсата на выходе дефлегматора, ЗТКТ - задание на температуру над контрольной тарелкой, НПС - непастеризованный спирт (жидкость), ПНПС - пары непастеризованного спирта, ОВ - охлаждающая вода, СКРСП - сигнал коррекции расхода спирта пастеризованного, СП - спирт пастеризованный.

Спиртовая колонна снабжена датчиком давления 4, установленным в нижней части колонны и связанным с регулятором 5, который воздействует на исполнительный механизм 6 на линии подачи греющего пара в спиртовую колонну, датчиком 7 расхода спирта пастеризованного, установленным на трубопроводе и связанным с регулятором 8, воздействующим на исполнительный механизм 9, который изменяет объем отбираемого спирта из зоны пастеризации спирта в верхней части колонны, датчиком 10 температуры конденсата, установленным на трубопроводе, отводящем конденсат из дефлегматора, и связанным с регулятором 11, воздействующим на исполнительный механизм 12 на линии подачи охлаждающей воды в дефлегматор. Регулятор 11 изменяет расход охлаждающей воды, подаваемой в дефлегматор спиртовой колонны, с помощью исполнительного механизма 12 в функции от разности заданной и текущей температур конденсата на выходе из дефлегматора, измеряемой датчиком температуры 10.

Подачу материальных потоков осуществляют следующим образом: греющий пар подают из котельной в коллектор, давление в котором поддерживают на заданном уровне регулятором, и направляют в кипятильник спиртовой колонны, охлаждающую воду подают под заданным давлением в конденсатор и дефлегматор эпюрационной колонны. Поток эпюрата подают по трубопроводу на питательную тарелку спиртовой колонны. Из конденсатора через фонарь выводят НПС, избыток которого возвращают в спиртовую колонну. Конденсат из дефлегматора спиртовой колонны, освобожденный в значительной степени от компонентов вредных примесей спирта, в полном объеме поступает на верхнюю тарелку колонны.

Автоматическое управление спиртовой колонной БРУ, в соответствии с заявленным способом, осуществляют следующим образом.

Регулятор 5 управляет с помощью исполнительного механизма 6 расходом греющего пара, поступающего в спиртовую колонну, в зависимости от разности ЗДНК и давления в ее нижней части, измеренного датчиком 4. Регулятор 8 управляет с помощью исполнительного механизма 9 отбором СП с одной из тарелок зоны пастеризации спирта верха спиртовой колонны в зависимости от разности ЗРСП и текущего расхода СП, измеренного датчиком 7. Величина задания ЗРСП корректируется регулятором 14 в функции от разности величины ЗТКТ и текущего значения температуры паровой фазы над контрольной тарелкой спиртовой колонны, измеренного датчиком 13. Тепловой режим дефлегматора 2 и конденсатора 3 управляется регулятором 11, который, изменяя расход охлаждающей воды с помощью исполнительного механизма 12, поддерживает температуру конденсата на выходе дефлегматора спиртовой колонны, измеряемую датчиком 10, в соответствии с заданным значением ЗТКД. Необходимо отметить, что задание регулятору температуры конденсата на выходе из дефлегматора устанавливают из условия максимального содержания вредных примесей спирта в паровой фазе, поступающей в конденсатор 3, с целью дальнейшего их вывода в жидком виде из конденсатора.

Для удаления в значительной степени из конденсата на выходе дефлегматора спиртовой колонны вредных примесей достаточно с высокой точностью автоматически стабилизировать температуру этого потока подачей охлаждающей воды. Задание ЗТКД регулятору 11 на температуру конденсата на выходе из дефлегматора спиртовой колонны может находиться, например, в диапазоне от 74 до 76 градусов Цельсия, что обеспечивает переход в конденсатор 3 компонентов вредных примесей в составе паровой фазы. Более точно пределы диапазона заданий на температуру можно определить по результатам анализа состава примесей спирта, получаемого из конкретного вида сырья. При этом в дефлегматоре спиртовой колонны устанавливается стационарный массообменный процесс между жидкой и паровой фазами. Компоненты вредных примесей в верхней части спиртовой колонны, как более летучие вещества по сравнению с этиловым спиртом, переходят в паровую фазу в виде азеотропных смесей с водой и другими компонентами или непосредственно в виде паров. Затем паровой поток поступает в конденсатор 3, в котором охлаждается до жидкого состояния, и компоненты вредных примесей этилового спирта в составе жидкости могут быть удалены из колонны. Из дефлегматора 2 поток конденсата, содержащий уже существенно меньшее количество вредных примесей, возвращается в составе потока флегмы на верхнюю тарелку спиртовой колонны. Существующие способы автоматического управления спиртовой колонной, основанные на регулировании температуры отходящей воды из дефлегматора или давления верха спиртовой колонны, не обеспечивают стабильность массообменных процессов в колонне, что снижает качество СП, уменьшает производительность колонны и вызывает увеличение удельного расхода греющего пара. Повышение качества СП в предлагаемом способе автоматического управления спиртовой колонной достигается за счет увеличения точности стабилизации температуры конденсата на выходе из дефлегматора спиртовой колонны, что обеспечивает более полное выделение в концентрированном виде вредных примесей этилового спирта в конденсаторе колонны и их удаление. Этими мерами обеспечивается также улучшение физико-химических и органолептических свойств СП, что соответствует повышению его качества. Регулирование температуры конденсата на выходе дефлегматора спиртовой колонны повышает точность поддержания технологического режима колонны и снижает в ней удельный расход греющего пара.