Способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в пульсационной колонне

 

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ В ПУЛЬСАЦИОННОЙ КОЛОННЕ путем регулирования амплитуды пульсаций жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизации концентрации экстрагируемого вещества изменением расхода экстрагента, регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, отличаюсцийся тем, что, с целью повышения эффективности проведения процесса, дополнительно измеряют величину пульсаций перепада давления и концентрацию, извлекаемого компонента в сырье, в зависимости от которых регулируют - амплитуду пульсаций жидкости в верхней части колонны , и стабилизируют величину пульсаций перепада давления воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в § нижней части колонны. CuptS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

Сирие

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3418746/23-26 (22) 07.04.82 (46) 07.06.84. Бюл. 9 21 (72) H.È.Егоров и А .А .Ëåáeäeâ (71) Казанский ордена Трудового Красного знамени химико-технологический институт им. С.M .Kèðîâà (53) 66.012-52(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 645670, кл. В 01 D 11/04, 1974, 2. Авторское свидетельство СССР

М 865319, кл. В 01 D 11/04, 1980. (54)(57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЖИДКОСТНОЙ 3КСТРАКЦИИ В ПУЛЬСАЦИОННОЙ КОЛОННЕ путем регулирования амплитуды пульсаций И5)) В 01 D 11/04, Q 05 D 2 жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизации концентрации экстрагируемого вещества изменением расхода экстрагента, регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, отличающийс ятем,что,с целью повышения эффективности проведения процесса, дополнительно измеряют величину пульсациЯ перепада давления и концентрацию. извлекаемого компонента в сырье, в зависимости от которых регулируют, амплитуду пульсаций жидкости в верхней части колонны, и стабилизируют величину пульсаций перепада давления воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в

С2 нижней части колонны.

1095926

Изобретение относится к автоматическому управлению массообменными процессами, в частности процессом жидкостной экстракции в пульсационных колоннах, и может быть использовано в в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен способ автоматического регулирования процессом противоточной экстракции, осуществляемой в колонне, работающей в пульсирующем режиме, за-10 ключающийся в стабилиэацйи концентрации экстрагируемого вещества в колонне изменением расхода экстрагента в колонну и стабилизации величины задержки дисперсной фазы в колонне воз-1 действием на амплитуду пульсаций, жидкости в колонне (1 J.

Наиболее близким к предлагаемому является способ !àâòîìàòè÷åñêoão управ° ления процессом жидкостной экстракции путем регулирования амплитуды пульса- . ции жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизации концентрации экстрагируемого вещества в колонне изменением расхода экстр агента, регулирования величины задерж ки дисперсной фазы в колонне воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в колонне и регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта (2, Однако известный способ.автоматического управления имеет тот недоста-, ток, что задержка дисперсной фазы, измеряемая по величине статического перепада давления на участке колонны,з5 не может служить мерой подводимой к процессу энергии, так как задержка дисперсной фазы может иметь одинаковые значения при низкой и высокой величине подводимой внешней энергии. 40

Поэтому величина задержки дисперсной фазы не позволяет регулировать количество подводимой энергии в процесс.

Задержка дисперсной фазы, зависящая от расходо сплошной и дисперсной 45 фаз,не определяет и оптимальный развитый гидродинамический режим работы аппарата.

Кроме того, при повышении интенсивности процесса путем увеличения воздействия на амплитуду пульсаций жидкости в колонне значительно снижается производительность аппарата.

Цель изобретения — повышение эффективности проведения процесса °

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом жидкостной экстракции в пульсационной колонне путем регулирования амплитуды пульсаций жидкости в зависимости от перепада 60 давления в колонне, стабилизации концентрации зкстрагируемого вещества изменением расхода экстрагента, регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, до-65 полнительно измеряют величину пульсаций перепада давления и концентрацию извлекаемого компонента в сырье, в зависимости от которых регулируют амплитуду пульсаций жидкости в верхней части колонны, и стабилизируют величину пульсаций перепада давления воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в нижней части колонны.

Измерение величины пульсации перепада давления, образуемого на гидравлическом сопротивлении насадки колонны, осуществляют в течение времени, когда направление движения сплошной фазы совпадает с направлением пульсации .жидкости. Это позволяет измерить величину диссипации энергии в единице объема в единицу времени, которая более объективно и однозначно характеризует гидродинамическую обстановку в аппарате и обладает большим быстродействием к возмущающим воздействиям: изменениям расходов фаз, геометрических размеров насадки, физических свойств фаз, внешних условий, интенсивности пульсаций. Измерение величины диссипации энергии позволяет также проводить техническое диагностирование аппаратов с внешним подводом энергии.

Измерение и коррекция величины пульсирующего перепада давления, а значит и величины диссипации энергии, в верхней части колонны по концентрации извлекаемого компонента в сырье увеличйвают быстродействие процесса регулирования к главному возмущающе- ° му воздействию — изменению концентрации компонента в сырье.

Стабилизацию величины пульсаций перепада давления в нижней части колонны проводят на уровне, обеспечивающем стабилизацию величины диссипайии энергии в режиме, при котором достигается максимальная пропускная способность аппарата. Благодаря этому повышается скорость коалесценции мелких капель, проникающих из верхней части колонны, и увеличивается производитель. ность аппарата в целом.

На реализации способа автоматического управ-, ления.

Система автоматического управления процессом жидкостной экстракции включает колонну 1 с насадкой, пульсационную камеру 2, генератор 3 пульсаций, систему автоматической стабилизации концентрации экстрагируемого вещества в колонне, содержащую датчик 4, регулятор 5 и регулирующий клапан б, систему автоматической стабилизации уровня раздела фаз, содержащую датчик

7, регулятор 8 и. регулирующий клапан

9, систему автоматического регулирования величины пульсаций перепада давления в верхней части колонны, содержащую датчик 10, регулятор 11 и

1095926

65 регулирующий клапан 12, систему автоматической коррекции величины пульсаций перепада давления в верхней части колонны по концентрации извлекаемого компонента в сырье, содержащую дат чик концентрации 13 и корректирующий регулятор 14, систему автоматической стабилизации величины пульсаций перепада давления в нижней части колонны, содержащую датчик 15, регулятор 16 и регулирующие клапаны 17 и 18, !О

Способ осуществляют следующим образом, В колонне 1 с помощью датчика 4 измеряют концентрацию экстрагируемого вещества и стабилизируют ее величину 15 регулятором 5, воздействуя на регулирующий клапан 6, расположенный на линии подачи экстрагента в колонну.

Путем изменения подачи экстрагеята .в колонну поддерживается величина концентрации компонента в рафинате на заданном значении.

Измерение положения уровня раздела фаз в колонне производят датчиком

7 и стабилизируют его величину регу лятором 8, воздействуя на регулирующий клапан 9, расположенный на линии отвода нижнего продукта, Путем изменения отвода нижнего продукта поддерживают положение уровня раздела фаз на заданном значении и материальный баланс в колонне.

Величину пульсаций перепада давления в верхней части колонны, характеризующей количество диссипаций энергии в единице объема в единицу време- 5 ни, измеряют по значению площади импульса пульсирующего перепада давления яа гидравлическом сопротивлении насадки колонны в течение времени, когда направление сплошной фазы сов- 40 падает с направлением пульсаций жидкос ти в колонне, с помощью датчика 10.

Сигнал от датчика 10 поступает на регулятор 11, вырабатывающий управ-. ляющее воздействие на регулирующий . 45 клапан 12, установленный на линии по1дачи пульсации от генератора 3. Изменение управляющего воздействия на кла пан 12 приводит к изменению гидравлического сопротивления в линии подачи 50 пульсаций, что изменяет амплитуду пульсаций жидкости в пульсационной камере 2 и, следовательно, в колонне 1.

Концентрация извлекаемого компонента s сырье измеряется датчиком 13.

Сигнал от датчика 13 поступает на регулятор 14, который вырабатывает корректирующий сигнал, поступающий в качестве заданного значения на ре- 60 гулятор 11, регулирующий величину дисснпации энергии в верхней части колонны. Величина задания на регулятор 11 изменяется пропорционально концентрации компонента в сырье и, соответственно, также пропорционально изменяется управляющее воздействие на регулирующий клапан 12. Вследствие этого величина пульсаций перепада давления, а значит и величина диссипации энергии, в верхней части колонны будет изменяться также в соответствии . с концентрацией сырья, что увеличивает быстродействие регулирования к главному возмущающему воздействию— изменению концентрации компонента в сырье и приводит к более рациональному использованию подводимой внешней энергии.

°

Значение диссипации энергии, определяемое величиной пульсаций перепада давления, в нижней части колонны измеряется датчиком 15 по величине пульсирующего перепада давления на гидравлическом сопротивлении насадки этой части колонны. Сигнал от датчика 15 поступает на регулятор 16, вырабатывающий управляющие воздействия на регулирующие клапаны 17 и 18, установленные на линиях подачи пульсирующей жидкости в нижнюю часть и середину колонны от пульсационной камеры 2.

Регулирующие клапаны подобраны таким образом, чтобы при открывании клапана

17 клапан 18 закрывался и наоборот, а общее гидравлическое сопротивление обоих клапанов оставалось примерно постоянным.

При изменении величины диссипации энергии в нижней части колонны (например, от управляющего воздействия регулятора 11) регулятор 16 вырабатывает такое управляющее воздействие на клапан 17, которое, изменяя поток пульсирующей жидкости, стабилизирует величину диссипации энергии яа заданном значении в этой части аппарата.

Клапан 18 перемещается при этом в обратном направлении, оставляя общий поток пульсирующей жидкости, а значит и величину диссипации энергии, в верхней части колонны пропорциональным концентрации извлекаемого компонента в сырье.

Заданная величина диссигации энергии в нижней части колонны выбирается, исходя из максимальной пропускной способности аппарата. В этом режиме под насадкой, например,/ситчатыми тарелками, образуется плотный слой диспер сной фазы, что способствует повышению скорости коалесценции капель. Это вызывает укрупнЕние капель дисперсной фазы, проникающих из верхней части колонны, и вследствие этого увеличение пропускной способности аппарата в в целом.

Заданную величину диссипации энергии в единице объема в единицу времени определяют в зависимости от режимных параметров по формуле

1095926

Составитель Н. Егоров

Редактор A,Âëàñåíêî Техред Л.Коцюбняк Корректор Л,Пилипенко

Заказ .4055/46 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Е = К „(af)3 + а .х.ч5 + К2х ° (af) где Š— величина диссипации энергии в единице объема в единицу времени, В т/с;

Š— частота пульсаций, Гц; 5 а - размах колебаний жидкости в колонне, м; разность удельных весов, фаз, н/M3; х — задержка дисперсной фазы в единице объема;

К „, К2 — коэффициенты, учитывающие геометрические размеры аппарата и физические свойства жидкости, 15

Увеличение скорости коалесценции в нижней части колонны и устранение проскока мелких капель дисперсной фазы на выходе сплошной фазы (нижнего продукта) позволяет повысить интенсивность пульсаций в верхней части колонны. и, следовательно, эффективность аппарата.

Пульсация вводилась снизу и в се— редине колонны, В качестве первичных измерительных преобразователей концентрацией 4 и 13 использовались кондуктометрические датчики, включенные в измерительные схемы автоматических мостов 5 и 14 типа КСМ-4 с встроенными автоматическими регуляторами, Датчи30 ком уровня раздела фаз 7 служил дифманометр ДМ-П2, Датчиками диссипации энергии 10 и 15 были использованы диф- манометры ДС-З1, на входе которых были включены полупроводниковые диоды35 и автоматические потенциометры КСП-4., с встроенными пневматическими регуляторами, служащие пневматическими преобразователями. В качестве регуляторов 8, 11 и 16 использовались регули 40 рующие устройства ПРЗ-21 с вто ричными приборами ПВ10-1Э, а ре- . гулирующих клапанов 6, 9, 12, 17 и 18 — клапаны с пневмоприводами типа ПРК. 45

В рабочем диапазоне изменения нагрузки в колонне от 6 до 42 м3/м ч, интенсивности пульсаций (произведение двойной амплитуды на частоту) 0,00450,022 м/с наблюдался устойчивый гидродинамический режим в колонне, постоянство величины диссипации энергии в рабочем объеме колонны и степени извлечения экстрагируемого компонента в рафинате. Изменение нагрузки в указанных пределах при стабилизации величины диссипации энергии компенсировалось системой автоматического управления изменением амплитуды пульсаций жидкости в колонне.

Наблюдалось увеличение производи» ) тельности (нагрузки захлебывания) колонны в режимах с регулированием величины диссипации энергии по высоте аппарата по сравнению с режимами, когда величина диссипации энергии была постоянна во всем рабочем объеме аппарата. Например, при интенсивностях пульсаций в нижней части колонны 0,009 м/с и верхней части колонны 0,013 м/с предельная нагрузка составила 38 м1/м) ч, а при одинаковой интенсивности пульсаций по всему рабочему объему колонны 0,013 м/с предельная нагрузка. составила

36 м /м) ч, в другом режиме при интенсивностях пульсаций в нижней части колонны 0,009 м/с и верхней части колонны 0,015 м/с предельная нагрузка была 31 мз/м2/ч.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: увеличение эффективности процесса на 5-15%, производительности в 1,5-2 раза, уменьшение расхода экстрагента, обеспечение более высокой точности подцержания заданного значения концентрации компонента в продукте, обеспечение возможности регулирования величины подвода внешней энергии, статической оптимизации и технической диагностики про цессом жидкостной экстракции.