Способ автоматического управления сивушной колонной брагоректификационной установки
Изобретение относится к автоматическому управлению сивушной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия спиртового производства или иных производств. Согласно изобретению способ предусматривает регулирование давления в нижней части сивушной колонны подачей греющего пара, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор сивушной колонны, при этом расход охлаждающей воды в дефлегматоре сивушной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора сивушной колонны. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого спирта и снижение удельных затрат греющего пара. 1 ил.
Изобретение относится к автоматическому управлению сивушной колонной (СК) брагоректификационной установки (БРУ) непрерывного действия спиртового производства или иных производств.
СК - это полная ректификационная колонна, содержащая между отгонной и концентрационной частями аккумулятор, в котором накапливается и расслаивается большое количество спиртов сивушного масла [см. стр.202-206 в книге: Цыганков П.С., Цыганков С.П. Руководство по ректификации спирта. - М.: Пищепромиздат, 2001. - 400 с.]. В верхнем слое гетерогенной жидкости кармана аккумулятора концентрируются спирты сивушного масла, которые затем удаляются из колонны и БРУ через фонарь, что способствует повышению качества ректификованного спирта.
Известен и широко применяется в производствах пищевого этилового спирта способ автоматического управления колоннами брагоректификационной установки, в том числе и СК, заключающийся в регулировании температуры отходящей из дефлегматора колонн охлаждающей воды изменением ее расхода на входе в конденсатор и дефлегматор, регулировании давления в нижней части колонн подачей греющего пара [см. стр.440-452 в книге: Стабников В.Н. Перегонка и ректификация этилового спирта. - М.: Пищевая промышленность, 1969. - 456 с.].
Недостатками данного способа автоматического управления для сивушной колонны являются то, что регулирование температуры отходящей охлаждающей воды из дефлегматора колонны не обеспечивает стабильного режима его работы, может приводить к нарушению процесса ректификации в колонне и, следовательно, к увеличению удельных затрат тепловой энергии, а также к возврату спиртов сивушных фракций в эпюрационную колонну БРУ с погонами из конденсатора и дефлегматора сивушной колонны. Температура конденсата на выходе из дефлегматора, который подается на верхние тарелки колонны в составе флегмы, может в этом случае изменяться в широком диапазоне, что способствует возникновению колебательных явлений в массообменных процессах на тарелках колонны. 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 воды из дефлегматора» зависит от нагрузки колонны, степени загрязнения поверхностей теплообмена дефлегматора и не является достаточной, в целях управления, оценкой состояния массообменных процессов в дефлегматоре колонны по указанным выше причинам.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является способ автоматического управления сивушной колонной, в котором регулируют давление низа колонны изменением расхода греющего пара, а подачу воды в дефлегматор через конденсатор колонны регулируют в зависимости от разности заданного и текущего давления верха колонны [см. стр.203 в книге: Мандельштейн М.Л. Автоматические системы управления технологическим процессом брагоректификации. - М.: Пищевая промышленность, 1975. - 238 с.].
Недостатком данного способа автоматического управления является одновременное регулирование давления низа и верха колонны, которое приводит к возникновению колебательных явлений в массообменных процессах колонны, повышенному расходу греющего пара и снижению качества спирта, поскольку в этих условиях возможен возврат сивушного спирта и фракций сивушного масла с потоками непастеризованного спирта из дефлегматора и головной фракции из конденсатора колонны на верхние тарелки эпюрационной колонны БРУ.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа автоматического управления сивушной колонной БРУ, заключается в улучшении качества получаемого спирта и снижении удельных затрат греющего пара.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического управления сивушной колонной брагоректификационной установки, заключающемся в регулировании давления в ее нижней части подачей греющего пара, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор сивушной колонны, причем согласно изобретению расход охлаждающей воды в дефлегматоре сивушной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора сивушной колонны.
В предлагаемом способе автоматического управления выходной параметр объекта управления «температура конденсата на выходе дефлегматора сивушной колонны» обладает меньшими, чем в прототипе, инерционностью и транспортным запаздыванием, однозначно и достаточно точно, для целей управления, определяет состояние массообменных процессов в дефлегматоре колонны и позволяет эффективно управлять составом паровой фазы в дефлегматоре и конденсаторе колонны, что, в свою очередь, способствует получению на выходе конденсатора потока жидкой фазы без содержания сивушных фракций этилового спирта. Кроме того, конденсат с постоянной температурой, подаваемый из дефлегматора на верхние тарелки колонны в составе флегмы, обеспечивает стабильность массообменных процессов на тарелках и повышение эффективности колонны.
На чертеже для реализации предложенного способа автоматического управления представлен узел сивушной колонны с совмещенной функциональной схемой системы автоматического управления в составе БРУ.
Узел состоит из сивушной колонны 1, дефлегматора 2, конденсатора 3. Приняты обозначения: ГФ - головная фракция спирта (жидкость), ЗДНК - задание на давление низа колонны, ЗТКД - задание на температуру конденсата на выходе дефлегматора, ЛВ - лютерная вода, НПС - непастеризованный спирт, ПГФ - пары головной фракции, ПСГФ - пары спирта с головной фракцией, ОВ - охлаждающая вода, СС и СФ - сивушные спирт и фракции соответственно, поступающие из эпюрационной и спиртовой колонн БРУ, СМ - сивушное масло, Ф - фонарь для контроля потоков, ЭК - эпюрационная колонна БРУ.
Сивушная 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 колонну, датчиком 7 температуры конденсата, установленным на трубопроводе, отводящем конденсат из дефлегматора, и связанным с регулятором 8, воздействующим на исполнительный механизм 9 на линии подачи охлаждающей воды в дефлегматор. Регулятор 8 изменяет расход охлаждающей воды, подаваемой в дефлегматор колонны, с помощью исполнительного механизма 9 в функции от разности заданной и текущей температур конденсата на выходе из дефлегматора, измеряемой датчиком температуры 7.
Подачу материальных потоков осуществляют следующим образом: греющий пар подают из котельной в коллектор, давление в котором поддерживают на заданном уровне регулятором, и направляют в колонну, охлаждающую воду подают под заданным давлением в конденсатор и дефлегматор колонны. Потоки СС из эпюрационной и спиртовой колонн БРУ, а СФ с нижних тарелок спиртовой колонны подают на питательную тарелку СК. Из конденсатора через фонарь выводят ГФ и подают ее на верхние тарелки эпюрационной колонны, а избыток ГФ возвращают в сивушную колонну в составе флегмы. Конденсат из дефлегматора, освобожденный в значительной степени от компонентов СС и СФ, в необходимом объеме поступает на верхнюю тарелку СК, а избыток его возвращается также на верхние тарелки эпюрационной колонны БРУ в виде НПС. Из низа СК отбирают лютерную воду. Сивушное масло отбирают из СК через фонарь, установленный на аккумуляторе, и направляют на промывку, а затем на склад готовой продукции.
Автоматическое управление сивушной колонной, в соответствии с заявленным способом, осуществляют следующим образом.
Регулятор 5 управляет с помощью исполнительного механизма 6 расходом греющего пара, поступающего в колонну, в зависимости от разности ЗДНК и давления в нижней части колонны, измеренного датчиком 4. Тепловой режим дефлегматора 2 и конденсатора 3 управляется регулятором 8, который, изменяя расход охлаждающей воды с помощью исполнительного механизма 9, поддерживает температуру конденсата на выходе дефлегматора сивушной колонны, измеряемую датчиком 7, в соответствии с заданным значением ЗТКД. Необходимо отметить, что задание регулятору температуры конденсата на выходе из дефлегматора устанавливают из условия минимального содержания СС и СФ в паровой фазе, поступающей в дефлегматор 2.
Для удаления в значительной степени из конденсата на выходе дефлегматора сивушной колонны СС и СФ достаточно с высокой точностью автоматически стабилизировать температуру этого потока подачей охлаждающей воды. Задание ЗТКД регулятору 8 на температуру конденсата на выходе из дефлегматора колонны может находиться, например, в диапазоне от 75 до 77 градусов Цельсия, что обеспечивает переход в конденсатор 3 значительной части этилового спирта и головных примесей в составе паровой фазы. При этом СС и СФ будут вытесняться в область аккумулятора. Более точно пределы диапазона заданий на температуру можно определить по результатам анализа состава сивушных примесей спирта, получаемого из конкретного вида сырья. При этом в дефлегматоре колонны устанавливается стационарный массообменный процесс между жидкой и паровой фазой. Этиловый спирт и головные примеси в верхней части колонны, как более летучие вещества по сравнению с сивушными фракциями, переходят в паровую фазу в виде азеотропных смесей с водой и другими компонентами или непосредственно в виде паров. В дефлегматоре 2 осуществляется частичная конденсация паров компонентов, основой которых является этиловый спирт, вода и остатки сивушных фракций. Затем оставшийся паровой поток, содержащий этиловый спирт и головные фракции, поступает в конденсатор 3, в котором охлаждается до жидкого состояния, и через фонарь основная его часть направляется на верхние тарелки ЭК, а избыточная часть потока возвращается в СК в составе флегмы. Из дефлегматора 2 через фонарь основная часть потока конденсата, содержащая уже существенно меньшее количество этилового спирта и головных примесей, возвращается в составе потока флегмы на верхнюю тарелку колонны, а избыточная его часть возвращается на верхние тарелки ЭК. Существующие способы автоматического управления сивушной колонной, основанные на регулировании температуры отходящей воды из дефлегматора или давления верха СК, не обеспечивают стабильность массообменных процессов в колонне и приводят к частичному возврату сивушных фракций в ЭК и спиртовую колонну БРУ, что снижает качество спирта и вызывает увеличение удельного расхода греющего пара. Повышение качества спирта в предлагаемом способе автоматического управления сивушной колонной достигается за счет увеличения точности стабилизации температуры конденсата на выходе из дефлегматора колонны, что обеспечивает более интенсивное концентрирование сивушных фракций в аккумуляторе и удаление последних из процесса через фонарь. Этими мерами обеспечивается также улучшение физико-химических и органолептических свойств спирта, что соответствует повышению его качества. Регулирование температуры конденсата на выходе дефлегматора сивушной колонны в заданных пределах повышает точность поддержания в ней технологического режима и снижает удельный расход греющего пара.
Способ автоматического управления сивушной колонной брагоректификационной установки, заключающийся в регулировании давления в ее нижней части подачей греющего пара, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор сивушной колонны, отличающийся тем, что расход охлаждающей воды в дефлегматор сивушной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора сивушной колонны.
