СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭПЮРАЦИОННОЙ КОЛОННОЙ БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
AUTOMATIC CONTROL OVER EPURATION DISTILLER

Изобретение относится к автоматическому управлению эпюрационной колонной брагоректификационной установки (БРУ) непрерывного действия спиртового производства или иных производств.
Известен способ автоматического управления эпюрационной колонной брагоректификационной установки [Мандельштейн М.Л. Автоматические системы управления технологическим процессом брагоректификации. М., Пищевая промышленность, 1975, с.168-171], заключающийся в стабилизации давления низа эпюрационной колонны подачей греющего пара и стабилизации температуры отходящей из дефлегматора колонны охлаждающей воды изменением ее расхода на входе в конденсатор эпюрационной колонны.
Недостатком данного способа автоматического управления в части эпюрационной колонны является то, что регулирование температуры отходящей воды из дефлегматора эпюрационной колонны не обеспечивает стабильного режима работы ее дефлегматора, что может приводить к нарушению процесса эпюрации и, следовательно, к увеличению удельных затрат тепловой энергии, повышенному уносу спирта с головной фракцией, снижению качества эпюрата и уменьшению производительности колонны. Поток головной фракции этилового спирта из конденсатора имеет незначительную концентрацию головных примесей и выводится из процесса или подается на питательную тарелку разгонной колонны для дальнейшей переработки. При этом температура конденсата на выходе из дефлегматора, который подается на верхние тарелки колонны, изменяется в широком диапазоне, что способствует возникновению в массообменных процессах на тарелках колонны колебательных явлений, являющихся причиной указанных выше недостатков. 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 эпюрационной колонны, степени загрязнения поверхностей теплообмена дефлегматора и не является достаточной, в целях управления, оценкой состояния массообменных процессов в дефлегматоре эпюрационной колонны по указанным выше причинам.
Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности в части эпюрационной колонны является способ автоматического управления непрерывно действующим трехколонным брагоректификационным аппаратом [SU 206494 A, опубл. 08.12.1967], в котором регулируют давление низа эпюрационной 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 эпюрационной колонны.
Недостатком данного способа автоматического управления является одновременное регулирование давления низа и верха колонны эпюрации, которое приводит к возникновению колебательных явлений в массообменных процессах колонны, уменьшению ее производительности, повышенному расходу греющего пара и снижению качества эпюрата.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа автоматического управления эпюрационной колонной, заключается в улучшении качества получаемого эпюрата, снижении удельных затрат греющего пара и повышении производительности эпюрационной колонны.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического управления эпюрационной колонной брагоректификационной установки, заключающемся в регулировании давления в ее нижней части подачей греющего пара, расхода гидроселекционной воды на верхние тарелки колонны, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор эпюрационной колонны, причем, согласно изобретению расход охлаждающей воды в дефлегматор эпюрационной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора эпюрационной колонны.
В предлагаемом способе автоматического управления выходной параметр объекта управления «температура конденсата на выходе дефлегматора эпюрационной колонны» однозначно и достаточно точно для целей управления определяет состояние массообменных процессов в дефлегматоре эпюрационной колонны и позволяет эффективно управлять составом паровой фазы в дефлегматоре и конденсаторе эпюрационной колонны, что, в свою очередь, способствует получению на выходе конденсатора потока жидкой фазы с более высоким содержанием продуктов головной фракции этилового спирта, который может быть выведен из БРУ для последующей разгонки и частичной утилизации. Кроме того, конденсат с постоянной температурой, подаваемый на верхние тарелки эпюрационной колонны в виде флегмы, обеспечивает стабилизацию массообменных процессов на тарелках колонны и повышение ее эффективности.
На чертеже для реализации предложенного способа представлен узел эпюрационной колонны с совмещенной функциональной схемой системы автоматического управления в составе БРУ.
Узел состоит из эпюрационной колонны 1, дефлегматора 2, конденсатора 3. Приняты обозначения: ВСП - водно-спиртовый пар, ГСВ - гидроселекционная вода, ГФЭС - головная фракция этилового спирта (жидкость), ЗДНК - задание на давление низа колонны, ЗРГСВ - задание на расход гидроселекционной воды, ЗТКД - задание на температуру конденсата на выходе дефлегматора, ОВ - охлаждающая вода, ПГФЭС - пары головной фракции этилового спирта.
Эпюрационная 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 эпюрационную колонну, датчиком расхода гидроселекционной воды 7, установленным на трубопроводе и связанным с регулятором 8, воздействующим на исполнительный механизм 9, который изменяет объем ее подачи на верхние тарелки колонны, датчиком температуры 10, 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 эпюрационной 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 эпюрационной колонны, охлаждающую воду подают под заданным давлением в конденсатор и дефлегматор эпюрационной колонны. Поток бражного дистиллята подают по трубопроводу на питательную тарелку колонны эпюрации, на одну из верхних тарелок которой подают гидроселекционную воду, способствующую более полному выделению головных и промежуточных примесей. ГФЭС выводят из конденсатора через фонарь, избыток которой возвращают в колонну. Конденсат из дефлегматора эпюрационной колонны, освобожденный в значительной степени от компонентов ГФЭС, в полном объеме поступает на одну из верхних тарелок колонны.
Автоматическое управление эпюрационной колонной БРУ, в соответствии с заявленным способом, осуществляют следующим образом.
Регулятор 5 управляет с помощью исполнительного механизма 6 расходом греющего пара, поступающего в эпюрационную колонну, в зависимости от разности ЗДНК и давления в ее нижней части, измеренного датчиком 4.
Регулятор 8 управляет с помощью исполнительного механизма 9 расходом ГСВ, поступающей на верхние тарелки эпюрационной колонны, в зависимости от разности ЗРГСВ и расхода ГСВ в трубопроводе, измеренного датчиком 7.
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 эпюрационной 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 компонентов головной фракции в паровой фазе, поступающей в конденсатор 3, с целью дальнейшего их вывода в жидком виде из БРУ.
Для удаления в значительной степени из конденсата на выходе дефлегматора эпюрационной колонны эфиров, ряда альдегидов и других примесей достаточно с высокой точностью автоматически стабилизировать температуру этого потока подачей охлаждающей воды. Задание ЗТКД регулятору 11 на температуру конденсата на выходе дефлегматора эпюрационной колонны может находиться, например, в диапазоне от 74 до 76 градусов Цельсия, что обеспечивает переход в конденсатор 3 компонентов головной фракции в составе паровой фазы. Более точно пределы диапазона заданий на температуру можно определить по результатам анализа состава примесей, получаемого из конкретного вида сырья. При этом в дефлегматоре эпюрационной колонны устанавливается стационарный массообменный процесс между жидкой и паровой фазой. Компоненты головной фракции этилового спирта, 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 головной фракции этилового спирта в составе жидкости могут быть удалены из БРУ для последующей разгонки и частичной утилизации.
Существующие способы автоматического управления эпюрационной колонной, основанные на регулировании температуры отходящей воды из дефлегматора эпюрационной колонны, не обеспечивают поддержание высокоточного температурного режима дефлегматора, что снижает качество эпюрата, уменьшает производительность колонны и вызывает увеличение удельного расхода греющего пара.
Повышение качества эпюрата в предлагаемом способе автоматического управления эпюрационной колонной достигается за счет увеличения точности стабилизации температуры конденсата на выходе из дефлегматора эпюрационной колонны, что обеспечивает более полное выделение в концентрированном виде головных примесей этилового спирта в конденсаторе колонны и их удаление, что также существенно улучшает проведение процесса ректификации в спиртовой колонне БРУ и вызывает снижение содержания в конечном продукте количества головных примесей. Этими мерами обеспечивается также улучшение физико-химических и органолептических свойств спирта, что соответствует повышению его качества.
Регулирование температуры конденсата на выходе дефлегматора эпюрационной колонны повышает точность поддержания технологического режима эпюрационной колонны, что снижает в ней удельный расход греющего пара.