Способ автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности касается управления и регулирования процессов дистилляции масляных мисцелл, и может быть использовано при разделении многокомпонентных смесей и растворов. Целью изобретения является сокращение энергозатрат при достижении максимальной разделительной способности, и повышение качества конечного продукта. Способ автоматического управления состоит в измерении температуры мисцеллы в различных по высоте точках колонны, расчете величины рассогласования по теплоносителю, подаваемого как минимум в трех зонах обогрева стекающей пленки мисцеллы, находящихся одна над другой, в расчете величины рассогласования по теплоносителю в каждой обогреваемой зоне, в определении номеров регулируемых зон. По определенным величинам осуществляют одновременное изменение расходов теплоносителя в регулируемых зонах и мисцеллы на входе в колонну. Устройство реализующее способ состоит из колонны 1, датчиков 2 температуры, установленных в различных по высоте точках колонны, датчика 3 температуры исходной мисцеллы, аналого-цифровых преобразователей 4, блоков 5 связи, устройства 6 обмена информацией, универсального программируемого контроллера 7, хроматографа 8, датчика расхода 9, аналого-цифрового преобразователя 10, блока связи 11, блока 12 управления исполнительными механизмами 13, клапана 14 подачи мисцеллы, и исполнительными механизмами 15 клапанов 16 подачи теплоносителя. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО@ЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

9 ИсхаЬау

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМН7ЕУ

ПО ИЗОЬРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4445044/31-26 (22) 20.06.88 (46) 23.04.90. Бюл. Р 15 (71) Ташкентский политехнический институт им. А.P. Бируни (72) А.В. Архипов, Д.П. Мухитдинов и Н.Р. Юсупбеков (53) 66-012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 260054, кл. С ll В 1/10, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Ъ - 944600, кл. В 01 0 3/42, 1 982. (5l)5 С 11 В 1/!О, В Оl 0 3/42э

С 05 П 27/00

2 (54) СПОСОБ АВТОИАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ Г1АСЛЯ1111Х ЕИСЦЕЛЛ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕП11Я (57) Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к управлению и регулированию процессами дистилляции масляных мисцелл, и может быть использовано при разделении многокомпонентных смесей и растворов.

Целью изобретения является сокращение знергозатрат при достижении максимальной разделительной способности и

1558966 повьпоение качества конечного продукта. Способ автоматического управления состоит в измерении температуры мисцеллы в различцых по высоте точках колонны, расчете величины рассогласования по теплоносителю, подаваемого как минимум в трех зонах обогрева стекающей пленки мисцеллы, находящихся одна над другой, в расчеч:е величины 10 рассогласования по теплоносителю в каждой обогреваемой зоне, в определении номеров регулируемых,зон. По определенным величинам осуществляют одновременное изменение расходов тепло- )5 носителя в регулируемых зонах и мисцелт.,) на входе в колонну. Устройство, Изобретение относится к пищевой промьппленности, а именно к управлению и регулированию процессами дистилля-. 25 ции масляных мисцелл, н может быть использовано при разделении многокомпонентных смесей и растворов.

Цель изобретения — сокращение энер« гозатрат при достижении максимальной 30 разделительной способности и повышение качества конечного продукта, На фиг. 1 представлена схема, реализующая способ упранления дистилляцией масляных мисцелл," на фиг, 2— график изменения температуры обогре35 вающего пара и мисцеллы при регули- ровании процесса дистилляции с одной зоной обогрева; на фиг. 3 — график возможного изменения температуры пара и мисцеллы при регулировании процесса с тремй зонами обогрева.

Для реализации способа автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл служит устройство (фиг. )), включающее в себя колонну 1, датчики 2 температуры, установленные в различных по высоте точках колонны 1 и датчик 3 температуры, установленный на входе в колонну. Выходы датчиков 2 и 3 подключены через аналого-цифровые преобразователи 4 к входу блоков 5 сопряжения связи, выходы которых соединены с входами приемопередатчика 6 информации. Выход приемопередатчика 6 связан с первым

55 входом универсального программируемого контроллера (вычислительного устройства), 7, на второй вход которого реализующее способ, состоит из колонны 1, датчиков 2 температуры, установленных в различных по высоте точках колонны, датчика 3 температуры исходной мисцеллы, аналого-цифровых преобразователей 4, блоков 5 связи, устройства 6 обмена информацией, уннвер" сального программируемого контроллеа 7, хроматографа 8, датчика 9 расхода, аналого-цифрового преобразователя 10, блока 1) связи, блока )2 уп" равления исполнительными механизма- ми 13, клапана 14 подачи мисцеллы и исполнительными механизмами 15 клапанов 16 подачи теплоносителя. 2 с.п.

Ф"лы, 3 ил., 1 табл. подается информация с выхода автоматического хроматографа 8 о составе исходной мисцеллы. К третьему порту ввода (входу) информации контроллера 7 подключен датчик 9 расхода (расходомер) посредством аналого-цифроваго преобразователя 10 и блока )1 связи. Управляющий выход контроллера 7 соединен с блоком управления исполнительными механизмами )2, выходы которого подключены соответственно к исполнительному механизму 13 для управления клапаном 14 подачи мисцеллы и исполнительным механизмам 15 для регулирования клапанами )6 подачи пара в обогреваемые секции колонны.

Способ реализуют следующим образом.

В вычислительном ус) ройстве, которым может быть универсальный программируемый контроллер 7, хранится информация о поверхности теплообмена

Р,", коэффициенте теплопередачи зон аппарата k удельных теплоемкостях пара С„ и мисцеллы С с различными вевеличинами, концентрации. Кроме того, в память контроллера 7 введены предварительно отлаженные программы, реализующие функции расчета температуры мисцеллы на каждой из зон разделе. ния по уравнениям

Ь р t ni а„,„)

= b.t е " (1)

Р1 = я dnli

1 1

Щ = » — — + (2)

С„С, С,„С, 5 5589 где ht — начальная разность темпе= о ратур на входе в аппарат; температура пара в первой секции; температура исходной мис5 них целлы; — температура нара на входе в i-ю секцию; температура мисцеллы на выходе (i-1)-й секции;

Д вЂ” внутренний диаметр трубок аппарата;

n — количество рабочих трубок;

1 — длина зон обогрева рабочих трубок, При подаче в аппарат исходной мисцеллы с заданными свойствами С и

СА, используя информацию о составе поступившей мисцеллы от хромато- 2Q графа 8, определяется теоретическая выходная температура мисцеллы ty алых и температура в каждой секции. Расчет температур ведется при помоши уравнений (1) и (2) по критерию минимизации 25 затрат тепла

Ц=Ц,+О,+ ... +О;, (3) учитывая ограничения и термодинамическое равновесие, выражаемые

Q, k; Г; gt (4) 30

Ъ м! м!н (5)

1п(1 „, jt ;, ) у «А Х»==33=i х Р t к п (6) рО»

Qk х 1, (7) 35 где tz — температура кипения мискиа целлы; — средний температурный наср пор;

P (йкя )- давление пара чистых компо..! нент мисцеллы; о

P — общее давление в системе;, у — мольная доля j-ro компонен1 та в паре; х — мольная доля j ãî кемпонен3 та в жидкости, — константа фазового равно1 весия j-го компонента.

Определяется теоретическое значение температуры кипения мисцеллы 1ж км путем решения уравнения (7) с учетом расхода обогреваемого пара G„ в каждой регулируемой зоне при установившемся расходе G А,и входной температуры мисцеллы, полученных с датчика 3. и расходомера 9. При этом используется информация о составе многокомпонентиой мисцеллы с датчика автоматичес66 6 кого хроматографа 8. После этого универсальный программируемый контроллер 7 производит опрос датчиков 2, установленных в различных по высоте точках колонны, которые передают значения температуры t посредством блоков 4-6 также в универсальный программируемый контроллер 7.

Вычисляется разница температур м (8) в каждой зоне регулирования и вводится пропорциональная коррекция путем подачи обогреваемого пара в каждую обогревающую зону. Одновременно с этим определяется и устанавливается величина коррекции по каналу расхода исходной мисцеллы Ь С, для чего универсальный программируемый контроллер реализует функциональные зависимости

Ь = f< (Gn, м, м„,„)» с и f (Gq»G »tмисх и выдает управляющие сигналы на исполнительные механизмы для реализации коррекции.

На.фиг. 2 показано распределение температуры мисцеллы и пара по высоте колонны при регулировании одной секции (одноконтурное): изменение температуры обогревающего пара (график 1) и изменение температуры стекающей мисцеллы (график 2).

На фиг. 3 приведены: график I расчетное значение температуры кипения мисцеллы, определяемое с учетом многокомпонентности исхогной мисцеллы путем решения (!) — (7); график

2 — изменение температуры мисцеллы по высоте колонны при регулировании в трех зонах (контурах) для достижения t = А; график 3 — изменение м вых температуры пара в каждой из трех зон регулирования и обогрева; график 4— изменение температуры мисцеллы при одноконтурном регулировании для достижения й@ ы = A; график 5 — изменеВьх ние температуры пара при одноконтурном регулировании; график 6 — теоретически возможное изменение температуры обогреваемого пара при бесконечном расходе.

При трехконтурном регулировании (фиг. 3) практически не происходит перегрева мисцеллы за счет оптимального распределения пара в зоне обогрева и регулирования. Температура мисцеллы по высоте колонны близка по

1558966 своим значениям к теоретической температуре кипения (фиг. 3, график 2 и 1). Вместе с тем для достижения задаваемого выходного значения температуры мисцеллы на выходе из аппарата

5 не требуется значительного повышения температуры обогреваемого пара (фиг.З, графики 2, 3 и 5) или введения большой величины коррекции IIo расходу 10 обогреваемого пара (фиг. 3, графики

2, 3 и 6). Это позволяет сократить затраты лара и энергии на производство одинакового количества масла при трехконтурном регулировании в

15 сравнении с одноконтурным при сохранении качества готового масла. Введение дополнительных контуров регулирования температуры в обогревающих зо-. нах также позволяют сократить переходные процессы стабилизации режимов

20 эксплуатации аппарата путем одновременной коррекции расхода обогревающего пара в нескольких зонах обогрева и расхода исходной мисцеллы. 25

Для исследования способа автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл проводят лабораторные испытания на лабораторной установке.

Иа вход аппарата подают мисцеллу с 30 концентрацией 30% и на выходе добиваются достижения концентрации 70% по маслу. Расход мисцеллы устанавливают

300, 400 и 500 кг/ч и вводят возмущающее воздействие в пределах 10 и 15% расхода мисцеллы. Рассчитывают количество пара, затраченное на дистилляцию, и замеряют длительность переходных процессов стабилизации режимов, Исследования. проводят по одноконтурной и трехконтурной схемам регулирования. Результаты проведения опытнолаборагорных испытаний сведены в таблицу.

Затраты паПодача мисцеллы в аппарат, кг/ч

Длительность пеВозмущение, % ра, кг реходного процесса, мин

Одноконтурное

300 10

400 10

500 10

300 15

400 15 регулирование

4 58

5 78

6 68

5 60

6 70

Продолжение таблицы

7 80 регулирование

2 50

2,5-3,0 58

4 68

2 54

3 60

4 70

500 15

Трехконтурное

300 10

400 10

500 10

300 15

400 15

500 15

Далее проводят отгонку растворителя обычным способом. После окончания процесса дистилляции проверяют качество готового продукта. Устанавливают температуру вспышки масла, определяют цветность и йодное число. Как видно иэ - àáëèöû,,во всех случаях проведения процесса длительность переходных процессов при одноконтурном регулировании выше по сравнению с трехконтурным регулированием. Затраты па. ра на единицу исходной смеси также сокращаются. При трехконтурном регулировании длительность восстановления режима практически не зависит от величины возмущающего воздействия.

Устройство работает следующим образом.

Иисцелла, поступая в колонну 1„ имеет входную температуру t, Дат ис чики 2 и 3 температуры передают аналоговое значение температуры на вход аналого-цифровых преобразователей 4.

Аналого-цифровые преобразователи превращают величину температуры, выраженную в аналоговой форме, в цифровой код и передают дискретную nîñëåäoâàтельность на блок 5 связи„ В блоке 5 связи значения температуры комбинируются с адресом исходного датчика и передаются побайтно в приемопередатчик 6. При этом приемопередатчик 6 выставляет адрес передаваемого байта и по сигналу от универсального программируемого контроллера 7 "Разрешен но информация вводится на порт ввода контролера. После приема первой порции информация с одного датчика цикл операции ввода — вывода повторяется с увеличением на единицу адресом. Таким образом, используя последовательно-параллельный принцип пере. дачи информации производится опрос каждого первичного датчика 2 и 3. Па" раллельно с этим поступает информа1558966 ция с автоматического хроматографа 8 о составе мисцеллы, а с расходомера 9 через аналого-цифровой преобразователь 10 и блок 11 связи о коли5 честве подаваемой смеси. Преобразование информации производится аналогично опросу датчиков 2 или 3.

Контроль и регулирование температуры производится следующим образом.

Считав результаты измерений со всех приборов в соответствии с программой обработки информации, универсальный программируемый контролер определяет теоретическую температуру кипения мисцеллы по высоте колонны, далее определяется количество пара,. которое необходимо подать в каждую обогреваемую секцию для оптимального проведения процесса. Затем универсальный программируемый контроллер вычисляет величину рассогласования .значений температуры в каждой обогреваемой секции по формуле (8). Величина рассогласования значений темпера- 25 туры каждой обогреваемой секции преобразуется в значение цифрового кода, который реализуется исполнительными механизмами 15 и регуляторами 1б. Реализация осуществляется выработкой

1 управляющего воздействия на изменение расхода теплоносителя для каж- дой зоны обогрева. Устройство управления исполнительными механизмами определяет номер секции и передает сигнал на коррекцию расхода теплоносителя, а в случае необходимости — и на коррекцию исходной мисцеллы, Коррекция исходной мисцеллы производится аналогичным образом, Коррекция расхода греющего пара в каждой секции проводится отдельно>но сумма величин вводимой температурной поправки при сохранении температурного напора в целом значительно меньше, чем, если:

1 бы регулирование осуществлялось на одной ступени. Такое регулирование экономит термозатраты в колонне и не приводит к перегреву масла.

При вводе большой величины температурной поправки расход пара регулируется в нескольких секциях одновременно, что значительно сокращает продолжительность переходных процессов и улучшает качество регулирования.

Следовательно, предлагаемое устройство позволяет проводить процесс регулирования дистилляцией, не перегревая масла, тем самым улучшая качество готового продукта.

Устройство .может реализовывать несколько законов регулирования.. При этом переход от одного закона регулирования к другому осуществляется путем введения команды в универсальный программируемый контроллер.

Использование предлагаемого способа автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл и устройства для его осуществления позволяет при сохранении качественных показателей масла сократить затраты пара на производство 1 т масла на 15-16Х и уменьшить длительность переходных процессов в два раза, что улучшает вкусовые и товарные свойства готового продукта. Внедрение устройства позволит исключить ручной труд из процесса управления и улучшит эргономические условия проведения процесса управления дистилляцией.

Формула и э о б р е т е н и я

1, Способ. автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл, состоящий в измерении температуры мисцеллы в различных по высоте точках". колонны и регулировании подачи теплоносителя в зависимости от изменения измеренных температур, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью сокращения энергозатрат при достижении максимальной разделительной способности и повышения качества конечного продукта, подачу теплоносителя осуществляют как минимум в трех зонах обогрева стекающей пленки мисцеллы, находящихся одна над другой, рассчитывают величину рассогласования по теплоносителю в каждой обогреваемой зоне, определяют номера подлежащих регулированию эон обогрева, одновременI но изменяют расходы теплоносителя в регулируемых зонах и мисцеллы на входе в колонну.

,.2. Устройство для автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл, содержащее датчики температуры, расположенные в различных по высоте точках колонны, регулятор расхода теплоносителя с исполнительным механизмом, вычислительное устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в его состав введены датчики расхода и температуры исходной мис еллы, ав12

1558965

Составитель А. Прусковцов

Редактор И. Дербак Техред А. Кравчук Корректор Э.Лончакова

Заказ 819 Тираж. 369 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 томатический хроматограф, аналогоцифровые преобразователи температуры и расхода, блоки сопряжения, приемопередатчик, исполнительные механизмы с регулирующими клапанами подачи исходной мисцеллы и теплоносителя в колонну, устройство управления исполнительными механизмами, при этом выходы датчиков температуры через аналого-цифровые преобразователи, блоки сопряжения и приемопередатчик соединены с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с выходом хроматографа, а третий вход через блок сопряжения и аналого-цифровой преобразователь соединен с выходом датчика расхода исходной мисцеллы, а выход вычислительного устройства через устройство управления исполнительными механизмами соединен с управляющими входами исполнительных механизмов подачи исходной мисцеллы и теплоносителя в колонну.