Способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в пульсационной колонне

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 119) (111 1 1 / 0 4, Я 0 5 3151) В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕТ СССРИ ОТНРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСН СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(21) (22) (46) (72) (71) вого Кра гический ного инст (53) ьство ССС 1974,тво СССР 1980.(54)РАВЛЦИИрегу Сир 3418746/23-2607,04.8207.06.84. Бюл, 9 21Н.И,Егоров и А.А.ЛебеКазанский ордена ТрудЭнамени химико-технолитут им. С.М.Кирова66,012-52 (088. 8)1. Авторское свидетел5670, кл. В 01 Р 11/04Авторское свидетельс5319, кл. В 01 О 11/04 7) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПИЯ ПРОЦЕССОМ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКПУЛЬСАЦИОННОЙ КОЛОННЕ путемрования амплитуды пульсаций жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизации концентрации экстрагируемого вещества изменением расходаэкстрагента, регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 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 колон. ны, и стабилизируют величину пульсаций перепада давления воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в ,р нижней части колонны.Изобретение относится к автоматическому управлению массообменнымипроцессами, в частности процессом жидкостной экстракции в пульсационныхколоннах, и может быть использовано вв химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.Известен способ автоматическогорегулирования процессом противоточнойэкстракции, осуществляемой в колонне,работающей в пульсирующем режиме, за ключающийся в стабилиэацйи концентрации экстрагируемого вещества в колонне изменением расхода экстрагента вколонну и стабилизации величины задержки дисперсной фазы в колонне воз действием на амплитуду пульсаций,жидкости в колонне 1 ,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ (автоматического управ.ления процессом жидкостной экстракциипутем регулирования амплитуды пульсации жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизацииконцентрации экстрагируемого веществав колонне изменением расхода экстрагента, регулирования величины задержки дисперсной фазы в колонне воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в колонне и регулирования уровняраздела фаз воздействием на отводнижнего продукта23,Однако известный способ автоматического управления имеет тот недоста-,ток, что задержка дисперсной фазы,измеряемая по величине статическогоперепада давления на участке колонны,З 5не может служить мерой подводимой кпроцессу энергии, так как задержкадисперсной фазы может иметь одинаковые значения при низкой и высокой ве"личине подводимой внешней энергии. 40Поэтому величина задержки дисперснойфазы не позволяет регулировать количество подводимой энергии в процесс.Задержка дисперсной фазы, зависящаяот расходов сплошной и дисперсной 45фаз,не определяет и оптимальный развитый гидродинамический режим работыаппарата.Кроме того, при повышении интенсивности процесса путем увеличениявоздействия на амплитуду пульсацийжидкости в колонне значительно снижается производительность аппарата,Цель изобретения - повышение эффективности проведения процесса,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу автоматическогоуправления процессом жидкостной экстракции в пульсационной колонне путемрегулирования амплитуды пульсацийжидкости в зависимости от перепада 60давления в колонне, стабилизации концентрации зкстрагируемого веществаизменением расхода экстрагента, регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, 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.Измерение величины пульсации перепада давления, образуемого на гидрав" лическом 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, физическихсвойств фаз, внешних условий, интенсивности пульсаций. Измерение величины диссипации энергии позволяет также проводить техническое диагностирование аппаратов с внешним подводомэнергии,Измерение и коррекция величиныпульсирующего перепада давления, азначит и величины диссипации энергии,в верхней части колонны по концентрации извлекаемого компонента в сырьеувеличйвают быстродействие процессарегулирования к главному возмущающему воздействию - изменению концентрации компонента в сырье.Стабилизацию величины пульсацийперепада 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 частиколонны, и увеличивается производительность аппарата в целом. На чертеже представлена схема 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 и65 регулирующий клапан 12, систему автоматической коррекции величины пульсаций перепада давления в верхней частиколонны по концентрации извлекаемогокомпонента в сырье, содержащую датчик концентрации 13 и корректирующийрегулятор 14, систему автоматическойстабилизации величины пульсаций перепада давления в нижней части колонны,содержащую датчик 15, регулятор 16и регулирующие клапаны 17 и 18, ОСпособ осуществляют следующим образом,В колонне 1 с помощью датчика 4 измеряют концентрацию экстрагируемоговещества и стабилизируют ее величину 15регулятором 5, воздействуя на регулирующий клапан 6, расположенный на линки подачи экстрагента в колонну.Путем изменения подачи экстрагеятав колонну поддерживается величина концентрации компонента в рафинате назаданном значении.Измерение положения уровня раздела фаз в колонне производят датчиком7 и стабилизируют его величину регулятором 8, воздействуя на регулирующийклапан 9, расположенный на линии отвода нижнего продукта, Путем изменения отвода нижнего продукта поддерживают положение уровня раздела фаз назаданном значении и материальный баланс в колонне.Величину пульсаций перепада давления в верхней части колонны, характеризующей количество дкссипаций энергии в единице объема в единицу време ни, измеряют по значению площади импульса пульсирующего перепада давления яа гидравлическом сопротивлениинасадки колонны в течение времени,когда направление сплошной фазы совпадает с направлением пульсаций жкдкости в колонне, с помощью датчика 10.Сигнал от датчика 10 поступает нарегулятор 11, вырабатывающий управляющее воздействие на регулирующий . 45клапан 12, установленный на линии по 1 дачи пульсации от генератора 3, Изменение управляющего воздействия на клапан 12 приводит к изменению гидравлического сопротивления в линии подачи 5 Опульсаций, что изменяет амплитудупульсаций жидкости в пульсационнойкамере 2 и, следовательно, в колонне 1.Концентрация извлекаемого кбмпонента в сырье измеряется датчиком 13, Сигнал от датчика 13 поступает на регулятор 14, который вырабатывает корректирующий сигнал, поступающий в качестве заданного значения на ре гулятор 11, регулирующий величину дисснпацкк энергии в верхней части колонны, Величина задания на регулятор 11 изменяется пропорционально концентрации компонента в сырье и,соответственно, также пропорционально изменяется управляющее воздействиена регулирующий клапан 12. Вследствиеэтого величина пульсаций перепада давления, а значит к величкна диссипации энергии, в верхней части колонныбудет изменяться также в соответствии .с концентрацией сырья, что увеличивает быстродействие регулирования кглавному возмущающему воздействию -изменению концентрации компонента всырье и приводит к более рациональному использованию подводимой внешнейэнергии.Значение диссипации энергии, определяемое величиной пульсаций перепада давления, в нижней части колонныизмеряется датчиком 15 по величинепульсирующего перепада давления нагидравлическом сопротивлении насадкиэтой части колонны, Сигнал от датчика 15 поступает на регулятор 16, вырабатывающий управляющие воздействияна регулирующие клапаны 17 и 18, ус"тановленные на линиях подачи пульсирующей жидкостк в нижнюю часть и середину колонны от пульсационной камеры 2.Регулирующие клапаны подобраны такимобразом, чтобы при открывании клапана17 клапан 18 закрывался и наоборот,а общее гидравлическое сопротивлениеобоих клапанов оставалось примернопостоянным,При изменении величины диссипацииэнергии в нижней части колонны например, от управляющего воздействиярегулятора 11) регулятор 16 вырабатывает такое управляющее воздействиена клапан 17, которое, изменяя потокпульсирующей жидкости, стабилизируетвеличину диссипации энергии яа заданном значении в этой части аппарата.Клапан 18 перемещается прк этом в обратном направлении, оставляя общийпоток пульсирующей жидкости, а значити величину диссипации энергии, вверхней 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 поднасадкой, например,/ситчатыми тарелками, образуется плотный слой диспер.сной Фазы, что способствует повышениюскорости коалесценции капель. Это вызывает укрупнЕнке капель дисперснойфазы, проникающих из верхней частиколонны, и вследствие этого увеличение пропускной способности аппарата вв целом,Заданную величину диссипации энергии в единице объема в единицу времени определяют в зависимости от режимных параметров по формулеЗаказ .4055/46 Тираж 682 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Е = К(ай)3 + о х ч + Кх (аГ) где Е - величина диссипации энергиив единице объема в единицувремени, Вт/с;Е ; частота пульсаций, Гц; 5а - размах колебаний жидкостив колонне, м;д - разность удельных весов, фаз,н/м зрх - задержка дисперсной фазы вединице объема;КК 2 коэффициенты Учитывающиегеометрические размеры аппарата и физические свойства жидкости, 15Увеличение 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 КСМс встроенными автоматическими регуляторами, Датчи 30 ком уровня раздела фаз 7 служил дифманометр ДМ-П 2, Датчиками диссипации энергии 10 и 15 были использованы диф-манометры ДС-Э 1, на входе которых были включены полупроводниковые диоды 3 и автоматические потенциометры КСПс встроенными пневматическими регуляторами, служащие пневматическими преобразователями. В качестве регуляторов 8, 11 и 16 использовались регули 40 рующие устройства ПРЗс вторичными приборами ПВ 10-1 Э, а регулирующих клапанов 6, 9, 12, 17 и 18 - клапаны с пневмоприводами типа ПРК. 45 В рабочем диапазоне изменения нагрузки в колонне от 6 до 42 м 3/матч, интенсивности пульсаций (произведение двойной амплитуды на частоту) 0,0045- 0,022 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 м 1/ьфч, а при одинаковой интенсивности пульсаций по всему рабочему объему колонны 0,013 м/с предельная нагрузка. составила36 м/мч, 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 м/м 2/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 процессом жидкостной экстракции.