Способ автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл и устройство для его осуществления

9 (И В О П 3 2 ОБ АВТОИАТИЧ ЛЛЯЦИЕИ ГАСЛ ТВО ДЛЯ ЕГО(54) СПОС 1 ИЯ ДИСТИ И УСТРОЙС (57) Изоб промышлен кий инние от ости в ч егулирован масляных и льэовано и тдинов тилляциибыть испо разделении мн и растворов о СССР1970.СССР1 982. нтных смесеи бретения явл рат при дост аэделительно гокомпоне Целью иэо знергозат ется сокращен ижении максий способности мальнои ИЛВ с ЯСООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОЬРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛРЕТЕНИ ЕСКОГО УПРАВЛЕЯ 11 ЫХ ЕИСЦЕЛ. ОСУЦЕСТВЛЕЛ 1 Я сится к пщевой тности к упрпроцессами диселл, и может 9УсхаЬау1558966 повьпоение качества конечного продукта. Способ автоматического управлениясостоит в измерении температуры мисцеллы в различцых по высоте точкахколонны, расчете величины рассогласования по теплоносителю, подаваемогокак минимум в трех зонах обогрева стекающей пленки мисцеллы, находящихсяодна над другой, в расчете величины Орассогласования по теплоносителю вкаждой обогреваемой зоне, в определении номеров регулируемых.зон. По оп"ределенным величинам осуществляют од"новременное изменение расходов теплоносителя в регулируемых зонах и мисцелт, на входе в колонну. Устройство,Изобретение относится к пищевойпромьшщенности, а именно к управлениюи регулированию процессами дистилля-. 25ции масляных мисцелл, н может бытьиспользовано при разделении многокомпонентных смесей и растворов.Цель изобретения - сокращение энергозатрат при достижении максимальной 39разделительной способности и повьппение качества конечного продукта,На фиг. 1 представлена схема, реализующая способ упранления дистилляцией масляных мисцелл," на Фиг, 2 -график изменения температуры обогре 35вающего пара и мисцеллы при регули-ровании процесса дистилляции с однойзоной обогрева; на фиг. 3 - графиквозможного изменения температуры параи мисцеллы при регулировании процесса с тремй зонами обогрева.Для реализации способа автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл служит устройство(фиг. 1), включающее в себя колон 9ну 1, датчики 2 температуры, установленные в различных по высоте точкахколонны 1 и датчик 3 температуры, установленный на входе в колонну, Выходы датчиков 2 и 3 подключены черезаналого-цифровые преобразователи 4Фк входу блоков 5 сопряжения связи,выходы которых соединены с входамиприемопередатчика 6 информации, Выходприемопередатчика 6 связан с первым55входом 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 преоб" разователей 4, блоков 5 связи, устройства 6 обмена информацией, уннвер" сального программируемого контроллеа 7, хроматографа 8, датчика 9 расхода, аналого-цифрового преобразователя 1 О, блока 11 связи, блока 12 уп" равления исполнительными механизма- ми 13, клапана 14 подачи мисцеллы и исполнительными механизмами 15 клана" нов 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-цифрового преобразователя 10 и блока 11 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 усройстве, которым может быть универсальный программируемый контроллер 7,хранится информация о поверхности теплообмена Р,", коэффициенте теплопередачи зон аппарата 1 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 оазделе. ния по уравнениямЬ, е, й,е = Ьсе"ф (1) Р я ааП 111 1 Ю щ ааааа+ а еа,аю (2)СС, Сяс,515589где 6 Т - начальная разность темпе=оратур на входе в аппарат;температура пара в первойсекции;температура исходноймис 5исхцеллы;- температура нара на входев 1-ю секцию;температура мисцеллы на выходе (1-1)-й секции;Д - внутренний диаметр трубокаппарата;ц - количество рабочих трубок;1 - длина зон обогрева рабочихтрубок,При подаче в аппарат исходной мисцеллы с заданными свойствами С иСА , используя инФормацию о составе поступившей мисцеллы от хроматографа 8, определяется теоретическаявыходная температура мисцеллы 1 ц валыхи температура в каждой секции, Расчеттемператур ведется при помоши уравнений (1) и (2) по критерию минимизации 25затрат теплаЯ=Я,+О++О; (3)учитывая ограничения и термодинамическое равновесие, выражаемыеЦ; 1; Г;6 Е,р; (4) 30-- ю. 3 йм - мМ:Е 1 с,х - 1, (7) 35где СА, - температура кипения мис- .кийцеллы;Ьй - средний температурный насрпор;40Р (йк)- давление пара чистых компо.- нент мисцеллы;оР - общее давление в системе;,у - мольная доля 1-го компонен.та в парех - мольная доля 1-го кемпонен 3та в жидкости,- константа фазового равно 3весия 1-го компонента,Определяется теоретическое значение температуры кипения мисцеллы 1 жккипутем решения уравнения (7) с учетомрасхода обогреваемого пара С в каждой регулируемой зоне при установившемся расходе С А,и входной температуры мисцеллы, полученных с датчика 3и расходомера 9. При этом используется информация о составе многокомпонентиой мисцеллы с датчика автоматичес 66 6кого хроматографа 8. После этого универсальный программируемый контроллер 7 производит опрос датчиков 2, установленных в различных по высоте точках колонны, которые передают значения температуры з посредством блоков 4-6 также в универсальный программируемый контроллер 7.Вычисляется разница температурм (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 Сдля чего универсальный программируемый контроллер реализует функциональные зависимостиЬ е = К(С а С м Ем исх)АС и(С ьСм мисхи 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 1 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 йм = А; график 3 - изменением еыхтемпературы пара в каждой из трех зон регулирования и обогрева; график 4 - изменение температуры мисцеллы при одноконтурном регулировании для достижения йм , = А; график 5 - изменевыхние 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 поДля исследования способа автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл проводят лабораторные испытания на лабораторной установке. Иа вход аппарата подают Мисцеллу с 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. 45 Затраты паПодача мисцеллы в аппарат, кг/ч Длительность пеВозму"щение,% ра, кг реходногопроцесса,мин 50 Одноконтурное 300 10 400 10 500 10 300 15 400 15 регулирование585 78 556 685 6070 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 аппарата5 не требуется значительного повышения температуры обогреваемого пара (фиг,З, графики 2, 3 и 5) или введения большой величины коррекции по расходу 10 обогреваемого пара (фиг. 3, графики2, 3 и 6). Это позволяет сократить затраты лара и энергии на производство одинакового количества масла при трехконтурном регулировании в сравнении с одноконтурным при сохранении качества готового масла. Введение дополнительных контуров регулиро" валия температуры в обогревающих зонах также позволяют сократить переходные процессы стабилизации режимов20 эксплуатации аппарата путем одновременной коррекции расхода обогреваю- щего пара в нескольких зонах обогрева и расхода исходной мисцеллы, 25Продолжение таблицы 500 15 Трехконтурное 300 10 400 1 О 500 10 300 15 400 15 500 15 7 80 регулирование2 50 2,5-3,0 58 4 68 2 54 3 60 4 70 Иисцелла, поступая в колонну 1 имеет входную температуру с , Датфисю чики 2 и 3 температуры передают аналоговое значение температуры на вход аналого-цифровых преобразователей 4. Аналого-цифровые преобразователи пре" вращают величину температуры, выраженную в аналоговой форме, в цифровой код и передают дискретную последовательность на блок 5 связи В блоке 5 связи значения температуры комбинируются с адресом исходного датчика и передаются побайтно в приемопередатчик б. При этом приемопередатчик 6 выставляет адрес передаваемого байта и по сигналу от универсального программируемого контроллера 7 "Разреще" ювно информация вводитсяна порт ввода контролера. После приема первой порции информация с одного датчика цикл операции ввода - вывода повторяется с увеличением на единицу адресом. Таким образом, используя после" довательно-параллельныйпринцип пере дачи информации производится опрос каждого первичного датчика 2 и 3. Па" раллельно с этим поступает информаДалее 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 таблицы, во всех случаях проведения процесса длительность переходных процессов при одноконтурном регулировании выше по сравнению с трех- контурным 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.ция с автоматического хроматографа 8 о составе мисцеллы, а с расходомера 9 через аналого-цифровой преобразователь 10 и блок 11 связи о коли 5 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 туры каждой обогреваемой секции преобразуется в значение цифрового кода, который реализуется исполнительными механизмами 15 и регуляторами 1 б. Реализация осуществляется выработкой З 0 1управляющего 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 расхо да греющего пара в каждой секции проводится отдельно,но сумма величин вводимой температурной поправки при сохранении температурного напора в целом значительно меньше, чем, если бы регулирование осуществлялось на одной ступени. Такое регулированиеэкономит термозатраты в колонне и не приводит к перегреву масла.50При 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 15-1 бХ 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 изобретения1, Способ. автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл, состоящий в измерении температуры мисцеллы в различных по высоте точках" колонны и регулировании подачи теплоносителя в зависимости от измененияизмеренных температур, о т л и ч а - ю щ и й с я 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, одновременно изменяют расходы теплоносителя в регулируемых зонах и мисцеллы на входе в колонну.ф,.2. Устройство для автоматического управления дистилляцией масляных мисцелл, содержащее датчики температуры, расположенные в различньи 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 1 еллы, ав12 1558966 Прусковцовук Корректор Э.Ло ставитель хред А. Кра едактор И рбак Заказ 819НИИПИ Государственн1130 Тираж. 369о комитета по иэобретени , Москва, Ж, Раушская Подписно м при и открыт аб., д. 4 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 томатический хроматограф, аналогоцифровые преобразователи температурыи расхода, блоки сопряжения, приемопередатчик, исполнительные механизмыс регулирующими клапанами подачи исходной мисцеллы и теплоносителя вколонну, устройство управления исполнительными механизмами, при этом выходы датчиков температуры через аналого-цифровые преобразователи, блокисопряжения и приемопередатчик соединены с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого со.единен с выходом хроматографа, атретий вход через блок сопряжения ианалого-цифровой преобразователь соединен с выходом датчика расхода исходной мисцеллы, а выход вычислительного устройства через устройство управления исполнительными механизмамисоединен с управляющими входами исполнительных механизмов подачи исходной мисцеллы и теплоносителя в колонну.