Управление техническими системами

Министерство образования и науки РФ

ВГБОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

 

 

 

Кафедра «АСУ и АПП»

 

 

 

Функциональная схема автоматизации производства спирта.           Ректификационная установка.

Пояснительная записка к курсовой работе по курсу                               «Управление техническими системами»

 

 

 

 

 

Выполнил: ст.гр. ПМз-91

095100   Кулыгин А.В.

Проверил: Шевцова Т.Г.

 

 

Кемерово 2014

 

Содержание

Введение………………………………………………………………….1

1. Описание технологического объекта управления……..……….4
2. Анализ технологического объекта управления………………....8
3. Функциональные требования к системе автоматизации……….10
4. Описание функциональной системы автоматизации…………..15

Заключение……………………………………………………………….18

Список литературы………………………………………………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Этиловый спирт – основной продукт, находящий широкое применение в пищевой, микробиологической, медицинской и других отраслях промышленности. В пищевой промышленности спирт используют при изготовлении ликерно-водочных изделий, плодово-ягодных вин, пищевых ароматизаторов и т.д. Производство спирта состоит из нескольких этапов, выполнять которые нужно обязательно в последовательном порядке.                                                     

Технология получения спирта включает в себя следующие этапы: подготовка сырья, разваривание зерна водой, охлаждение и осахаривание, сбраживание, отгонка спирта, ректификация.

          Выделение спирта из культурной жидкости является заключительной стадией получения спирта и осуществляется в брагоректификационных установках (БРУ).  Эти приборы в зависимости от производительности и вида нагревательного устройства могут иметь разную конструкцию. Некоторые из этих приборов несложно изготовить в домашних условиях из подручных средств.

           Ректификация – укрепление спиртовых паров и освобождение ректификуемого спирта от имеющихся примесей.

            В данной работе рассмотрим  системы управления брагоректификационной  установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического объекта управления

         Зрелая бражка — полупродукт спиртового производства. Для получения 1 м3 спирта расходуют около 12 м3 бражки. Бражка сложна по составу. В ней содержатся дрожжи, соли, несбраживаемые углеводы, красящие вещества, глицерин и др.

           Летучая часть представлена водой, этиловым спиртом и его примесями: кислотами, эфирами, альдегидами и высшими спиртами. В бражке находится свыше 50 различных летучих веществ, но лишь спирт и вода содержатся в значительном количестве, поэтому ее условно можно рассматривать как бинарную систему.

            Выделение этилового спирта из бражки и его очистка осуществляются ректификацией. Под ректификацией понимают разделение бинарной или многокомпонентной жидкой системы на компоненты или фракции, различающиеся летучестью при одной и той же температуре. При кипении смеси, состоящей из различных по летучести компонентов, более летучий компонент переходит в паровую фазу в относительно большем количестве, чем менее летучий. Это приводит к обогащению паровой фазы более летучим компонентом. Возможность обогащения смеси  одним из компонентов реализуется практически в процессах ректификации, которую можно рассматривать как метод сложной или многократной перегонки.

              Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах — колоннах, в которых пары разделяемой смеси движутся снизу вверх, а навстречу им вниз стекает жидкость (флегма). Колонны оборудованы контактными устройствами или тарелками, служащими для более полного контакта между жидкой и паровой фазами.

            Для увеличения крепости дистиллята ректификацию водно-спиртовых смесей сочетают с дефлегмацией— повышением крепости водно-спиртовых паров частичной конденсацией. Ее осуществляют в специальных теплообменных аппаратах—дефлегматорах. Жидкость, образующаяся при дефлегмации, обедняется легколетучим компонентом; ее называют флегмой. Флегму возвращают в колонну. Несконденсировавшиеся в дефлегматоре крепкие водно-спиртовые пары поступают в холодильник, где полностью конденсируются, охлаждаются и выводятся из аппарата в виде дистиллята. Отношение количества флегмы к количеству дистиллята называется флегмовым числом.

            Для создания парового потока в колонну снизу подводят тепло в виде греющего пара. Подлежащая разделению смесь подается чаще всего в среднюю часть колонны в жидком, парообразном или смешанном состоянии. Для разделения бинарной смеси используют одну ректификационную колонну. Ректификацию многокомпонентных смесей осуществляют в нескольких колоннах, работающих последовательно.

            По техническому назначению ректификационные установки спиртового производства подразделяются на сырцовые, ректификационные и брагоректификационные. Первые предназначены для получения из бражки спирта- сырца, содержащего кроме этанола все примеси. На ректификационных установках очищают спирт-сырец и получают ректификованный спирт. В брагоректификационных установках совмещены технологические операции сырцовых и ректификационных аппаратов. Эти установки позволяют получать ректификованный спирт непосредственно из бражки.

         В состав брагоректификационной установки входят три основные и две дополнительные колонны. К основным относят бражную, эпюрационную ректификационную колонны, а к дополнительным — сивушную и окончательную. Бражная колонна предназначена для отделения из бражки всех ее летучих компонентов. Освобожденная от летучих компонентов бражка называется бардой. В эпюрационной колонне из; бражного дистиллята выделяют головные и концевые примеси в виде эфироальдегидной фракции. Ректификационная колонна служит для укрепления и очистки спирта от промежуточных примесей. Сивушная колонна предназначена для разгрузки ректификационной: колонны от высших спиртов с последующим их концентрированием. В окончательной колонне дополнительно удаляются концевые или промежуточные примеси этанола. Окончательные- колонны широко используются для очистки спирта от метанола. Кроме этих колонн для извлечения спирта из эфироальдегидной фракции используют разгонные колонны. Выход ректификованного спирта увеличивается на 2,5—3,5%.

         В зависимости от способа включения «бражной колонны в схему брагоректификационной установки различают установки прямого, непрямого (косвенного) и полупрямого действия. Наибольшее распространение нашли установки косвенного действия, где спирт и примеси извлекаются из бражки в виде жидкого продукта — бражного дистиллята, которым питают эпюрационную колонну. В России освоен выпуск брагоректификационных установок косвенного действия производительностью 1000, 1500, 2000, 3000 и 6000 дал условного спирта-сырца в сутки, под которым понимают сумму всех спиртсодержащих продуктов, получерных на установке в пересчете на безводный спирт; в условный спирт включают также потери спирта при ректификации (0,8—1,0%).

         Аппаратурно-технологическая схема установки косвенного действия для получения спирта из бражки представлена на рис. 1.         

Рис. 1. Схема брагоректификационной установки косвенного действия:

1— бражная колонна; 2 —  ловушка-сепаратор; 3— сепаратор  углекислого газа; 4— конденсатор  сепаратора углекислого газа; 5 —  подогреватель бражки; 6 — конденсатор бражной колонны; 7 — эпюрационная колонна; 8 — дефлегматор эпюрационной колонны; 9 — конденсатор эпюрационной колонны; 10— ректификационная колонна; 11— дефлегматор ректификационной колонны; 12 — конденсатор ректификационной колонны; 13 — холодильник ректификованного спирта; 14 — фонарь;

Б— барда; Бр — бражка; П — пар; СМ — сивушная фракция; CP — спирт ректификованный; Т — число тарелок ЭАФ — эфироальдегидная фракция.

        Технологический режим работы установки заключается в следующем: Бражка, подогретая до 90°С в бражном подогревателе, направляется через сепаратор углекислоты на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую снизу поступает греющий пар. Пары, обогащенные спиртом, идут в

подогреватель, отдают свое тепло бражке и попадают в бражной конденсатор, где конденсируются. Бражной дистиллят крепостью 45—55% об. Поступает на питательную тарелку эпюрационной колонны. Из нижней части бражной колонны выводится барда; здесь поддерживают температуру 104°С и давление 0,016 Мпа. Барда, лишенная спирта, используется на корм скоту или служит питательной средой для выращивания кормовых дрожжей.

           Пары, обогащенные головными примесями, поступают в дефлегматор эпюрационной колонны, укрепляются и направляются для конденсации в конденсатор. Эта колонна работает при большом флегмовом числе, поэтому примеси выводят из колонны в виде эфироальдегидной фракции (2—4% по отношению к спирту-сырцу). Крепость этой фракции равна 95% об. В нижней зоне эпюрационной колонны поддерживают температуру 90°С и давление 0,015—0,020 Мпа. Из этой зоны отводят жидкий полупродукт — эпюрат, крепость которого 40% об. Эпюрат, лишенный основной массы головных примесей, поступает на питательную тарелку ректификационной колонны.

       Снизу в ректификационную колонну, как и в эпюрационную, поступает греющий пар. Спиртовые пары направляются в верхнюю часть колонны. Для этой колонны характерно наличие зоны непастеризованного спирта, содержащего повышенное количество эфиров и альдегидов, которые попали в нее из эпюрационной колонны. Поэтому отбор целевого продукта — ректификованного стандартного спирта крепостью 96,2— 96,5% об. Производят ниже этой зоны из 5—7 тарелок, считая сверху колонны. Спирт отбирают в жидком виде и направляют для охлаждения в холодильник; после холодильника он поступает для измерения количества безводного алкоголя в контрольный снаряд и далее направляется в спиртоприемное отделение. Из отгонной части ректификационной колонны удаляют высшие спирты, выход которых в виде сивушного масла составляет 0,35%. Из ректификационной колонны отводят лютерную воду, содержащую до 0,015% об. Спирта. Колонна работает при флегмовом числе 3,5 и давлении в нижней части 0,02—0,028 Мпа; температура в зоне отвода ютера 105—107°С. Выход ректификованного спирта 95—96,5% к условному спирту-сырцу.

Ректификация многокомпонентных смесей связана с большим расходом пара и воды. Так, на аппаратах косвенного действия на 1 дал спирта расходуют около 0,6 м3 воды и 60—70 кг пара.

 

2. Анализ технологического объекта управления                    Таблица 1.

Оборудование	Технологический процесс, операция	Параметры	Функции АСУ	Примечание
Подогреватель браги	Теплообменный	Температура браги на входе в бражную колонну	Контроль	Стабилизация температурного режима
			Регулирование
Бражная колонна	Тепломассообменный	Температура, давление в колонне	Контроль	Выделение легких компонентов из браги Стабилизация температурного режима
			Регулирование
			сигнализация
		Максимальный уровень барды	Регулирование
Конденсатор бражной  колонны	Тепломассообменный	Давление охлаждающей воды	Контроль	Стабилизация температурного режима
			Регулирование
			сигнализация
		Темп-ра греющего пара	Контроль давления пара

 

Конденсатор эпюрационной колонны	Тепломассообменный	Давление охлаждающей воды	Контроль	Стабилизация температурного режима
Ректификационная колонна	Тепломассообменный	Температура, давление в колонне	Контроль	Выделение спирта Стабилизация температурного режима
			Регулирование
			сигнализация
Конденсатор ректификационной колонны	Тепломассообменный	Давление охлаждающей воды	Контроль	Стабилизация температурного режима
Холодильник ректификационного спирта	Тепломассообменный	Объем  и расход спирта	Контроль	Стабилизация температурного режима
		Давление охлаждающей воды	Контроль
		Температура спирта	Контроль

 

 

 

 

 

 

 

3. Функциональные требования к системе автоматизации

Функциональные требования к системе автоматического регулирования представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Наименование регулируемого параметра	Yздн.	Точность регулирования	Примечание
Температура браги  на входе в бражную колонну		+ 2	Непрерывная САР, регулируется на частотном преобразователе двигателя насоса
Температура  в бражной колонне		+ 0,5	Непрерывная САР, регулируется вентилем на трубопроводе подачи пара в бражную колонну
Давление   в бражной колонне		+ 0,001	Непрерывная САР, регулируется вентилем на трубопроводе выхода спиртосодержащей смеси из бражной колонны
Температура спиртосодержащей жидкости в эпюрационной колонне		+ 0,5	Непрерывная САР, регулируется вентилем на трубопроводе подачи пара в эпюрационную колонну
Давление спиртосодержащей жидкости в эпюрационной колонне		+ 0,0025	Непрерывная САР, регулируется вентилем на трубопроводе выхода спиртосодержащей смеси из эпюрационной колонны
Температура спиртосодержащей жидкости в ректификационной колонне		+ 1,0	Непрерывная САР, регулируется вентилем на трубопроводе подачи пара в ректификационную колонну
Давление спиртосодержащей жидкости в ректификационной колонне		+ 0,004	Непрерывная САР, регулируется вентилем на трубопроводе выхода спиртосодержащей смеси из ректификационной колонны