О некоторых проблемах автоматизации и совершенствования процесса дистилляции многокомпонентных хлопковых мисцелл



В работе рассмотрены вопросы состояния автоматизации процессов дистилляции многокомпонентных мисцелл и возникающие в связи с этим проблемы. Рассмотрены теоретические и практические аспекты осуществления процесса дистилляции.

Разработка АСУ ТП предполагает автоматизацию контроля основных параметров технологического процесса и обработку информации в системе управления с целью оптимального функционирования всего комплекса в целом. При этом обработка информации, связанная с процессами управления, сопряжена с преобразованием контролируемых величин из одной формы представления в другую. Эти проблемы необходимо решать в комплексе как при помощи технических средств преобразования, контроля и управления, гак и совершенными методами управления и программно-математическими средствами, основанными на современных моделях. Однако до последнего времени технические средства, предназначенные для комплексной автоматизации ТП не разработаны.

В настоящее время имеются следующие разработанные системы регулирования ТП дистилляцией:

1. Температуры бензина, подаваемого на экстракцию.
2. Расхода мисцеллы на предварительный дистиллятор с коррекцией уровня мисцеллы в мисцеллосборниках.
3. Управления группой дистилляционных установок.
4. Температуры мисцеллы на выходе из предварительного дистиллятора.
5. Уровня масла в окончательном дистилляторе.
6. Температуры вспышки масла на выходе из дистиллятора.
7. Давления пара в главном коллекторе.

Весь этот комплекс систем разработан в основном на пневматических приборах и регуляторах, что не позволяет использовать указанные системы регулирования в АСУ производства.

Разработанные и эксплуатируемые в настоящее время автоматизированные системы управления технологическим процессом дистилляции многокомпонентных мисцелл ориентированы на выполнение следующих функций:

1. Измерение и отображение параметров и показателей работы оборудования.
2. Выявление отклонений в работе оборудования.
3. Расчет текущего состояния производства.

Управляющие функции системы состоят в следующем:

1. Определение рационального режима процесса.
2. Выработка рекомендаций по управлению.
3. Дистанционное управление оборудованием и изменение параметров настройки локальных регуляторов.

Перечисленные системы регулирования и управления, локальные автоматические модули не позволяют добиться высокого качества конечного продукта из-за невысокой точности регулирования, ошибок в измерениях параметров и т. п. [1]. В связи с этим для ускоренного развития средств автоматизации и преобразования информации в автоматизированных системах управления технологическими процессами дистилляции необходимо использовать более совершенные и специализированные комплексы и оборудование с универсальными быстропереналаживаемыми средствами контроля и управления, базирующимися на новой элементной базе и ориентированными на программно-математические средства. Составной частью таких программируемых средств должны стать микропроцессоры, которые не только расширяют возможности систем управления, но и придают им новые качества: многофункциональность, гибкость, резкое повышение точности, надежность в управлении и экономичность. Эти средства позволят осуществить полную автоматизацию управления процессом дистилляции.

Рассмотрим некоторые теоретические и практические аспекты процесса дистилляции. Процесс получения масла из мицелл дистилляцией относят к процессам разделения. Различают три типа процесса дистилляции: дистилляцию в пленке, дистилляцию в слое и дистилляцию распылением. Каждый из этих типов дистилляции имеет свои теоретические предпосылки и способы организации процесса.

При проведении процесса дистилляции в пленке стремятся создать наиболее тесный контакт между жидкостью стекающей мисцеллы и отводимыми парами растворителя. Для этого при проведении процесса применяют различные приемы и условия. Существуют прямоточный и противоточный способ организации потоков. В первом случае направление движения пленки мисцеллы и отводимых паров совпадают, во втором случае направление движения пленки и паров растворителя противоположны. В зависимости от направления движения пленку мисцеллы называют падающей (стекающей вниз) или поднимающейся (направленной вверх).

Процесс дистилляции хлопковых мисцелл проводят в основном в пленочных аппаратах, которые по своему технологическому назначению выполняют роль теплообменников — испарителей. При этом в аппаратах происходят следующие основные процессы: передача тепла от обогревающего пара к движущейся мисцелле, нагрев мисцеллы до температуры кипения, испарение части растворителя из мисцеллы и повышение концентрации масла в мисцелле. Обычно аппараты для дистилляции выполняют в виде трубчатых секций, соединенных между собой специальными трубопроводами.

В аппаратах с падающей пленкой с прямоточной организацией потоков мисцеллу после предварительного подогрева подают в распределительную секцию для разделения по зонам контакта. Пленка мисцеллы, стекая по обогреваемой поверхности, нагревается до температуры кипения. При этом с поверхности стекающей мисцеллы испаряются легколетучие компоненты растворителя, которые превращаются в пар и за счет создания вакуума в нижней части аппарата удаются из устройства.

В аппаратах с поднимающейся пленкой мисцеллу, также предварительно подогретую, подают в аппарат, где ее накапливают до определенного объема, подогревая дополнительно глухим паром. За счет передачи тепла от обогревающего пара температура мисцеллы повышается, происходит ее кипение с обогреванием большого количества паров растворителя. Пузырьки растворителя поднимаются с большой скоростью вверх колонны и увлекают за собой мисцеллу, которая начинает подниматься в виде тонкой пленки. В верхней части аппарата происходит отделение паров от поднимающейся мисцеллы, после чего растворитель отводят на конденсацию, а мисцеллу направляют на очистку или дальнейшее выпаривание.

При движении мисцеллы в трубках аппаратов при обоих способах организации процесса дистилляции можно выделить следующие зоны испарения:

1. А — Экономайзерную зону,
2. Б — Неразвитого кипения,
3. В — Развитого кипения,
4. Г — Повышенного паросодержания.

В зоне А происходит конвективная передача тепла и нагрев мисцеллы от входной температуры t_вх до температуры начала кипения t_нк. В зоне Б интенсивность кипения постепенно увеличивается пропорционально расстоянию от входа в рабочую трубку. На данном участке происходит повышение температуры мисцеллы от t_нк до максимальной, называемой также температурой в точке закипания t_рк. В зоне В мисцелла кипит с наибольшей интенсивностью и максимальной теплоотдачей. Температура в этой зоне уменьшается от максимальной t_рк до t_пк. Это происходит вследствие испарения части компонентов растворителя и повышении температуры кипения самой мисцеллы. В зоне Г температура кипения мисцеллы продолжает повышаться от t_пк до своего выходного значения t_вых. На данном участке интенсивность теплопередачи резко уменьшается. Это явление объясняется повышением паросодержания мисцеллы и отдалением стекающей или поднимающейся пленки от поверхности нагрева пузырьками испаряющегося растворителя. Величина каждой зоны определяется физико-химическими свойствами масла и растворителя и в ходе процесса может меняться. Из всех перечисленных, зона развитого кипения В является наиболее продуктивной, и увеличение ее длины за счет сокращения других зон позволяет повысить среднюю поверхность и плотность теплового потока для всего аппарата и тем самым интенсифицировать процесс отгонки растворителя.

Анализируя процесс отгонки растворителя, можно отметить, что ему присущ ряд недостатков. Прямоточный способ организации потоков обладает низким коэффициентом теплоотдачи и нерациональным использованием рабочей зоны испарения. При нарушении технологии (например, увеличение расхода греющего пара или уменьшении расхода поступающей мисцеллы) образуется большое количество паров легколетучих компонентов, что приводит к образованию «поршневого эффекта», т. е. к выбрасыванию мисцеллы из рабочих трубок аппарата в сепарационную зону и оголению рабочей поверхности нагрева. При этом резко снижается коэффициент теплоотдачи аппарата, падает производительность аппарата, возрастает удельный расход пара. Местный перегрев трубок приводит к образованию нагара, окислительным процессам в масле, образованию полимерных соединений, что снижает качество готового продукта, ухудшает вкусовые качества.

Во избежание описанных процессов при производстве масла необходимо создавать или модифицировать существующие аппараты для дистилляции и разрабатывать устройства с изменяющейся высотой зон обогрева и испарения. Такие устройства создают более благоприятные условия для протекания процесса и способствуют реализации более «мягких» режимов дистилляции.

Литература:

1. Алексеев Е. Р. SciLab: Решение инженерных и математических задач / Е. Р. Алексеев, О. В. Чеснокова, Е. А. Рудченко. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008. — 260 с.