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.

3. Функциональные требования к системе автоматизации

Функциональные требования к системе автоматического регулирования представлены в таблице 2.

Таблица 2.

функциональные требования к системе автоматического контроля представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Функциональные требования к системам технологической сигнализации представлены в таблице 4.                                        Таблица 4.

Функциональные требования к системам производственной сигнализации представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Функциональные требования к системам пуска и остановки оборудования  представлены в таблице 6.

Таблица 6.

Описание функциональной системы автоматизации.

Технологический процесс брагоректификационной установки заключается в следующем. Брага насосом подается в подогреватель браги, где на входе в подогреватель производится контроль расхода (1).

Температура браги регулируется (2) посредством изменения подачи браги частотным преобразователем установленным на двигателе насоса подачи сырья. Датчик температуры браги установлен на трубопроводе входа в бражную колонну.

В бражной колонне установлен датчик уровня барды (16). При достижения верхнего уровня, открывается сливной клапан барды и срабатывает сигнализация.

Автоматизация бражной, эпюрационной, ректификационной колонн одинакова за исключением установочных параметров. Температура регулируется подачей пара на входе в колонны (5,9,20), давление в колоннах  регулируется клапаном на выходе из колонны (6,10,21). Также производится регистрация, предупредительная и аварийная сигнализация с индикацией.

Давление холодной воды контролируется как на выходе из насоса (3), так и на выходе конденсаторов (12,13,14,15).

Выход спирта и эфироальдегидной фракции контролируется расходомерами (17,18).

Температура спирта на выходе контролируется и регулируется (19) подачей холодной воды задвижкой, установленной на входе в конденсатор ректифицированного спирта.

Список литературы.

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие. Под редакцией А.С. Клюева, Москва 1990г.
2. Разработка функциональных схем автоматизации при проектировании автоматизированных систем управления процессами пищевых производств. Лаврищев И.Б., Кириков А.Ю. Санкт-Петербург 2002.
3. Легкая и пищевая промышленность. А.И. Драгилев, 1981г.