RU2534820C1 - Method for automatic control of distillation column of distiller - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method includes controlling flow of mash and pressure in the lower part of a distillation column by feeding steam into the distillation column; controlling the setting of the pressure value at the bottom of the distillation column as a function of mismatch between the given and the current temperature in the upper part of the distillation column; controlling flow of water entering the condenser and the water section of the refluxer of the distillation column, wherein the flow of water into the condenser and the water section of the refluxer of the distillation column is controlled as a function of the difference between the given and the current temperature of the wash distillate at the output of the water section of the refluxer of the distillation column.

EFFECT: improved quality of the obtained ethyl alcohol, high output of the apparatus and reduced cost per unit of heating steam.

1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматическому управлению бражной колонной брагоректификационной установки (БРУ) непрерывного действия спиртового производства или иных производств.The invention relates to the automatic control of a mash column of a continuous recovery plant (BRU) of continuous operation of alcohol production or other industries.

Известен способ автоматического управления бражной колонной брагоректификационной установки [Мандельштейн М.Л. Автоматические системы управления технологическим процессом брагоректификации. М.: Пищевая промышленность, 1975, с.168-171], заключающийся в стабилизации давления низа бражной колонны подачей греющего пара, стабилизации температуры отходящей из водяной секции дефлегматора бражной колонны охлаждающей воды изменением ее расхода на входе в конденсатор бражной колонны, стабилизации температуры верха бражной колонны изменением расхода бражки на тарелку ее питания и подаче бражного дистиллята в полном объеме на тарелку питания эпюрационной колонны.A known method of automatic control of the mash column of the rectification installation [Mandelstein M.L. Automatic control systems for the process of rectification. M: Food industry, 1975, p.168-171], which consists in stabilizing the pressure of the bottom of the brewing column by supplying heating steam, stabilizing the temperature of the cooling water leaving the reflux condenser column of the reflux condenser, changing its flow rate at the inlet of the condensing column, stabilizing the top temperature dash column by changing the consumption of mash on the plate of its power and supplying the mug distillate in full to the power plate of the scrubbing column.

Недостатки данного способа: регулирование температуры отходящей воды из дефлегматора бражной колонны не обеспечивает стабильного режима работы ее конденсатора и водяной секции дефлегматора, что может приводить к нарушению процесса вываривания бражки, увеличению удельных затрат тепловой энергии и повышенным потерям спирта с бардой. Кроме того, изменения расхода бражки при регулировании температуры верха бражной колонны наносят возмущения по нагрузке для последующих колонн БРУ, что также может привести к уменьшению их производительности, повышенному расходу греющего пара и снижению качества получаемого продукта.The disadvantages of this method: regulating the temperature of the waste water from the reflux column of the cooker’s column does not ensure the stable operation of its condenser and the water section of the reflux condenser, which can lead to disruption of the process of digestion of the mash, an increase in the specific cost of thermal energy and increased losses of alcohol with distilled water. In addition, changes in mash consumption when controlling the top temperature of the mower column cause disturbances in the load for subsequent columns of the BRU, which can also lead to a decrease in their productivity, increased consumption of heating steam and a decrease in the quality of the resulting product.

Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности в части бражной колонны является способ автоматического управления непрерывно действующим трехколонным брагоректификационным аппаратом [SU 206494 A, опубл. 08.12.1967], в котором регулируют давление низа бражной колонны изменением расхода греющего пара, подаваемого в ее низ, а величину давления при этом задают в функции от рассогласования между заданной и текущей температурами в верхней части бражной колонны, осуществляют регулирование расхода бражки, поступающей в бражную колонну, расход воды в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны регулируют в зависимости от разности заданной и текущей температур отходящей охлаждающей воды из водяной секции дефлегматора.Closest to the claimed decision on the technical nature of the mash column is a method for automatic control of a continuously operating three-column frac rectification apparatus [SU 206494 A, publ. 12/08/1967], in which the pressure of the bottom column is controlled by changing the flow rate of heating steam supplied to its bottom, and the pressure value is set as a function of the mismatch between the set and current temperatures in the upper part of the column, the flow rate of the mash entering the bottoms column, the flow rate of the condenser and the water section of the reflux condenser column are controlled depending on the difference between the set and current temperatures of the outgoing cooling water from the water section of the reflux condenser.

Недостатком данного способа автоматического управления в части бражной колонны является то, что регулирование температуры отходящей воды из дефлегматора бражной колонны не обеспечивает стабильного режима работы ее конденсатора и водяной секции дефлегматора, что может приводить к нарушению процесса вываривания бражки и, следовательно, к увеличению удельных затрат тепловой энергии, повышенным потерям спирта с бардой, снижению качества получаемого продукта и уменьшению производительности. Кроме того, данный способ автоматического управления в части бражной колонны не позволяет произвести предварительную эпюрацию бражного дистиллята, образующегося на выходе из водяной секции дефлегматора, и вывести в жидком виде из конденсатора поток с высоким содержанием головных примесей этилового спирта, поскольку не обеспечивает стационарность работы конденсатора и водяной секции дефлегматора бражной колонны. При этом температура бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора изменяется в широком диапазоне. Поток жидкости из конденсатора имеет незначительную концентрацию головных примесей и подается, как правило, на питательную тарелку эпюрационной колонны для дальнейшей переработки. Причиной является то, что объект управления по каналу управления: вход - расход охлаждающей воды в конденсатор и водяную секцию дефлегматора, выход - температура отходящей воды из дефлегматора, обладает большой инерционностью, существенным транспортным запаздыванием, а управляющее воздействие имеет переменные во времени характеристики, поскольку в качестве охлаждающей воды применяется, как правило, вода из рек, прудов или водооборотных систем, которая имеет широкий диапазон колебаний температуры как сезонный, так и суточный. Кроме того, величина выходного параметра объекта управления «температура отходящей из дефлегматора воды» зависит от нагрузки бражной колонны, степени загрязнения поверхностей теплообмена подогревателя бражки, водяной секции дефлегматора и не является достаточной, в целях управления, оценкой состояния массообменных процессов в дефлегматоре бражной колонны по указанным выше причинам.The disadvantage of this automatic control method in the part of the dummy column is that the regulation of the temperature of the waste water from the reflux condenser does not provide a stable mode of operation of its condenser and the water section of the reflux condenser, which can lead to disruption of the digestion digestion process and, consequently, to an increase in the specific cost of heat energy, increased losses of alcohol with bard, reducing the quality of the resulting product and reducing productivity. In addition, this automatic control method in the part of the dummy column does not allow preliminary dosing of the distillate formed at the outlet of the water section of the reflux condenser and to remove a stream with a high content of ethyl alcohol impurities from the condenser in liquid form, since it does not ensure the operation of the condenser and the water section of the reflux column of the beer column. The temperature of the distillate at the outlet of the water section of the reflux condenser varies over a wide range. The liquid stream from the condenser has a low concentration of head impurities and is usually fed to the nutrient plate of the epilation column for further processing. The reason is that the control object via the control channel: the input is the flow of cooling water to the condenser and the water section of the reflux condenser, the output is the temperature of the waste water from the reflux condenser, has a high inertia, significant transport delay, and the control action has time-varying characteristics, since As cooling water, as a rule, water is used from rivers, ponds or water circulation systems, which has a wide range of temperature fluctuations, both seasonal and daily. In addition, the value of the output parameter of the control object "temperature of the water leaving the reflux condenser" depends on the load of the mash column, the degree of contamination of the heat exchange surfaces of the mash heater, the water section of the reflux condenser and is not sufficient, for control purposes, to assess the state of mass transfer processes in the mash column reflux condenser according to the indicated above reasons.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа автоматического управления бражной колонной, заключается в улучшении качества получаемого этилового спирта, повышении производительности БРУ и снижении удельных затрат греющего пара.The technical result achieved by the implementation of the proposed method for automatic control of the dummy column is to improve the quality of the ethyl alcohol obtained, increase the productivity of the BRU and reduce the specific cost of heating steam.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического управления бражной колонной брагоректификационной установки, заключающемся в регулировании расхода бражки, давления в ее нижней части подачей пара, в задании величины давления низа бражной колонны в функции от рассогласования между заданной и текущей температурой в верхней части бражной колонны, в регулировании расхода воды, поступающей в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны, причем согласно изобретению расход воды в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора бражной колонны.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of automatic control of the mash column of the rectification installation, which consists in regulating the mash consumption, pressure in its lower part by steam supply, in setting the pressure value of the lower mash column as a function of the mismatch between the set and current temperature in the upper part of the mash columns, in regulating the flow rate of water entering the condenser and the water section of the reflux condenser of the bottoms column, moreover, according to the invention, the flow rate of water into the condenser and yanuyu section dephlegmator brazhnoy column is adjusted as a function of the difference between the desired and actual temperature values brazhnogo distillate outlet section dephlegmator brazhnoy water column.

В предлагаемом способе автоматического управления выходной параметр объекта управления «температура бражного дистиллята на выходе водяной секции дефлегматора бражной колонны» однозначно и достаточно точно для целей управления определяет состояние массообменных процессов в дефлегматоре бражной колонны и позволяет эффективно управлять составом паровой фазы в водяной секции дефлегматора и конденсаторе бражной колонны, что, в свою очередь, позволяет получить на выходе конденсатора поток жидкой фазы с более высоким содержанием продуктов головной фракции этилового спирта, который может быть удален из процесса дальнейшей переработки бражного дистиллята. Данным способом может быть выполнена предварительная эпюрация бражного дистиллята, которая обеспечит возможность повышения производительности эпюрационной и спиртовой колонн БРУ и качества получаемого этилового спирта, а также снизит удельные затраты греющего пара в этих колоннах.In the proposed automatic control method, the output parameter of the control object “temperature of the distillate at the outlet of the water section of the reflux condenser column” uniquely and accurately for the purposes of control determines the state of mass transfer processes in the reflux condenser column and allows you to effectively control the composition of the vapor phase in the water section of the reflux condenser and condensation condenser columns, which, in turn, allows to obtain a liquid phase stream with a higher product content at the output of the condenser t of the head fraction of ethyl alcohol, which can be removed from the process of further processing of distillate. In this way, a preliminary epure of the distillate distillate can be performed, which will provide an opportunity to increase the productivity of the epilation and alcohol columns of the BRU and the quality of the ethyl alcohol obtained, as well as reduce the specific costs of the heating steam in these columns.

На чертеже представлен узел бражной колонны с совмещенной функциональной схемой системы автоматического управления бражной колонной брагоректификационной установки в производстве этилового спирта для реализации предложенного способа.The drawing shows the assembly of the dummy column with a combined functional diagram of the automatic control system of the dummy column of the rectification unit in the production of ethyl alcohol to implement the proposed method.

Узел состоит из бражной колонны 1, подогревателя бражки 2, водяной секции дефлегматора 3, конденсатора 4, сепаратора бражных газов 5, конденсатора бражных газов 6. Материальные потоки обозначены следующим образом: ВСП - водно-спиртовой пар, ГФЭС - головная фракция этилового спирта (жидкость), ПГС - парогазовая смесь после сепарации бражки, ПГФЭС - пары головной фракции этилового спирта, УГ - углекислый газ.The unit consists of a beer column 1, a mash heater 2, a water section of a reflux condenser 3, a condenser 4, a gas separator 5, a gas condenser 6. Material flows are designated as follows: VSP - water-alcohol steam, HFES - head fraction of ethyl alcohol (liquid ), PGS - vapor-gas mixture after mash separation, PGFES - vapors of the ethyl alcohol head fraction, UG - carbon dioxide.

Бражная колонна снабжена датчиком давления 7, установленным в нижней части колонны и связанным с регулятором 8, который воздействует на исполнительный механизм 9 на линии подачи греющего пара в бражную колонну, датчиком температуры 10, установленным в верхней части колонны и связанным с регулятором 11. Регулятор 11 связан с входом коррекции задания регулятора 8.The dummy column is equipped with a pressure sensor 7 installed in the lower part of the column and connected to the regulator 8, which acts on the actuator 9 on the supply line of heating steam to the mantle, a temperature sensor 10 installed in the upper part of the column and connected to the regulator 11. Regulator 11 connected to the input of the correction reference of the controller 8.

Регулятор 12 изменяет расход охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор 4 и водяную секцию 3 дефлегматора бражной колонны, с помощью исполнительного механизма 13 в зависимости от разности заданной и текущей температур бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора, измеряемой датчиком температуры 14. Расход бражки в колонну 1 измеряется с помощью расходомера 15, связанного с исполнительным механизмом 16 через регулятор 17.The controller 12 changes the flow rate of the cooling water supplied to the condenser 4 and the water section 3 of the reflux condenser column using the actuator 13, depending on the difference between the set and current temperatures of the distillate at the outlet of the reflux condenser water section, measured by the temperature sensor 14. The consumption of the brew in the column 1 is measured using a flow meter 15 connected to an actuator 16 through a regulator 17.

Подачу материальных потоков в БРУ осуществляют следующим образом: греющий пар подают из котельной в коллектор, давление в котором поддерживают на заданном уровне регулятором, и направляют в виде острого пара в бражную колонну, охлаждающую воду подают под заданным давлением в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны. Бражку в колонну подают насосом из бражной ямы, в которую ее перекачивают из бродильных чанов. Из низа бражной колонны отбирают освобожденную от спирта барду, которая идет на дальнейшую переработку. Поток бражного дистиллята из подогревателя бражки и водяной секции дефлегматора подают по трубопроводу на питательную тарелку колонны эпюрации, на одну из верхних тарелок которой подают гидроселекционную воду, способствующую более полному выделению головных и промежуточных примесей.Material flows are supplied to the BRU as follows: heating steam is supplied from the boiler room to the collector, the pressure of which is maintained at a predetermined level by the regulator, and sent in the form of hot steam to the mash column, cooling water is supplied under the given pressure to the condenser and water section of the mantle column reflux condenser . The mash is fed into the column with a pump from the mash pit, into which it is pumped from fermentation tanks. From the bottom of the brewer’s column, the distillery vinasse, which is free of alcohol, is taken for further processing. The stream of distillate from the mash heater and the water section of the reflux condenser is piped to the nutrient plate of the epuretion column, hydroselective water is supplied to one of the upper plates, which contributes to a more complete separation of head and intermediate impurities.

Автоматическое управление бражной колонной брагоректификационной установки в соответствии с заявленным способом осуществляют следующим образом.Automatic control of the wash column of the rectification installation in accordance with the claimed method is as follows.

Регулятор 8 управляет расходом греющего пара, поступающего в бражную колонну, по давлению в ее нижней части. На вход коррекции задания регулятора 8 подается сигнал от регулятора 11 в зависимости от рассогласования текущей и заданной температур верха бражной колонны. Задание регулятору 11 соответствует такой температуре в верхней части бражной колонны, при которой обеспечивается необходимое вываривание спирта из бражки. Данным образом достигается корректировка расхода пара, подаваемого в колонну, при изменении состава и температуры бражки. Тепловой режим конденсатора и водяной секции дефлегматора управляется регулятором 12, который, изменяя расход охлаждающей воды с помощью исполнительного механизма 13, поддерживает температуру бражного дистиллята на выходе водяной секции дефлегматора бражной колонны, измеряемую датчиком 14, в соответствии с заданным значением. В подогревателе бражки 2, в котором исходная бражка подогревается водно-спиртовым паром из колонны 1, как правило, до температуры от 75 до 80 градусов Цельсия, конденсируется около половины всего потока пара и превращается в бражной дистиллят, содержащий в основном этиловый спирт, воду, промежуточные и концевые примеси, а также часть компонентов головных примесей. Пар из подогревателя 2, поступающий на вход водяной секции дефлегматора, имеет значительно большую концентрацию компонентов головных примесей, чем исходный пар на выходе из колонны 1.The regulator 8 controls the flow of heating steam entering the brew column, according to the pressure in its lower part. At the input of the correction task of the regulator 8, a signal is supplied from the regulator 11 depending on the mismatch of the current and the set temperature of the top of the column. The task of the regulator 11 corresponds to such a temperature in the upper part of the mash column, at which the necessary digestion of alcohol from the mash is provided. In this way, an adjustment is made to the flow rate of steam supplied to the column when the composition and temperature of the mash is changed. The thermal regime of the condenser and the water section of the reflux condenser is controlled by a regulator 12, which, by changing the flow of cooling water using the actuator 13, maintains the temperature of the distillate at the outlet of the water section of the reflux condenser of the bar column, measured by the sensor 14, in accordance with the set value. In the mash maker 2, in which the original mash is heated with water-alcohol steam from the column 1, usually to a temperature of 75 to 80 degrees Celsius, about half of the entire steam stream condenses and turns into macerated distillate, which contains mainly ethyl alcohol, water, intermediate and terminal impurities, as well as part of the components of the head impurities. The steam from the heater 2, entering the inlet of the water section of the reflux condenser, has a significantly higher concentration of components of the head impurities than the initial steam at the outlet of the column 1.

Необходимо отметить, что задание регулятору температуры бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора устанавливают из условия максимального содержания компонентов головной фракции в паровой фазе, поступающей в конденсатор 4, с целью дальнейшего их вывода в жидком виде из процесса переработки бражного дистиллята. Для удаления в значительной степени из бражного дистиллята на выходе водяной секции дефлегматора бражной колонны метанола, метилацетата, этилацетата, этилформиата, ряда альдегидов и других примесей достаточно с высокой точностью автоматически стабилизировать температуру этого потока подачей охлаждающей воды. Задание регулятору 12 на температуру бражного дистиллята на выходе водяной секции дефлегматора бражной колонны может находиться, например, в диапазоне от 74 до 76 градусов Цельсия, что обеспечивает переход в конденсатор 4 компонентов головной фракции в составе паровой фазы. Более точно пределы диапазона заданий на температуру можно определить по результатам анализа состава примесей бражного дистиллята, получаемого из конкретного вида сырья. При этом в водяной секции дефлегматора бражной колонны устанавливается стационарный массообменный процесс между жидкой и паровой фазой. Компоненты головной фракции этилового спирта, как более летучие вещества по сравнению с этиловым спиртом, переходят в паровую фазу в виде азеотропных смесей с водой и другими компонентами или непосредственно в виде паров. Затем паровой поток поступает в конденсатор 4, в котором охлаждается до жидкого состояния, и компоненты головной фракции этилового спирта в составе жидкости могут быть удалены из процесса дальнейшей переработки бражного дистиллята.It should be noted that the task of the temperature regulator of the distillate at the outlet of the water section of the reflux condenser is established from the condition of the maximum content of the components of the head fraction in the vapor phase entering the condenser 4, with the aim of their further withdrawal in liquid form from the process of refining of distillate. To remove to a large extent from the distillate from the distillate at the outlet of the water section of the reflux condenser of the reflux column of methanol, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl formate, a number of aldehydes and other impurities, it is sufficient to automatically automatically stabilize the temperature of this stream by supplying cooling water with high accuracy. The task of the regulator 12 to the temperature of the distillate at the outlet of the water section of the reflux column of the stripper column can be, for example, in the range from 74 to 76 degrees Celsius, which ensures the transition of 4 components of the head fraction into the condenser as part of the vapor phase. More precisely, the limits of the range of tasks for temperature can be determined by the analysis of the composition of impurities of distilled distillate obtained from a particular type of raw material. At the same time, in the water section of the reflux condenser of the brew column, a stationary mass transfer process is established between the liquid and vapor phase. The components of the head fraction of ethyl alcohol, as more volatile substances compared to ethyl alcohol, pass into the vapor phase in the form of azeotropic mixtures with water and other components or directly in the form of vapors. Then the vapor stream enters the condenser 4, in which it is cooled to a liquid state, and the components of the head fraction of ethyl alcohol in the composition of the liquid can be removed from the process of further processing of the distillate.

Существующие способы автоматического управления бражной колонной, основанные на регулировании температуры отходящей воды из дефлегматора бражной колонны, не обеспечивают поддержание высокоточного температурного режима дефлегматора бражной колонны и возможности предварительной эпюрации бражного дистиллята, что в дальнейшем может снизить качество конечного продукта, уменьшить производительность БРУ и вызвать увеличение удельного расхода греющего пара.Existing methods for automatic control of the dash column, based on controlling the temperature of the waste water from the reflux column of the dash column, do not provide high-precision temperature control of the reflux column of the dash column and the possibility of preliminary epuration of the dye distillate, which can further reduce the quality of the final product, reduce the productivity of the control unit and cause an increase in specific heating steam consumption.

Повышение качества получаемого продукта в предлагаемом способе автоматического управления бражной колонной достигается за счет увеличения точности стабилизации температуры бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора бражной колонны, что обеспечивает более полное выделение в концентрированном виде головных примесей этилового спирта в конденсаторе бражной колонны и их возможное удаление из потока бражного дистиллята, что существенно улучшает проведение процессов в эпюрационной и спиртовой колоннах БРУ и вызывает снижение содержания в конечном продукте количества головных примесей. Этими мерами обеспечивается улучшение физико-химических и органолептических свойств спирта, что соответствует повышению его качества.Improving the quality of the obtained product in the proposed method for automatic control of the dash column is achieved by increasing the accuracy of stabilization of the temperature of the dye distillate at the outlet of the water section of the dash column reflux condenser, which provides a more complete separation of the concentrated impurities of ethyl alcohol in the condenser of the dash column and their possible removal from the flow of distilled distillate, which significantly improves the processes in the epilation and alcohol columns of the BRU and causes Reductions in the final product amounts head impurities. These measures provide an improvement in the physicochemical and organoleptic properties of alcohol, which corresponds to an increase in its quality.

Регулирование температуры бражного дистиллята на выходе водяной секции дефлегматора бражной колонны повышает точность поддержания технологического режима бражной колонны, что снижает в ней потери спирта с бардой и удельный расход греющего пара.Regulation of the temperature of the distillate at the outlet of the water section of the reflux column of the distillation column increases the accuracy of maintaining the technological mode of the distillation column, which reduces the loss of alcohol and distillery distillate and the specific consumption of heating steam.

Кроме того, задания регуляторам расхода бражки и температуры бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора бражной колонны могут автоматически изменяться системой управления производительностью БРУ и согласования режимов работы отдельных колонн, которая может быть в составе АСУТП БРУ, в зависимости от разности заданной и фактической производительности БРУ по этиловому спирту.In addition, the tasks for the controllers of the mash consumption and the temperature of the mild distillate at the outlet of the water section of the reflux column can be automatically changed by the BRU productivity control system and the coordination of the operating modes of individual columns, which can be part of the BRM control system, depending on the difference between the set and actual BRU performance on ethyl alcohol.

Claims (1)

Способ автоматического управления бражной колонной брагоректификационной установки, заключающийся в регулировании расхода бражки, давления в ее нижней части подачей пара, в задании величины давления низа бражной колонны в функции от рассогласования между заданной и текущей температурой в верхней части бражной колонны, в регулировании расхода воды, поступающей в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны, отличающийся тем, что расход воды в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора бражной колонны. A method for automatically controlling the mash column of the rectification installation, which consists in regulating the mash consumption, pressure in its lower part by steam supply, in setting the pressure value of the bottom of the mash column as a function of the mismatch between the set and current temperature in the upper part of the mash column, in regulating the flow of water entering into the condenser and the water section of the reflux condenser of the bottoms column, characterized in that the flow rate of water into the condenser and the water section of the reflux condenser of the bottoms column is regulated in function from the difference between the set and the current values of the temperature of the distillate at the outlet of the water section of the reflux column of the distillation column.