酒精蒸馏工序重要工艺参数的控制.pdf

第20卷第5期宿州 学 院 学 报Vol.20,No.52 0 0 5年1 0月Journal of Suzhou CollegeOct.2 0 0 5酒精蒸馏工序重要工艺参数的控制王平先(安徽安特生物化学有限公司,安徽 宿州234000)摘要:影响蒸馏塔运行的因素较多,各变量之间相互关联,交叉藕合,工艺参数最为复杂,要使蒸馏过程物料进出平衡,热量平衡,以及各控制点压力、温度、提取成品酒稳定,选择正确的控制方案,解决合理的变量配对至关重要。标志塔正常运行的主要工艺参数是蒸汽包压力。粗塔顶温、精塔中温、冷凝器酒气温度、塔底液位。关键词:蒸馏;工艺参数;参数控制中图分类号:TQ 223.12+2文献标识码:A文章编号:1673-2006(2005)05-0097-03收稿日期:2005204229作者简介:王平先(1964-),安徽宿州人,工程师。蒸馏是酒精生产过程中的一道关键工序,蒸馏工艺过程控制的好坏将直接影响酒精产品质量及经济效益。蒸馏工序流程为:发酵后的成熟醪用往复泵自醪池须经预热器进入粗塔顶部。粗塔底部通入加热蒸汽加热,酒糟由塔底排出。粗塔顶部排出的粗酒精蒸汽进入精塔底部,脱水塔底部通入加热蒸汽,脱尽酒精废水,自脱水塔底部排出。粗塔酒汽经精塔提浓后,依次进入预热器,第一至第四冷凝器,其冷凝液全部回流精塔顶层,部分还未冷凝的酒汽由最后一台冷凝器冷凝后作为工业酒精取出,低沸点杂质排入大气,成品酒在精塔顶回流管以下液相取出1。影响蒸馏塔运行的因素较多,各变量之间相互关连,交叉藕合,工艺控制最为复杂。要使蒸馏过程达到物料平衡、热量平衡,做到进醪稳,各控制点压力稳、温度稳、提取成品酒稳。选择正确的控制方案,解决合理的变量配对至关重要,实践证明标志塔正常运行的主要工艺参数是蒸汽包压力、粗塔顶温、精塔中温、冷凝器酒气温度、塔底液位。1蒸汽汽包压力调节蒸馏过程中蒸汽压力是蒸馏生产控制中关键工艺指标之一。蒸汽量过大,塔内温度上升,内压增大,过小则温度下降,内压降低,特别是无固定液面的塔,如斜孔塔、筛板塔等新型塔型,容易造成干枯现象。蒸汽压力不稳,能使塔内杂质聚集部位上下移动,对分离杂质不利,影响酒精质量。因此,应对蒸汽包压力适时定值控制,调节进汽阀门的开度改变蒸汽量,以平衡由于进醪量变化等因素引起塔温变化。蒸汽压力调节采用单回路调节,系统如图1所示。压力变送器安装在分汽包上,输出信号去压力调节器,与给定值比较,经P I运算后,输出信号经电气转换器转换后,去控制安装在进分汽包蒸汽总管上的气动调节阀,改变进汽流量达到稳定蒸汽压力的目的。调节阀选双座气开式,对数特性,调节器工作在反作用上。图1蒸汽压力调节系统2粗塔顶温度调节粗馏塔是蒸馏工段中的第一个塔,它与后面的设备串联在一起,参数间相关密切。粗塔控制的越稳定将给整个蒸馏工段控制打好基础。工艺上主要通过控制塔顶温度来保证粗塔正常工作。粗塔顶温度调节通常采用单回路调节、双重调节和串级调节控制方案。单回路调节控制传统人动工艺,现代化企业基本不用。目前使用较多的是双重调节方案,如图2所示。粗塔顶温经检测后,送温度调节器TC,其输出分两路,一路经进醪流量调节器FC去控制调速电机转速,实现进醪流量的控制;另一路经进醪定值调节器V PC去控制进粗塔蒸汽量。如粗塔顶温度下降,温度调节器TC输出减小(正作用),此时进醪流量调节器FC外给定下降,FC输出减小(反作用),调速电机转速下降,往复泵流速下降,使塔顶温度恢复到给定值R1。同时,进醪定值调节器79安徽安特生物化学有限公司引进法国斯卑西姆公司成套设备工艺资料。1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/V PC输入信号减小,V PC输出减小(正作用),调节阀(气关式)开度增加,蒸汽量增大,从而使塔顶温度恢复到给定值R1。图2粗塔顶双重调节系统图本调节系统中的温度调节器TC和进醪流量调节器FC是串级关系,温度调节器TC的输出电流就是进醪调节器FC的外给定电流和进醪定值调节器V PC的输入电流。能克服当锅炉蒸汽压力下降的干扰出现,蒸汽流量减少,引起粗塔顶温度下降时,通过减小进醪流量,使粗塔保持稳定。3精塔底液位调节精塔底液位也是蒸馏重要控制参数。塔底液位过高,会造成“液满塔”塔底跑酒跑汽,降低蒸馏效率。过低塔底的汽液接触不好,传质变差,塔底同样跑酒跑汽。因此保证塔底液位在规定的上下限之间是重要的,一般控制在塔釜高度的1?31?2之间。由于本液位参数允许有一定波动量,工艺要求不是很严格,所以调节起来也比较简单,采用单回路P I调节或二位式调节,均能满足要求,如图3所示。液位变送器选单法兰式,带负迁移,安装在塔釜高度的1?2位置。调节阀选单座气开式,直线特性,安装在塔底废水排出管道上。图3精底液位调节系统图图4精塔中温度调节系统图4冷凝器出口酒汽温度调节酒精蒸馏甲醇等低沸点杂质主要是由分凝器后的排醛塔排出。进冷凝器冷却水量的波动会使分凝器尾酒汽温度发生变化,影响产品质量和精塔运行,因此采取调节冷却水量的办法,使冷凝器酒汽温度保持在一定范围。本调节系统采用单回路调节,测温点选冷凝器酒汽出口,调节阀安装在进冷凝器冷却水管上,选单座气关式,当气源故障时,调节阀全开,在被调温度参数选择上,有的厂曾选冷却器冷却水温,即通过控制进水量来保持冷却水温在规定范围内。此方案与前方案比较,虽调节平稳,但调节反映速度慢,灵敏度低,效果不很理想,一般不采用。在实际生产应用中,冷凝器大都在35个,一般控制一或二个(如第四或二、四冷凝器)即可,其余的人工调节至一定开度,没必要每个冷却器都要调节。5精塔中温度自动调节精塔中温度是蒸馏生产主要控制参数,它稳定与否直接影响产品酒精的质量,工艺要求精塔中温度控制在891。影响塔中温度变化的因素主要是成品酒精的取出量。取出量的大小和波动将直接改变酒精塔的回流比,使塔中温度发生变化,杂质聚集部位上下移动,造成酒精不合格。因此通过调节产品酒精取出量来稳定塔中温度是提高质量的关键。本调节系统如图4所示,被调参数取精塔中部温度,温度变送器将0150量程迁移至60120,提高整个测量控制回路的灵敏度和精度。调节参数为成品酒取出量,调节阀选单座气开式,对数特性。因精塔中温度受进料量,提酒速度及进汽量等参数的影响,时间常数大,纯滞后长,常规的P I D调节和参数整定不能适应,在实际应用运行中,采取以下措施。(1)阶跃曲线法整定调节器参数采用阶跃曲线法整定调节器参数,是工程上解决纯滞后问题的有效方法之一,具体做法如下。首先通过实验法测定系统对幅值为U0的阶跃输入的响应曲线,其次按照响应曲线计算基准参数TU及Kr,最后根据TU、Kr及经验公式便可以确定不同类型调节器的整定参数。Kr1=yTU?TgKr=Kr1?U0对P I D调节器:K=1.2?kr,T1=2TU,Td=2.42TU。某厂根据测定的精塔中温度阶跃响应曲线确定的P I D调节器参数为:K=1.77,Ti=7m in,Td=89 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/1.47m in。在实际调试过程中,对以上经验公式所得参数稍作修正,即可投入使用。(2)Sm ith预估补偿调节Sm ith预估补偿器结构如图5所示。图5用Sm ith预估补偿纯滞后因素在闭环控制回路中增加Sm ith预估补偿后的广义对象传函为:G(S)=K?(1+TLS)。这样就不存在纯滞后 带来的一系列影响,采用常规P I D调节规律,即可取得比较满意的控制效果。G(S)=K?(1+TLS)Sm ith预估器传递函数为G(S)=K(1-e-s)?1+TLS。该环节在计算机上很容易实现,将上述传函分解成两个环节:U1?(1+(TLS)VK1-e-s)D根据模拟系统的数字化实现可以得到:VK=(1-b)VK-1+bVK-1DK=K(VK-UK-1)其中,b=(P-T?T1)1=?T(假定 是T的整数倍),在实际使用时也常采用一些改进型Sm ith预估补偿器(如增益自适应Sm ith预估补偿器),可以取得更好的补偿效果。(3)利用系统特征点消除纯滞后因素影响实际操作时用精塔脱水段顶部温度变化幅度大,在精塔处于临界稳定状态,而精中温度变化尚不明显时,就以比较大的幅度开始变化的特征,根据实际工况,设定一门槛值,当该点温度越过此门槛时,不管精中温度是否变化,如何变化,均使温控器产生一个动作,提前作用,使控制系统返回稳定状态。当该点温度从相反方向越过门槛值时,及时取消该控制作用,防止调节作用过强,引起被调参数振荡。使用证明,只要特征点选择正确,门槛值设置合适,使用效果是十分明显的,系统组成如图6所示。图6加入脱水塔顶温度的精中温度调节系统6蒸馏主要检测报警点及变送器蒸馏主要检测点为总蒸汽压力、汽包压力、进粗塔、精塔蒸汽压力、冷却水压力、进粗塔醪液流量、精塔底温、顶温、精塔底温、中温、顶温、排醛温度、拿杂醇油温度、成品冷却器温度、各分凝器出口酒汽温度、精塔、粗塔底液位。压力测量一般选扩散硅压力传感器或电容式压力变送器。醪液流量测量采用电磁流量计。液位测量选单法兰式(负迁移)或双法兰式液位变送器。以上输出为010mA或420mA,温度测量均采用Pt100铂热电阻。报警参数为:汽包压力上下限,冷却水压力下限、醪液流量下限、排醛温度上限、精塔、粗塔液位上下限、精塔中温、粗塔顶温上下限。参考文献:1谢林,吕西军.玉米酒精生产新技术M.北京:中国轻工业出版社,2001I mportant Techn ique Parameter Control of Alcohol D istillation ProcessWAN G Ping2xian(A nhuiA nteBiochem istry Co.,L td,Suzhou A nhui234000)Abstract:M any elements affects the distilling column operation,which are variable and interrelated.Processcontrol ismore complicated.To reach the balance of input and output of materials through distillation,balanceof quantity of heat,and stability of pressure,temperature,extract finished alcoholof controlpoints,it is veryi mportant to choose the right controlplan to resolve proper variable pair.The key processparameter of normaloperation of the indication column are vapour box pressure,top temperatureof pri mary column,m iddle temper2ature of rectifying column,alcohol vapour temperature of condenser,and liquid levelof column bottom.Key words:distillation;process parameter;parameter control99 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/