Способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в пульсационной колонне Советский патент 1984 года по МПК B01D11/04 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению массообменными процессами, в частности процессом жид костной экстракции в пульсационных колоннах, и может быть использовано в в химической, нефтехимической и других отраслях промьошленности. Известен способ автоматического регулирования процессом противоточной экстракции, осуществляемой в колонне работающей в пульсирукмцем.режиме, за ключающийся в стабилизации концентрации экстрагируемого вещества в колон не изменением расхода экстрагента в колонну и стабилизации величины задержки дисперсной фазы в колонне воз действием на амплитуду пульсаций , жидкости в колонне 1. Наиболее близким к предлагаемому является способ (автоматического управ ления процессом жидкостной экстракции путем регулирования амплитуды пульсации жидкости в зависимости от перепа да давления в колонне, стабилизации концентрации экстрагируеьюго веществ в колонне изменением расхода экстра агента, регулирования величины задерж ки дисперсной фазы в колонне воздействием на амплитуду пульсаций жидкос ти в колонне и регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта 23, Однако известный способ автоматического управления имеет тот недоста ток, что задержка дисперсной фазы, измеряемая по величине статического перепада давления на участке колонны не может служить мерой подводимой к процессу энергии, так как задержка дисперсной фазы может иметь одинаковые значения при низкой и высокой ве личине подводимой внешней энергии. Поэтому величина задержки дисперсной фазы не позволяет регулировать количество подводимой энергии в процесс. Задержка дисперсной фазы, зависящая от расходов сплошной и дисперсной фаз,не определяет и оптимальный развитый гидродинамический режим работы аппарата. Кроме того, при повышении интенсивности процесса путем увеличения воздействия на амплитуду пульсаций жидкости в колонне значительно снижа ется производительность аппарата. Цель изобретения - повышение эффективности проведения процесса. Поставленная цель достигается тем что согласно способу автоматического управления процессом жидкостной экст ракции в пульсационной колонне путем регулирования амплитуды пульсаций жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизации кон центрации экстрагируемого вещества изменением расхода экстрагента, регу лирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, до полнительно измеряют величину пульсаций перепада давления и концентрацию извлекаемогЬ компонента в сырье, в зависимости от которых регулируют амплитуду пульсаций жидкости в верхней части колонны, и стабилизируют величину пульсаций перепада давления воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в нижней части колонны. Измерение величины пульсации перепада давления, образуемого на гидравлическом сопротивлении насадки колонны, осуществляют в течение времени, когда напрсшление движения сплошной фазы совпадает с направлением пульсации жидкости. Это позволяет измерить величину диссипации энергии в единице объема в единицу времени, которая более объективно и однозначно характеризует гидродинамическую обстановку в аппарате и обладает большим быстродействием к возмущающим воздействиям: изменениям расходов фаз, геометрических размеров насадки, физических свойств фаз, внешних условий, интенсивности пульсаций. Измерение величины диссипации энергии позволяет также проводить техническое диагностирование аппаратов с внешним подводом энергии. Измерение и коррекция величины пульсирующего перепада давления, а значит и величины диссипации энергии, в верхней части колонны по концентрации извлекаемого компонента в сырье увеличиваю быстродействие процесса регулирования к главному возмущающе- му воздействию - изменению концентрации компонента в сырье. . Стабилизацию величины пульсаций перепада давления в нижней части колонны проводят на уровне, обеспечивайщем стабилизацию величины диссипации энергии в режиме, при котором достигается максимальная пропускная способность аппарата. Благодаря этому повышается скорость коалесценции мелких капель, проникающих из верхней части колонны, и увеличивается производитель ность аппарата в целом. На чертеже представлена схема реализации способа автоматического управг ления. Система автоматического управления процессом жидкостной экстракции включает колонну 1 с насадкой, пульсационную камеру 2, генератор 3 пульсаций, систему автоматической стабилизации концентрации экстрагируемого вещества в колонне, содержащую датчик 4, регулятор 5 и регулирующий клапан 6, систему автоматической стабилизации уровня раздела фаз, содержащую датчик 7, регулятор 8 и. регулирующий клапан 9, систему автоматического регулирования величины пульсаций перепада давления в верхней части колонны, содержащую датчик 10, регулятор 11 и

регулирующий клапан 12, систему автоматической коррекции величины пульсаций перепада давления в верхней части колонны по концентрации извлекаемого t oMnoHeHTa в сырье, содержащую дат|чик концентрации 13 и корректирующий 1регулятор 14, систему автоматической стабилизации величины пульсаций перепада давления в нижней части колонны, содержащую датчик 15, регулятор 16 и регулирующие клапаны 17 и 18. О

Способ осуществляют следующим образом.

В колонне 1 с помощью датчика 4 измеряют концентрацию экстрагируемого вещества и стабилизируют ее величину 15 регулятором 5, воздействуя на регулирующий клапан 6, расположенный на линии подачи экстрагента в колонну. Путем изменения подачи экстрагента .в колонну поддерживается величина кон- 20 центрации компонента в рафинате на заданном значении.

Измерение положения уровня раздела фаз в колонне производят датчиком 7 и стабилизируют его величину регу- 25 лятором 8,воздействуя на регулирующий, клапан 9, расположенный на линии от-/ вода нижнего продукта. Путем изменения отвода нижнего продукта поддерживают положение уровня раздела фаз на заданном значении и материальный ба- ланс в колонне.

Величину пульсаций перепада давления в верхней части колонны, характеризующей количество диссипаций энергии в единице объема в единицу време-35 ни, измеряют по значению площади импульса пульсирующего перепада давления на гидравлическом сопротивлении насадки колонны в течение времени, когда направление сплошной фазы сов- 40 падает с направлением пульсаций жидкое ти в колонне, с помощью датчика 10. Си;гнг1Л от датчика 10 поступает на регулятор 11, вырабатывающий управ-ляющее воздействие на регулирующий . 45 лапан 12, установленный на линии Дачи пульсации от генератора 3. Изменение управляющего воздействия на клапан 12 приводит к изменению гидравлического сопротивления в линии подачи JQ пульсаций, что изменяет амплитуду пульсаций жидкости в пульсационной камере 2 и, следовательно, в колонне 1.

I -55

концентрация извлекаемого компо-

нента в сырье измеряется датчиком 13. Сигнал от датчика 13 поступает на регулятор 14, который вырабатывает корректирующий сигнал, поступающий в качестве заданного значения на ре- 60 гулятор 11, регулирующий величину диссипации энергии в верхней части колонны. Величина задания на регулятор 11 изменяется пропорционально концентрации компонента в сырье и, 5

соответственно, также пропорционально изменяется управляющее воздействие на регулирующий клапан 12. Вследстйие этого величина пульсаций перепада давления, а значит и величина диссипации энергии, в верхней части колонны будет изменяться также в соответствии с концентрацией сырья, что увеличивает быстродействие регулирования к главному возмущающему воздействию изменению концентрации компонента в сырье и приводит к более рациональному использованию подводимой внешней энергии.

Значение диссипации энергии, определяемое величиной пульсаций перепада давления, в нижней части колонны измеряется датчиком 15 по величине пульсирующего перепада давления на . гидравлическом сопротивлении нассщки этой части колонны. Сигнал от датчика 15 поступает на регулятор 16, вырабатывающий управляющие воздействия на регулирующие клапаны 17 и 18, установленные на линиях подачи пульсирущей жидкости в нижнюю часть и середину колонны от пульсационной камеры 2. Регулирующие клапаны подобраны таким образом, чтобы при открывании клапана 17 клапан 18 закрывался и наоборот, а общее гидравлическое сопротивление обоих клапанов оставгшось примерно постоянным.

При изменении величины диссипации энергии в нижней части колонны (например, от управляющего воздействия регулятора 11) регулятор 16 вырабатывает такое управляющее воздействие на клапан 17, которое, изменяя поток пульсирующей жидкости, стабилизирует величину диссипации энергии на заданном значении в этой части аппарата. Клапан 18 перемещается при этом в обратном направлении, оставляя общий поток пульсирующей жидкости, а значит и величину диссипации энергии, в верхней части колонны пропорциональным концентрации извле| аемого компонента в сырье.

Згаданная величина диссипации энергии в нижней части колонны выбирается исходя из максимальной пропускной способности аппарата. В этом режиме под насадкой, например,ситчатыми тарел(ми, образуется плотный слой диспер свой фазы, что способствует повышению скорости коалесценции капель. Это вызывает укрупнение капель дисперсной фазы проникающих из верхней части колонны, и вследствие этого увеличение пропускной способности аппарата в в целом.

Заданную величину диссипации энергии в единице объема в единицу времени определяют в зависимости от режимных параметров по формуле K(af)3 + йу.х.Уд + .(af) Е где Е величина диссипации энергии в единице объема в единицу времени, Вт/с; частота пульсаций, Гц; размах колебаний жидкости в колонне, м; разность удельных весов, фа задержка диспе сной фазы в единице объема; коэффициенты, учитывающие геометрические размеры аппарата и физические свойства жидкости. Увеличение скорости коалесценции в нижней части колонны и устранение проскока мелких капель дисперсной фазы на выходе сплошной фазы (нижнего продукта) позволяет повысить интенсивность пульсаций в верхней части колонны, и, следовательно, эффективность аппарата. Пульсация вводилась снизу и в середине колонны. В качестве первичных измерительных преобразователей концентрацией 4 и 13 использовались кон дуктометрические датчики, включенные в измерительные схемы автоматических мостов 5 и 14 типа КСМ-4 с встроенными автоматическими регуляторами, Датчиком уровня раздела фаз 7 служил дифманометр ДМ-П2. Датчиками диссипации энергии 10 и 15 были использованы ди манометры ДС-Э1, на входе которых были включены полупроводниковые диод и автоматические потенциометЕ« КСП-4 с встроенными пневматическими регуля торами, служащие пневматическими пре образователями, В качестве регуляторов 8, 11 и 16 использовались регули рующие устройства ПРЗ-21 с вто(Ричными приборами ПВ10-1Э, а регулирующих клапанов б, 9, 12, 17 и 18 - клапаны с пневмоприводами типа ПРК. В рабочем диапазоне изменения нагрузки в колонне от 6 до 42 м /м-ч, интенсивности пульсаций (произведение двойной амплитуды на частоту) 0,00450,022 м/с наблюдался устойчивый гидродинамический режим в колонне, постоянство величины диссипации энергии в рабочем объеме колонны и степени извлечения экстрагируемого компонента в рафинате. Изменение нагрузки в указанных пределах при стабилизации величины диссипации энергии компенсировалось системой автоматического управления изменением амплитуды пульсаций жидкости в колонне. - Наблюдалось увеличение производи- тельности (нагрузки захлебывания) колонны в режимах с регулированием величины диссипации энергии по высоте аппарата по сравнению с режимами, когда величина диссипации энергии была постоянна во всем рабочем объеме аппарата. Например, при интенсивностях пульсаций в нижней части колонны 0,009 м/с и верхней части колонны 0,013 м/с предельная нагрузка составила 38 а при одинаковой интенсивности пульсаций по всему рабочему объему колонны 0,013 м/с предельная нагрузка, составила .36 , в другом режиме при интенсйвностях пульсаций в нижней части колонны 0,009 м/с и верхней части колонны 0,015 м/с предельная нагрузка была 31 . Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: увеличение эффективности процесса на 5-15%, производительности в 1,5-2 раза, уменьшение расхода экстрагента, обеспечение более высокой точности поддержания заданного значения концентрации компонента в продукте, обеспечение возможности регулирования величины подвода внешней энергии, статической оптимизации и технической диагностики процессом жидкостной экстракции.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ В ПУЛЬСАЦИОННОЙ КОЛОННЕ путем регулирования амплитуды пульсаций жидкости в зависимости от перепада давления в колонне, стабилизации концентрации экстрагируемого вещества изменением расхода экстрагента, регулирования уровня раздела фаз воздействием на отвод нижнего продукта, отличаюсцийся тем, что, с целью повышения эффективности проведения процесса, дополнительно измеряют величину пульсаций перепада давления и концентрацию, извлекаемого компонента в сырье, в зависимости от которых регулируют - амплитуду пульсаций жидкости в верхней части колонны, и стабилизируют величину пульсаций перепада давления воздействием на амплитуду пульсаций жидкости в § нижней части колонны. CuptS