Система автоматического управления установкой гидролиза растительного сырья Советский патент 1988 года по МПК C13K1/02 

оо

ел

Изобретение относится к области управления процессами переработки растительного сырья с целью получения моносахаридов и фурфурола.

Целью изобретения является повышение производительности установки по сахарам и фурфуролу. На фиг. 1 показана блок-схема ус- тановки; на фиг, 2 - изменение сум- Q марной концентрации (оксиметил-. фурфурола) и фурфурола, а также кон- центрации Сахаров и фурфурола в за- висимости от времени вьщержки варочной смеси в реакторе; на фиг. 3 - J5 техническая реализация системы автоматического управленкл установкой гидролиза растительного сырья.

Система автоматического управления процессом гидролиза растительно-- 20 го сырья cocTOHf из трубчатого реактора 1, холодильника 2, исполнительных органов 3 входных потоков, датчиков 4, измеряющих входные потоки, а также параметры.процег i, регуляторов 5 25 блока аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, блока цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 7, вычислителя 8, регулирующего органа 9 выдачи гидролизатлитниновой пульпы, регуля- 30 тора 10 уровня, А1ДП 11, оптического датчика 2, нормирующего АЦП 13, задатчика 14 изменения уровня, датчика 15 уровня, пробоотборника 16, бункера-дозатора 17 сырья, шлюзо- 35 вого питателя 18, парового аккумулятора 19, пропаривателя 20 сырья, струйного подогревателя 2 варочной кислоты, смесителя 22 кислоты с водой, водяного насоса 23, сбор- 40 ника 24 гидролизатлигниновой пульпы, насоси 25.

Вектор Xij материальных потоков имеет в качестве составляющих расход сырья XB, , расход воды Xg , рас- 45 ход пара Xg., Xg,,., расход кисло-ТЫ 5 л

На входы датчиков 4 поступают физические величины, характеризующие входные потоки, параметры процесса и образуюкше в совокупности вектор Хф этих физических величин. На выходах датчиков 4 появляются соответствующие аналоговые величины, образующие в совокупности вектор Хо, и поступающие далее на измерительные входы регуляторов 5 и входы блока ЛИП 6. 1,а выходе бло55

Q 5

0 5 0 5 0

5

5

ка АЦП 6 сигналы превращаются в дискретные (вектор )(д) и поступают на входы вычислителя 8.

Независимо от формы представления .;арактеристики входных потоков и ггараметров ведения процесса обозна- .чаются в виде вектора X, основными составляющими которого являются: расход сырья X,, расходы воды Х, температура X, варочной смеси, температура Х в зоне реакции, давление Xj в реакторе, отношение количеств подаваемого сырья и варочной смеси Xg. Кроме этих величин в вычислитель В вводятся содержание абсолютно сухой древесины а. с .д. Х-, и значение- уровня Хд реакционной массы в реакторе.

Вектор Y значений выходного потока содержит следующие составляющие: температуру,, пульпыпосле холодильника, отбор пробы Y, гидролизатлигниновой пульпы, суммарную концентрацию Yj ОМФ и фурфурола. Вектор Хп заданных значений регулируемых величин поступает из вычислителя 8 через ЦАП 7 на задающие входы регуляторов 5. При этом выра- батьгоаются значения следующих величин; заданное значение Х,,, расхода сырья вьксоде В трубчатый реактор Ц заданное значение Хи расхода воды X , заданное значение Хи температуры подогрева раствора варочной смеси, по которой регулируется расход пара Xg,jj заданное значение Хц температуры в реакторе, по которой регулируется подача пара Хц,( заданное значение X расхода кислоты .;

На измерительные входы регулято- торов 5 поступают соотаетствующиа составляющие вектора X. Регуляторы 5 изменяют положение исполнительных органов 3 входных потоков, чем обеспечивают заданные расходы сырья Хц, воды Хв)(2. пара Х, Xg., кислоты , обеспечивающие нужный режим

работы.реактора 1.

Контур управления уровнем заполнения трубчатого реактора включает в себя датчик 15 уровня, соединенный с регулятором 10 уровр я, а также регулирующий орган 9 выдачи гри ;роли- затлигниновой пульпы, соединенный с выходом регулятора 10, измерительный выход контура управлении уровнем соединен через АЦП 11 с вычислителем 8.

Отбор пробы Yj осуществляют пробоотборником 16 и сигнал поступает на

.вход оптического датчика 12, с выхода датчика 12 после усиления и нормирования в АЦП 13 сигнал Yj поступает

в вычислитель 8, где сравнивается измеренная величина суммарной концентрации ОМФ и фурфурола с заданной концентрацией С ,дд, которая определяется как функция вектора переменных X

4 Х, , , ,

Вычислитель 8 вырабатьшает заданное значение Xug уровня, которое через задатчик 1А поступает на управляю щий вход регулятора 10. При этом устанавливается положение датчика 5 уровня, при котором обеспечивается оптимальное время пребывания реакцион- ной массы :в зоне реакции.

При превышении величиной Yj заданного уровня Су,, вычислитель 8 вырабатывает задающее воздействие, которое через задатчик 14 поступает на задающий вход регулятора 10, что уменьша- ет высоту расположения датчика 15 уровня. В соответствии с новым положением датчика уровня контур локального управления обеспечивает регулирование пульпы в реакторе 1 около нового более низкого уровня, что соответствует меньшему времени выдержки реакционной массы, а следовательно, и снижению измеряемой оптическим датчиком 1 2 суммарной концентрации YJ ОМФ и фурфурола.

При снижении показаний Yj оптического датчика 12 ниже заданного уровня С,дд вычислитель 8 вырабатьшает сигнал Хц,который увеличивает высоту расположения датчика 15 уровня, а следовательно, увеличивает время пребывания реакционной массы в реакторе 1 и концентрацию продуктов разложения ОМФ и фурфурола, т.е. уйеличи-

вает Yj.

J ;.

Система автоматического управления установкой гидролиза растительного сырья работает следуняцим образом.

Сырье поступает из бункера-дозатора 17 в шлюзовой питатель 18, обогреваемый отходящим паром из парового аккумулятора 19, и далее в про- париватель 20 сырья, представляющий собой шнек-питатель, который подает сырье в реактор 1, Раствор варочной кислоты поступает в верхнюю часть реактора 1 через струй

5

5 0 5

0 5

5

ньй подогреватель 21 из смесителя 22. в который подаются кислота и чере; теплообменник 2 вода насосоМ 23. Гидролизатлигниновая пульпа из трубчатого реактора 1 охлаждается при прохождении через змеевик холодильника-теплообменника 2, через клапан

9вьщается в сборник 24 пульпы, затем далее в технологический поток насосом 25.

Датчик 15 уровня, регулятор (ЫСА)

10и регулирующий орган 9 выдачи гидролизатлигниновой пульпы образуют лд сальную систему стабилизации уровня: сигнал о положении датчика 15 уровня поступает в вычислитель

8 через АЦП 11.

Из пробоотборника 16 анализируемая проба гидролизатлигниновой пульпы с помощью насоса непрерывно подается в рабочий канал проточного диализатора с переменной поверхностью диализа, где анализируемый раствор разбавляется до требуемой концентрации и отделяется от сопутствующих механических, коллоидных и высокомолекулярных примесей, мешающих определению суммарной концентрации ОМФ и фурфурола. Эту функцию выполняет полупроницаемая ацетатцел- люлозная мембрана, которая-не пропускает высокомолекулярные соединения, но легко пропускает из анализируемого раствора молекулы водц, молекулы ОМФ и фурфурола, попадающие далее в параллельно протекающий поток дистиллированной воды. Количество прошедшего через мембрану ОМФ и фурфурола прямо пропорционально площади поверхности диализатора и времени диализа.

Полученный диализат поступает в проточную кювету ультрафиолетового фотометрического детектора с длиной волны 280 нм. Коэффициент разделения ОМФ и фурфурола при 40 С составляет 6,1 1 см/с, толщина мембраны 0,01 см, время перехода определяемых продуктов в раствор 0,061 с. Скорость измерения концентрации соизмерима со скоростью перехода определяемых пррдуктов в раствор и состав- ляет менее 20 с.

Однако общее время анализа, включающее подготовку пробы, составляет около 60 с.

51

Выходной электрический сигнал, вырабатываемый на выходе оптического датчика 12, после усиления и нормировки через АЦП 13 поступает в вычислитель 8. В вычислителе 8 сравниваются величины сигнала оптического датчика 12с пороговым значением и в зависимости от знака и величины разности, вырабатьюается управляю- щее воздействие, которое через задат- чик. 14 измерения уровня поступает на задающий вход устройства 10 (ЫСА) изменения уровня контура стабилизации уровня варочной смеси в реакторе 1. Изменение уровня стабилизации производится путем изменения вертикальной координаты изотопного датчика 15, расположенного на трубчатом реакторе 1, за счет включения на определенное время рев.|врсивного электродвигателя, вращение которого с помощью редуктора превращается в перемещение датчика 15 вдоль трубы реактора 1. После этого уровень реакционной смеси в реак- торе I поддерживается регулятором 10 уровня на высоте расположения изотопного датчика 15 изменением скорости слива гидролизатлигниновой пульпы из реактора 1 с помощью управляемого клапана 9.

Поскольку при стабилизированных с-коростях подачи сырья, воды, пара и кислоты в реактор 1 время пребьтания реакционной смеси в зоне реакции про порционально уровню заполнения реактора 1, то изменение этого уровня приводит к пропорциональному изменению времени пребьтания, что отража256

ется согласно графику на суммарной концентрации ОМФ и фурфурола, фиксируемых оптическим датчиком 12.

Система управления позволяет увеличить выход РВ на 2% и фурфурола на 0,5%, что приводит к увеличению объема производства кормовых дрожжей с 50 до 53 тыс. т и фурфурола с 25 до 26,5 тыс. т, к возможности изменения соотношения выхода целевых продуктов в зависимости от потребности того или иного продукта.

Формула изобретения

Система автоматического управления установкой гидролиза растительного сырья, содержащей реактор, включающая контуры регулирования подачи сьфья, пара и варочной смеси с датчиками расходов сырья, пара и варочной смеси, преобразователи и управляющие механизмы, контур стабилизации уровня варочной смеси в реакторе, включающий датчик уровня, регулятор и исполнительный механизм, и вычислитель, отлич ающаяся тем, что, с целью повышения производительности установки, она содержит последовательно соединенные оптический датчик суммарной концентрации оксиметилфурфурола и нормирующий аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с вычислителем, а в контур стабилизации уровня варочной смеси в реакторе введен цифроаналоговьй преобразователь,вход которого соединен с вычислителем, а выход - с регулятором уровня варочной смеси.

% отАСй

Фиг.1

10 ОМФиЯ ур{рурол

УРЯзурол

t,ceH

Vix Г5 Пульпа

Изоб ретение касается управления процессами переработки растительного сырья с целью получения моносахаридов и фурфурола. Целью изобретения является повышение производительности установки по сахарам и фурфуролу. Система автоматического управления установкой гидролиза растительного сырья предусматривает регулирование подачи сырья и времени нахождения его в реакторе в зависимости от сум- марной концентрации оксиметилфурфурола и фурфурола, измеряемой оптическим датчиком на выходе, путем воздействия на исполнительный механизм - (клапан) и регулятор уровня варочной смеси в реакторе. 3 ил. (Л сг

Фиг.