Способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции

 

Изобретение относится к способу автоматического управления процессом жидкостной экстракции,может быть использовано в химической промышленности и позволяет уменьшить потери целевого продукта за счет повышения точности регулирования. Способ реализуется системой автоматического регулирования , включающей контур стабилизации соотношения подачи сырья и экстрагента изменением расхода экстрагента: датчик (Д) 2 расхода сырья, блок 3 соотношения расходов и клапан (К) 4 подачи экстрагента, контур коррекции подачи экстрагеита по температуре и качеству сырья: Д 5,6 расходов экстрагента и экстракта, инвертор (и) 7, сумматор 8, блок 9 деления, Д 10 Температуры среды, инвертирующий усилитель 11 и схему 12 сравнения, Система содержит также контур стабилизации уровня раздела фаз изменением величины отвода рафината: Д 13 уровня , К 14, контур управления скоростью вращения ротора: И 15, сумматор 16, схема 17 сравнения, арифметический блок 18, сумматоры 19, 20, Д 21 скорости вращения ротора, К 22 и электродвигатель 23. 1 ил. (Л е Зкстрант Ю Сырье %. yHcmpati PaqiuHam 00 00 4:: ас

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„1 14 О (51)4 В 01 D 11/04 G 05 D 27 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

l

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Яфстра

Сырье

Уестрае

Крана

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4007753/23-26 (22) 14.01.86 (46) 30.05.87. Бюл. № 20 (72) В.А.Линев, А.Г.Липкин, В.П,Чулков и В.В.Липкина (53) 66.012-52(088.8) (56) Патент США № 3105896, кл. 235-151. 12, 1963, Авторское свидетельство СССР № 1139459, кл. В 01 D 11/04, 1983. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ (57) Изобретение относится к способу автоматического управления процессом жидкостной экстракции, может быть ис— пользовано в химической промышленности и позволяет уменьшить потери целевого продукта за счет повышения точности регулирования. Способ реализуется системой автоматического регулирования, включающей контур стабилизации соотношения подачи сырья и экстрагента изменением расхода экстрагента: датчик (Д) 2 расхода сырья, блок 3 соотношения расходов и клапан (К) 4 подачи экстрагента, контур коррекции подачи экстрагента по температуре и качеству сырья: Д 5,6 расходов экстрагента и экстракта, инвертор (И) 7, сумматор 8, блок 9 деления, Д 10 температуры среды, инвертирующий усилитель 11 и схему 12 сравнения.

Система содержит также контур стабилизации уровня раздела фаз изменением величины отвода рафината: Д 13 уровня, К 14, контур управления скоростью вращения ротора: И 15, сумматор 16, схема 17 сравнения, арифметический блок 18, сумматоры 19, 20, Д 21 скорости вращения ротора, К 22 и электродвигатель 23. 1 ил. где

30

D

Р

D к

Ввиду того, что! 13

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом жидкостной экстракции в роторно-дисковых экстракторах и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, в частности. в промышленности, по производству капролактама.

Целью изобретения является уменьшение потерь целевого продукта за сче повышения точности регулирования, Ввиду того, что содержание капролактама в процессе его экстрагирования толуолом из лактамного масла может изменяться в сырье (лактамном масле) от 55 до 63Х, для получения на выходе экстракта (раствор капролактама в толуоле) стабильной концентрации (12Z) необходимо корректировать соотношение подачи сырья экстрагент (лактамное масло — толуол), Недостаток экстрагента приводит к тому, что часть целевого продукта по условиям равновесного содержания остается в водной фазе (рафинате) и выводится на уничтоже— ние. Избыток экстрагента также нежелателен, так как снижаетсся концентрация экстракта, усложняется его дальнейшая переработка.

Кроме того, даже при оптимальной подаче экстрагента изменение концентрации сырья сказывается на количестве отводимого рафината, величина которого используется для формирования сигнала управления скорости вращения ротора. Известно, что растворимость веществ зависит от температуры, поэтому при изменении температуры изменяется необходимое количество экстрагента на одно и то же количество сырья неизменно о состава. Например, при понижении темпера— туры снижается растворимость целевого продукта в органическом экстра-генте, и если не увеличивать расход экстрагента, часть целевого продукта остается в рафинате, что приводит к последствиям, аналогичным описанным выше для случая повышения содержания целевого продукта в сырье.Кроме того, с изменением температуры среды в экстракторе необходимо изменять скорость вращения ротора.

Известно, что степень диспергироза— ния фаз определяется характеристической скоростью дисперсной фазы, с которая, в свою очередь, зависит от физических констант диспергиру13480 2 емых жидкостей, т.е, вязкости, плотности, поверхностного натяжения на границе раздела фаэ. Ввиду того что значения этих констант зависят от температуры, в процессе экстракции при изменении температуры среды в экстракторе изменяются условия диспергирования, что приводит к изменению функциональной зависимости т10 замкнутого контура управления.

Ниже показана зависимость скорости вращения ротора от температуры. с

Предельная нагрузка экстрактора по дисперсной фазе определяется выра15 жением

Q = 0 024 Е х (1 — х) — к()»

2 Я Р

+9 Гс (†вЂ,) (†) (†) (— )

Рк23 h оз Dp

20 Dp Dp Dp D доля объема, свободного для прохода жидкости; для роторно-дисковых эктракторов К 0,95; объемная доля дисперсной фазы, удерживаемой в колонне при захлебывании, зависит от соотношения подач сплошной и дисперсной фаэ; поверхностное натяжение на границе раздела фаз, Н/м; вязкость дисперсной фазы, Па ° с; разность плотностей фаэ, „,/и Ь. плотность сплошной фазы, кг/мЗ; ускорение свободного падения„ g = 9,8 м/с скорость вращения ротора, с

У диаметр дисков ротора,м; диаметр отверстий кругов,м; диаметр экстрактора,м; высота секции, м.

Из приведенного уравнения можно

Я (о 1 (Яд 2 ссс ЯО

8- ыо-/3 1 —

13134 где 6.„, to

f о — соответственно поверхностное натяжение, вязкость и плотность среды при на- 5 чальной температуре; собтветствующие температурные коэффициенты; 10 температура среды в экстракторе, С можно записать

>.o

Для экстракции капролактама водой 1 из 10Х-ного толуольного раствора при о

20 С (дисперсная фаза — вода, сплошная — толуольный раствор капролактама, соотношение подачи y / рс = 0,2) имеем: 25

8 48 10

/3/ = - — — — — — = 19 8 -10

4, 287

T/y - - = 1,6.10

Тогда

Таким образом, при повышении .температуры на 1 С скорость вращения ротора необходимо увеличить на

1X (ы = 1,01юо); при изменении температуры на 10 С вЂ” на 13X (и>

1,13(do); при изменении на 20 С вЂ” 4p на 327. (м = 1,32ы,).

На чертеже представлена схема системы для реализации способа.

Система автоматического управления процессом жидкостной экстракции 45 включает роторно-дисковый экстрактор 1, контур автоматической стабилизации соотношения подачи сырья и экстрагента путем изменения расхода экстрагента, содержащий датчик 2 50 расхода сырья, блок 3 соотношения расходов и регулируемый клапан 4 подачи экстрагента, контур коррекции подачи экстрагента в зависимости от температуры и качества сырья, содержащий датчики 5 и 6 расходов соответственно экстрагента и экстракта, инвертор 7, сумматор 8, блок 9 деления, датчик 10 температуры сре80 4 ды в экстракторе, инвертирующий усилитель 11 и схему сравнения 12, контур автоматической стабилизации уровня раздела фаз путем изменения величины отвода рафината, содержащий датчик 13 уровня раздела фаз и регулируемый клапан 14, контур автоматического управления скоростью вращения ротора, содержащий инвертор 15, сумматор 16, схему 17 сравнения, арифметический блок 18, сумматоры

19 и 20, датчик 21 скорости вращения ротора, исполнительный механизм

22 и электродвигатель 23.

Способ осуществляется следующим образом.

Датчиком 2 измеряют расход сырья и сигнал М величины расхода подают в блок 3 соотношения, который управляет клапаном 4 подачи экстрагента, реализуя зависимость Т = Z М, где

Т вЂ” величина расхода экстрагента;

М вЂ . величина расхода сырья; Z — (3,3 — 4,2) — коэффициент, зависящий от состава сырья и температуры ведения процесса.

Коэффициент Z определяют следующим образом. Расход Т экстрагента замеряют датчиком 5 и после инвертирования инвертором 7 сигнал Т подают на первый вход сумматора 8, на второй вход которого подают сигнал

С количества экстракта, замеренный датчиком 6. На выходе сумматора 8 формируется сигнал К = С вЂ” Т, соответствующий количеству извлеченного из сырья целевого продукта. Сигнал

К заводят на первый вход блока 9 деления, на второй вход которого заводят сигнал С количества экстрак-.а. Выходной сигнал Х = К/С блока

9 деления представляет собой текущую концентрацию экстракта. Эталонная концентрация Y для данной температуры формируется усилителем 11 на основании сигнала t датчика 10 температуры среды в экстракторе согласно зависимости

Y = -0,082 t — 10,37

Схема 12 сравнения на основании сигналов Х и Y формирует сигнал

Z = А (Х вЂ” Y) + 3,74, где А — коэффициент обратной связи; устанавливается при настройке из условий заданной точности и устойчивости системы.

S 131

При понижении (повышении) температуры t уменьшается (увеличивается) величина Y эталонной концентрации экстракта, при этом коэффициент

Z повышается (уменьшается) и количество Т подаваемого экстрагента автоматически увеличивается (уменьшается).

Аналогично отрабатывается изменение состава сырья. При повышении (снижении) содержания целевого продукта в сырье увеличивается (уменьшается) текущая концентрация Х экстракта, что приводит к увеличению (уменьшению) количества Т подаваемого экстрагента.

Полная зависимость управления клапаном 4 подачи экстрагента имеет вид:

+ Q ) рУ при Я (Я

25 — k С

+ 1г- 2

Сигнал ы" расчетной скорости вращения ротора подают на первый вход сумматора 20; на второй вход которо го подают с датчика 21 сигнал ц> действительной скорости вращения.

4р Выходной сигнал сумматора 20 через исполнительный механизм 22 управляет двигателем 23, поддерживания равенство расчетной и действительной скоростей вращения о> = (»"

45 Таким образом, обеспечивается Вращение ротора со скоростью, максимально возможной для данной нагрузки, данного качества сырья и текущего значения температуры среды в экстрак5р торе.

1 -k Ñ + km

3 ?5 — А (9т3 7 + 0 082t)

С+ AM

Управление скоростью вращения ротора в зависимости от нагрузки и температуры среды в экстракторе осуществляют следующим образом, В качестве нагрузки экстрактора используют сигнал С количества отводимого экстракта ° Арифметический блок 18 на основании сигнала t температуры среды в экстракторе и сигнала С количества экстракта формирует сигнал скорости вращения ротора на основании зависимости где k, k — постоянные коэффициенты, определяемые из опытных данных для конкретного экстрактора.

С уменьшением нагрузки С экстрактора скорость вращения ротора увеличивается, компенсируя снижение дис-. пергирования фаз.

Окончательный сигнал ы " расчетной величины скорости вращения ротора формируется сумматором 19 на основании зависимости где  — сигнал коррекции с выхода схемы 17 сравнения.

Сигнал В зависит от факторов, не учтенных в процессе регулирования, т.е ° от количества примесей в сырье, 3480 б склонности сырья к эмульгированию, частоты экстрагента и т.д.

Сигнал В формируется следующим

I образом. Датчик 13 уровня раздела фаз управляет клапаном 14, прикрывая его при понижении уровня и открывая при повышении уровня раздела фаз, стабилизируя eIo тем самым при работе экстрактора на нестабильных нагрузках и с сырьем переменного качества. Кроме того, сигнал Q несущий информацию о величине отводимого рафината, подают на первый вход схемы 17 сравнения, на второй вход которой подают сигнал Q = И вЂ” К

P расчетной величины потока рафината, формируемый сумматором 16. Выходной сигнал E схемы 17 сравнения представляет собой сигнал рассогласования реальной и расчетной величин выходного потока рафината:

Таким образом, расчетная величина ь " скоросги вращения ротора определяется согласно зависимости

Формула и з о б р е т ения

Способ автоматического управления процеСсом жидкостной экстракции,включающий регулирование соотношения расходов сырья и экстрагента изменением расхода экстрагента, регулирование количества рафината по уровню разСоставитель Т.Голеншина

Техред М. Ходанич Корректор С.Черни

Редактор И.Рыбченко

Заказ 2155/6

Тираж 657 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4

7 131 дела фаз, регулирование скорости вращения ротора экстрактора в зависимости от расходов сырья, экстрагента и количества рафината, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьшения потерь целевого продукта за счет повышения точности регулирования, дополнительно измеряют температуру среды в экстракторе и расход экстракта, по температуре среды рассчитывают заданную концентрацию экстракта, по величине разности расходов зкстрагента и экстракта рассчитывают количество извлеченного целевого продукта, по

3480 8 величине отношения которого к расходу экстракта рассчитывают текущее значение концентрации экстракта, по pasности расхода сырья и количества из5 влеченного целевого продукта определяют расчетную величину количества рафината, при этом расход экстрагента корректируют обратно пропорционально отклонению текущей концентра1Q ции экстракта от заданной, а скорость вращения ротора экстрактора корректируют пропорционально температуре среды и отклонению количества рафината от его расчетной величины.