4.4.Автоматизація технологічних процесів масообміну

До об'єктів з масообмінними процесами відносяться екстрактори та дифузійні апарати (екстракція); абсорбери та адсорбери (сорбція); сушарки (сушіння); вакуум-апарати та кристалізатори (кристалізація); ректифікаційні апарати (перегонка). За винятком деяких кристалізаторів і дифузійних апаратів, ці об'єкти є об'єктами неперервної дії, але процеси масообміну в них завжди супроводжуються гідродинамічними та тепловими процесами, що ускладнює типізацію як їх самих, так і їх систем автоматизації.

В екстракторах і дифузійних апаратах регулюються продуктивність, температура та рівень в апараті, а також концентрація витягнутого компонента в розчиннику. Якщо в останньому випадку відсутні прилади для автоматичного визначення концентрації, то підтримують певне співвідношення матеріальних потоків, що надходять в апарат.

В абсорберах регулюється концентрація робочого розчину чи поглинаючого компонента в газовому потоці на виході з апарату, а також температура в робочій зоні, тиск і рівень в апараті, а в адсорберах – якість освітленого розчину, його температура, а також регенерація поглиначів. У сушарках регулюється температура і вологість, а також розрідження газів.

У кристалізаторах, як правило, стабілізують температуру та рівень розчину, а в вакуум-кристалізаторах ще й розрідження. Основною регульованою величиною в кристалізаторах є коефіцієнт пересичення чи вміст кристалів у масі, що кристалізується. За відсутності необхідних автоматичних приладів для виміру цієї величини регулювання здійснюють підтримування певного співвідношення матеріальних і теплових потоків, що надходять в апарат. У ректифікаційних апаратах регулюють склад дистиляту чи кубового залишку, температуру та витрату живильної суміші, тиск і рівень у колоні і в флегмовій частині.

Розглянемо для прикладу систему автоматизації масообмінних процесів, що відбуваються в ректифікаційному апараті. Ректифікаційні апарати застосовують під час виробництва спирту, вина, горілки, лікеру та ефірних масел для виділення компонентів сумішей за допомогою двобічного обміну між парою та рідиною, що знаходяться у протитокові. Процес ректифікації базується на різній летючості компонентів цих сумішей (різних температурах кипіння та парціальних тисках), а контакт між парою і рідиною відбувається на тарілках чи насадках у ректифікаційних колонах, які можуть бути як неперервної, так і періодичної дії. Для ректифікації багатокомпонентної суміші застосовують багатоколонні установки з послідовним виділенням фракцій. У більшості випадків це брагоректифікаційні установки, до складу яких входять бражна, епюраційна та ректифікаційна колони.

У ректифікаційній колоні (РК), схема автоматизації якої наведена на рис. 4.13, виділяють сивушні масла, а з верхньої частини колони виводять спирт стандартної міцності. Основним контуром цієї схеми є контур автоматичного регулювання виводу ректифікаційного спирту з РК (поз.1), який діє за каскадним принципом. Головний регулятор (1а) за температурою на тарілці живлення РК із урахуванням продуктивності бражної колони виробляє сигнал-завдання допоміжному регулятору витрати спирту (1б). Витрата пари змінюється регулятором (поз. 2) у залежності від тиску нижньої частини РК із корекцією за температурою на контрольній тарілці. Система автоматичної стабілізації тиску у верхній частині РК діє на витрату охолоджуючої води на дефлегматор.

Рис. 4.13. Схема автоматизації ректифікаційної колони