一种蒸馏装置及蒸馏控制方法与流程

本发明涉及过食品加工行业，特别是涉及一种蒸馏装置及蒸馏控制方法。

背景技术：

酒精精馏是利用酒精与其中杂质的挥发度不同，通过多次的部分冷凝汽化而使其分离，酒精精馏过程通常是在精馏塔中进行的。目前我国的酒精精馏，主要以手工操作为主。由于酒精处理过程中有一定比例的能耗均用于精馏操作，精馏操作也会很大程度的影响酒精质量。因此，提高酒精精馏可以提高自动化控制水平，节约能源、提高产品质量、降低成本。

在精馏过程，由于传质和传热同时进行的过程，而精馏装置塔通常是容量、相互间交叉联接的多通道复杂对象，现有阶段的控制方法简单，对于精馏效果的控制差。由于精馏操作的被控制量与控制量之间是相互关联、互相耦合的，一个控制量变化将会引起起其它控制量的控制。而控制的不精确性不仅对目的控制量的效果不佳，同时也影响其它控制回路的被控制量的变化，从而导致系统不能正常工作，严重影响产品的质量，甚至发生严重的生产事故。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明旨在提供一种蒸馏设备，可实现自动化生产、检测及控制，提高了产品质量及生产效率。

本发明的蒸馏设备，包括粗馏塔、精馏塔、预热器、冷凝器、冷却器、阀门及检测装置；粗馏塔顶部与通过管道与预热器相连接，底部设置有排出管道及底阀，粗馏塔顶部及底部设置有压力检测装置，粗馏塔顶部及底部设置有温度检测装置；精馏塔顶部与第一冷凝器相连接，精馏塔通过管道与第一、第二、第三冷凝器组成工业酒精回路，精馏塔的中部塔板与冷却器通过管道相连接，精馏塔底部设置有排出管道及底加热蒸汽阀；精馏塔精馏塔顶部、中部及底部设置有压力检测装置，精馏塔顶部、中部及底部均设置有温度检测装置；压力检测装置、温度检测装置均与计算机电性连接。

进一步地，冷却器与精馏塔的中部塔板的连接管道上设置有酒精成品的排放阀，预热器上设置有控制阀，冷凝器上设置有总控制阀。

进一步地，预热器顶部与粗馏塔的顶部相连接，第一冷凝器的下部与第二冷凝器的上部相连接，第一、第二冷凝器下部设置有供给管道，供给管道与精馏塔的上部管道相连接。

进一步地，第二冷凝器的下部还与第三冷凝器相连接。预热器上还设置有进料阀。

本发明还提供一种利用上述的蒸馏设备进行蒸馏控制方法，该方法中，计算机设置有5个控制回路，根据粗馏塔塔顶部的温度及压力值控制预热器的控制阀，根据粗馏塔塔顶部的温度及压力值控制粗馏塔的底阀，根据精馏塔塔顶部的温度及压力值控制冷凝器的总控制阀，根据精馏塔塔中部的温度及压力值控制中部酒精成品排放阀，根据精馏塔塔底分控制精馏塔的底加热蒸汽阀。

进一步地，该控制方法包括以下步骤：首先，对计算机进行初始化操作；设定中断方式及中断程序，并根据程序设定接受中断动作；设定控制点的计数值；每隔一定的时间段进行控制点的参数采集，计算机对采集的参数进行超差程序比较判断；若判断有超差，则进行阀门开度的控制；若没有超差，直接执行下一步的显示程序；重复执行上述控制过程，动态调整所有采集点的状态。

进一步地，定温度每超出允许温度的0～+n摄氏度或压力0～+mmpa,计算为+1级超差；超出允许下限温度-n～0摄氏度或压力-m～0mpa，计算为-1级超差,其中,n,m为任意数值；计算机将温度及压力超差进行计算，根据每一级超差能驱动相应的原位置上产生一个向上或向下的位移量，改变被控阀门的大小。

进一步地，计算机的采样方法设定为取0.5min作为控制参数的采样期，并进行限幅滤波处量，再采用中值滤波处理，并如此重复5-10次，取其平均值作为每个采样周期的结果。

本发明可实现以下的有益技术效果：

本发明的蒸馏装置采用粗馏塔及精馏塔两级精馏的设备，计算机采用5点温度采集、4点压力采集，同时对5个阀门进行开度控制。该蒸馏装置的自动化水平高，采集的数据全面准确，进行温度及压力的多维度分析和控制，提高了产品质量及生产效率。

本发明的控制系统采用多点温度采集，多点压力采集，并采用多组控制回路的控制模型。各个控制回路对于阀门单独控制，既降低了各个控制回路之间的相互影响，也可以将被控制量控制在某一个较小的范围内。实现一个控制回路仅对一个控制量进行控制

本发明中的采用采样周期平均值的方法，并进行限幅滤波处量及中值滤波处理，可提高采样数据的准确性，避免单一的采样误差。

附图说明

图1为本发明蒸馏装置的组成结构图；

图2为本发明蒸馏过程的控制流程图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，粗馏塔1顶部与通过管道与预热器3的顶部相连接，底部设置有底阀及排出管道。粗馏塔顶部及底部设置有压力检测装置，该压力检测装置与中央控制系统电性连接，粗馏塔顶部及底部设置有温度检测装置，该温度检测装置与中央控制系统电性连接。精馏塔顶部与第一冷凝器的顶部相连接，精馏塔上部通过管道与第一、第二、第三冷凝器4、5、6组成工业酒精回路。预热器底部还设置有原料进料阀。第一冷凝器4的下部与第二冷凝器5的上部相连接。第一、第二冷凝器4、5的下部设置有供给管道，供给管道与精馏塔的上部管道相连接。第二冷凝器的下部还与第三冷凝器相连接。精馏塔的中部塔板与冷却器7通过管道相连接，管道上设置有阀门。精馏塔底部设置有废水排出管道。精馏塔的底部设置有底加热蒸汽阀。精馏塔精馏塔顶部、中部及底部设置有压力检测装置，该压力检测装置与中央控制系统电性连接，精馏塔顶部、中部及底部均设置有温度检测装置，该温度检测装置与中央控制系统电性连接。

使用双塔精馏的酒精精馏的具体工艺过程为：发酵醪液经预热器3与精馏塔2顶部的酒精蒸气进行热交换，加热至预定温度，然后进入粗馏塔1的顶部，粗馏塔底用蒸汽加热。一定体积分数的酒精蒸气从粗馏塔1的顶部进入到精馏塔2的中部。酒糟由粗馏塔1底部排出。精馏塔底部直接用蒸汽加热。酒精蒸气顺次经过第一、第二、第三冷凝器4、5、6。第一、第二冷凝器4、5中的冷凝液全部流回到精馏塔2顶部作为回流。第三冷凝器6中的冷凝液作为工业酒精取出，不凝结气体排入到大气中。成品酒精从精馏塔2顶部第4～6塔板上液相取出，经冷却器7和检酒器进入酒库。废水从精馏塔2底部排出。杂醇油从进料层以上第2～4块板液相取出后分离。

在精馏工艺的控制过程中，计算机的温度采集方法为5点温度采集，温度采集点包括粗馏塔1底部温度及顶部温度，精馏塔的底部温度、中部温度、顶部温度。计算机的压力采集方法为5点压力采集，压力采集点包括粗馏塔底部压力、顶部压力，精馏塔底部压力、中部压力及顶部压力。其控制回路有5个，即根据粗馏塔塔顶部的温度及压力值、粗馏塔塔顶部的温度及压力值、精馏塔塔顶部的温度及压力值、精馏塔塔中部的温度及压力值、精馏塔塔底分别控制预热器的控制阀、粗馏塔的底阀、精馏塔的底加热蒸汽阀、酒精成品的排放阀、和精馏塔塔顶的冷凝器冷却水流量的总控制阀的开度。

计算机对上述采集息信进行分析判断，根据对信息的处理结果，单独控制粗馏塔的底阀、精馏塔的底阀、酒精成品的排放阀、和精馏塔塔顶的冷凝器冷却水流量的总控制阀的开度。通过控制预热器进入粗馏塔的液体流量来调节粗馏塔塔顶部的温度及压力值，使得粗馏塔塔顶的温度及该温度值对应的压力值控制在一定的范围内，以保证一定体积分数的酒精蒸气进入精馏塔的中部。通过控制粗馏塔的底阀，使粗馏塔底部温度及底部温度对应的压力值在一定范围内。精馏塔的顶部通过控制冷凝器总控制阀，对精馏塔顶的温度及塔顶温度对应的压力值进行控制。精馏塔中部通过控制中部酒精成品排放阀及底阀，控制精馏塔塔中部温度及中部温度对应的压力值。精馏塔底部通过控制底阀来控制精馏塔底部的压力及温度值。精馏塔和粗馏塔均通过蒸汽量来控制塔底压力，以保证塔工作所需要的热量。另外，塔顶冷凝器是通过调节冷却水量来控制冷凝器温度。控制冷凝温度较高时，可以提高成品酒精的质量，增大工业酒精量。

在计算机的存储器中，将控制点温度及压力的上限值和下限值存入。计算机工作时，分时实时采集各控制点的被控参数值，与预设在存储器中的工艺参数进行比较和判差。若出现超差，则根据超差大小等级和正负，计算机对该此分级超差处理后，得出相应控制器的控制量即位移量；计算机将该控制量经输出通道送给执行机构，执行机构控制相应的进料、蒸汽或冷却水阀门的大小，实时调节温度或压力，使其恢复到安全的范围内，实现自动控制生产过程。

计算机的控制方法如图2所示。首先，对计算机进行初始化操作；设定中断方式及中断程序，并根据程序设定接受中断动作；设定控制点的计数值，该数值是某一个设定的范围，该范围是技术人员根据实际的工艺需要而设定的；每隔一定的时间段进行控制点的参数采集，计算机对采集的参数进行比较判断，其处理方法可以是调中值滤波子程序；若判断有超差，则进行阀门开度的控制；若没有超差，直接执行下一步的显示程序；重复执行上述控制过程，动态调整所有采集点的状态。该过程中所采取的超差分级处理方法，计算机根据工艺要求，设定温度每超出允许上0～+0.5摄氏度或压力0～+0.05mpa,设定+1级超差。超出允许下限温度-0.5～0摄氏度或压力-0.05～0mpa，设定为-1级超差。计算机系统预先设置超差等级，并对采集的数库经程序运算处理后，产生输出信号，使每一级超差能驱动相应的原位置上产生一个向上或向下的位移量，改变被控参数的大小。具体来说，设定粗馏塔塔顶部允许温度范围是92～95摄氏度，若某采样时刻，该控制点的温度为90.5摄氏度，计算机对该采集到的信息进行超差分级处理，判断该温度值为-3级超差；同时，其控制点的压力值为0.08mpa，计算集对该压力值进行超差分级处理，判断该压力值为+1级超差；综合压力值及温度值的分析，计算机得出控制量为向下驱动两级位移量，减小预热器控制阀门的开度，使得粗馏塔的温度快速上升，超差减小。每隔一定的采样周期对温度信息进行采样，假设某时刻采样到该塔顶部的温度为91.7℃，计算机对该采集到的信息进行超差分级处理，判断该温度值为-1级超差，同时，其控制点的压力值为0mpa,判断该压力值没有超差，此时向上驱动一级位移量，将预热器控制阀门的开度增大一个位移，使得粗馏塔顶部温度仍继续上升，与之前相比其升温速度变缓慢。计算机仍每隔一定的采样周期对温度信息进行采样，假设某时刻采样到该塔顶部的温度为92.1℃，且同时该点的压力值为0mpa，计算机对该采集到的信息进行超差分级处理，此超差进入允许的范围内，超差为零，此时向上驱动一级位移量，恢复正常位置。

本实施例中的采样方法设定为取0.5min作为控制参数的采样期。并且为提高采样数据的可靠性，首先进行限幅滤波处量，再采用中值滤波处理，如对同一控制点，每隔0.5min采样一次，经a/d转换后送入内存，如此重复5-10次，取其平均值作为每个采样周期的结果。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。