Destilačná kolóna - predstavenie

Súčasťou laboratórneho vybavenia nášho ústavu je množstvo zariadení, ktoré umožňujú pozorovať správanie sa procesu v porovnaní s jeho teoretickým opisom. V niekoľkých príspevkoch by som rád predstavil tému, ktorej sa venujem vo svojom bakalárskom projekte s názvom Fuzzy riadenie destilačnej kolóny.

Prečo práve tento proces? Destilácia je v súčasnosti jedným z najpoužívanejších a najrozšírenejších separačných procesov. Využíva sa priemyselne, ako aj laboratórne. Navyše som získal možnosť zúžitkovať prevažne teoretické poznatky z chemického inžinierstva.

Počas destilácie zohrievame kvapalnú zmes. Jednotlivé zložky zmesi majú pri rôznej teplote rôzne tlaky pár, rôzny bod varu. Oddelením a kondenzáciou vzniknutých pár získavame kvapalinu, destilát. V nej je množstvo jednej zložky väčšie ako v pôvodnej zmesi.

V laboratórnom experimente sme použili zmes metanol-voda. Na základe teploty získanej z etáží kolóny a rovnováhy vo forme t-x-y údajov dokážeme určiť zloženie kvapalnej a parnej fázy.

altProces jednoduchej destilácie

Zariadenie laboratórnej destilačnej kolóny UOP3CC sa skladá z niekoľkých hlavných častí. Procesná jednotka sa skladá z deviatich sitových etáží s priemerom 50 mm (na obrázku).

alt

Etáže sú naskladané nad sebou a uzavreté do valcového plášťa pre vytvorenie stĺpca kolóny. Nástrek sa kontinuálne privádza na strednú, nástrekovú etáž. Nástreková zmes sa pred vstupom do kolóny predhrieva elektrickým ohrevom.

Zmes metanol-voda sa zohrieva vo varáku, reboileri, ktorý je vybavený ponorným vyhrievacím telesom. Zvyšok po opakovanej destilácií je možné odčerpať z varáka výpustným ventilom. Ventil sa používa na zabezpečenie konštantnej hladiny vo varáku a jeho poloha je pevná.

Parná zmes, obohatená o metanol výparmi z varáka, sa vedie cez vodou chladený špirálový kondenzátor do zbernej nádoby destilátu. Z nádoby prechádza kvapalina cez refluxný ventil. Je to elektromagnetický, trojcestný ventil riadený prepínačom. Destilát sa buď vracia späť do kolóny ako spätný tok, alebo sa odvádza ako východiskový produkt. Hodnota pomeru spätného toku je teda obmedzená na R ∈ [0, 100], kde R = 0 predstavuje úplne uzavretý spätný ventil, 100% návratnosť destilátu do kolóny a R = 100 pre plne otvorený ventil s 0% návratnosťou destilátu do kolóny.

Meranie teplôt v systéme zabezpečujú termočlánkové senzory. Každá etáž kolóny je vybavená termoelektrickým článkom. Celá kolóna je izolovaná, aby sa minimalizovali energetické straty.

alt

Časti laboratórnej destilačnej kolóny:

  1. Kondenzátor
  2. Stĺpec kolóny
  3. Čerpadlo nástreku
  4. Varák
  5. Predhrev nástreku
  6. Automatizované ventily na vypúšťanie zvyšku
    a prietok chladiacej vody
  7. Manuálny ventil na nastavenie prietoku chladiacej vody
  8. Reflux

Všetky signály z a do kolóny sú spracované a ovládané priamo z programu Matlab Simulink. Je to prostredie, ktoré je schopné v reálnom čase snímať aj generovať analógové napätie a snímať i zapisovať digitálne signály.