生物柴油提炼过程的自动化系统设计与研究(4)
酯交换法的工艺流程如下：(1)废油通过前处理分去水和不纯固体杂质，在120度左右通过酸或碱催化剂的作用进行酯化反应，将废油脂中游离脂肪酸转化为脂肪酸甲酯；(2)酯交换反应后通过水洗，底部过量的甲醇通过甲醇回收塔回收，上部的甘油混合物通过精馏塔闪蒸得到粗产品；(3)在特殊处理剂的作用下，将残留在产品中的催化剂、游离甘油、脂肪酸肥皂、有色物质等杂志转化成不溶或难溶于产品的残渣，从而可以非常容易的从产品中分离出去，中和碱催化剂。分解脂肪酸肥皂，破坏乳化、脱色、凝聚沉淀得到生物柴油[7]。
酯交换法中甲醇回收和产品精馏是两个主要工艺过程。甲醇回收塔由塔釜、塔身、冷凝器、冷却器、缓冲罐、高储罐吹冰个部分组成，利用甲醇沸点低于其它溶液沸点的原理，用稍高于甲醇沸点的温度，将需回收的稀甲醇溶液进行加热挥发，经塔体精馏后析出纯甲醇气体，提高甲醇溶液的浓度，达到回收甲醇的目的。
本项目中对于甲醇回收塔，要求对高、低位温度进行测量显示，将中位温度控制在100℃（允许正负2℃的误差）。精馏塔由多级塔盘组成，内在工作机理复杂，利用混合液中不同组分挥发温度的差异将各组分分离。精馏塔的高、低位温度同样只需测量后显示，中位温度需要控制在250℃（允许正负2℃的误差）。
2.2 生物柴油提炼系统自动化方案设计
2.2.1 控制系统结构方案
通过对生物柴油提炼工艺的考察，结合系统自动化改造的基本要求，制定了初步的控制系统方案。系统采用两级的DCS结构，其中：现场控制器使用西门子S7-200系列PLC(CPU224)，接口模块采用西门子数字量和模拟量模块，过程监控级使用一般计算机或工控机。控制系统结构如图2.1所示，各类接口模块的技术数据如表2.1所示。方案中为可能增加的比例阀预留了2路D/A口，真空泵、报警器等后续设备可以使用CPU224自带的DO口进行控制。CPU224还可以通过EM277从站通信模块连接到PROFIBUS-DP网络上去。
图2.1 控制系统结构方案
表2.1 接口模块技术数据
模块型号 EM231 EM232
类型 模拟量输入：AI 模拟量输出：AO
性能 4路输入，12位 2路输出，12位
由于时间的关系，本论文主要对甲醇回收塔温度控制系统进行研究。
2.2.2 甲醇回收塔温度控制方案
根据现有生物柴油提炼工艺设备条件，初步采用单回路控制方式：甲醇回收塔的温度单回路控制控制系统方框图如图2.2所示。
图2.2 温度单回路控制系统方框图
根据现场统运行情况，如果单回路控制方式能够满足对温度控制的精度要求，则采取该控制方式，否则采用如图2.3所示的温度—流量串级控制方式。该方案能够克服进料流量的扰动，进一步提高温度控制精度。图2.3中TC表示温度控制器，TT表示温度检测变送器，FC表示流量控制器，FT表示流量检测变送器。
图2.3 温度—流量串级控制系统方框图
考虑到企业将对生产工艺设备作进一步改进，如增加回收塔内的液位测量，增加液位报警等安全防范措施，故考虑设计如图2.4所示的自动选择性控制方式。
在该控制方式中，把工艺生产过程中的液位限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常的温度控制系统中去，当液位高度趋近而未到达危险极限时，一个用于控制不安全情况的控制方案——液位控制方案将取代正常情况下的温度控制方案。当液位过程参数回到安全范围内时，系统再自动恢复到原来的温度控制方案上。