電氣自動(dòng)化在乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用

張琬君 王琳琳 楊勇偉

1 中材建設(shè)有限公司（100176）2 河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

電氣自動(dòng)化在乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用

張琬君1王琳琳2楊勇偉2

1 中材建設(shè)有限公司（100176）2 河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

近年來，利用甜高粱莖稈制乙醇的工藝得到廣泛應(yīng)用。該工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于乙醇生產(chǎn)中使得其工藝連續(xù)，產(chǎn)量大幅度提高。

電氣自動(dòng)化；乙醇；溫度

電氣自動(dòng)化技術(shù)在該項(xiàng)目的應(yīng)用主要體現(xiàn)在變頻技術(shù)、溫度PID控制，同時(shí)采用西門子WinCC編程完成人機(jī)交互畫面。甜高粱莖稈制乙醇的工藝由原料粉碎及輸送、預(yù)熱塔、乙醇發(fā)酵罐、蒸餾塔、乙醇儲(chǔ)存罐等主要部分組成。下面分別介紹每個(gè)主要工藝段的電氣自動(dòng)化應(yīng)用。

1 原料粉碎及輸送

原料粉碎及輸送主要采用的是粉碎機(jī)和絞龍，粉碎機(jī)將高粱莖稈切斷粉碎后經(jīng)過絞龍輸送到預(yù)熱塔中。粉碎機(jī)電機(jī)采用低壓直啟方式，絞龍的輸送量要大于粉碎機(jī)的產(chǎn)量，以避免原料堆積導(dǎo)致絞龍超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 預(yù)熱塔

預(yù)熱塔主要是利用蒸氣將物料進(jìn)行升溫，蒸氣的溫度要控制在150～160℃，而且必須嚴(yán)格控制蒸氣與物料接觸，以避免產(chǎn)生過多的水分，這樣可以使得經(jīng)過預(yù)熱塔的物料溫度基本控制在20℃左右。預(yù)熱塔采用的是變頻電機(jī)，通過改變變頻器的速度給定,使得預(yù)熱塔中物料的旋轉(zhuǎn)速度得以變化。物料溫度的測(cè)量采用熱電阻方式，好處是相對(duì)來說比較準(zhǔn)確。此處需要在WinCC中進(jìn)行PID回路的編程，即用經(jīng)過預(yù)熱塔的物料溫度來調(diào)節(jié)預(yù)熱塔的旋轉(zhuǎn)速度，溫度越高，旋轉(zhuǎn)速度越快。溫度較低的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)速度相應(yīng)放慢，使得物料預(yù)熱的時(shí)間加長(zhǎng)，從而使其溫度升高。

3 乙醇發(fā)酵罐

乙醇發(fā)酵罐外觀類似于水泥廠中的大窯，發(fā)酵罐長(zhǎng)55m,罐內(nèi)的物料與發(fā)酵菌種按照一定比例混合進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度必須嚴(yán)格控制在30℃左右，否則發(fā)酵出來的就不是乙醇了。發(fā)酵罐采用變頻器控制轉(zhuǎn)速，由于發(fā)酵罐較長(zhǎng)，溫度又必須嚴(yán)格控制，所以在發(fā)酵罐內(nèi)每隔6m需要設(shè)置5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。這5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)平均分布在發(fā)酵罐旋轉(zhuǎn)面的軸線上，此處5個(gè)溫度的平均值則是反映此段物料的發(fā)酵溫度。以此類推，根據(jù)發(fā)酵溫度的控制來調(diào)節(jié)發(fā)酵罐的轉(zhuǎn)速也是需要在WinCC中編程得以實(shí)現(xiàn)。

4 蒸餾塔

蒸餾塔和預(yù)熱塔的結(jié)構(gòu)是完全一樣的，其作用是將發(fā)酵過的混合物通過蒸氣加熱進(jìn)行蒸餾，從而將乙醇分離出來,然后再進(jìn)行冷卻，提取出乙醇。蒸餾塔中蒸氣的溫度要控制在100℃左右，這樣可以使乙醇達(dá)到沸點(diǎn)后變成氣態(tài)從而提取出來。蒸氣溫度通過一個(gè)調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)氣量。測(cè)溫同樣采用熱電阻方式取平均值，根據(jù)溫度的平均值來調(diào)節(jié)閥門的開度，從而實(shí)現(xiàn)溫度的PID控制。

5 乙醇儲(chǔ)存罐

乙醇儲(chǔ)存罐用來儲(chǔ)存蒸餾塔分離出來的乙醇，由于乙醇具有揮發(fā)性和可燃性，因此乙醇存儲(chǔ)罐配置可燃性氣體檢測(cè)裝置，其測(cè)點(diǎn)分布在儲(chǔ)存罐的上方以及罐體的周圍。檢測(cè)裝置的終端安裝在中控室內(nèi)，一旦檢測(cè)到某個(gè)測(cè)點(diǎn)報(bào)警，就意味著此處的乙醇濃度超標(biāo)，存在安全隱患，操作員根據(jù)報(bào)警情況采取相應(yīng)的措施。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，利用甜高粱莖稈制乙醇屬于國(guó)家新能源項(xiàng)目，今后定會(huì)增大投入。大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)于電氣自動(dòng)化的精度要求會(huì)較提高，尤其是甜高粱莖稈的發(fā)酵溫度的嚴(yán)格控制，否則很容易發(fā)酵成醋而不是乙醇。對(duì)于DCS的投入也會(huì)相應(yīng)提高要求，測(cè)溫儀表的精度以及DCS的控制精度會(huì)大大提高，這對(duì)于目前的DCS來說，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)同時(shí)也是一次難得的機(jī)會(huì)。相對(duì)于DCS的高精度要求，電氣控制主要是對(duì)傳動(dòng)設(shè)備的要求，目前的變頻技術(shù)已經(jīng)基本能夠滿足其需求。相信不久的將來，電氣自動(dòng)化技術(shù)在乙醇生產(chǎn)中將得到空前的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]金花,候霖,等.甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇的研究[J].釀酒科技,2009,181(7).

[2]組態(tài)軟件WinCC及其應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009(第一版).

[3]李學(xué)琪,等.自動(dòng)控制基礎(chǔ)與控制儀表[M].中國(guó)計(jì)量出版社,2003.