Автоматизация брагоректификационной установки

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 5
1.1. Общая характеристика производства этилового спирта 5
1.2. Детальное описание технологического процесса 6
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 10
2.1 Описание функциональной схемы автоматизации 10
2.2 Перечень и спецификация средств измерения и регулирования 17
2.3 Моделирование технологического процесса 26
3. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДССТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА 37
3.1 Архитектура системы управления 37
3.2 Расчет системы автоматического регулирования температуры подогрева кубовой жидкости 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 69
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 72

Весь текст будет доступен после покупки

Производство этилового спирта, являясь одной из ключевых отраслей пищевой и химической промышленности, требует высокой точности и стабильности технологических процессов. Одним из наиболее ответственных этапов в этом производстве является брагоректификация – процесс разделения спиртосодержащей бражки на компоненты с целью получения этилового спирта заданной концентрации и чистоты. В условиях современных требований к энергоэффективности, качеству продукции и снижению производственных издержек особую актуальность приобретает автоматизация брагоректификационной установки.
Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование и разработка системы автоматизации брагоректификационной установки для повышения эффективности, надежности и качества производства этилового спирта.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– изучить технологический процесс производства этилового спирта и выявить ключевые параметры, подлежащие автоматизации;
– разработать функциональную схему автоматизации брагоректификационной установки;
– подобрать и обосновать применение средств измерения и регулирования;
– смоделировать технологический процесс с учётом динамики основных параметров;
– спроектировать архитектуру системы автоматического регулирования и выполнить расчёт контура регулирования температуры подогрева кубовой жидкости.
Объектом исследования выступает брагоректификационная установка, используемая в производстве этилового спирта. Субъектом исследования является система автоматизации данной установки, включающая в себя технические средства, программные компоненты и алгоритмы управления.
В работе применялись следующие методы исследования: анализ технологической документации, моделирование динамических систем, методы теории автоматического управления, а также инженерные методы проектирования систем автоматизации.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности внедрения разработанной системы автоматизации на действующих предприятиях, что позволит повысить стабильность технологического процесса, снизить энергозатраты, уменьшить влияние человеческого фактора и обеспечить выпуск продукции, соответствующей современным стандартам качества.

Весь текст будет доступен после покупки

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1. Общая характеристика производства этилового спирта
Технология получения спирта из крахмалосодержащего сырья – в частности, из зерна, – применяемая на заводе, основана на механико-ферментативном методе переработки. Суть этого подхода состоит в следующем: измельчённое сырьё (с проходом 80–90 % через сито с отверстиями диаметром 1 мм) загружается в смеситель, где совмещается с водой и разжижающим ферментом (?-амилазой), после чего нагревается до 55–65 °С. На этом этапе протекают клейстеризация крахмала и его начальный ферментативный гидролиз. Далее полученная суспензия направляется в аппараты гидродинамической обработки, где гидролиз продолжается при повышенной температуре – 75–90 °С – в условиях интенсивного перемешивания.
Подобная подготовка обеспечивает оптимальные условия для последующего осахаривания с использованием глюкоамилазы. Эта стадия осуществляется непосредственно в бродильном чане при температуре 24–30 °С.
В ходе механико-ферментативной переработки зерна в сырье происходят масштабные структурные трансформации и глубокие химические изменения компонентов его состава.
Образующиеся в ходе ферментативного гидролиза сахара направляются на стадию спиртового брожения. Спиртовое брожение представляет собой анаэробный биохимический процесс, при котором углеводы – в первую очередь глюкоза – под действием дрожжевых микроорганизмов превращаются в этиловый спирт и углекислый газ. Общая схема этого процесса описывается классическим уравнением Гей-Люссака.
Это уравнение отображает лишь исходные вещества и конечные продукты брожения. На самом деле спиртовое брожение представляет собой многостадийный биохимический путь, включающий ряд промежуточных реакций с участием аденинсодержащих соединений и множества ферментов, синтезируемых дрожжами. Помимо основных продуктов – этилового спирта и углекислого газа – в ходе процесса образуются вторичные соединения и происходит размножение дрожжевых клеток.
Ферменты, участвующие в преобразовании крахмала в сахара, представляют собой биологические катализаторы, продуцируемые плесневыми грибами и бактериями. В то же время целевой продукт – этиловый спирт – формируется в результате метаболической активности спиртовых дрожжей. Таким образом, производство спирта относится к категории биохимических технологий.
По завершении брожения образуется бражка – сложная многокомпонентная смесь, в состав которой входят вода, сухие вещества, этиловый спирт и сопутствующие примеси.
Отделение спирта и сопутствующих компонентов из бражки, а также их последующая очистка и разделение осуществляются на брагоректификационных установках. Принцип их работы основан на различии в летучести отдельных компонентов смеси.
Брагоректификация является физическим процессом и не сопровождается химическими превращениями.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления : учебник для среднего профессионального образования / И. Ф. Бородин, С. А. Андреев. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 377 с.
2) Воронов, М. В. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы : учебник для вузов / М. В. Воронов, В. И. Пименов, И. А. Небаев. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 475 с.
3) Гутгарц, Р. Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие для вузов / Р. Д. Гутгарц. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 351 с.
4) Острецов, В. Н. Электропривод и электрооборудование : учебник для вузов / В. Н. Острецов, А. В. Палицын. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 180 с.
5) Шишмарёв, В. Ю. Диагностика и надежность автоматизированных систем : учебник для вузов / В. Ю. Шишмарёв. – 2-е изд. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 341 с.
6) Селевцов, Л. И. Автоматизация технологических процессов / Л. И. Селевцов. – М. : ИЦ «Академия», 2023. – 352 с.
7) Фельдштейн, Е. Э. Автоматизация производственных процессов в машиностроении / Е. Э. Фельдштейн, М. А. Корниевич. – М. : НИЦ ИНФРА-М, 2023. – 264 с.
8) Siemens AG. SIMATIC S7-400 Programmable Controller – System Manual. – Nuremberg, Germany : Siemens, 2023. – 680 p.
9) Endress+Hauser. Technical Documentation: Cerabar M PMC Pressure Transmitters. – Reinach, Switzerland : Endress+Hauser, 2023. – 124 p.
10) Endress+Hauser. PROline Prosonic Flow U 500 – Operating Manual. – Reinach, Switzerland : Endress+Hauser, 2022. – 98 p.

Весь текст будет доступен после покупки