@All
Myślę, że mogę już przedstawić konkretne wioski dotyczące zastosowania elektronicznych układów regulacji w procesie rektyfikacji.
Generalnie cały proces możemy podzielić na 3 etapy.
1.odprowadzenie przedgonów
2. rektyfikacja właściwa
3. odprowadzenie pogonów
Podczas etapu 1, temperatura na głowicy powinna być utrzymywana na poziomie 77°C, aby wszystkie frakcje, mające temperaturę parowania niższą mogły zostać odprowadzone i skroplone. Bardzo trudno jest dobrać moc grzania kolumny, aby uzyskać stabilny odbiór lekkich frakcji, ze względu na ich niewielką ilość, i precyzyjny regulator PID jest tutaj podstawowym elementem stabilizującym. Widać wyraźnie, jak po pierwszych 30-40ml urobku szybkość odbioru wyraźnie spada i cały układ znajduje się w stanie równowagi chwiejnej z niewielką oscylacją temperatury na głowicy +/- 0,250C. Precyzja utrzymania temperatury bardzo silnie zależy od jakości regulatora i nastawionych parametrów P,I,D.
Podczas etapu 2, rolę stabilizatora przejmuje kolumna. Temperatura na głowicy zależna jest wówczas od ilości półek teoretycznych i ciśnienia atmosferycznego. Na ciśnienie atmosferyczne specjalnego wpływu nie mamy,
ale też i nie ma po co, natomiast ilość półek teoretycznych zależy od:
- rodzaju wypełnienia (wielkość nieregulowalna w trakcie procesu)(chyba, że użyjemy szklanych pierścieni i będziemy w trakcie procesu stukać w kolumnę młotkiem)
- wielkości refluxu (tzw. Reflux ratio)
- mocy grzania
regulator temperatury pełni tutaj rolę sterowanego temperaturowo regulatora mocy, wymagania co do jego właściwości dynamicznych są niewielkie, zmiana temperatury jest powolna i jedynym istotnym parametrem jest właściwie dobrany człon proporcjonalny, oraz możliwość nastaw z dokładnością do 0,1 °C.
Nastawiając temperaturę pracy regulatora na temperaturę wynikającą z maksymalnej teoretycznie możliwej rozdzielczości kolumny ( w przypadku kolumny o wysokości wypełnienia 1,3m jest to temp. 77,6 – 77,8 °C w warunkach normalnych) ustawiamy moc grzania na poziomie minimalnym bez możliwości odbioru. Zwiększając stopniowo nastawę temperatury co 0,2°C zaczynamy obserwować nast. zjawisko: temperatura na głowicy rośnie minimalnie, natomiast szybkość odbioru rośnie zdecydowanie, aż do zalania kolumny.
Regulator daje moc na grzałki proporcjonalnie do tzw. „uchybu”, czyli różnicy pomiędzy temp. nastawioną, a rzeczywistą, co z kolei daje nam możliwość wyboru pomiędzy jakością, a szybkością. Ten sposób regulacji uniezależnia nas od powiewów powietrza mających wpływ na stabilność pracy, zmian ciśnienia wody i związanych z nimi zmianami refluxu, a co najważniejsze daje nam automatyczne zmniejszenie mocy grzania wraz z ubytkiem etanolu w kotle. W warunkach normalnych temperatura wraz z ubytkiem etanolu cały czas minimalnie rośnie, co powoduje zmniejszenie uchybu i zmniejszoną moc grzania i związaną z tym większą ilośćą półek.
Dochodzimy do etapu 3, normalnie przy małej ilości etanolu temperatura par w głowicy zaczyna gwałtownie rosnąć, ale tu regulator PID redukuje moc grzania utrzymując temperaturę na ustawionym poziomie np. 80 °C utrzymując odbiór na poziomie pojedynczych kropli. Zmieniamy naczynie, nastawiamy temp. na 85°C i otrzymujemy ok. 150 ml pogonu, po czym przestaje cokolwiek kapać.
Jak widać w zależności od etapu wymagania stawiane regulatorowi są trochę inne. Regulator PID jest rozwiązaniem uniwersalnym, ale jeżeli chcemy zminimalizować koszty, to do rektyfikacji właściwej wystarczy regulator typu P. Jedna bardzo istotna uwaga na koniec,
każdy z zastosowanych regulatorów musi mieć możliwość płynnego sterowania mocą grzałek, może to być tzw. regulacja fazowa lub grupowa ( o właściwie dobranej podstawie czasu, z moich doświadczeń, dla grzałek o mocy rzędu 3kW jest to 1,5s)
Pozdrawiam - inżynier
P.S. składam podziękowania kol. Tomy’emu za uświadomienie mnie, że sposób sterowania triakiem który stosuję, nazywa się „grupowy” .