基于PROFIBUS控制系统设计的多功能色谱分离中试装置

　　1　前　言

　　色谱是根据混合物中不同组分在两相间平衡分配的差异提取物质的一种分离技术。近30年来,色谱技术发展很快,产生了环形色谱、错流梯度色谱、移动床(TMB,True Moving Bed)、模拟移动床(SMB,Simulated Moving bed)等各种适合不同生产工艺需求的大型、连续制备色谱技术。其中SMB通过液体出入口位置的不断切换实现固体的模拟移动,具有设备结构小、投资成本低、产率高、分离能力强、能耗低、污染少、便于连续化、大规模生产和自动控制等优点,是现代分离技术中备受青睐的新技术,其应用面也越来越广。为扩大SMB技术在工业生产中的应用,经过8年攻关,完成了利用SMB色谱技术实现柠檬酸清洁化生产的工业规模级研究和采用SMB色谱技术代替活性炭脱色的工业化生产。成果引起国内外知名柠檬酸生产企业和麦糖、果糖等生产厂家的关注,已有多家厂商表示希望合作进行采用SMB技术的工艺改造。

　　然而不同的产品除了所需吸附树脂不同外,其操作工序和操作条件也不同。每一种产品的工艺改造都需经过一系列的试验,若对每一个厂家的具体要求都要先建造一套中试装置,然后进行试验,再培训技术人员、投入生产,不论是经济上还是时间上都是不允许的。为解决这一难题,笔者设计了一套可移动的多功能色谱分离中试装置,配以能实现多种工艺的自动控制,以便于迅速到生产现场进行工艺研究和试验,满足SMB技术应用研究推广的目的。

　　2　中试装置设计

　　多功能中试装置原理如图2—1所示,其中设备主体由8根色谱柱、3个色碱罐、1个硫酸罐和1个色水罐组成。每根柱上有20个电磁阀分别与各馏分、空气、蒸汽、回水、冷凝水、自来水等总管相连,各总管与外界、各储罐与总管之间也有相应的电磁阀,整个装置共有228个电磁阀,根据工艺要求由PLC控制这些电磁阀的动作,从而满足“模拟移动”的要求。设计中采用管道共用和阀门冗余技术,以达到尽可能减小设备体积以及满足不同工艺的吸、脱附流向要求。8根色谱柱的温度、进料和出料流量等模拟量信号进入控制系统进行测控,故设备上也有相应的检测元件。整套设备的安装体积为5m×2·8m×3m,可用一辆5t卡车运载。其中所有的电磁阀都有规律地装在四周,并且注有标记,便于观察和维修。

　　3　中试装置控制系统硬件设计

　　控制系统硬件结构设计也遵循体积小、便于拆卸和安装的原则。如果按常规设计方法,将所有的控制线送至集中控制柜,现场将需要有大量控制线,不便于维护,也不适合装置的“多功能、灵活性”的要求。PROFIBUS是目前惟一具备成熟的本质安全方案的现场总线技术,故系统采用PROFIBUS系列中的PROFIBUS-DP总线。