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Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln der Entwässerung
bei der Herstellung von Alkohol unter gleichzeitiger Messung der erzeugten Alkoholmenge
Die bisher bekannten Verfahren, um bei der Entwässerung von Alkohol eine Gleichmäßigkeit
in den Herstellungsvorgang zu bringen, gingen von der durchaus unzutreffenden Voraussetzung
aus, daß eine Gleichmäßigkeit in den Entwässerungsvorgang dadurch gebracht werden
könnte, daß man den Dampfdruck vor der Entwässerungskolonne gleichmäßig hält. Die
bisher sich mit der regeltechnischen Beherrschung des Entwässerungsvorganges beschäftigenden
Versuche hatten deshalb zur Grundlage, ein Regelgerät zu schaffen, das mit erheblicher
Genauigkeit diesen Dampfdruck vor der Entwässerungskolonne gleichmäßig halten sollte.
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Wenn man den Entwässerungsvorgang als solchen aber einer genauen Untersuchung
unterzieht, so zeigt sich, daß die in der Entwässerungskolonne verbrauchte Dampfmenge
nur dann gleichmäßig ist, wenn die anfallende Alkoholmenge ebenfalls einen gleichmäßigen
Wert besitzt. Nur unter dieser Voraussetzung würde die verbrauchte Wärmemenge gleichmäßig
sein, und es hätte ein Regler, der den Dampfzustand vor der Entwässerungskolonne
gleichmäßig hält, nur eine untergeordnete Bedeutung.
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Der zu entwässernde Alkohol fällt aber nicht nur in verschiedenartigsten
Mengen, sondern auch mit verschiedenem Wassergehalt an. Die zur Entwässerung notwendige
Wärmemenge ist deshalb durchaus nicht gleichmäßig, sondern wechselt mit der anfallendenAlkoholmenge
so, daß die gleiche anfallende Alkoholmenge höheren Alkoholgehaltes einen geringeren
Wärmeverbrauch bedingt. Ein wesentlich besseres Kennzeichen für den Entwässerungsvorgang
ist deshalb der in der Entwässerungskolonne herrschende Druck, der durchaus, und
direkt abhängig ist von der verbrauchten Wärmemenge.
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Vorliegende Erfindung sieht daher vor, den Druck in der Entwässerungskolonne.
durch einen selbsttätigen Regler bekannter Bauart gleichmäßig zu halten, der das
Dampfzuströmventil zum Verdampfer in Abhängigkeit von dem Druck in der Entwässerungskolonne
steuert, dergestalt, daß bei Zunehmen der zu entwässernden Alkoholmenge das Dampfventil
geöffnet, bei Abnehmen geschlossen wird. Dieser Regler würde aber auch gleichzeitig
die Aufgabe erfüllen, bei gleicher zu entwässernder Alkoholmenge höheren Alkoholgehaltes
das zum Verdampfer führende Dampfventil zu schließen, bei Abnehmen des Alkoholgehaltes
zu öffnen.
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Da ein derartiger Regler erhebliche Empfindlichkeiten bei einem verhältnismäßig
hohen Gesamtdruck aushalten muß, ist nach der Erfindung vorgesehen, daß bei Verwendung
eines Druckreglers normaler Empfindlichkeit der Druck in der Entwässerungskolonne
nicht in seinem Endwerte erfaßt wird, sondern nur als Teilwert desselben, und zwar
derart, daß z. B. ein Flüssigkeitsstandrohr,welches in den Alkohol derEntwässerungskolonne
einmündet,
angeordnet isl: und die Wirkkraft zum Anstoß des Reglers
beliebiger Bauart an einer Stelle dieses Flüssigkeitsstandrohres- entnommen wird,
die einem Druck entspricht,: der in der Entwässerungskolonne ohne Störung des Herstellungsvorganges
nie unter: schritten werden darf. - .
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß dieses Flüssigkeitsstandrohr offen
ins Freie ausmündet, um bei Druckübersteigerung über das zulässige Maß das äußerst
feinfühlige Reglerrelais nicht zu überbeanspruchen und dadurch zu beschädigen.
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Das bisher beschriebene Regelgerät ist zwar in der Lage, die zur Entwässerung
benötigte Wärmemenge mit großer Genauigkeit dem Herstellungsvorgange anzupassen.
Sie ist aber nicht in der Lage, zu verhindern, daß bei ständigerVermehrungder anfallendenAlkoholmenge
die Kolonne sich immer mehr und mehr auffüllt, so daß allmählich Überfüllung der
Kolonne eintritt. Sie ist ferner nicht in der Lage, zu verhindern, daß bei ständig
abnehmender Alkoholmenge die Entwässerungskolonne sich immer mehr und mehr entleert.
Aus diesem Grunde sieht die vorliegende Erfindung die Anordnung eines zweiten selbsttätigen
Reglers an sich bekannter Bauart vor, der in Abhängigkeit vorn Alkoholstande in
der Entwässerungskolonne den Alkoholabzug aus dem Verdampfer steuert.
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In beiliegender Zeichnung ist z. B. dieser Regler als Schwimmerregler
I= an sich bekannter Bauart dargestellt, der gasdicht durch die Wand der Entwässerungskolonne
hindurchgeführt wird und ein außerhalb der Kolonne befindliches Reglerrelais R2
betätigt. Diese besondere Ausführungsform erschöpft aber durchaus nicht vorliegenden
Erfindungsgedanken, sondern ist nur als Beispiel gewählt worden. Es kann hierfür
ebenso jeder andere Regler bekannter Bauart verwendet werden, cler die Aufgabe hat,
einen Flüssigkeitsstand durch Veränderung eines Arbeitsquerschnittes beständig zu
halten.
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Steigt nämlich die Alkoholoberfläche, dann wird das Relais R2 erregt
und eine Steuerwirkkraft an den in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Stellzylinder
S2 abgegeben, so daß die in der Zeichnung als Beispiel dargestellte Drosselklappe
D2 geöffnet wird, wodurch der Entwässerungskolonne eine größere Alkoholmenge entzogen
wird und der Alkoholspiegel der Kolonne fällt. Dieses Fällen hätte aber gleichzeitig
zur Folge, daß die Steuerbewegung des Stehzylinders durch das dazugehörige Relais
R2 zum Stillstand gebracht wird.
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Das Stehorgan dieses Flüssigkeitsspiegelreglers ist mit einem Schreibgerät
ausgerüstet, das die Hubbewegung des Steuergestänges linienmäßig aufzeichnet, und
zwar in Abhängigkeit von der Zeit. Dieses Hubdiagramm bedeutet aber durchaus nichts
anderes als ein 'Allcoholinengendiagramm der anfallenden 411coholmenge in der Zeiteinheit,
denn die der ,.Entwässerungskolonne entzogene Alkoholmenge ist direkt verhältnisgleich
dem durch die Drosselklappe DZ freigegebenen Durchströmquerschnitt. -Die technische
Neuerung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß bis heute noch kein Verfahren bekannt
ist, das die vollständige Regelung der Entwässerung in unmittelbarer Abhängigkeit
von dem Herstellungsvorgange gibt, und hierin liegt auch der wesentliche technische
Fortschritt begründet, denn bereits durch die alleinige Anordnung eines Kolonnendruckreglers
wird bei nahezu gleichbleibendem Zufluß der zu entwässernden Alkoholmenge bereits
trotz schwankenden Alkoholgehaltes ein wesentlicher Schritt zur Selbststeuerung
des Entwässerungsvorganges getan und Glas Bedienungspersonal ganz erheblich entlastet.
Die Anordnung der vorher beschriebenen beiden Regier aber gestattet einen vollständig
selbsttätigen Betrieb der Entwässerungs-.a,nlage bei gleichzeitiger selbstschreibender
Kontrolle auftretender Störungen.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
Es bedeutet P eine Ölpumpe bekannter Bauart, die z. B. zum Betriebe von mittelbar
wirkenden Reglern bekannter Bauart Verwendung finden kann.
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E stellt den unteren Teil einer Entwä sserungskolonne dar, die mit
einem Verdampfer h verbunden ist und an der ein Flüssigkeitsstandanzeiger A die
in der Kolonne befindliche Alkoholmenge anzeigt. An der Seite ist ein anderes Standrohr
St dargestellt, welches in den Alkohol der Kolonne hineinreicht. In diesem wird
der Alkohol entsprechend dem Kolonnendruck in die Höhe gedrückt.
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Mit diesem Kolonnendruckanzeiger ist z. B. in Höhe des niedrigst zulässigen
Kolonnendruckes, der durch eine bestimmte Höhe der Alkoholsäule angezeigt wird,
ein mittelbar wirkendes Reglerrelais bekannter Bauart R1 durch die Leitung I1 verbunden.
Dieses Relais ist durch eine Steuerleitung St, z. B. mit einem Stellzylinder S1
gekuppelt, der über ein Gestänge das Steuerventil Dl der Heizdampfleitung betätigt
und unter Wirkung eines Gegengewichtes G1 steht, dergestalt, daß dieses Gewicht
den Kolben des Stellzylinders S1 stets nach unten drückt und dabei gleichzeitig
das Steuerventil Dl schließt. Das Reglerrelais bekannter Bauart R1 ist so eingerichtet,
daß mit Abnehmen des Kolonnendruckes dasselbe den Stellzylinder S1 unter
Öldruck
setzt Lind den Kolben desselben nach oben drückt. Durch diese Bewegung wird das
Gewicht des Steuerventils D@1 über das Steuergestänge des Stellzylinders nach oben
gehoben und das Steuerventil Dl geöffnet. Es tritt also eine vermehrte Dampfzufuhr
zum Verdampfer ein; infolge der erhöhten Wärmemenge wird eine größere Alkoholmenge
verdampft, als am Kopf der Entwässerungskolonne entweichen kann. Es tritt also eine
Erhöhung des Kolonnendruckes ein, die das Reglerrelais R1 zu einem entgegengesetzten
Steuerimpuls veranlaßt und die Ölzufuhr zum Stehzylinder S1 absperrt. Steigt der
Kolonnendruck an, so wird das Relais R1 in entgegengesetztem Sinne, wie vorher beschrieben,
erregt. Es wird ein Ölablauf freigegeben, der das Betriebsöl aus der Steuerleitung
St, entweichen läßt. Durch Wirkung cles Gegengewichtes Gl wird der Kolben im Stellzylinder
S1 nach unten gedrückt, und das Steuerventil Dl führt eine Schließbewegung so lange
aus, bis der eingestellte Kolonnendruck erreicht ist, wodurch der Ölabfluß aus dein
Stehzylinder S, gehemmt und die ganze Regleranlage so lange in Ruhelage versetzt
wird, bis eine neue Abweichung von dein Sollzustand des eingestellten Kolonnendruckes
den Regler zum neuen Arbeiten veranlaßt.
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Die vorhergehende Beschreibung ging von dem Standpunkte aus, daß'
die Drosselklappe D. im Alkoholabzug des Verdampfers eine gleichbleibende Einstellung
besaß. Wie die eingangs gemachten Darlegungen jedoch -neigen, genügt die alleinige
Anordnung des Kolonnendruckreglers nicht für alle Fälle, deshalb ist zur Regelung
des Alkoholabzuges ein zweiter Regler vorgesehen, der in der Zeichnung beispielsweise
als Flüssigkeitsspiegelregler dargestellt ist.
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Wird die anfallende zu entwässernde Alkoholmenge bei gleichem Alkoholgehalt
größer, so steigt der Alkoholspiegel in der Kolonne, und das Wirkorgan 1. des Niveaurelais
R2 wird durch vermehrten Auftrieb dieses Relais derartig erregen, daß der durch
die Leitung L., mit ihm verbundene Stellzylinder S2 Öldruck erhält und eine Bewegung
ausführt, die zu einem Öffnen der Drosselklappe D2 führt. Durch diesen Steuervorgang
wird der Alkoholabzug aus der Verdampferkolonne h vergrößert, denn die in, der Zeiteinheit
anfallende Menge an entwässertem Alkohol ist ja größer. Hierdurch tritt aber ein
Druckabfall in der Entwässerungskolonne E ein, die die durch Regler R1, S1, Dl gebildete
Steueranlage zu einer vermehrten Dampfzuführung veranlaßt. Diese hat ein Absinken
des Alkoholstandes zur Folge, und hierdurch wird die Steuerbewegung des Reglers
R.., S2 und D2 unterbrochen. Im normalen Betriebe ist durch das Zusammenwirken der
beiden so miteinander wechselseitig arbeitenden Regler für Dampfmenge und Alkoholmenge
eine vollkommen selbsttätige Betriebsführung der Entwässerungsanlage gegeben, jedoch
ist dieses Regelgerät erst dann in der Lage, mit höchster Feinfühligkeit zu arbeiten,
wenn ein Beharrungszustand in der Entwässerungskolonne bereits erreicht ist, denn
bei diesen kochempfindlichen Reglern würden beispielsweise bei Inbetriebsetzung
der Entwässerungskolonne infolge der erheblichen Überimpulse die entsprechenden
Regelgeräte in ihren Grenzlagen stehen, und es würde durch die zum späteren Betriebe
unbedingt notwendige Trägheit des Gerätes bei der Inbetriebsetzung zu Unzuträglichkeiten
führen.
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Aus diesem Grunde sind die Stellzyliitder S1 und S. mit je einer Handverstellvorrichtung
Hl und H2 ausgerüstet, die bei Inbetriebsetzung der Anlage bei abgeschaltetem Regelgerät
es gestatten, zunächst einmal die Entwässerungsanlage auf einen Beharrungszustand
von Hand aus einzustellen. Ist der Beharrungszustand erreicht, so führt eine Rückverstellung
der Handverstellung nach Einschalten der Regelgeräte selbsttätig zu einer Inbetriebsetzung
derselben, die dann ihrerseits selbsttätig den Betrieb übernimmt.
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Laut Erfindung ist der Stellzylinder S_ des Alkoholmengenreglers mit
einem Schreibgerät ausgerüstet, welches zwangsläufig die Hubbewegungen dieses Stellzylinders
und damit auch des Drosselgerätes D2 aufzeichnet, was einer Mengenaufschreibung
des anfallenden entwässerten Alkohols gleichkommt. Ebenso kann jedoch auch, und
dies schließt die Lösung des Erfindungsgedankens durchaus nicht aus, der Stellzylinder
S1 mit einem gleichen Schreibgerät ausgerüstet werden, welches dann seinerseits,
da das mit diesem Regler zwangsläufig gesteuerte Steuergerät Dl die Dampfmenge beeinflußt,
als Dampfmengenmeß- und Schreibgerät wirken würde.
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Die wesentliche Neuerung und der technische Fortschritt der Erfindung
liegen deshalb darin, daß nicht nur durch die Einzelwirkung jedes der vorerwähnten
Regler für sich ein ganz bestimmter Betriebszustand bei der Entwässerung von Alkohol
erreicht werden kann, der allein bereits eine überragende Stelle in den herstellungstechnisch
zu ergreifenden Maßnahmen bei vollständig selbsttätiger Regelung besitzt, sondern
das Zusammenwirken dieser beiden Regler gestattet einen selbsttätigen Betrieb' derartiger
Entwässerungsanlagen und gleichzeitig in einfachster Weise die schreibende Betriebskontrolle
der Anlage selbst.