Устройство для управления процессом ректификации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ, содержащее расходомер и хроматограф сырья, хроматографы первого и второго продуктов, соединенные с. входами блока вычисления расхода первого продукта по материальному балансу, выход которого связан с первым входом сумматора, расходомеры первого и второго продуктов , регуляторы, отличающееся тем, что, с целью обеспечения режима с максимальной разделительной способностью за счет повьщ ения качества регулирования, оно дополнительно содер;кит блок для определения средней концентрации легких компонентов в колонне, входы которого соединены с выходами датчиков расхода и хроматографов сырья и продуктов , a выходы - с регулятором средней концентрации легких в колонне, § выход которого соединен с вторым л входом сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(я) В 0 D 3/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВY (21) 3319098/23-26 (22) 24.09.81 (46) 15.08.84. Бюл. N - 30 (72) С.А. Азизов, З.А.P.Искендер-заде, Г.З. Хасиев, P.Á. Кулиев, В.M. Слободкин, Ш.А.-Б. Миндубаев и P.И. Рапопорт (71) Институт кибернетики AH АЗССР (53) 66.012.52(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3394053, кл. 202-160, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

11 - 526366, кл. В 01 D 3/42, 1974. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ, содержащее расходомер и хроматограф сырья, хроматографы первого и второго продуктов, .соединенные с входами блока вычисле, SU„„1107881 A ния расхода первого продукта по материальному балансу, выход которого связан с первым входом сумматора, расходомеры первого и второго продуктов, регуляторы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения режима с максимальной разделительной способностью за счет повьппения качества регулирования, оно дополнительно содержит блок для определения средней концентрации легких компонентов в колонне, входы которого соединены с выходами датчиков расхода и хроматографов .сырья и продуктов, а выходы — с регулятором средней концентрации легких в колонне, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

1107881

Изобретение относится к процессам ректификации и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и пищевой отраслях народного хозяйства. 5

Известно устройство для управления процессом ректификации, содержащее датчик расхода и хромзтограф сырья, датчик расхода первого продукта и хроматограф второго продукта, 1О соединенные с блоком вычисления расхода первого продукта (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство 15 для управления процессом ректификации, содержащее датчики расхода и хроматографы сырья, первого и второго продуктов, соединенные с входами вычислительного блока, содержащего 20 блок вычисления расхода первого продукта, сумматор, регуляторы (2 ).

Недостатком этого устройства является то, что процесс ректификации при таком управлении не достигает мак.> симума разделительной способности.

Если процесс проводится при низкой или недостаточной разделительной способности, повышение нагрузки или значительное изменение состава сырья ЗО вызывает нарушение качества продуктов. Гарантированное получение продуктов высокого качества в меняющихся произвоДственных условиях требует обеспечения максимума разделительной способности, Это объясняется тем, что управление не зависит от разделительной способности колонны. И, хотя концентрации примесей легких в остатке и тяжелых в днсталляте учиты-1О ваются при формировании управляющих воздействий, никаких действий, направленных на максимизацию именно разделительной способности не предпринимается.

Цель изобретения — обеспечение режима с максимальной разделительной способностью.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления про— цессом ректификации, содержащее датчик расхода и хроматограф сырья, хроматографы первого и второго продуктов, соединенные с входами блока вычисления расхода первого продукта по материальному балансу, выход которого связан с первым входом .сумматора, дачтики расходов первого и второго продуктов регуляторы дополнитель но содержит блок для определения средней концентрации легких компонентов в колонне, входы которого соединены с выходами датчиков расхода и хроматографов сырья и продуктов, а выходы — с регулятором средней концентрации легких компонентов в колонне, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Устройство содержит ректификацианную колонну 1 хроматограф 2 сырья, расходомер 3 сырья, вычислительный блок 4 для определения средней концентрации легких в колонне, рефлюксная емкость 5, регулятор 6 уровня . в рефлюксной емкости, конденсаторхолодильник 7, хроматограф 8 дистиллята, расходомер 9 дистиллята, регулятор 10 расхода дистиллята, регулятор 11 средней концентрации легких в колонне, регулятор 12 расхода пара, ребойлер 13, расходомер 14 пара, регулятор 15 уровня в ребойлере, расходомер 16 остатка, хроматограф 17 остатка; блок 18 для вычисления расхода дистиллята по материальному балансу, сумматор 19.

Вычислительный блок 4 для определения средней концентрации легких в колонне представляет собой соединение сумматоров, интеграторов и устройство перемножения сигналов для автоматической обработки формулы

1 (И(.)Х I<)-Э х Iii-w(x>x щ)а;!

I,tl (<) — Я- (""Ъ) -. о . Блок 18 для вычисления расхода дистиллята представляет собой соединение сумматоров имножительно-делительного

"стройства для обработки формулы.

XD Xn

2=ll х -х

Выходы хроматографов 2, 8 и 17 подсоединены к входам вычислительных блоков 18 и 4, выходы расходомеров

3, 9 и 16 подсоединены к входам вычислительного блока 4, а выход расходомера 3 сырья — еще и к входу блока 18. Выход блока 18 соединен с входом сумматора 19, а выход вычислительного блока 4 — с входом регулятора сред. 1107881

П(т) а с о где П вЂ” расход питания, т, — время.

Количество вещества, покинувшего колонну за то же время, равно D(i)4<+ м(с ) йт, 20

0 о где 0 — расход дистиллята;

9 — расход остатка.

Разность этих двух величин представляет собой количество вещества, накопившегося в колонне..

В то же время количество легких, поступивших в колонну равно

30 п()x ()ж, ll о а количество легких, покинувших колонну, равно

Э(Т)Х (т)йт+ а(-.) Х (".)Зь, о о где X — концентрация легких в дисD

40 тилляте;

П

X — то же, в питание;

Х " — то же, в остатке.

Очевидно, что указанное отношение разностей представляет собой среднюю

45 по колонне концентрацию легких в ней.

Поскольку увеличение расхода дистиллята по сравнению с количеством, предусматриваемым материальным балансом, вызывает уменьшение концентрации легких в колонне, то, понятно, 50 что, вводя коррекцию в величину расхода, предписываемую материальным балансом, можно привести концентрацию легких в колонне к любой заданной величине. После того, как средняя

55 концентрация достигает заданной величины 0,5, величина коррекции становится равной нулю. Поскольку, отбор ней концентрации легких в колонне 11, . выход которого, в свою очередь, соединен с вторым входом сумматора 19, а его Жход соединен с камерой За. дание" регулятора 10 расхода дистил- 5 лята.

Количество вещества, поступившего в колонну от момента пуска и до текущего момента, равно l0 продукта, например, дистиллята (а,, значит, и остатка) осуществляется в отсутствие коррекции по формуле

Х-Х ъ=п—

Х -X"

Х -Х

=tl—

Х -Х

Хср= 0,5

Пример. В колонну поступает смесь изобутана и нормального бутана.

В некоторый момент времени расход сырья составляет 20 т/ч, а концентрация изобутана в нем равна 0,3. В это время концентрация нормального бутана в дистилляте составляет 0,1. Концентрация изобутана в остатке 0,02, расход дистиллята равен 6,5 т/ч, а расход остатка равен 13,5 т/ч. В то же время средняя концентрация в колонне равна 0,5. средняя концентрация сохраняется до тех пор, пока какое-нибудь случайное возмущение не уведет" колонну от режима средней концентрацией 0,5, после чего следует вновь осуществить коррекцию расхода.

Устройство работает следующим образом.

По информации о составе продуктов и расходе сырья устройство 18 вычисляет задание регулятору расхода дистиллята, которое и направляется на вход "Задание" соответствующего регулятора через сумматор 19.

Регулятор 12 расхода пара регулирует расход пара. Одновременно по информации о расходах сырья и продук тов и по информации о составах сырья и продуктов устройство 4 формирует

"Переменную" для регулятора средней концентрации легких в колонне 11.

На вход "Задание этого регулятора вручную задается величина 0,5. Выход этого регулятора корректируют сигнал, сформированный устройством 18. При достижении концентраципей заданной величины коррекция прекращается, а режим достигает максимальной разделительной способности.

Вместо II или ПИ-регулятора сред-. ней концентрации может быть использован трехпозиционный регулятор, осуществляющий управление по закону 1,а„,ec>H ср r 0 51 3 о

XD-X" если Хср (0,5 и,3)=g

Х -Х

1107881 делительная способность оказывается более высокой. на каждую установку. !

Составитель Т. Чулкова

Редактор И. Касарда Техред М.Надь Корректор M. Максимишинец

Заказ 5806/7 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Поскольку в качестве регулятора средней концентрации использован пропорциональный регулятор (П-регулятор) с коэффициентом усиления 200Х, то сигнал на его выходе в рассматриваемый момент соответствует величине коррекции 2 т/ч. С выхода устройства вычисления расхода дистиллята выходит сигнал, соответствующий 6,36 т/ч ина вход регулятора расхода дистилля о та поступает задание 8,36 т/ч, которое и отрабатывается. Далее концентрации продуктов начинают меняться, и в тот момент, когда средняя концентрация выходит на заданное значение 0,5, а сигнал ее регулятора соответствует коррекции 0 т/час, концентрация нормального бутана в дистилляте равна 0,08, а концентрация изобутана в остатке 0,017. Выход устройства вычисления расхода дистиллята становится равным 6,27 и без всякой коррекции подается на вход "Задание" регулятора расхода дистиллята. Раз25

Проведение процесса ректификации при максимальной разделительной способности уменьшает количество случаев нарушений качества продуктов и позволяет перерабатывать большие количества сырья с меньшим риском нарушения качества продуктов. Экономическая эффективность складывается из уменьшения потерь на брак и увеличения производительности. Абсолютная величина эффекта в денежном выражении зависит от конкретных производственно-экономических условий (например, от разности цен на продукты первого и более низких сортов).

В случае применения предлагаемого устройства на газофункционирующей установке производительностью по сырью 400 тыс. т в год, можно ожидать получения экономии в 150-200 тыс.р.