Способ управления процессом алкилирования бензола этиленом

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом алкилирования бензола этиленом и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности при получении этилбензола, являющегося исходным продуктом для производства стирола. Способ заключается в стабилизации температуры процесса воздействием на расходы катализаторного комплекса и исходного сырья с коррекцией расхода бензола по разности температур алкилирования и кипения бензола. По непрерывно измеряемым потребляемой мощности электродвигателей насосов подачи бензола, этилена, катализаторного комплекса и полиалкилбензолов, по текущим расходам бензола, этилена, катализаторного комплекса, полиалкилбензолов в алкираторе и хладагента на конденсацию испаренного бензола и охлаждение алкилата непрерывно получают текущую информацию о концентрации бензола в алкилате в реакционной зоне. По данным всех параметров вычисляют текущие значения удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь, определяют знак их производной по расходу этилена и в зависимости от ее знака производят регулировку. При этом измеряют давление этилена на входе в алкилатор и вычисляют концентрацию бензола в алкилате по формуле : X<SB POS="POST">*</SB>98д = 10P<SB POS="POST">э</SB>.10<SP POS="POST">.</SP>(1214,6/221,2 +T<SB POS="POST">A</SB>)-403, где X-мольная концентрация бензола в алкилате, моль/моль

P<SB POS="POST">э</SB> -давление этилена на входе в алкилатор, МПа

T<SB POS="POST">A</SB>-температура алкилирования, °С. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ÄÄSUÄÄ 478200

8.3: ЖЗЗН3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГАТ ;."111 . г.. ч it@ i kаЧ

E i !0:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4237198/31-26 (22) 27.04.87 (46) 07.05.89.Бюл. 11 - 17 (71) Воронежский технологический

-институт (72) Л.M. Осовский и А.А.111евцов (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 717018, кл. С 05 В 27/00, С 05 0 21/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 1264543, кл. G 05 D 27/00, С 07 С 15/02, 1986. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АЛКИЛИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА ЭТИЛЕНОМ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессом алкилирования бензола этиленом и может быть использовано в химической и неАтехимической промышленности при получении этилбензола, являющегося исходным продуктом для производства стирола. Способ заключается в стабилизации температуры процесса воздействием на расходы катализаторпого комплекса и исходного сырья с коррекцией расхода бензола

Изобретение относится к области управления процессом алкилирования бензола этиленом и может найти применение в химической и нефтехимической промышленности при получении этилбензола, являющегося исходным продуктом для производства стирола.

Цель изобретения — снижение сырьевых и теплоэнергетических потерь, (gg G 05 D 27/00, С 07 С 15/02 по разности температур алкилирования и кипения бензола. По непрерывно измеряемой потребляемой мощности электродвигателей насосов подачи бензола, этилена, катализаторного комплекса и полиалкилбензолов, по текущим расходам бензола, этилена, катализаторного комплекса, полиалкилбензолов в алкираторе и хладагента

HR конденсацию испаренного бензола и охлаждение алкилата непрерывно получают текущую информацию о концентрации бензола в алкилате в реакционной зоне. По данным всех параметров вычисляют текущие значения удельных сырьевых и теплоэнергетических по- а

Ф терь, определяют знак их производной по расходу этилена и в зависимости от ее знака производят регулировку.

При этом измеряют давление этилена С на входе в алкилатор и вычисляют . концентрацию бензола в алкилате по

Д Х 10Р 10(пи,6/й2т,2 )- Р

3 где Х g — молярная концентрация бен- фь зола в алкилате, моль/моль; P — 3 давление этилена íà входе в алкила- (ф тор, МТа; tд — температура алкилирования, С. з.п.A-лы, 1 ил . о

CO приходящихся на единицу массы получаемого этилбензола.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления.

Схема содержит алкилатор 1, конденсатор 2, холодильник 3, линии подачи бензола 4, этилена 5, катализаторного комплекса 6, полиалкилбензо1478200 лов .7, линии отвода алкилата 8 и несконденсировавшихся газов 9, линии

10 и 11 подачи хладагента (промводы прямой) в конденсатор 2 и холодильник 3 соответственно, линии 12 и 13 отвода отработанного хладагента .

:(промводы обратной), насосы подачи бензола 14, этилена .15, катализаторного комплекса 16, полиалкилбензолов

17, датчики 18-21 потребляемой мощ" ности соответственно электроприводов насосов 14 — 17, датчик 22 температуры алкилирования, датчик 23 давления этилена, датчики расходов бензола 24„ этилена 25, катализаторного комплекса 26, полиалкилбензолов 27, хладагента 28 и 29, вторичные приборы 30 — 40, микропроцессор 41, pery лятор 42, регулирующий орган 43.

Инерционность алкилатора 1 заставляет снижать темп экстремального ! управления, что затрудняет достижение экстремума. Однако при этом повы-. шается точность получаемой информа- 25 ции за счет осреднения ее по времени,и, тем самым, в определенной степени и удается компенсировать потери оптимальности управления процессом алкилирования, вызванные 30 инерционностью алкилатора 1.

Регулятор 42 йспользует непрерывный принцип" регулирования.

Средствами связи процессора 41 и регулятора 42, встроенного во вторичный прибор расхода этилена, являются цифроаналоговый (ЦАП) и аналого-цифровой (АЦП) преобразователи (не показаны).

ЦАП служит для передачи управляющего сигнала процессора 41 на задание аналогового регулятора 42.

АЦП служит для передачи информации от вторичного прибора расхода этилена (не показан) к процессору 41.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков 18 — 29 через вторичные приборы 30 — 40 (вторичный прибор датчика 25 и преобразователи не показаны) информация о потребляе50 мой мощности электроприводов насосов 14 — 17, а также текущих расходах бензола, этилена, катализатор.- ного комплекса, полиалкилбензолов в алкилатор и хладагента на. охлаждение алкилата и конденсацию испаренного бензола соответственно в холодильник 3 и конденсатор 2 поступает

r NS Л

G -С вЂ” — —.G

Л

6"" S М 6 э6

+ Ц.() л Л З6

s6 е где Цэ, 116 — оптовые цены соответственно этилена и бензола, руб/кг;

SX SX

G,G 6 — соответственно массовые расходы этилена и бензола в алкилатор, т/ч;

G — массовый расход испа6 ренного из алкилата бензола, т/ч;

- массовый расход непрореагировавшего бензола на выходе из алкилатора, т/ч;

М,М 6, Ns6 †. молярные массы соответственно этилена, бензо-. ла, этилбензола, кг/моль; .., — суммарные теплоэнергетические затраты в единицу времени, руб/ч. л 6 в микропроцессор 41, который вычисляет концентрацию бензола в алкилате в реакционной зоне, а затем текущие значения сырьевых и теплоэнергетических потерь, приходящихся на единицу массы получаемого этилбензола.Микро процессор 41, выполняющий функции ,экстремального регулятора, определяет знак производной удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь по расходу этилена и в зависимости от знака производной корректирует задание регулятору 42 на изменение расхода этилена в алкилатор посредством регулирующего органа 43. При положительном знаке производной микропроцессор 41 выдает корректирующий сигнал регулятору 42 на уменьшение расхода этилена, при отрицательном— на увеличение расхода этилена в алкилатор. Таким образом, корректирующий сигнал, вырабатываемый микропроцессором 41 регулятору 42, устанавливает расход этилена в алкилатор, соответствующий минимуму удельных

J сырьевых и теплоэнергетических потерь. .В процессе управления минимизации подвергаются удельные сырьевые и теплоэнергетические потери, т.е.

S7 ° M S

9М6э6

minR=min Ц (— — -- - — —.— ) +

Э A э6

1478200

Мэ

Мэв (С, ) кк) CçС „„ (7) .(р (— --)

Мэв Е

М (2) где С, С в

"Скк

Ч1 ° Ч

1 в 1 1 6 влв кв вх Mэ

G — — --- G = 0 а М эб э6 (3) 30 где Р6

Р6

А ,6 эв ) (4) 45

Ps = Р,". (1О) - — -2(G )

Ма вх

N60 э (6) 2 С1(Ч1 Ч2) С2(11э+ У6 + Nпв6+ стоимость хладагента, руб/м стоимость электроэнергии, руб/кВт;ч; стоимость потерь активнос- 10 ти катализаторного комплекса в алкилаторе, руб/т; массовый расход циркуляции катализаторного комплекса, т/ч; 15 соответственно расходы хладагента в конденсатор и холодильник, мв/ч; соответственно потребляемые 20 мощности электропривода насосов подачи этилена, бензола, полиалкилбензолов и катализаторного комплекса, кВт. 25

По данным эксплуатации производственного процесса алкилирования вх r N6 л

С вЂ” С вЂ” G — ---- G

6 в эв где Ы, Р— некотоРые фиксиРован- 40 ные коэффициенты.

Подставляя (3), (4) в (1) и в исключая G,6, получают

Ма

Ц а((- — — G ) + — — (5) .-Mý6 .вх Р N ав м вх

0э

Исследуем (5) на существование;

50 единственного минимума:

dR g M э6 р вувх

=Ц (— — ) Р(С

/ а э

Отсюда следует единственный экстремум

Дифференцируя (6), получают

c1 R M 36 р — U,"(;,— ) р(1)(с, ) + (сэ

М 3

+ 2 ----, (С ) О

М 6 а

/ т.е. в точке единственного экстремума (7) имеют минимум.

Таким образом, обосновано существование экстремальной характеристики способа управления.

Возможности информационного обеспечения в осуществлении экстремального управления обосновываются следующим образом.

Алкилат рассматривается как идеальный бензольный раствор, содержащий нелетучие вещества, для которого применим закон Рауля: о

РБ Р6 и (9)

P5 n+ давление пара чистого бензола (растворителя ), мПа; — давление пара бензольного раствора, содержащего нелетучие вещества, мПа; и — число молей нелетучих веществ в бензольном раство"

Реэ N — число молей бензола в бензольном растворе.

Давление пара бензольного раство» ра равно давлению этилена на входе в алкилатор

Давление пара чистого бензола определяется температурой в реакционной зоне алкилатора и для него применимо эмпирическое уравнение Антуана: в

Po = 1О (10 c в 3 где А = 403,129;

В = 1214,645;

С = 221,205; температура в реакционной зоне алкилатора °

14782007

Формула (1 1 ) справ едлив а в инте рвале 5,33 С. — t p = 190 С.. Подставляя (10) и (11) в (9), получают относительную молярную кон5 центрацию бензола B алкилате в

N Св д

Х = - .= 10Р 10, (12) N+n

8 — — — Д

Р ) 10 сбх в

10(Р," (13) В этом случае

N М6

Свх

Мкк

Сэв

+--- +

Э6

6 N+n вх

GG ea6

ПД6 -Д

10(Р э — Р,) 10

Вх - 1- — д

1-10 (Р, -Р, ) 1 О " ю

Мэв вх вх (М G> + Спхв)

Мэ

ВХ f.

6 б

Мэ

М6.

Mý6

М вх э

Вх

Мэ С (+,)+ Cg(Ng+ Нб+ N nge+ Н кк1+ C6G«

Эв G (14) потерь, приходящихся на единицу массы получаемого этиленбензола, на

7-9%.

Рассмотрим конкретный пример

35 реализации предлагаемого способа с указанием режима его проведения.

Основные показатели процесса: расэх . ход бензола в алкилатор G6- "— 63,0 т/

/ч, этилена в алкилатор G 6 = 4,540 6,0 т/ч, катализаторного комплекса

С „"„ = 75,0 т/ч, полиалкилбензолов вх вх

Срвв = 5,4 т/ч, испаренного из алкилата бензола С 6 = 13,5 т/ч, темI пература алкилирования t > = 128 С, 45 давление этилена на входе в алкилатор, Р в," = 0,4 мПа, цена бензола

11 б = 58 руб/т, суммарные затраты .сырья и энергии в единицу времени

100,0 руб/ч, молярная масса

50 этилбенэола М,= 106,0 кг/мольэ молярная масса этилена M э = 26,0 кг/ /мальв коэффициенты в1 = 10 р 2,0.

Подставляя приведенные данные в (5), 55 получают выражение критерия в следующем виде:

Мэ

Мэв вх 16 Мэв .R = Ц et(----- G ) + ю в

G p вх

Таким образом, получая текущую

Вк вк г информацию о С э С 6 С S> Сввб С кв вх

Рэ э д Ч 1э «12 в1 э бэ 1" пдвэ 11 ккэ с помощью выражения (14) мжропроцессор вычисляет текущие значения G, вх

dR и по знаку производной — — — уставх

dG

« ,навливает такое значения (G )", которое обеспечивает минимум выражения (14) .

Предлагаемый способ управления с известным обеспечивает непрерывное слежение за минимумом удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь при различных возмущениях, прежде всего по избирательной способности и активности катализаторного комплекса, составу полиалкилбензолов, давлению верха алкилатора и т.д., обеспечивает такую нагрузку по этилену, при которой удельные сырьевые и теплоэнергетические потери были бы.мини— мальными, позволяет непрерывно получать текущую информацию о концентрации бензола в алкилате в реакционной зоне и вычислять текущие значения удельных потерь; обеспечивае г снижение сырьевых и теплоэнергетических

ВХ Вх где С „д, G „„ — массовые расходы полиалкилбензолов и катализаторного комплекса, т/ч;

М„дб, 1 « — молекулярные массы полиалкилбензолов и катализаторного комплекса;

Р— некоторый нормирующий коэффициент.

Подставляя (13),(3) и (2) в (1) получ аю т (— — ) руб т

10

Мэ

Мэ6 5 03 —. 10 ч (С ) и o((— — )

МэБ Р

= 7 31 т

9 14782 !

= 58 10 . 16,62 (G ) + — ;„

sx 24 5

Сэ

Находят оптимальное значение рас. .хода этилена в алкилатор и соответ- .5 ствующее ему значение

Мэ

Г Mgs вк»1 МФ-

R»-Цg (G ) + —- М S 3 вх»

Зависимость удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь от расхода этилена R = f(G ) позволяет непосредственно оценить экономическую эффективность предлагаемого способа управления. Из приведенного примера реализации способа следует, что су25

sx ществующие отклонения G,от оптимального значения (С," )+ приводят к потерям сырья и энергии, которые в среднем составляют 9Х.

Формула изобретения сырьевых и теплоэнергетическнх удельных потерь по получемому этилбензолу непрерывно измеряют текущую потреб1 ляемую электрическую мощность насосов подачи бензола, этилена, катализаторного комплекса и полиалкилбензолов, а также текущие расходы этилена, катализаторного комплекса, поли-. алкилбензолов в алкнлаторе и хладагента на конденсацию испаренного .бенэола и охлаждение алкилата, непрерывно получают текущую информацию о концентрации бензола в алкилате в ре; акционной зоне и по данным всех параметрбв вычисляют текущие значения удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь, определяют знак их производной по расходу этилена и, .если знак производной отрицательный, то увеличивают расход этилена, если: же знак положительный, то уменьшают расход этилена.

2. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем., что, с целью непрерывного получения текущей информации о концентрации бензола в алкилате в реакционной зоне, измеряют давление этилена на входе в алкилатор и вычисляют концентрацию бензола в алкилате по формуле

1211, 6

1ÎÐ " 10

Х

6 где Х.

Рэ

1.- Способ управления процессом алкилирования бензола этиленом, заключающийся в стабилизации температу- 35 ры процесса воздействием на расходы катализаторного комплекса и исходного сырья с коррекцией расхода бензола пе, разности температур алкилирования и кипения бензола, о т л и ч а ю — 4О шийся тем, что, с целью снижения — молярная концентрация бензола в алкилате,моль/

/моль; — давление этилена на входе в алкилатор, мПа; температура алкилирования, ОС, !

Составитель А,Прусковцов

Редактор O.Головач Техред М.Ходанич Корректор Э. Лончакова

Заказ 2363/48 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101