Устройство для автоматического управления многосекционной установкой экстрактивной ректификации

 

Изобретение относится к средствам управления технологическими процессами , в частности, получения бутадиена и изопрена в производстве синтетического каучука и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Целью изобретения является снижение удельных расходов экстрагента и греющего пара за счет повышения точности управления. В состав устройства входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонна 3, кипятильник 4, датчики 5, 6 расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, датчики 7-10 расхода экстрагента в смеситель-отстойник, расхода экстрагента в колонну, расхода флегмовой жидкости, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, датчики 11-13 температуры экстрагента на выходе холодильника, смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну и паров на верхней контрольной тарелке колонны, датчики 14-16 расхода, давления и температуры греющего пара в кипятильник, датчики 17-19 уровня на верхней глухой тарелке, раздела фаз в смесителе-отстойнике и температуры в кубе колонны, регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника, температуры смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну, температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны, уровня и раздела фаз, блок 30 потенциального содержания целевого компонента, сумматоры 31 и 32, корректор 33, компенсатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны 36-42 с исполнительными механизмами. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК (19) (II) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4215826! 23-26 (22) 26.03.87 . (46) 23..09.89. Бюл. Р 35 (72): В.И. Веретин, Г.В. Ануфриева, Т эС. Подольскии, В. P Тучинскии, И.И. Горбачев, А.А. Евтушенко и Н.И. Савельев (53) 66.012.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1168267, к. В, 01 D 3/42, 1984.

Производство бутадиена одностадийным регидрированием бутана под вакуумом. Технологический регламент.

Гидрокаучук. — М., 1986, с. 16-21. fI 4 В 01 D 3 42 С 05 D 27 00

2 (54) УСТРОЙСТВО ПЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСЕКЦИОННОЙ УСТАНОВКОЙ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ (57) Изобретение относится к средствам управления технологическими про.— цессами, в частности получения бутадиена и изопрена в производстве синтетического каучука, и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Целью изобретения является снижение удельных расходов экстрагента и греющего пара за счет повышения точности управления. В состав уст3 150 ройства входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонка 3, кипятильник 4, датчики 5, 6 расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, датчики 7-10 расхода экстрагента в смеситель-отстойник, расхода экстрагента в колонну, расхода флегмовой жидкости, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, датчики 11-13 температуры экстрагента на выходе холодильника, смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну и паров на верх.ней контрольной тарелке колонны, датчики 14-16 расхода, давления и температуры греющего пара в кипятиль9103 4

15 ник, датчики 17-19 уровня на верхней глухой тарелке, раздела фаз в смесителе-отстойнике и температуры в кубе колонны, регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 расхода воды„ подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника, температуры смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну, температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны, уровня и раздела фаз, блок 30 потенциального содержания целевого компонента, сумматоры 3 1 и 32, корректор 33, компенсатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны

36-, 42 с исполнительными механизмами

1 ил.

Изобретение относится к средствам управления технологическими процессами, в частности получения бутадиена и иэопрена в производстве синтетического каучука, и может быть использовано к нефтехимической, химической и других отраслях промьппленности, Цель изобретения — снижение удельных расходов экстрагента и rpe его пара эа счет повышения точности управления.

Ю

Иа чертеже изображена принципиальная схема промьш пенной установки экстрактивной ректификации бутан-бутилен-бутадиеновой фракции и схема устройства для ее управления. 40

В состав установки входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонна

3, которая разделена на секции глухими тарелками (по жидкости), насосы 45 (не показаны)и кипятильник 4.. Устройство содержит датчики расхода 5 и концентрации 6 целевого компонента в питании колонны, датчики расхода экстрагента (ЭА) 7 в смеситель-отстойник 2, расхода ЗА 8 в колонну 3, расхода флегмовой жидкости (ФЖ) 9, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды 10, подаваемой на смешение с ЭА, датчики температуры ЭА 11 на входе холодильника 1, смеси ЭА и ФН 12 на входе в колонну и паров 13 на верхней контрольной тарелке колонны 3 (в укрепляющей секции), датчики расхода 14, давления 15 и температуры 16 греющего пара в кипятильник 4, датчики уровня 17 на верхней глухой тарелке, раздела фаз 18 в смесителе-отстойнике 2 и температуры 19 в кубе колонны 3: регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 соответственно расхода воды, подаваемой на смешение с 3А, температуры ЭА на выходе холодильника 1, температуры смеси ЭА и ФЖ на входе в колонну 3, температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны 3, уровня и раздела фаз, блок 30 потенциального содержания целевого компонента (БПСЦК), многовходовые сумматоры 31 и 32, корректор 33, компеисатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны 36-42 с исполнительными механизмами.

В качестве датчиков и иормирующих преобразователей, используемых для реализации предлагаемого устройства, могут быть использованы аналоговые приборы из номенклатуры промышленной электропневмоавтоматики, а в качестве регуляторов 20-29, блока 30

БПСЦК, сумматоров 3 1 и 32, корректора 33, компенсатора 34 и умножителя

35 могут быть использованы как аналоговые регулирующие и функциональные блоки, например, приборы электрической унифицированной системы автоматического регулирования "КАСКАД-2".и аналоговых комплексов, так и цифровые

1509103

Оцk и — расход и концентрация целевого компонента в пиния в момент времени с=п Т, (п=0, 1,2...); интервал дискретности; заданный коэффициент соотно55 шения расходов потенциальное содержание целе-.

1 вого компонента;

То

5 приборы на базе микропроцессоров и микроЭВИ, например типа ПРОТАР.

Устройство работает следующим образом.

Пары питания поступают в колонну

3. При этом сигналы о расходе питания и концентрации целевого компонента (бутадиена), измеренные датчиками

5 и 6, поступают на блок 30, где перемножаются с целью определения потенциального содержания целевого компонента. Экстрагент в виде смеси циркулирующего регенерированного и свежего ацетонитрнла подается на вход 15 холодильника 1. На смешение с ЭА педается также умягченная вода, расход которой изменяется клапаном 36 в соответствии с управляющими сигналами, которые формирует нропорциональ- 2р но-интегральный регулятор 23 в зависимости от отклонения расхода, измеренного датчиком 10, от заданного значения, выдаваемого корректором 33.

После холодильника 1 поток ЭА, охлажденный до определенной температуры, разделяется на две части: большая часть (70-80Х от общего расхода) направляется через клапан 37 на вход смесителя-отстойника 2, куда также подается ФЖ, отбираемая через клапан

38 с верхней глухой тарелки колонны, а оставшаяся часть ЭА направляется на вход колонны 3 через клапан 39, установленный на шунтирующей.линии.

Регулятор 20 соотношения обеспечивает определенное соотношение между расходом ЭА Г„, измеряемам датчи(э4 ком 7, и величиной потенциальногo содержания целевого компонента в питании Г„, рассчитываемой блоком ЗО, путем воздействия на клапан 37 в соответствии с законом м эа где Е „С, F „-F „сигнал отклонетанин колонны;

К К 2 коэффициенты на стройки регулятора.

Регулятор 21 соотношения по информации от сумматора 31 вырабатывает последовательность управляющих сигналов на клапан 39, который изменяет расход ЭА в колонну по следующей зависимости:

gk Э4 где E =C F„F„- сигнал отклонения; 3A 1эй Я ЭА

F „=F „+F„суммарный расход

ЭА;

К4 — коэффициенты настройки регулятора.

В смесителе-отстойнике 2 происходит перемешивание и последующее рассланвание смеси на два слоя: верхний слой — углеводород-ацетонитрильный и нижний — водный слой, содержащий соли и другие малорастворимые в ЭА вредные примеси. Водный слой из отстойной зоны непрерывно выводится через клапан 40 на дальнейшую переработку. При этом регулятор 29, который работает совместно с датчиком 18, обеспечивает стабилизацию уровня раздела фаз в отстойной зоне. Очищенный от примесей углеводородацетонитрильный слой с выхода смесителя-отстойника объединяют с частью ЗА, поступающего через шунтирунищую линию с клапаном 39, и смесь направляют на вход колонны 3; Темпера-.ура смеси измеряется датчиком 12. Регулятор

25, получая импульсы от датчика 12, изменяет задание регулятору 24 температуры на выходе холодильника с с где Т„, и Тв — температура смеси

ЭА и ФИ на входе в колонну, измеренная в моменты времени п-1 и и; с» с

Ед = Т„-Т„- сигнал отклонения;

К, К - параметры настройки.

В зависимости от сигнала отклоне) 4ния задания Т „от величины темпера1 туры Т„ на выходе холодильника 1, определяемой по информации от датчика

1509103

11, пропорционально-интегральный регулятор 24 изменяет расход хладагента в холодильник 1, воздействуя на клапан 41. Величина упоавляюшего сигна а Т " корректируется регулятор ром 27 в зависимости от отклонения температуры на верхней контрольной тарелке колонны от заданного регла,ментного значения; к» и где Т и Т„- заданная и измеренная температура на верхней контрольной тарелке;

К7 — ПОлОжительный козф

1 фициент настройки.

По отношению к управляющему воздействию Т „ температура смеси Т„ с» с имеет меньшее время запаздывания и самовыравнивания, чем регулируемая к величина температуры Т.„, измеряемая по сигналам от датчика 13. В колонне

3 происходит разделение иоходной смеси иа низкокипящие углеводороды (бутанбутилены), выводимые из головной части верхней секции колонны, и высококипящий целевой компонент (бутадиен,сырец), который дЕсорбируется из насыщенного ЭА и отводится с боковым погоном на дальнейшую очистку. Поток внешней флегмы, подаваемой на распределительную тарелку, взаимодействует с поднимающимся горячим паром, и скапливающаяся на верхней глухой тарелке жидкость возвращается насосом в смеситель-отстойник 2 для очистки от .примесей. Уровень ФЖ на верхней глухой тарелке измеряется датчиком 17 и при отклонении величины уровня От заданного значения регулятор

28 восстанавливает нарушенное равновесие, воздействуя на клапан 38 в соответствии со стандартным пропорционально-интегральным законом регулирования.

Десорбированный ЭА (ацетонитрил) из куба колонны 3 поступает в кипятильник 4 и в контур циркулирующего

ЭА. Расход греющего пара в кипятильник 4 определяется с помощью измериI теля расхода, состоящего из датчиков

14-16, компенсатора 34 и умножителя

35, s соответствии с формулой (5) где F - выходной сигнал умножитер ля 35;

gH ,4Г

=A(6 P„P- выходной сигнал датчика

14 расходомера переменного перепада»

А — константа, характерная для данного канала измерения расхода; аР - сигнал, пропорциональный перепаду давления на сужающем устройстве датчика 14 расходомера;

В =(р„ ») — выходной сигнал ком-, пенсатора 34;

=Ь +Ь Р +Ь Т +Ь Р„Т+Ь Р2+Ь Т„фактическое значение плотности пара; — номинальное значение плотности (вводится от задатчика, который на схеме не указан);

Р„, Т„ - давление и температура пара, измеряемые дат25 чиками 15 и 16;

Ь у Ь p ° e e

Ь вЂ” константы.

Сформированный на выходе умножителя 35 сигнал F, пропорциональный

ЗО скорректированному эначен расхода пара, поступает на первый вход регулятора,22 соотношения расходов.

Регулятор 22 обеспечивает подачу греющего пара в кипятильниках 4, воздействуя на клапан 42 в соответствии с модифицированным пропорционально-интегральным законом регулирования

Ур = У„, +К (Г„, -Е„)+К Е„, (6) е

40 где Е = С F -à — сигнал отклоне р р и ния в момент времени a. с 34 рк

F„=.F + F„выходной сигнал

Ж сумматора 32;

45 F — расход ФИ, измеряемый датчиком 9;

Кз, К вЂ” параметры настройки регулятора.

Величину коэффициента соотношения

С 4 для формулы (6) регулятор 27 периодически уточняет в зависимости оТ отклонения от заданного значения температуры Т кр в кубе колонны 3, измеряемой датчиком 19:

% где Т - заданная температура в кубе ю

1509103

К < — коэффициент настройки регулятора.

При первоначальном включении каналов регулирования соотношения рас5 ходов устройство обеспечивает бестблчковый режим работы, когда задание для коэффициента соотношения автоматически устанавливается равным отношению ведомого расхода (суммы расходов) к ведущему параметру в начальный момент времени n = О, т,е.

2>4 94 п

F F

C = — <- C =-- — C =-4-„—,(8) ю Fu ао рц зо у «.р о о о

I для других контуров регулировая (уровня, температуры, расхода) величина задания в первоначальный момент включения приравнивается текущей величине регулируемой переменной 20 данного контура, а сигнал отклонения, поступающий на вход соответствующего регулятора, при этом принимает нулевое значение. На последующих тактах управления величина задания для любо- 5

ro регулятора может быть скорректирована как в результате работы вышестоящего контура, так и в ручном режиме от задатчика (не показаны) .

Применение изобретения повышает 30 точность управления соотношением расходов ЭА и воды, соотношением расходов ЭА и ФЖ на входе в смесительотстойник, что обеспечивает более полную очистку смеси от примесей, увели- 5 чение селективности ЭА и снижение в конечном итоге удельного расхода ЭА в среднем на 4Х. Кроме того, более полная очистка от примесей предотвращает выпадение твердых осадков на 40 тарелках колонны.

Введение регулирования температуры смеси ЭА и ФЖ на входе в колонну с коррекцией по температуре на контрольной тарелке, регулирование расхо- 45 да греющего пара с коррекцией по его давлению и температуре и в соотношении с расходом ФИ способствует также повышению точности управления температурным режимом колонны, что обуславливает снижение. удельного расхода пара в среднем на 27.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления многосекционной установкой экстрактивной ректификации, содержащее датчики расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока потенциального содержания целевого компонента, выход которого соединен с перьыми входами первого и второго регуляторов соотношения, выхоцы которых соединены соответственно с клапанами подачи экстрагента в, смеситель-отстойник и колонну, первый и второй датчики расхода экстрагента, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго регулятора соотношения и -c первым входом второго сумматора, второй вход первого регулятора соотношения соединен с выходом первого датчика расхода экстрагента, контуры регулирования расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника; уровня раздела фаз на выходе из смесителя отстойника, состоящих из датчика, регулятора и клапана, датчик расхода флегмовой жидкости, отбираемой с глухой тарелки, последовательно соединенные датчик и регулятор температуры на верхней контрольной тарелке и температуры в кубе колонны, третий регулятор соотношения, первый и второй выходы которого соединены с выходами умножителя и второго сумматора, задающий вход третьего регулятора соотношения соединен с выходом регулятора температуры в кубе колонны, а выход с клапаном на линии подачи пара в колонну, первый вход умножителя соединен с датчиком расхода греющего пара, второй вход — с выходом компенсатора, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиков давления и температуры греющего пара, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения удельных расходов экстрагента и греющего пара за счет повышения точности управления, в .его состав дополнительно введены корректор и последовательно соединенные датчик и регулятор температуры смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну, при этом вход корректора соединен с выходом первого датчика расхода экстрагента, а выход — с задающим входом регулятора расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, выход регуля1509103

Составитель А. Прусковцов

Техред И.Моргеитал Корректор М.Шароши редактор Н. Тупица

Заказ 5749/7 Тираж бОО Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул., Гагарина,101 тора температуры на контрольной тарелке соединен с задающим входом регулятора температуры смеси зкстрагента и флегмовой жидкости на входе в ко.лонну, выход которого соединен с ! задающим входом регулятора температуры зкстрагента на выходе холодильника, а выход датчика расхода флегмовой жидкости соединен с вторым входом второго сумматора.