Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом ректификации и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей и пищевой отраслях промышленности. Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации включает определение текущего температурного профиля колонны и вычисление текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, устанавливаемого в качестве задания регулятору температуры питающей смеси, робастную стабилизацию температуры нижней точки температурного профиля путем изменения расхода греющего пара с коррекцией по концентрации целевого продукта и компенсации возмущений со стороны линии питания и адаптивное управление верхней точкой температурного профиля путем изменения расхода флегмы в зависимости от величины текущих потерь сырья по верху колонны. Расход флегмы изменяют в зависимости от скорости дрейфа критерия управления. Технический результат: обеспечение эффективного процесса ректификации. 2 ил.

 

Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации может быть использован в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, металлургической и пищевой отраслях промышленности.

Известен близкий к предлагаемому изобретению способ автоматического регулирования процесса ректификации и реализующее его устройство (патент РФ №2449827, МНК B01D 3/42, 2011 г.). Способ автоматического регулирования процесса ректификации, выбранный в качестве аналога, заключается в идентификации математической модели колонны, определении ее текущего температурного профиля, вычислении текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, устанавливаемого в качестве задания регулятору температуры питающей смеси, осуществлении управляющих воздействий, таких как: управление расходом поступающего в первый теплообменник перегретого пара, посредством которого осуществляется робастная стабилизация температуры низа колонны, управление расходом подаваемого в дефлегматор хладагента, посредством которого осуществляется робастная стабилизация температуры верха колонны, и регулирование температуры тарелки питания посредством второго теплообменника регулятором температуры питающей смеси за счет изменения расхода греющего пара, что позволяет реализовать адаптивное управление температурой тарелки питания.

Недостатком аналога является жесткая (робастная) стабилизация температуры верха и температуры низа колонны, что требует применения хроматографов по низу и по верху колонны. Это не позволяет применять данное устройство для разделения многокомпонентных смесей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и реализующее его устройство автоматического регулирования процесса ректификации (патент РФ №122033, МНК B01D 3/42, 2012 г. ), выбираемое в качестве прототипа. Устройство для реализации способа автоматического регулирования процесса ректификации, выбранное в качестве прототипа, содержит ректификационную колонну, датчики температуры, первый, второй и третий хроматографы, регуляторы расхода перегретого пара и расхода хладагента, регулятор расхода греющего пара, дефлегматор в верхней части колонны, теплообменники, расположенные в нижней части колонны и в месте подачи питающей, блок идентификации текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, регуляторы температуры верха и низа ректификационной колонны, регулятор температуры питающей смеси, второй хроматограф, расположенный в месте подачи питающей смеси, а третий в нижней части колонны, компенсатор с двумя входами, подключенными к выходам второго и третьего хроматографов, выход соединен с входом регулятора температуры низа колонны, а сам компенсатор реализует функциональную зависимость:

где i, j - порядковый номер элемента в массиве (шаги) (i=0,1,…, N1-1, j=0, 1,…,N-1);

N, N1 - длина массивов накапливаемой информации;

ТД - настроечный коэффициент дифференциальной части компенсатора;

TS - длина циклограммы хроматографа, мин;

ka-1 - настроечный коэффициент пропорциональной части компенсатора;

Та - настроечный коэффициент интегральной части компенсатора;

CK(iTS) - текущее значение концентрации низа колонны;

Δt=TC - настроечный коэффициент модуля ввода аналоговых сигналов, равный 1 сек;

ΔCK(jTS)=текущее значение приращения концентрации низа колонны;

ΔC(j·TS) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа.

Недостатком прототипа являются неоправданно высокие потери сырья и низкая эффективность работы верхней части ректификационной колонны, которая определяется текущим положением верхней точки температурного профиля колонны на критерии управления - зависимости потерь сырья ΔJв(jTS) от расхода отбираемого дистиллята Q(jTS) (фиг. 1). Критерий управления имеет ярко выраженный минимум, который дрейфует в реальном масштабе времени с текущей случайной скоростью Kдр(jTS).

Техническая задача, решаемая предлагаемым способом автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации, состоит в адаптивном управлении температурным профилем по всей высоте колонны путем изменения положения точки температурного профиля в зоне тарелки питания, робастной стабилизации нижней точки температурного профиля и адаптивного управления верхней точкой температурного профиля при компенсации возмущений, приходящих в колонну по линии питания, что не требует наличия хроматографа по верху колонны.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной технической задачи, достигается текущей минимизацией потерь сырья путем прогноза профиля температур по высоте колонны, адаптивного управления температурой тарелки питания, путем изменения расхода греющего пара в теплообменник на линии питания, робастной стабилизации температуры нижней точки температурного профиля, путем изменения расхода греющего пара в теплообменник куба колонны с коррекцией по концентрации целевого продукта в кубе колонны и компенсации возмущений со стороны линии питания, адаптивного управления верхней точки температурного профиля колонны путем изменения расхода флегмы в зависимости от величины текущих потерь сырья по верху колонны и количественной оценки скорости дрейфа критерия управления.

Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации включает в себя определение текущего температурного профиля колонны, вычисление текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, устанавливаемого в качестве задания регулятору температуры питающей смеси (фиг.2, блоки 1, 2), робастную стабилизацию температуры нижней точки температурного профиля путем изменения расхода греющего пара с коррекцией по концентрации целевого продукта и компенсации возмущений со стороны линии питания (см.фиг.2, блоки 3, 4, 5, 6, 7, 8) и адаптивное управление температурой верхней точки температурного профиля путем изменения расхода флегмы в зависимости от величины текущих потерь сырья по верху колонны, определяемых вычислителем эффективности работы верхней части колонны (блок 9) по соотношению:

где: ƒ(j·Ts)=M{Q(k·Tc)}·C(jTs) - прогноз по эталонной модели количества сырья (потери) в дистилляте; Q(k·Tc) - расход отбираемого дистиллята, прогнозируемый по эталонной модели; M{Q(k·Tc)} - оценка математического ожидания расхода отбираемого дистиллята на периоде одной циклограммы хроматографа; C(jTs)=М{С(k·Тс)} - средняя концентрация сырья по верху колонны, прогнозируемая по эталонной модели, Кдр(jTS) - текущее значение скорости дрейфа критерия управления (см. фигуру); ƒ и (j·Ts)=QП(jTs)·ΔC(jTs) - количество сырья (потери) в линии питания; QП(jTs) - расход питания, измеряемый расходомером; ΔC(j·Ts) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа; Tc=Δt - настроечный коэффициент модуля ввода аналоговых сигналов, равный 1 сек; k - порядковый номер элемента в массиве (k=0,1…N2-1); Ts - длина циклограммы хроматографа, мин; N2 - длина массива на периоде одной циклограммы хроматографа.

Согласно изобретению количественная оценка скорости дрейфа критерия управления проводится по показаниям регистратора промышленного хроматографа, установленного на линии питания (см.фиг.2, блок 3), и регистратора расхода отбираемого дистиллята (см.фиг.2, блок 10) по уравнению измерения, реализуемого вычислителем эффективности работы верхней части колонны в блоке 9 по уравнению измерения:

где ΔС(j·Ts) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа; ΔQ(j·Ts) - текущие значения показаний регистратора расхода отбираемого дистиллята; N·TS - период управления (время идентификации).

На фиг. 1 представлен критерий управления - зависимость потерь сырья от расхода отбираемого дистиллята.

На фиг. 2 представлен пример реализации способа автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации.

Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации предполагает наличие блока вычисления текущего значения эффективности работы ректификационной колонны 1, регулятор расхода греющего пара 2, промышленный хроматограф на линии питания 3, промышленный хроматограф на линии отбора целевого продукта 4, компенсатор возмущений 5, регулятор концентрации кубовых остатков 6, регулятор температуры в кубе колонны 7, регулятор расхода целевого продукта 8, вычислитель эффективности работы верхней части колонны 9, регистратор отбираемого дистиллята 10 и регулятор расхода флегмы 11.

Способ реализуется следующим образом. Информация о текущем значении температурного профиля ректификационной колонны, поступающая от датчиков температуры, расположенных по всей ее высоте, поступает на блок 1 для адаптивного управления температурой питающей смеси на тарелке питания колонны. Адаптивное управление осуществляется путем изменения задания регулятору температуры питающей смеси посредством формирования задания регулятору расхода греющего пара 2 в теплообменник, расположенный на вводе питающей смеси в колонну.

Положение нижней точки температурного профиля жестко фиксируется с помощью хроматографа 4, расположенного на линии отвода целевого продукта. Сигнал от хроматографа 4 поступает на вход регулятора концентрации кубовых остатков 6, заданием, которому служит сигнал от компенсатора возмущений 5. Сигнал от регулятора концентрации кубовых остатков 6 служит заданием регулятору температуры в кубе колонны 7. Задание регулятору расхода целевого продукта 8 формируется инициативно с пульта оператора. Таким образом осуществляется робастная стабилизация нижней точки температурного профиля.

Адаптивное управление верхней точкой температурного профиля осуществляется путем изменения расхода флегмы регулятором расхода флегмы 11 в зависимости от количественной оценки скорости дрейфа критерия управления, Kдр(NTS), которая проводится по показаниям хроматографа 3 и регистратора отбираемого дистиллята 10 посредством вычислителя эффективности работы верхней части колонны 9 по уравнению измерения:

где: ΔQ(j·TS) - текущие значения показаний регистратора расхода отбираемого дистиллята (берутся с регистратора показаний измерителя расхода отбираемого дисцилята 10); ΔC(j·TS) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа, блок 3; TS - длина циклограммы хроматографа, мин; Kдр(NTS) - количественная оценка скорости дрейфа критерия управления; N - длина массивов накапливаемой информации.

Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации, включающий определение текущего температурного профиля колонны и вычисление текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, устанавливаемого в качестве задания регулятору температуры питающей смеси, робастную стабилизацию температуры нижней точки температурного профиля путем изменения расхода греющего пара с коррекцией по концентрации целевого продукта и компенсации возмущений со стороны линии питания и адаптивное управление верхней точкой температурного профиля путем изменения расхода флегмы в зависимости от величины текущих потерь сырья по верху колонны, отличающийся тем, что расход флегмы изменяют в зависимости от скорости дрейфа критерия управления, определяемой по уравнению измерения:

где:
ΔQ(j·TS) - текущие значения показаний регистратора расхода отбираемого дистиллята;
ΔC(j·TS) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа;
TS - длина циклограммы хроматографа, мин;
Kдр(N·TS) - количественная оценка скорости дрейфа критерия управления;
N - длина массивов накапливаемой информации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматическому управлению разгонной колонной брагоректификационной установки (БРУ) непрерывного действия спиртового производства или иных производств.

Изобретение относится к автоматическому управлению разгонной колонной брагоректификационной установки (БРУ) непрерывного действия спиртового производства или иных производств.

Изобретение относится к автоматическому управлению сивушной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия спиртового производства или иных производств.

Изобретение относится к автоматическому управлению колонной окончательной очистки брагоректификационной установки непрерывного действия спиртового производства или иных производств.

Изобретение относится к автоматическому управлению бражной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано на спиртовом производстве.

Изобретение относится к автоматическому управлению эпюрационной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано на спиртовом производстве.

Настоящее изобретение относится к способу очистки (мет)акрилатов, ангидридов метакриловой кислоты или ангидридов акриловой кислоты в качестве мономеров, при котором, по меньшей мере, часть содержащихся в исходном составе мономеров испаряют и затем конденсируют.

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом ректификации многоколонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано в спиртовом производстве.

Изобретение относится к автоматическому управлению спиртовой колонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано на спиртовом производстве.

Изобретение относится к способу оптимизации параметров технологического потока в блоке перегонки сырой нефти для снижения коррозии и/или осаждения продуктов коррозии в указанном блоке, согласно которому: измеряют и/или прогнозируют по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, включающей рН, концентрацию хлорид-ионов, концентрацию ионов железа, концентрацию ионов металлов, отличных от железа, и скорость коррозии, и связанный по меньшей мере с двумя химическими реагентами, выбранными из группы, включающей нейтрализующее вещество, каустический агент и пленочный ингибитор, в одном или более местах блока перегонки сырой нефти; определяют оптимальный диапазон, связанный с измеренным и/или предсказанным параметром, при этом оптимальный диапазон может быть установлен пользователем; если измеренный и/или предсказанный параметр выходит за пределы оптимального диапазона, связанного с этим параметром, вызывают изменение поступления по меньшей мере двух химических реагентов из указанных нейтрализующего вещества, каустического агента и пленочного ингибитора в технологический поток.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Расход охлаждающей воды в конденсатор и дефлегматор первой и второй разгонных колонн регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора первой и второй разгонных колонн. Измеряют переменный текущий расход кубовой фракции из первой разгонной колонны на нижнюю питательную тарелку второй разгонной колонны и выделяют низкочастотную составляющую значений измеряемого параметра. Корректируют задание на давление низа первой и второй разгонных колонн в функции от разности заданного номинального расхода кубовой фракции и низкочастотной составляющей текущих значений расхода кубовой фракции. При корректировке заданий на давление низа первой и второй разгонных колонн их величину уменьшают при положительном значении разности и увеличивают при ее отрицательном значении. Изобретение позволяет снизить удельные затраты греющего пара. 1 ил.

Изобретение предназначено для контроля работы ректификационных колонн. Способ контроля работы ректификационной колонны включает измерение молекулярной массы или относительной плотности, температуры и давления головного потока паров, проходящего из ректификационной колонны в приемник; измерение температуры потока углеводородной жидкости отпарной колонны из приемника; измерение массового расхода потока углеводородной жидкости отпарной колонны или измерение массового расхода потока результирующей головной жидкости отпарной колонны и потока углеводородной жидкости - флегмы; измерение массового расхода потока паров отпарной колонны из приемника; измерение массового расхода потока воды из приемника; определение общего массового расхода головного потока с использованием массового расхода потока воды из приемника; массового расхода потока паров отпарной колонны из приемника и массового расхода потока углеводородной жидкости отпарной колонны или массового расхода потока результирующей головной углеводородной жидкости отпарной колонны и массового расхода потока углеводородной жидкости - флегмы; определение общего молярного расхода головного потока из общего массового расхода головного потока; определение общего молярного расхода воды по измеренному массовому расходу потока воды из приемника и измеренной температуре потока углеводородной жидкости из приемника; определение парциального давления воды в головном потоке паров по общему молярному расходу воды, общему молярному расходу головного потока и измеренному давлению головного потока; определение температуры точки росы при определенном парциальном давлении воды; определение допустимого предела точки росы по определенной точке росы и измеренной температуре головного потока; сравнение вычисленного допустимого предела точки росы с заданным минимальным допустимым пределом точки росы; включение сигнала тревоги, или изменение рабочего режима ректификационной колонны, или и то и другое, когда расчетный допустимый предел точки росы ниже минимального заданного допустимого предела точки росы. Устройство использует массовые расходомеры для измерения массового расхода паров приемника и потока углеводородной жидкости или флегмы и результирующей головной жидкости отпарной колонны. Расход воды из приемника может быть измерен объемным расходомером или массовым расходомером. Устройство также содержит по меньшей мере один компьютер, связанный с анализатором молекулярной массы или анализатором относительной плотности; датчиком давления головной линии паров; датчиком температуры головной линии паров; датчиком температуры линии выхода углеводородной жидкости; массовым расходомером углеводородной жидкости отпарной колонны или массовым расходомером углеводородной жидкости - флегмы отпарной колонны и массовым расходомером результирующей головной углеводородной жидкости отпарной колонны; массовым расходомером паров отпарной колонны и расходомером воды. Технический результат: предупреждение захлебывания колонны. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области газовой промышленности и может быть использовано для процессов централизованной деэтанизации (частичной стабилизации) поставляемого с промыслов газоконденсатных месторождений нестабильного парафинистого конденсата в ректификационных колоннах, работающих без использования верхнего конденсационного орошения. Способ деэтанизации нестабильного парафинистого конденсата, при котором нестабильный парафинистый конденсат нагревают для питания колонны деэтанизации и деэтанизируют с использованием для орошения колонны деэтанизации ненагретого нестабильного конденсата с низким содержанием парафинов, заключается в том, что колонну деэтанизации оснащают клапанными тарелками, обеспечивающими постоянную загрузку по массе сырья в диапазоне нагрузок по потокам паровой и жидкой фаз от 100 до 50% от максимальной и неизменное качество продуктов деэтанизации - остаточное содержание углеводородов C1-C2 в деэтанизированном конденсате не более 0,8 мас.%, остаточное содержание жидких углеводородов C5+ в газе деэтанизации не более 3 мас.%; при этом дополнительно производят регулируемую добавку в поток питания колонны деэтанизации части потока используемого для орошения колонны деэтанизации нестабильного конденсата с низким содержанием парафинов, обеспечивающую поддержание нагрузок по потокам паровой и жидкой фаз в рабочем диапазоне от 100 до 50% от максимальной при содержании парообразующих компонентов C1-C4 в нестабильном парафинистом конденсате менее 15 мас.%, и поддержание нормируемого содержания парафинов в деэтанизированном конденсате на уровне не выше 4 мас.%. Технический результат заключается в обеспечении производительности процесса деэтанизации нестабильного парафинистого конденсата в ректификационных колоннах без верхнего конденсационного орошения не менее 1,3 млн тонн/год, а также в обеспечении гибкости технологического процесса - сохранении перечисленных показателей на неизменном уровне при деэтанизации сырья различного состава - нестабильного парафинистого конденсата, нестабильного конденсата с низким содержанием парафинов и их смесей в различных соотношениях. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к очистке светлых нефтепродуктов от сернистых соединений. Сущность изобретения заключается в том, что очистку нефтепродуктов ведут на ректификационной колонне в режиме циклически меняющегося давления, при котором в сепарационный объем каждой тарелки последовательно, начиная с верхней, подают порцию паров очищаемого бензина под давлением, превышающим давление пара в данном сепарационном объеме, в количестве, достаточном для полной конденсации находящихся там паров, при этом каждый элементарный объем пара при перемещении от куба до дефлегматора подвергается воздействию от 5 до 30 таких краткодействующих импульсов. Способ позволяет производить очистку нефтепродуктов от сернистых соединений без применения дополнительных реагентов, а по степени очистки превышает известные примерно в 10 раз. Данный способ может быть использован при очистке жидкостей от труднолетучих примесей или в случае, когда основная доля сопротивления массопереносу сосредоточена в паровой фазе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Устройство относится к системам автоматического управления процессом ректификации и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности. Устройство содержит ректификационную колонну, кипятильник, дефлегматор, емкость конденсата, датчик расхода сырья, датчик состава сырья, датчик уровня в кубовой части колонны, датчик уровня в емкости конденсата, датчик расхода дистиллята. Устройство содержит блок материального баланса, входы которого связаны с датчиками расхода и состава сырья. Один выход связан с задающим входом регулятора расхода дистиллята, стабилизирующим расход отбираемого дистиллята через клапан, а другой выход соединен с входом функционального блока, рассчитывающего значение давления греющего пара в рубашке кипятильника, обеспечивающее необходимую производительность кипятильника. Устройство содержит также регулятор уровня кубовой жидкости, вырабатывающий управляющее воздействие на клапан расхода кубовой жидкости, датчик давления в верхней части колонны, передающий информацию на регулятор давления, осуществляющий стабилизацию давления путем изменения подачи хладоносителя через дефлегматор, регулятор уровня в емкости конденсата, соединенный с клапаном расхода флегмы. Технический результат: повышение качества управления составами дистиллята и кубового продукта колонны до максимально возможного разделения исходной смеси при значительных возмущениях по расходу и составу сырья. 2 ил.

Изобретение относится к противоточной колонне с распределителем жидкости. Противоточная колонна содержит динамически управляемый распределитель жидкости, включающий в себя трубу для подачи жидкости и множество распределительных органов, которые расположены в колонне над набивкой с возможностью образования в протекающем вверх газе на высоте распределительных органов нескольких частичных потоков, причем между набивкой и распределительными органами имеются зоны подпора, при этом распределительные органы представляют собой накопительные объемы жидкости 3, расположенные на опорной плите, каждый из которых включает множество отверстий в днище для прохождения жидкости, соосных с множеством отверстий в опорной плите, уровнемер 11, трубу для подачи жидкости 9, содержащую насос 16, расходомер, состоящий из первичного преобразователя расходомера 12 и вычислителя расходомера 13, входной клапан 4, причем накопительные объемы жидкости разделены между собой окнами в опорной плите для протекающего вверх газа. Технический результат изобретения заключается в равномерном распределении жидкости по поверхности всего объема набивки даже при сильном газовом потоке и значительных отклонениях геометрических размеров текстурированной поверхности набивки от заданных параметров. 3 ил.

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом ректификации и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей и пищевой отраслях промышленности. Способ автоматического управления эффективностью функционирования процесса ректификации включает определение текущего температурного профиля колонны и вычисление текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, устанавливаемого в качестве задания регулятору температуры питающей смеси, робастную стабилизацию температуры нижней точки температурного профиля путем изменения расхода греющего пара с коррекцией по концентрации целевого продукта и компенсации возмущений со стороны линии питания и адаптивное управление верхней точкой температурного профиля путем изменения расхода флегмы в зависимости от величины текущих потерь сырья по верху колонны. Расход флегмы изменяют в зависимости от скорости дрейфа критерия управления. Технический результат: обеспечение эффективного процесса ректификации. 2 ил.

Наверх