Устройство для оптимального управления колонной ректификации

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВКДЮТЮЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свнд-ну

Союэ Советских

Социалистических

Республик (i1} 565675 (51} М. Кл. й

9 01 1) Э/42 (22} Заявлено 05.04 76 (21) 2347376/26 с присоединением заявки №(23) ПриоритетГцюудюрственвФ комитет

Сюввтю Мннистрюв СССР пю делам изююрютюний и юткрытий (43) Опубликовано 25;07.77„Бюллетень № 27

1 (46} Дата опубликования описания 25.08.77 (53) УДК 66.012-52 (088.8) В. Э. Погорельский и В. С. Кудряшов (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

КОЛОННОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

Изобретение относится к устройствам

I для автоматического управления процессом многокомпонвнтной ректификации и может применяться в химической, нефтехимичес, кой и других отраслях промышленности. 5

Известно устройство, для регулирования состава головного парового щ одукта и ректйфикационной колоние с частичной конденсацией, содержащее датчики расхода, состава н температуры сырья, расхода кубового продука, связанные через регуляторы с ис- . полнительными механизмами fl), Устройство обеспечивает поддержание в сборнике флегмы требуемой температуры, д при которой концентрация: основного компонента в головном паровом продукте равна требуемой, путем регулирования расхода кубового продукта колонны.

Известно также устройство для опгималь- О ного управления ректификационной I колонной, содержащее датчики расхода, состава и тем. пературы сырья, регулятор расхода дистнллята и регулятор температуры куба колонны

12).

Недостатком иэвесгного устройства является неудовлетворительное качество кубового продукта и дистиллята. С целью повышения качества дистнллята и кубового продукта в устройство для оптимального управления колонной ректификации, содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, регулятор расхода флегмы, регулятор расхода дистиллята и регулятор температуры куба колонны, соединенный с . клапаном подачи теплоносителя в куб колонны, дополнительно введены регулятор температуры сырья, соединенный с датчиком температуры сырья и с клапаном теплоно сителя в подогреватель, вычислительный блок, входы которого связаны с датчиками температуры, состава и расхода сырья, оптимизатор, входы которого соединены с вычислительным блоком, датчиками температу- ры куба, расхода флегмы и расхода дистиллята, один из выходов оптимизатора связан . с регулятором температуры-сырья, а другие выходы через динамический фильтр подклю чены к задающим входам регуляторов расхода

565675 флегмы, расхода днстиллята и регулятора температуры кура колонны.

На чертеже дана структурная схема yer» ройства для ойтимальиого управления колонной ректификации.

Устройство для оптимального управления колонной 1 ректификации включает в себя датчик 2 расхода флегмы, связанный через регулятор 3 с клапаном 4, датчик 5 расхо.да дистиллята, связанный через регулятор 10

6 с клапаном 7, датчик 8 температуры куба, связанный.через регулятор 9 с клапаном 10, датчик ll температуры сырья, связанный через. регулятор 12 с клапаном

13 и датчик 14,Расхода сыРьЯ. И

Кроме этого, устройсжо содержит анализатор 15 состава сырья, вычислительный блок 16,I связанный своими входами с датчиками ll, 14, анализатором 15, оптимизатор 17, связанный своими входа- 2О ми с датчиками 2,5,8 и вычислительным блоком 16, выходы которого подключены к задающему входу регулятора 12 и через дннамический фильтр 18 - к задающим входам регуляторов 3,6,9. 25

Устройство работает следующим образом.

Вычислительный блок 16 используя текущую информацию о температуре, расходе и составе сырья с датчиков 11, 14 и анализатора 15, производит расчет долей жидкости и пара в питании и их составов.

Оптимизатор 17, используя текущую информацию о расходах флегмы и дистилля та с датчиков 2 и 5, о температуре куба щ с датчика 8, а также о значеннях, долей жидкости и пара в питании и их составов от вычислительного блока 16, производит расчет оптимальных расходов флегмы, дистиллята, температуры куба и темпера- 40 туры сыры, доставляющих. минимум критерия типа стоимости потерь примесей с дис тиллятом и кубовым продуктом.

Задание регулятору 12 температуры 45 сырья, вследствие малой инерционности «ане. нала расход теплоносителя «температуре сырья, устанавливается непосредственно после его расчета оптимизатором 17, а задания регуляторам расхода флегмы 3 и 50 расхода дистиллята 6, регулятору I 9 тем» пературы куба устанавливаются со сдвигом .во времени, учитывая запаздывание по соответствующим каналам. Сдвиги по времени осуществляются динамическим 55 фильтром 18.

В вычислительном блоке 16 по текущей информации о температуре, расходе и составе сь.рья с датчиков 11,14 и ана лиэатора 15 производится расчет коли- 60 чества паровой и жидкой фаз питания и их составов по следующим формулам и х

1- И(4- — )

К . (2) Ь 9 1

Р

Tj 4

S-МО- )

ÊF,. (3) (4) X

Fj л

Г Х . ° Ь .XF.+V yF.

Fi (5) 4

К .=o +à .а+а .Ф

oi

К числО КОмпОнентОВ В сырье»

Х,— концентрация «омпонента i в пит

Г1 нии, замеренная анализатором 15 .« - доля жидкости в питании; .Иф- составы жидкой и паровой частеи питания; ..

К„. - константа фазового равновесия ком понента Ь в питании при темпе- ратуре питания ф, замеренной датчиком 11;

0о„, 1,,С12„- » постоянные коэффи:циеиты; .а. ь и4;4 . - количество жидкости и пара в питании нии.

Из формулы (1) методом касательных

Ньютона определяется доля жидкости в питании g, а затем по формулам (2) - (5) определяются п<жазатели 3i, Y )( и УК-

М

Количество жидкости и пара в питании и их составы, а; также расходы флегмы и дистилляте и температура куба колонны связаны с составами дистиллята и кубового про» дукта математической моделью многокомпонентной ректификации (МКР).

Модель МКР;включает следующие зави= симости: уравнейия полного н покомпоненч ного баланса колонны и каждой тарелки уравв урав пения фазового равновесия.

Общий материальный баланс колонны

F = Э+ Ч (7)

Покомпонентный материальный баланс:

a) всей колонны л

Е Х„. =В.ХD.+%X% (8) 565675 б) для куба

1i Х -Ч Y -ФХ% «0 (g)

/ в) дефлегматора

Ч, „;- Х ;-2XD,=О (10)

r) для тарелки питания + 1+<, - 1-, +LFXFi " " " «OI(11) д) для остальных тарелок колонны

ii 4Х „ ° jgУ ) q ÜjХj j"Ч У 12)

3$

Уравнение фазового равновесия, связывающее состав жидкости и пара, имеет вид

1з е ;; «ь „(=). ",Ê),.

Е Х Еде 13

Е-1

В уравнениях (7) - (13) приняты следущие обозначения: "

- - расходы дистиллята и кубового продукта соответственно; (, (- потоки жидкости и пара;

@ .. коэффициент относительной летучести компонента ..

Индексация.

1 0,1, ..., й, М + 1 - нумерация те»

30 релок от куба к!дефпегматору;

О - куб;

К +1 - дефпегматор - номер тарелки, на которую подается питание номер компонента;

К - число компонентов в разделяемой смеси (в питании).

Совокупность уравнений (9) - (13) для Й тарелок колонны, куба и дефцргмауора об разуют систему нелинейных уравнейий сгной

Бдительно Х (концентраций компонента

, на каждой из тарелок колонны, в кубе

И аефпегматоре). В матричном виде систе- М ма записывается так

А Х.В (14)

Решение этой системы. дает распределе.ние концентраций каждого из компонентов по тарелкам колонны,в кубе и дефпегматоре.

$О

Модель МКР, а также алгоритм поиска минимума критерия стоимости nrrrepb. дримвсей с дистнппятом и кубовым продуктом реапизованы в оптимизаторе 17.

Так как оптимизация проводится по математической модели многокомпонентной ректифнкации, адекватной объекту (колонна 1), отпадает необходимость в использовании анализаторов составов днстиллята и кубового продукта, составы которых прогнозируются моделью процесса.

Ф ормула изобретения

Устройство для оптимального управления колонной ректификацни, содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, регулятор расхода флегмы регулятор расхода

;дистиллята и регулятор температуры куба

1 I колонны, соединенный с клапаном подачи теплоносителя в куб колонны, о т л и ч а ю,щ е е с я тем, что, с целью повышения качества дистиллята и кубового, продукта, L оно дополнительно содержат регулятор темпе ратуры сырья, соединенный с датчиком температуры сырья н с клапаном подачи теплоносителя в подогреватель, вычислительный блок, входы которого связаны с датчиками температуры, состава и расхода сырья, оптимизатор, входы которого соединены с вычислительным блоком, датчиками температуры куба, расхода флегмы и расхода дис-. тиллята, один нз выходов оптимизатора связан с регулятором температуры сырья, а другие выходы через динамический фишер подключены к задающим входам регуляторов расхода флегмы, расхода дистиллята и регулятора температуры куба колонны.

Источники информации, принятые во вни-. мание при экспертизе, 1. Патент США М 3619377, кп. 202-160, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 448871, кл. В 01 9 3/42, 1972.

SB5675

Составитель В. Погорельский

Редактор Л. Гребенникова Техред A. Богдан Корректор М. немчик

Заказ 2205I2 Тираж 947 Поднисное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

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

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