Устройство для автоматического управления ректификационной колонной

 

О.В. Киракоэов, Ю.H. Трофимов, И

В.Ф. Савин и В.И. Бочаров

i

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный:.::институт

1 k по переработке газа и ПроизвоД твекное; объединение

"Крас нода роргнефт есинтеэ 4---- -..... (72) Авторы изобретения (7!) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННОЙ

И зоб рете ни е относит ся к автоматическому управлению и регулированию работы ректификационных установок и может быть использовано в нефтяной, нефтегазоперерабатывающей, пищевой

В и других отраслях промышленности.

Известно устройство для автоматического регулирования ректификационной колонны с боковым отбором фракции, состоящее из датчиков расхода жидкой и газообразной фаэ отбираемой с глухой тарелки фракции, соединенных через регулятор соотношения с исполнительным механизмом, воздействующим на расход жидкой фазы, датчика температуры, установленного на тарелке выше промежуточного отбора фракции и связанного через датчик и регулятор температуры с исполнительным механизмом, воздействующим на расход газообразной фазы, и датчика нежелательных примесей в боковом отборе, соединенного с камерой "Задание" регулятора соотношения (1) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для автоматического управле" ния ректификационной колонной, содержащее регулятор уровня в емкости орошения, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи орошения в колонну, регулятор температуры (состава), вход которого соединен с датчиком температуры на "контрольной" тарелке в укрепляющей части колонны, соединенный своим выходом с входом регулятора расхода бокового погона (верхнего продукта), регулятор уровня в кубе колонны, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора кубового продукта (2) .

Недостатком данного устройства является неполное извлечение целевоrо продукта (бокового погона) при нарушениях режима колонны, вызванных возмущениями по составу и количеству подаваемого сырья, а также коз, 92 лебаниями энтальпии и расхода подаваеиого в куб колонны теплоносителя.

Цель изобретения - максимальный отбор бокового погона требуемого качества при изменении состава и количества подаваемого сырья в широком диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее регулятор уровня в емкости орошения, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи орошения в колонну, регулятор температуры с датчиком температуры на "контрольной" тарелке в укрепляющей части колонны, соединенный своим выходом с входом регулятора расхода бокового погона, регулятор уровня в кубе колонны, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора кубового продукта, дополнительно содержит датчик расхода орошения, регулятор минимального орошения, датчик и регулятор температуры низа ко- . лонны, сумматоры и регулятор расхода теплоносителя в куб колонны, при этом выход регулятора температуры на

"контрольной" тарелке соединен с первой плюсовой камерой первого сумматора и с минусовой камерой второго сумматора, датчик температуры низа колонны связан через регулятор с второй плюсовой камерой первого сумматора, выход которого соединен с входом регулятора расхода бокового погона и с второй плюсовой камерой второго сумматора, первая плюсовая камера которого соединена с выходом датчика расхода орошения через регулятор минимального орошения, а выход второго сумматора связан с входом регулятора расхода теплоносителя в куб коЛонны.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства

Устройство содержит ректификационную колонну 1, снабженную емкостью 2 орошения и боковым погойом 3 для отбора верхнего целевого продукта и состоит иэ регулятора.4 уровня в емкости 2 орошения с исполнитель" ным механизмом на линии орошения в колонну 1, регулятора g уровня в кубе колонны с исполнительным механизмом на линии отбора кубового про" дукта, датчик 6 температуры на "контрольной" тарелке в укрепляющей час3564

55 ти колонны, связанного через регулятор 7 температуры с первой плюсовой камерой первого сумматора 8, у которого вторая плюсовая камера связана через регулятор 9 с датчиком 10 температуры низа колонны, а выход соединен одновременно с входом регулятора 11 расхода бокового погона и с второй плюсовой камерой второго сумматора 12, у которого первая плюсовая камера связана через регулятор 13 минимального орошения с датчиком 14 расхода орошения, минусовая камера связана с выходом регулятора 7 температуры, а выход соедине с входом регулятора 15 расхода теплоносителя в куб колонны.

Устройство работает следующим образом.

Изменения расхода или состава исходного сырья, состоящего, например, иэ углеводородов моноциклической ароматики бензола, толуола и ксилола в виде тяжелой примеси, вызывают нарушение установившегося в колонне

1 режима, которое выражается в отклонениях температур, измеряемых датчиком 6 температуры на "контрольной" тарелке и датчиком 10 температуры низа колонны.

При уменьшении количества легких углеводородов (например бензола) в исчерпывающей части колонны 1 (или по другим причинам) повышается температура низа колонны, а температура на "контрольной" тарелке в укрепляющей части колонны остается неизменной. 8 этом случае регулятор 9, получив сигнал от датчика 10 температуры низа колонны, своим выходным сигналом через вторую плюсовую камеру и выход первого сумматора 8 уменьшает (так как регулятор 9 имеет обратный выход) задание регулятору 11, а следовательно, и расход бокового погона 3. что вызывает увеличение расходов кубового продукта, а затем и орошения соответственно регуляторами 5 и 4 уровня по условию сохранения материального баланса, а также нарушение теплового баланса в колонне 1.

Одновременно выходной сигнал регулятора 9 через вторую плюсовую камеру и выход первого сумматора 8 и далее через вторую плюсовую камеру и выход второго сумматора 12 и регулятор 1g уменьшает расход теплоносителя в куб колонны 1, восста9235

45

5 навливая нарушенный тепловой баланс. Уменьшение подачи тепла в куб колонны возвращает к заданному значению температуру низа и уменьшает паровой поток в колон:ле 1, что вызы- 5 вает уменьшение количества паров, выходящих верхом, вследствие чего начинает падать уровень в емкости орошения, регулятор 4 уровня которой соответствующим образом уменьшает рас- 10 ход орошения в колонну 1, устанавливая новый соответствующий величине бокового погона и вновь установившемуся тепловому балансу расход орошения и обеспечивая тесл самым за- 15 данное качество целевого продукта несмотря на то, что расход бокового погона 3 уменьшается. Для исключения возможности возникновения в колонне 1 вследствие недопустимого 20 снижения расхода орошения аварийного режима устройство снабжено регулятором 13 минимального орошения, своим выходом через первую плюсовую камеру и выход второго сумматора 12 25 и регулятор 19, в случае необходимости, последовательно увеличивает (так как регулятор 13 имеет обратный выход) расход теплоносителя в куб колонны, паровой поток в колонне, з0 уровень в емкости 2 орошения и расход орошения до минимально допустимого.

Регулятор 13 включается в работу если количество тепла, подаваемого в колонну, не обеспечивает заданного минимально допустимого расхода орошения. Во всех других случаях (т.е. .если расход орошения равен или выше заданного минимально допустимого значения) регулятор 13 в управлении 40 не участвует.

Если в результате уменьшения тяжелого компонента (например толуола) в сырье, или по другим причинам, происходит снижение температуры низа колонны 1 при постоянной температуре на "контрольной" тарелке регулятор 9, получив соответствующий сигнал от датчика 10, через первый сумматор 8 и регулятор 11 увеличивает расход бокового погона 3, что позволяет сохранить заданный коэффициент отбора верхнего целевого продукта (например бенэола), но вызывает уменьшение в первую очередь расхо55 да кубового продукта, а затем и орошения и нарушает тепловой баланс.

В тс же время регулятор 9 через сумматоры 8 и 12 и регулятор 15 увеличивает подачу тепла в куб колонны

1, восстанавливая тем самым заданную температуру низа колонны и нарушенный тепловой баланс. Увеличение подачи TE.ïëoíoñèòåëÿ в куб колонны вызывает последовательные увеличения парового потока, уровня в емкости 2 орошения и через регулятор 4 расхода орошения, что обеспечивает заданное качество бокового погона, расход которого увеличивается.

Если в результате уменьшения количества легких углеводородов в колонне 1 (или по другим причинам) повышается температура в исчерпывающей и укрепляющей частях колонны, регуляторы 7 и 9, получив сигналы от своих датчиков 6 и 10 температур на

"контрольной" тарелке и низа колонны, уменьшают свои выходные сигналы, поступающие в плюсовые камеры первого сумматора 8, который своим выходом, пропорционально алгебраической сумме этих двух сигналов, через регулятор 11 уменьшает расход тем самым через процесс расходы кубового продукта и орошения, не нарушив при этом тепловой баланс.

Одновременно регулятор 9 через первый сумматор 8, второй сумматор

1? и регулятор 15 уменьшает расход теплоносителя в куб колонны, возвращая к заданным значениям температуры низа и "контрольной" тарелки колонны 1, восстанавливая тепловой баланс и, как показано выше, уменьшая через процесс расход орошения. Таким образом, устанавливается новый уменьшенный расход орошения, соответствующий величине выводимого бокового погона 3 требуемого качества.

Устройство выполнено таким образом, что изменение температуры на "контрольной" тарелке в укрепляющей части колонны на расход теплоносителя в куб колонны не влияет, так как управляющий сигнал от регулятора 7 поступает одновременно в минусовую камеру и, через первую плюсовую камеру и выход первого сумматора-8, в плюсовую камеру второго сумматора

12, не вызывая изменения его выходного сигнала.

Если температуры на. "контрольной" тарелке и низа колонны одновременно понижаются, .устройство по описанным выше каналам управления увеличивает расход бокового погона 3, расход теплоносителя, восстанавливая этим за92 данные значения температур низа к

"контрольной" тарелки, уменьшает расход кубового продукта и, наконец, увеличивает расход орошения в соот- ветствии с новым значением расхода бокового погона.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет, контролируя характерные температуры в колонне 1, отбирать максимальное количество верхнего целевого продукта за счет управления расходами бокового погона

3 и теплоносителя в куб колонны 1, а также сохранять при этом заданное качество бокового погона 3, управляя расходом орошения и автоматически поддерживая материальный и тепловой балансы. Наличие в устройстве регулятора 13 минимального орошения обеспечивает безопасность его работы.

Годовой экономический эффект от использования предлагаемого изобретения составляет 34 тыс. руб. формула изобретения

Устройство для автоматического управления ректификационной колонной с боковым погоном, содержащее регулятор уровня в емкости орошения, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи орошения в колонну, регулятор температуры вход которого связан с датчиком температуры на "контрольной" тарелке в укрепляющей части колонны, соединенным своим выходом с входом регулято3564 8 ра расхода бокового погона, регулятор уровня в кубе колонны, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора кубового продукта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью максимального отбора бокового погона требуемого качества за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно со10 держит датчик расхода орошения, регулятор минимального орошения, датчик и регулятор температуры низа колонны, сумматоры и регулятор расхода теплоносителя в куб колонны, при

>S этом выход регулятора температуры на "контрольной" тарелке в укрепляющей части колонны соединен с первой плюсовой камерой первого сумматора и с минусовой камерой второго суммато20 ра, датчик температуры низа колонны связан через регулятор температуры низа колонны с второй плюсовой камерой сумматора, выход которого соединен с входом регулятора расхода бокэ2s вого погона и с второй плюсовой камерой второго сумматора, первая плюсовая камера которого соединена с выходом датчика расхода орошения через регулятор минимального орошения, а щ выход второго сумматора связан с входом .регулятора расхода теплоносителя в куб колонны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 570371, кл. B 01 D 3/42, l976.

2. Эрриот П. Регулирование производственных процессов. М., нЭнергия", l967, с. 356.

923564

Составитель Т. Чулкова

P актор А Мотыль Техре 3,фанта Корректор У. Пономаренко Заказ 2 1 10 Тираж 733 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,