СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ АБСОРБЦИИ Российский патент 1997 года по МПК B01D53/14 G05D27/00 

Изобретение относится к управлению технологическими процессами и может быть использовано в промышленности при автоматизации абсорбционных установок.

Известен способ управления процессом абсорбции в производстве формалина из метанола путем регулирования подачи свежего абсорбента в зависимости от концентрации формальдегида в выводимом из абсорбера готовом продукте, уровня в абсорбере изменением количества выводимого абсорбента, концентрации метанола в абсорбенте изменением расхода и состава подаваемой в абсорбер смеси обезметаноленного раствора формальдегида и свежего абсорбента (авт. св. СССР N 1278349 AI, кл. C 07 C 47/04, G 05 D 27/00, 1986).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления процессом абсорбции путем изменения расхода орошающей жидкости в абсорбер в зависимости от состава жидкости в зависимости от уровня в абсорбере (Автоматическое управление в химической промышленности. Учебник для вузов. /Под ред. Е. Г. Дудникова. М. Химия, 1987, c. 177).

Недостатком известного способа в многоступенчатых процессах с жесткими ограничениями на состав жидкого продукта являются большие энергозатраты для достижения заданной степени очистки газа снижения температуры в абсорберах путем подачи избыточного количества хладагента в рециркулирующие теплообменники.

Задача изобретения снижение энергозатрат для достижения заданной степени очистки газа в многоступенчатых процессах с жесткими ограничениями на состав жидкого продукта.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении суммарного расхода хладагента в рециркулирующие теплообменники. Снижение энергозатрат для достижения заданной степени очистки газа достигается тем, что в известном способе управления процессом абсорбции, применяемом для многоступенчатых процессов, путем изменения расхода орошающей жидкости в концевой абсорбер в зависимости от состава жидкого продукта и изменения расходов отводимой из абсорберов жидкости в зависимости от уровня в абсорберах, согласно изобретению, температуры орошающей жидкости в абсорберах регулируют в зависимости от расхода и заданной степени очистки газа изменением расходов хладагента в рециркулирующие теплообменники по ступеням абсорбции так, чтобы суммарный расход хладагента был минимальным.

При этом для достижения заданной степени очистки газа с коррекцией по расходу газа в абсорберах устанавливают не заниженные, а минимально необходимые температуры орошающей жидкости путем изменения расходов хладагента в соответствующие теплообменники, что приводит к уменьшению суммарного расхода хладагента.

Существенные признаки предлагаемого изобретения: способ управления процессом многоступенчатой абсорбции путем изменения расхода орошающей жидкости в концевой абсорбер в зависимости от состава жидкого продукта и изменения расходов отводимой из абсорберов жидкости в зависимости от уровня в абсорберах.

Отличительные признаки: температуру орошающей жидкости в абсорберах регулируют в зависимости от расхода и заданной степени очистки газа изменением расходов хладагента в рециркулирующие теплообменники по ступеням абсорбции так, чтобы суммарный расход хладагента был минимальным.

На чертеже изображена принципиальная схема управления процессом многоступенчатой абсорбции.

В абсорбер 1 подают газ, слабый продукт из абсорбера 2 и рециркулирующую жидкость. Датчиком 3 расхода измеряют расход подаваемого на абсорбцию газа, датчиком 4 температуры изменяют температуру орошающей жидкости в абсорбере 1. Уровень жидкости в кубовой части абсорбера 1 измеряют датчиком 5 уровня и регулируют регулятором 6 уровня, воздействуя на исполнительный механизм 7 на трубопроводе отводимого жидкого продукта. В абсорбер 2 подают газ из абсорбера 1, бедный продукт из абсорбера 8 и рециркулирующую жидкость. Датчиком 9 температуры измеряют температуру орошающей жидкости в абсорбере 2. Уровень жидкости в кубовой части абсорбера 2 измеряют датчиком 10 уровня и регулируют регулятором 11 уровня, воздействуя на исполнительный механизм 12 на трубопроводе отводимого из абсорбера 2 слабого продукта. В абсорбер 8 подают газ из абсорбера 2, конденсат и рециркулирующую жидкость. Датчиком 13 температуры измеряют температуру орошающей жидкости в абсорбере 8. Уровень жидкости в кубовой части абсорбера 8 измеряют датчиком 14 уровня и регулируют регулятором 15 уровня, воздействуя на исполнительный механизм 16 на трубопроводе отводимого из абсорбера 8 бедного продукта. Состав жидкого продукта определяют датчиком 17 состава продукта и регулируют регулятором 18 состава продукта, воздействуя на исполнительный механизм 19 на трубопроводе конденсата в абсорбере 8. Степень очистки газа после абсорбера 8 определяют датчиком 20 состава газа. Датчиком 21 расхода измеряют суммарный расход хладагента в рециркулирующие теплообменники 22 24. В вычислительном устройстве 25 рассчитывают оптимальные температуры орошающей жидкости в абсорберах, минимизирующие суммарный расход хладагент в рециркулирующие теплообменники

с учетом ограничений на заданную степень очистки газа

и значения температуры

где n номер такта управления;
QminΣ

[n] минимальный суммарный расход хладагента в рециркулирующие теплообменники на [n] такте управления, кг/с;
Φ^зад заданная степень очистки газа;
Qизмг[n] расход газа, поступающего на абсорбцию, измеренный на [n] такте управления и нормированный в диапазоне [-1; +1] относительно интервала расходов [Qminг; Qmaxг];
Topt1[n], Topt2[n], Topt3[n] оптимальные температуры орошающей жидкости в абсорберах 1, 2 и 8 соответственно на [n] такте управления, нормированные в диапазоне [-1; +1] относительно интервала температур [T_x; T^max]
a_j[n-1] b_j[n-1] коэффициенты регрессии на [n-1] такте управления;
T_x температура хладагента, K;
Tнx нормированная температура хладагента;
T^max максимальная температура орошающей жидкости, K.

Регуляторы 26 28 температуры устанавливают рассчитанные в вычислительном устройстве 25 оптимальные значения температур орошающей жидкости Topt1

[n], Topt2[n], Topt3[n] в абсорберах 1, 2 и 3, воздействуя соответственно на исполнительные механизмы 29 31 на трубопроводах подачи хладагента в рециркулирующие теплообменники 22 24. По измеренным датчикам 4, 9 и 13 температуры орошающей жидкости в абсорберах Tизм1[n], Tизм2[n], Tизм3[n] и по измеренным датчиком 20 состава газа степени очистки газа Φ^изм[n] и датчиком 21 суммарного расхода хладагента в рециркулирующие теплообменники QизмΣ[n] в блоке адаптации 32 корректируют коэффициенты регрессии a_j[n] b_j[n] в соответствии с выражениями




После этого вновь измеряют расход газа Qизмг[n] и по формулам (1 5) рассчитывают температуры орошающей жидкости Topt1[n], Topt2[n], Topt3[n] которые устанавливают в соответствующих абсорберах регуляторами температуры, воздействуя на исполнительные механизмы на трубопроводах подачи хладагента в рециркулирующие теплообменники. По измеренным значениям температур орошающей жидкости в абсорберах Tизм1[n], Tизм2[n], Tизм3[n], степени очистки газа Φ^изм[n] и суммарному расходу хладагента в рециркулирующие теплообменники QизмΣ[n] вновь корректируют по уравнениям (6 17) коэффициенты регрессии a_j[n] b_j[n] и т.д. Регулирование температур орошающей жидкости в абсорберах осуществляют до тех пор, пока суммарный расход хладагента QизмΣ[n] не достигнет минимального значения QminΣ[n].

Предлагаемый способ управления процессом многоступенчатой абсорбции реализован следующим образом.

В абсорбер 1 агрегата по производству формалина подают контактный газ, содержащий формальдегид и метанол, слабый формалин из абсорбера 2 и рециркулирующую жидкость. Датчиком 3 расхода измеряют расход подаваемого на абсорбцию газа Qизмг

[n] = 8,5 т/ч, где n номер такта управления, датчиком 4 температуры измеряют температуру орошающей жидкости в абсорбере 1 Tbpv1[n] = 75^°C.. Уровень жидкости в кубовой части абсорбера 1 L₁ 50% измеряют датчиком 5 уровня и регулируют регулятором 6 уровня, воздействуя на исполнительный механизм 7 на трубопроводе отводимого в товарный парк жидкого формалина. В абсорбер 2 подают газ из абсорбера 1, бедный формалин из абсорбера 8 и рециркулирующую жидкость. Датчиком 9 температуры измеряют температуру орошающей жидкости в абсорбере 2 Tизм2[n] = 60^°C. Уровень жидкости в кубовой части абсорбера 2 L₂ 50 измеряют датчиком 10 уровня и регулируют регулятором 11 уровня, воздействуя на исполнительный механизм 12 на трубопроводе отводимого из абсорбера 2 слабого формалина. В абсорбер 8 подают газ из абсорбера 2, конденсат и рециркулирующую жидкость. Датчиком 13 температуры измеряют температуру орошающей жидкости в абсорбере 8 Tизм3[n] = 35^°C.. Уровень жидкости в кубовой части абсорбера 8 L₃ 50 измеряют датчиком 14 уровня и регулируют регулятором 15 уровня, воздействуя на исполнительный механизм 16 на трубопроводе отводимого из абсорбера 8 бедного формалина. Состав жидкого формалина: массовые доли формальдегида C_ф 0,37, метанола C_м 0,08 и воды C_в 0,55 определяют датчиком 17 состава формалина и регулируют регулятором 18 состава формалина, воздействуя на исполнительный механизм 19 на трубопроводе конденсата в абсорбер 8. Датчиком 21 расхода измеряют суммарный расход хладагента в рециркулирующие теплообменники 22, 23 и 24 QизмΣ[n] = 13,85 т/ч.. В вычислительном устройстве 25 в соответствии с уравнениями (1 5) рассчитывают оптимальные температуры орошающей жидкости в абсорберах , минимизирующие суммарный расход хладагента в рециркулирующие теплообменники QminΣ[n] = 14,24 т/ч. Регуляторы 26 28 температуры устанавливают рассчитанные в вычислительном устройстве 25 оптимальные значения температур орошающей жидкости в абсорберах 1, 2 и 8, воздействуя соответственно на исполнительные механизмы 29 31 на трубопроводах подачи хладагента в рециркулирующие теплообменники 22 24. По измеренным датчиками 4, 9, 13 температурам орошающей жидкости в абсорберах и по измеренным датчиком 20 состава газа степени очистки газа (суммарному содержанию формальдегида и метанола в газе) Φ^изм[n] = 4,67г/м³ и датчиком 21 суммарного расхода хладагента в рециркулирующие теплообменники QизмΣ[n] = 13,14 т/ч в блоке адаптации 32 в соответствии с выражениями (6 17) корректируют коэффициенты регрессии a_j[n] b_j[n] .

На следующем такте управления вновь измеряют расход газа Qизмг

[n+1] = 8,5 т/ч и по формулам (1 5) рассчитывают температуры орошающей жидкости которые устанавливают в соответствующих абсорберах регуляторами температуры, воздействуя на исполнительные механизмы на трубопроводах подачи хладагента в рециркулирующие теплообменники. По измеренным значениям температур орошающей жидкости в абсорберах , степени очистки газа Φ^изм[n+1] = 5,04 г/м³ и суммарному расходу хладагента в рециркулирующие теплообменники QизмΣ[n+1] = 12,75 т/ч вновь корректируют по уравнениям (6 17) коэффициенты регрессии a_j[n + 1] b_j[n + 1] и т.д. Регулирование температур орошающей жидкости в абсорберах осуществляют до тех пор, пока суммарный расход хладагента QизмΣ[n+m] = 11,5 т/ч не достигнет минимального значения QminΣ[n+m] = 11,5 т/ч, где m число тактов управления.

В таблице представлены основные показатели технологического процесса многоступенчатой абсорбции при управлении процессом согласно заявляемому способу (1 вариант) и прототипу (2 вариант).

Использование предлагаемого способа управления процессом многоступенчатой абсорбции позволяет уменьшить суммарный расход хладагента в рециркулирующие теплообменники на 15 20 что снижает потребление электроэнергии на привод насосов хладагента соответственно на 15 20

Использование: управление тензологическими процессами. Сущность изобретения: изменяют расход орошающей жидкости в концевой абсорбер в зависимости от состава жидкого продукта, изменяют расходы отводимой из абсорберов жидкости в зависимости от уровня в абсорберах, температуры орошающей жидкости в абсорберах регулируют в зависимости от расхода и заданной степени очистки газа изменением расходов хладагента в рециркулирующие теплообменники по ступеням абсорбции так, чтобы суммарный расход хладагента был минимальным. 1 ил., 1 табл.

Способ управления процессом многоступенчатой абсорбции путем изменения расхода орошающей жидкости в концевой абсорбер в зависимости от состава жидкого продукта и изменения расходов отводимой из абсорберов жидкости в зависимости от уровня в абсорберах, отличающийся тем, что температуры орошающей жидкости в абсорберах регулируют в зависимости от расхода и заданной степени очистки газа изменением расходов хладагента в рециркулирующие теплообменники по ступеням абсорбции так, чтобы суммарный расход хладагента был минимальным.