СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

Предлагаемое изобретение относится к способам автоматического управления процессом экстрактивной ректификации, например, в производстве изопрена из изопентана и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известно устройство, реализующее способ управления процессом экстрактивной ректификации путем изменения подачи теплоносителя в куб колонны, расхода флегмы и расхода экстрагента в колонну в зависимости от перепада температуры на контрольных тарелках, температуры в кубе и расхода сырья (см. а.с. СССР N 854413, М. Кл.³ B 01 D 3/42 от 15.08.81).

Наиболее близким является способ, реализуемый в устройстве для автоматического управления процессом экстрактивной ректификации путем стабилизации перепадов температуры в укрепляющей и исчерпывающей секциях колонны изменением расходов флегмы, экстрагента и теплоносителя, с коррекцией по составу дистиллята и кубового продукта (см. а.с. СССР N 1001954, М. Кл.³ B 01 D 3/42 от 07.03.83).

Недостатком известного способа является недостаточное качество регулирования составов получаемых продуктов разделения из-за отсутствия компенсации внутренних перекрестных связей по каналам "расход флегмы - температура на нижней контрольной тарелке", "расход теплоносителя - температура на верхней контрольной тарелке" и внешних возмущений по температуре экстрагента и давлению теплоносителя, подаваемого в куб колонны.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества управления составами дистиллята и кубового продукта колонны при наличии внутренних перекрестных связей и внешних возмущений.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления процессом экстрактивной ректификации для компенсации перекрестных связей и внешних возмущений дополнительно введено связанное регулирование температуры на нижней и верхней контрольных тарелках колонны и компенсация внешних возмущений по давлению теплоносителя, подаваемого в куб колонны, и по температуре экстрагента путем изменения расхода флегмы и подачи теплоносителя.

Совокупность новых признаков в сочетании с известными сообщают предложенному способу новые свойства, обеспечивающие повышение качества управления составами выходных потоков колонны экстрактивной ректификации, за счет учета влияния перекрестных связей между регулируемыми параметрами - температурой на нижней и верхней контрольных тарелках колонны и внешних возмущений по температуре экстрагента и давлению теплоносителя.

На фиг. 1 показана функциональная схема для реализации предлагаемого способа. Схема состоит из разрезной 1, 2 колонны, датчиков 3, 4 температуры на нижней и верхней контрольных тарелках колонны, датчиков 5, 6 температуры экстрагента и давления теплоносителя, датчиков 7, 8 составов дистиллята и кубового продукта колонны, основных 11, 12 и корректирующих 13, 14 регуляторов, перекрестных 15, 16 и внешних 17, 18 компенсаторов, выходы которых связаны через сумматоры 19, 20 с регулирующими органами 9, 10.

На фиг. 2 представлена структурная схема, поясняющая реализацию предлагаемого способа. Объект управления включает в себя основные, перекрестные, возмущающие и внешние каналы, которые на схеме представлены передаточными функциями W.

Основные каналы:
W_o1 - расход флегмы (u₁₁ - температура на верхней контрольной тарелке (y₁₁);
W_o2 - расход теплоносителя (u₂₂ - температура на нижней контрольной тарелке (y₂₂).

Перекрестные каналы:
W_o12 - расход флегмы (u₁₁) - температура на нижней контрольной тарелке (y₁₂);
W_o21 - расход теплоносителя (u₂₂) - температура на верхней контрольной тарелке (y₂₁).

Каналы возмущения:
W_x1 - температура экстрагента (x₁) - температура на верхней контрольной тарелке (y_x1);
W_x2 - давление теплоносителя (x₂) - температура на нижней контрольной тарелке (y_x2).

Внешние каналы:
W_o11 - температура на верхней контрольной тарелке (y₁) - состав дистиллята (y_o1);
W_o22 - температура на нижней контрольной тарелке (y₂) - состав кубового продукта (y_o2).

y₁ = y₁₁ + y₂₁ + y_x1, y₂ = y₂₂ + y₁₂ + y_x2.

Управляющая часть структурной схемы включает в себя основные W_p1, W_p2, корректирующие W_p11, W_p22 регуляторы и перекрестные W_k12, W_k21, внешние W_t1, W_t2 компенсаторы, представленные передаточными функциями. На схеме, кроме того, введены следующие обозначения:
y_зo1, y_зo2 - задания по составам дистиллята и кубового продукта;
e_o1, e_o2, e₁, e₂ - сигналы рассогласования на регуляторы;
u_o1, u_o2, u₁, u₂, u_k1, u_k2, u_k12, u_k21 - выходные сигналы с регуляторов и компенсаторов
u₁₁ = u₁ + u_k21 + u_k1, u₂₂ = u₂ + u_k12 + u_k2.

Способ осуществляется следующим образом.

По рассогласованию заданных и текущих значений от датчиков 3, 4 температуры на нижней и верхней контрольных тарелках колонны основные регуляторы 11, 12 вырабатывают управляющие сигналы на изменение расхода теплоносителя и расхода флегмы соответственно. Задания на основные регуляторы 11, 12 поступают от корректирующих регуляторов 13, 14, входные сигналы на которые поступают от датчиков 7, 8 составов дистиллята и кубового продукта колонны. Сигналы с выходов основных регуляторов 11, 12 поступают на перекрестные компенсаторы 15, 16 соответственно, которые вырабатывают управляющие сигналы на изменение расхода флегмы и расхода теплоносителя через сумматоры 20, 19 для компенсации взаимного влияния перекрестных связей по каналам: "расход флегмы - температура на нижней контрольной тарелке", "расход теплоносителя - температура на верхней контрольной тарелке". Перекрестные компенсаторы 15, 16 реализуют алгоритмы управления, получаемые из условия автономного регулирования взаимосвязанных параметров.

W_k12(p)=-W_o12(p)/W_o2(p)=u_k12(p)/ u₁(p),
W_k21(p)=-W_o21(p)/W_o1(p)=u_k21(p)/ u₂(p).

Сигналы возмущений температуры экстрагента и давления теплоносителя от датчиков 5, 6 поступают на внешние компенсаторы 18, 17 соответственно, которые вырабатывают управляющие сигналы на изменение расхода флегмы и расхода теплоносителя через сумматоры 20, 19 для компенсации внешних возмущений на температуру верхней и нижней контрольных тарелок. Внешние компенсаторы 17, 18 реализуют алгоритмы управления, получаемые из условия абсолютной инвариантности регулируемых величин относительно возмущений:
W_k1(p)=-W_x1(p)/W_o1(p)=u_k1(p)/ x₁(p),
W_k2(p)=-W_x2(p)/W_o2(p)=u_k2(p)/ x₂(p).

Изобретение относится к способам автоматизации процесса экстрактивной ректификации для использования в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности и может быть использовано в производстве изопрена из изопентана. Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа осуществляется связанное регулирование температуры на нижней и верхней контрольных тарелках колонны и компенсация внешних возмущений по давлению теплоносителя, подаваемого в куб колонны, и по температуре экстрагента путем изменения расхода флегмы и подачи теплоносителя. Техническим результатом, на который направлено данное изобретение, является повышение качества управления составами дистиллята и кубового продукта колонны при наличии внутренних перекрестных связей и внешних возмущений. 2 ил.

Способ управления процессом экстрактивной ректификации путем изменения подачи теплоносителя в куб колонны и расхода флегмы в зависимости от температуры на нижней и верхней контрольных тарелках с коррекцией по составам дистиллята и кубового продукта, отличающийся тем, что дополнительно введено связанное регулирование температуры на нижней и верхней контрольных тарелках колонны и компенсация внешних возмущений по давлению теплоносителя, подаваемого в куб колонны, и температуре экстрагента.