Устройство для автоматического управления ректификационной колонной Советский патент 1983 года по МПК B01D3/42 

1

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления ректификационными колоннами с боковым, отбором продукта, разделяющими исходную смесь на несколько потоков, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для автоматического управления ректификационной колонной с боковым отбором продукта для разделения продуктов каталитического крекинга, содержащее датчики расхода сырья в реактор каталитического крекинга и уровня жидкости в кубе колонны, вычислительный блок, входы которого соединены с этими датчиками, датчики расходов верхнего орошения, легкого и тяжелого масел и циркулирующего кубового продукта, подаваемого в верхнюю часть зоны теплообмена, регуляторы расходов верхнего орощения, соединенного с исполнительным механизмом на линии подачи орошения, легкого масла, соединенного с исполнительным механизмом на линии перетока его с промежуточной тарелки колонны в стриппинг-колонну, тяжелого масла, соединенного с исполнительным механизмом на линии вывода зтого масла из колонны, циркулирующего кубового про дукта, соединенного с насосом для подачи его в верхнюю часть зоны теплообмена. Все эти регуляторы соединены с соответствующими датчиками, кроме того, регуляторы легкого масла и циркулирующего продукта соединены с выходами вычислительного блока 1.

Однако это устройство не обеспечивает вы10сокого качества продуктов при изменении состава сырья.

Известно также устройство для автоматического управления с боковыми отбораISми продуктов,содержащее датчики состава сырья,, расходов сырья, орошения, дйстиллята субового продукта на выходе из стриппинг-колонны, теплоносителя в колонну и стриппинг-колонну, соединенные через регуляторы с соответ20ствующими исполнительными механизмами, регулятор уровня в рефлюксной емкости, регулятор расхода дистиллятп, регулятор уров ня в стришшнг-колонне, регулятор уровня в кубе колонны, соединенный с регулятором расхода кубового продукта 2. Однако известное устройство не обеспечивает получение бокового продукта высокого качества, поскольку оно осуществляет принцип регулирования по отклонению. Целью изобретения является повышение ка чества бокового продукта, за счет оптимизации продукта. Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит датчик и регулятор расхода бокового продукта на выходе колонны, датчик температуры сырья, датчик и регулятор температуры на тарелке управления, соединенный с регулятором рас |хода бокового продукта на выходе из колон ны, при этом датчики состава и температуры сырья, температуры иа тарелке управления, расходов орошения, теплоносителя в колонну кубового продукта и дистиллята связаны с вычислительным блоком, выходы которого соединены с регуляторами расходов боковото продукта на выходе из колонны орошения и теплоносителя в колонну «а регулятор уровня в рефлюксной емкости связан с регулятором расхода дистиллята. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство содержит датчики расхода 1, температуры 2 и состава 3 сырья, расхода орошения 4, дистиллята 5, теплоносителя в кипятильник КОЛОШ1Ы 6, кубового продук- та 7, бокового продукта 8, датчик;- расхода 9бокового продукта на выходе из колонны 10в стриппинг-колонну 11, датчик расхода теплоносителя 12 в стриштинг-колонну 11, датчик температуры 13 на тарелке управлени и датчик температуры конденсации 14 на выходе из холодильника-конденсатора, датчики уровня жидкости 15, 16 и 17 соответственно в рефлюксной емкости и колоннах 10 и 11. Датчики 1, 4, 5, 6, 7, , 12 и 14 соединены с регуляторами 18, 19, 20, 21, 22 23, 24. и 25 которые, в свою очередь соединены с исполнительными механизмами 26, 27 28, 29, 30, 31, 32 и 33 соответственно. Датчик 17 соединен с регулятором 34 и исполгштельиым механизмом 35, датчики 15 и 16 соединены с регуляторами 36 и 37 и регуляторами 20 и 22 соответственно. Датчик температуры 13 соединен с регулятором 38, кот рыи, в свою очередь, соединен с регулятором 23. Входы вычислительного блока 39 соедине ны с датчиками 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 13, а выходы его соединены с регуляторами 19, 21 и 23. Устройство работает следующим образом. Вычислительный блок 39, в который введена постоянная информация о заданной темп , ратуре на тарелке управления (Тхар.упр.) данной концентрации основного компонента в боковом продукте (Хд), заданном соотношении расходов орошения и бокового продукта (М), молекулярных весах индивидуальных компонентов смеси (М|, i 1-N), средних молекулярных весах дистиллята (МТ), кубового продукта (М ) и бокового продукта (М), значениях эмпирических коэффициентов для пересчета плотностей компонентов в зависимости от температуры (а), скрытой теплоте парообразования компонентов (i), теплоте конденсации водяного пара (Спг|) о заданном суммарном содержании примесей в кубовом продукте (XWS) и дистилляте (YDS), средней плотности дистиллята, кубового и бокового продуктов и сырья при а-г (г Г ) 20 С, yjj,, {д.р, , используя текущую информацию о расходах сырья ( ) с датчика 1, орошения () с датчика 4, дистиллята () с датчика 5 бокового продукта на выходе из колонны () с датчика 9 и из стриппинг-колонны (Втек) с датчика 8, водяного пара (Отек ) с датчика 6 и кубового продукта (W ) с датчика 7, температурах сырья (Т ) с датчика 2 и на тарелке управления (Т.рар.упр.) с датчика 13 и о концентрации основного компонента в сырье () с датчика 3, производит расчет качественных характеристик сырья,преобразовывает размерности основных параметров и сводит материальный баланс к уравнению ртек ртек gteK ° (1), Кроме того, в -вычислительный блок введены предварительно определенные математические Ттар.упр. F(G,L, в F, (2) XB f(G/ L, В, F, Х,(3) представляющие собой полиномы второго порядка, полученные методом планирования эксперимента на детерминированЯой модели процесса ректификации с боковым отбором продукта. Адекватность моделей (2) и (3) процессу проверяется по р-критерию Фишера. В вычислительном блоке накапливается статистическая информация о те1кущих значениях ртек р1тек , тек оТек у| тектТек Tapv- np., измеряемых через каждые 2 часа в течение 2-Зс ,у, производится вычисление тР«. „о уравнению (2). После этого вычисляется среднеквадратичное отклонение текущей температуры от расчетной: (i расч. 42-11/2 rap.vnp тар.-упр/ J Если d превьш1ает заданную точность Е, то решается задача минимизации . 2 Top.vnpf . Л при услоВИИ, что в качестве переменных выступают коэффициешгы модели (2). Далее вычислительный блок производит рас чет оптимальных управляющих воздействий G , L, В, используя целевую функцию а т4р,,„р;т,,.|.Г ,АД„з,А,|,. 2 8 В (ciVL..B,F ,U.Bi Л, 2неопределенные мнояоттели где Лагранжа. Затем вычислительный блок производит преобразование размерностей, печать режимны параметров и вычисление величии пневматических импульсов - заданий регуляторам рас ходов 21, 27, 31 по уравнению + 0,2 , (6 0,00008 величина параметра. AQ - диапазон шкалы прибора, м которые одновременно выдаются иа соответствующие регуляторы. Датчик температуры 13 устанавливают в зависимости от свойств разделяемой смеси в зоне отбора или на так называемой характер ной тарелке. При разделении смесей близкокипящих ком понентов датчик температуры устанавливают в зоне отбора бокового-продукта, а при раз делении компонентов со значительно отличаю щимися температурами кипения - на харак терной тарелке, т.е. в местах, где наблюдается наибольший перепад температур при изменении режима работы. Использование предлагаемого устройства позволяет получить бензол чистоты 99,8% масс. Формула изобретения Устройство для автоматического управления ректификационной колонной с боковым отбором продукта, содержащее датчики состава сырья, расходов сырьа, орощеиия, дистиллята, кубового продукта, бокового продукта, на выходе из стриппинг-колонны, теплоносителя в колонну и в стриппинг-колонну, соедииенные через регуляторы с соответствующими исполнительными механизмами, регулятор уровня в рефлюксиой емкости, регулятор расхода дистиллята, регулятор уровня в стриппинг-колонне, регулятор уровня в кубе колонны, соединенный с регулятором расхода кубового продукта, и вычислительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения качества бокового продукта за счет оптимизации процесса, устройство дополнительно содержит датчик и регулятор расхода бокового продукта на выходе из колонны, датчик температуры сырья, датчик и регулятор температуры на тарелке управления, соединенный с регулятором расхода бокового продукта на выходе из колонны, при зтом датчики состава и температуры сырья, температуры на тарелке управления, расходов орошения, теплоносителя в колонну, кубового продукта и дистиллята связаны с вычислительным блоком, выходы которого соединены с регуляторами расходов бокового продукта на выходе из колонны орошения и теплоносителя в колонну, а регулятор уровня в рефлюксной емкости связан с регулятором расхода дистиллята. Источники информации, , принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США N 3905874, кл. 203-l,l975. 2.Авторское свидетельство СССР №517309, кл. В 01 D 3/42, 1974.