Способ автоматического управления процессом регенерации раствора Советский патент 1984 года по МПК B01D3/00 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию текнЭлогичееких процеёс:Ьв и может быть использовано в газодобыва ацей промьшшенноети на газовых месторождениях, обустроенных абсорбционными установками подготовки газа с установками регенерации раствора, например диэтиленгликоля (ДЭГ).

Известен способ автоматического управления й содессом регенерации pacTVBOpa пуТем изменёй 1Я расходов теплоносителя и флегмы и зависимости от температуры в испарителе и над верхней тарелкой регенератора lj

Недостатком способа является большая погрешность поддержания концентрации регенерированного раствора при изменяющемся абсолютном давлении в испарителе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ автоматического управления технологическим процессом, заключающийся в изменении ПоЦачи теплоносит..еля -.или загрузки fgnnapaTa по растйору в зависимости от концентраций упарёйного раствора, определяемой по, величине температуры его кипения, величине абсолютного давления и уровни жидкости 2.

Недостаток известного способа состоит в том, что при поддержании заданной концентрации регенерированного раствора имеют место значительные технологические затраты. Т.е. не обеспечивается экономичность процесса.

Цель изобретения - повыщение экономичности процесса при заданной концентрации регенерированного раствора .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом регенерации раствора путем изменения подачи теплоносителя в зависимости от .концентрации регенерированного раствора, определяемой по температуре его кипения и величине абсолютного давления в испарителе, дополнительно определяют текущую и максимально допустимую скорости паровой фазы в регенераторе и в зависимости от указанных величин и от температуры раствора в испарителе изменяют расход 4inerNfbi.

На чертеже изображена схема автоматической системы управления, реализующей предлагаемый способ.

Процесс регенерации насыщенного раствора, поступающего в регенератор 1 по линии 2, осуществляется в регенераторе 1 и испарителе 3 за счет подводимого по линии 4 теплоносителя, например пара. В испарителе 3 из раствора испаряется низкокипящий компонент, например вода, пары которого проходят регенератор 1 снизу вверх. При этом паровая фаза обогащается парами низкокипящего компонента, а жидкая фаза, движущаяся сверху вниз, - высококипящим компонентом, например дизтиленгликолем.

Из испарителя 3 по линии 5 выходит регенерированный раствор, а из регенератора 1 по линии 6 - паровая фаза, которая конденсируется в де4шегматоре 7 за счет подвода хладоносителя, например воздуха, от вентилятора 8. Сконденсированные пары в виде жидкости из дефлегматора 7 доступают в емкость 9, в которой вакуум-насосом 10 создается абсолютное давление меньше атмосферного.

Из емкости 9 часть жидкости (флег мы) насосом 11 по линии 12 подается в регенератор 1, а другая часть жкпкости (дистиллят) по линии 13 отводится в промк.анализацию.

Цель процесса регенерации - получить регенерированный раствор заданной концентрации. В процессе регенерации раствора имеют место технологические затраты, обусловленные, в основном использованием тешюносителя, необходимостью подачи хладоносителя для конденсации паров, потерей высококипящего компонента с дистиллятом.

Автоматическое управление процессом регенерации раствора осуществляют следующим образом.

Датчиками 14 и 15 измеряют температуру и абсолютное давление в испарителе 3. По измеренным значениям этих параметров при помощи блока 16 вычисляют концентрацию регенерированного раствора.

При этом используют следующую формулу:

400М- Х(((-Х)) (1)

Х (РгР)/(.),

(2)

P,--K.,--B,-A,/(t-Co),(3)

.(,( где С - концентрация высококипящего компонента (например диэтиленгликоля), мас.%} X - молярная доля высококипящёго компонента в раствор N;jiM - молекулярная масса соотвественно низко- и высококипящего компонентов,

КГ/КМОЛЬ,

Р - абсолютное давление в испрителе, Па;

Р - давление насьпценного пара низкокипящего компонента. Па;

- давление насыщенного пара высококипящего компонента. Па;

Т - температура в испарителе, К;

Со - 43 к;

к - 133,322 Па/мм рт.ст - коэфициент перевода размер. ,,,. ности;

( коэффициенты, определяемы экспериментально по равно весным кривым компонентов , раствора.

Для водного раствора, например диэтиленгликоля, А;( 1691; Ь 8,006; Д 3035; &„--: 9,270; М 18; MU 106.

Сигнал, пропорциональный концент рации регенерированного раствора, подают соответственно на первые входы блоков 17 и 18 регулирования концентрации раствора и вычисления допустимой скорости паровой фазы. На второй вход блока 17 при помощи блока 19 задания концентрации раствора подают сигнал, пропорциональ.ный концентрации раствора. Блок 17 регулирования концентрации в зависимости от разности между вычисленной и заданной концентрацией раствора воздействует (например, по пропорционально-интегральному закон на исполнительный механизм 20 и, следовательно, на расход теплоносителя до тех пор, пока концентрация регенерированного раствора не станет, равной заданному значению.

Таким образом, при помощи датчиков 14 и 15, блоков 16-19 и исполнительного механизма 20 поддерживают заданную концеьгтрацию регенерированного раствора. Последняя может быть поддержана при различных расходах флегмы.

Получение заданной концентрации регенерированного раствора при увеличенном расходе флегмы связано с увеличением расхода теплоносителя и хладагента для конденсации паров в дефлегматоре.

Однако при этом уменьшается содержание ценного высококипящего компонента в дистилляте, сбрасываё- . мом в промканализацию, т.е. уменьщаются его потерн.

При увеличении расхода флегмы и обеспечении заданной концентрации регенерированного раствора путем увеличения расхода теплоносителя увеличивается скорость паровой фазы в регенераторе и абсолютное давление в испарителе. Первое может привести к нарушению процесса (захлебыванию аппарата), а второе - к увеличению температуры в испарителе и термическому разложению раствора. И то, и другое недопустимо. Существует оптимальный расход флегмы, т.е.

такой, при котором удовлетворяются

условия

II

65 CJ

.G.CO (7)

и достигается минимум текущих технологических затрат, например

...1

т J..U.7 2 2/0 U,s .S где Т - максимально допустимая

температура раствора, для раствора диэтиленгликоля, например, Т 437,4 К, текущая и максимально допустимая скорость паровой фазы в регенераторе, м/с; Сч - заданная концентрация регенерированного раствора, Mac.%J Л расход теплоносителя,

руб/кг;

N - затраты энергии на привод вентилятора, кВт/ч;

Ц - цена энергии, руб/кВт ч; C,rt - расход дистиллята, кг/ч; U,Q - цена высококипящего xorino-нента раствора, руб/кг; Cj - концентрация дистилляту. мас.З;. Максимально допустимую скорость паровой фазы определяют по известно формуле /u 0,505 )/Pn, (11 где Ki) - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками регенератора и уровня светлой жидкости над верхним краем прорезей колпач S),(- плотность жидкой фазы, кг 5 - плотность паровой фазы, кг/м. В свою очередь . fn ((, (10) где R - 831А,3 - универсальная газевая постоянная, м.,м/кмол Y - содержание воды в паровой фазе, кмоль/кмоль-s (-(oc-i)x); H об - относительная летучесть воды. Так как Х)((Р,Т) (выражения 2:1), то плотность паровой фазы яв ляется функцией абсолютного давлен и температуры. Плотность жидкой фазы зависит о температуры и концентрации раствор Для раствора диэтиленгликоля плотность жидкой фазы определяют по формуле ,3, j)j -ID (00,Н6ГС//100-0,045(С/100) (1-0,64-lO Tl l Таким образом, для вычисленияь5 по выражениям (9)-(12) необходимо знать температуру и давление в нижней (наиболее опасной) части регенератора и концентрацию раствора. Значения температуры и абсолютного давления в нижней части регенерато,ра 1 практически совпадают со значениями таких же параметров в испарителе 3. Поэтому в предла аемом способе управления при помощи датчиков 14 и 15 измеряют эти парамет{)ы, а при помощи блока 18 по формулам (9)-(12) вычисляют макси.мально допустимую скорость паровой фазы. Текущую скорость паровой фазы определяют при помощи блока 21 вычисления текущих технологических затрат и скорости паровой фазы по формуле OJ:.)TR/Cirdi РМ), 113) где D - расход дистиллята, кг/с} L - расход-флегмы, кг/с; dl - диаметр регенератора, м, М - молекулярная масса дистиллята (флегмы), кг/кмоль. При этом расход дистиллята измеряют датчиком 22, расход флегмы датчиком 23, а температуру и абсолютное давление - датчиками 14 и 15. Сигналы от всех датчиков вводят в .блок 21 вычисления текущих технологических затрат и скорости паровой фазы. Текущую и максимально допустимую скорости паровой фазы сравнивают в блоке 24 вычисления штрафа за превышение скорости паровой фазы, при помощи которого также вычисляют штраф за превышение скорости паровой фазы по алгоритму если со со J ()| если где Fjjj - штраф за нарушение условия (6), руб/ч; dL - коэффициент пропорциональности, (руб/ч)/(м/с). Значение коэффициента оС;, принимают достаточно большим, например, Штраф за нарушение условия (5) вычисляют при помощи блока 25 вычисления штрафа за превышение температуры, на входы которого подают максимально допустимое (при помощи блока 26 задания максимально допустимой температуры) и текущее значение (при помощи датчика 14) температуры Штраф вычисляют по алгоритму 70, если 2()еслиТ Т ; где коэффициент пропорциональности, (руб/ч)/ К. Значение dflпринимают достаточно больш1-ш, например . Кроме скорости паровой фазы при помощи блока 21 по формуле (8) вычисляют текущие технологические затраты. Для этого при помощи датчиков 27,22,28 и 29 измеряЕот соответственно расход теплоносителя, расход и концентрацию дистиллята, мощность привода вентилятора и сигналы от этих датчиков подают на вход, лока 21. Вычисленные значения - -pjFto.F уммируют при помощи О.кжа 30 вычисВ результате ления целевой функции, получают значение 9 - ST t F + FT. , где В- целевая функция, руб/ч. . Целевая функция (16) имеет экстре .мум (минимум) при оптимальном значении расхода флегмы. Поиск оптималь ного расхода флегмы осуществляют при помощи блока 31 экстремального регулирования путем изменения задания регулятору 32 расхода флегмы. Послед ний, сравнивая текущий расход флегмы с заданным, воздействует на исполнительный механизм 33 до тех пор, пог Kia рас;сод флегмы в регенератор Г не ;станет равным значению, заданному /блоком 31. В качестве алгоритма поиска рп1Римального расхода флегмы может быть один из известных алгоиспользованритмов. Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления позволяет поддерживать заданную концентрацию регенерированного раствора при минимальных технологических затратах и обеспечении условий (5) и (6) нормальной эксплуатации установки регенерации раствора. Применение способа управления на абсорбционных уЬтановках комплекс ной подготовки газа позволяет уменьшить технологические затраты на процесс регенерации раствора диэтиленгликоля ориентировочно на 5-7%, т.е. повысить экономичность процесса регенерации.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРА путем изменения падачи теплоносителя в зависимости от концентрации регенерированного раствора, определяемой по температуре его кипения и величине абсолютного давления в испарителе, отличающийся тем, что, с целью повыщения экойомичности процесса при заданной концентрации . регенерированного раствора, дополнительно определяют текущую и максимапь но допустимую скорость паровой фазы в регенераторе и в зависимости от указанных величин и от температуры раствора в испарителе изменяют расход флегмы.