Система автоматического управления тепловым режимом ректификационной колонны Советский патент 1984 года по МПК B01D3/42 

Изобретение относится к системам автоматического управления химикотехнологическими процессами и, в частности, к процессам ректификации углеводородных смесей.

Известен способ автоматического управления ректификационной колонной путем подачи теплоносителя в нагреватель низа колонны в зависимости от температуры на контрольной тарелке с .коррекцией по скорости изменения температуры в точке ввода сырья .

Недостатком указанного-способа является то, что в нем не учитывается нарушение теплового баланса ректификационной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ автоматического управления ректификационной колонной путем подачи теплоносителя в нагреватель низа колонны в зависимости от нарушения теплового баланса колонны С21.

Недостатком известного способа является то, что он предназначен для управления статическими режимами процесса ректификации.

При изменении массовых расходов входящих в колонну или покидающих ее материальных потоков изменяется мгновенное количество массы вещества, находящегося в колонне, вследствие чего изменяются инерционные свойства колонны как объекта управления, что выражается в изменении параметров передаточной функции колонны по каналу управления. Экспериментально установлено, что при увеличении массы вещества, находящегося в колонне, .коэффициент передачи колонны по каналу управления уменьшается, а главная постоянная времени растет. При этом возникает необходимость в коррекции настроек регулятора теплового режима ректификационной колонны по массе вещества, находящегося в колонне.

Цель изобретения - улучшение качества управления, уменьшение энергозатрат и увеличение надежности системы.

Поставленная цель достигается тем что система автоматического управления тепловым режимом ректификационной колонны, содержащая датчики массовых расходов пита кия, орошения, дистиллята, кубового продукта и греющего рециркулирующего потока, соединенные с блоком вычисления массы, регулирующий клапан на линии подачи теплоносителя в нагреватель низа колонны, дополнительно содержит регулятор температуры на контрольной тарелке, соединенный с регулирующим клапаном, блок возведения в квадрат, четыре блока умножения на постоянный коэффициент и два сумматора, при этом выход блока вычисления массы подключен к входам первого и второго блоков умножения на постоянный коэффициент и к входу блока возведения в квадрат, выход которого .соединен с входами третьего и четвертого блоков умножения на постоянный коэффициент, выходы первого и третьего блоков.умноения связаны с входом первого-суматора, выход которого соединен с входом коррекции коэффициента усиления регу 1ятора температуры, выходы второго и четвертого блоков умножения на постоянный коэффициент подключены к входам второго сумматора, выход которого соединен с входом коррекции времени изодрома регулятора температуры.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы; на фиг. 2 функциональная схема блока вычисления массы.

Система автоматического управления тепловым режимом ректификационной колонны 1 путем подачи теплоносителя в нагреватель низа колонны 2 содержит регулятор 3 температуры на контрольной тарелке, к входу которого подсоединен выход датчика 4 температуры, а выход соединен с входом регулирующего клапана 5 на линии подачи теплоносителя в нагреватель низа колонны. Кроме того, система содержит датчики массовых расходов питания б, орошения 7, дистиллята 8, кубового продукта 9 и греющего потока 10, выходы которых подсоединены к входам блока 11 вычисления массы, выход которого подсоединен к входам блоков возведения в квадрат 12, умножения на постоянныйкоэффициент 13 и 14, причем выход блока 12 подсоединен к входам блоков умножения на постоянный коэффициент .15 и 16, выход блока 15 подсоединен к входу сумматора 17, к второму входу которого подсоединен выход блока 13. Выход блока 16 подсоединен к одному из входов сумматора 18, к второму входу которого подсоединен выход блока 14. Выход сумматора 17 подсоединен к входу коррекции коэффициента усиления регулятора 3 температуры, а выход сумматора 18 подсоединен к входу коррекции времени изодрома регулятора 3.

Блок 11 вычисления массы (фиг. 2) содержит блоки вычитания 19 - 23, к входам которых подсоединены выходы датчиков 6-10 соответственно, а выходы блоков 19 - 23 подсоединены .к входам соответствующих блоков умножения на постоянный коэффициент 24 28, выходы которых соединены с входами сумматора 29, выход которого соединен с входами блоков 12 - 14.

Устройство р Ьотает следующим образом.

При изменении массовых расходов любого из материальных потоков, входящих в колонну или выходящих из нее.

происходит изменение мгновенного количества вещества, находящегося в колонне. Экспериментально установлено, что с увеличением массы вещества, находящегося в колонне, коэффициейт передачи по каналу расход теплоносителя в нагреватель низа колонны температура на контрольной тарелке уменьшается, а постоянная времени увеличивается.

Зависимости оптимального значения -коэффициента усиления и времени изодрома регулятора температуры от массы вещества имеют квадратичный характер и могут быть аппроксимированы полиномами второй степени

.2

((

,,-bfe 4A - -b24/M (2|

где д Кр , d Ти - приращение величин коэффициентов относительно значений при номинальном режиме; I ар,а,а2 ,Ьр ,Ь ,Ь2 - постоянные коэффициенты, определяе ие экспериментально;

ДМ - количество вещества, находящегося в колонне и определяемого по выражению

.f

лт.Л-1

ДМ

iM.

где dm , - приращение массового расхода i-ro материального потока по отношению к номинальному значению mj;

at - время дискретизации. Сигналы с датчиков 6-10, пропорциональные массовым расходам материал ных потоков колонны, поступают на входы блока 11, т.е. на входы блоков вычитания 19 - 23 соответственно (фиг. 2), где производится вычисление приращения массовых расходов по выражению Am; - м, где т - текущее значение массового расхода 1-го материального потока. С выходов указанных блоков сигналы, пропорциональные приращениям массовых расходов, поступают на блоки умножения 24-28 соответственно, где производится умножение на dt., В сумматоре 2 производится вычисление приращения- массы вещества в колонне. Сигнёш с выхода блока И пропорционсшьный массе, поступает на вход блоков 12 - 14. В блоке 12 производится возведение массы вещества в квадрат, в блоке 13 производится вычисление слагаемого выражения (1), а в блоке 14 вычисление слагаемого выраже ния (2 I. В блоках 15 и 16 производит5 ся вычисление слагаемых выражения (1) и bjuM выражения 12) соответственно. В сумматорах 17 и 18 про)изводится вычисление значений Кр и j по. выражению (II и (2) соответственно.

Сигнал с выхода блоков 17 и 18., ,,пропорциональный 4Кр соответственно, поступает на входы коррекции настроек регулятора 3, на вход которого поступает сигнал, пропорциональный температуре на контрольной тарелке от датчика 4, а выходной сигнал,

пропорциональный рассогласованию между заданной и текущей температурами на контрольной тарелке, подается на

0 вход регулирующего клапана 5. Таким образом, достигается коррекция настроек регулятора при изменении динамических свойств канала управления. Внедрение предлагаемой системы уп5 равления тепловым режимом ректификационной колонны позволит значительно улучшить качество управления, уменьшить колеблемость температуры на контрольной тарелке вокруг заданного значения, что приводит к ухудшению качества продукции и уменьшению электрических затрат на проведение процесса, а также увеличит надежность системы.

Uucmt/A m

8

fit/та- Г Hue L

Орошеное

-1

/1

KySoSi

crjt

и кость

11

12

/J

JT

i