Устройство для управления процессом ректификации Советский патент 1984 года по МПК B01D3/42 

1 Изобретение относится к процессам ректификации и может быть использо, вано в химической, нефтеперерабатывающей и пищевой отраслях народного хозяйства. Известно устройство для управления процессом ректификации, содержащее датчик расхода и хроматограф сьфья, датчик расхода первого продук та и хроматограф второго продукта, соединенные с блоком вычисления расхода первого продукта СО. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для управления процессом ректификации, содержащее датчики расхода и хроматографы сьфья, первого и второго продуктов, соединенные с входами вычислительного блока, содержащего блок вычисления расхода первого продукта, сумматор, регуляторы 2J. Недостатком этого устройства явля ется то, что процесс ректификации при таком управлений не достигает ма симума разделительной способности. Если процесс проводится при низкой или недостаточной разделительной спо собности, повышение нагрузки или зна чительное изменение состава сырья вызывает нарушение качества продуктов. Гарантированное получение проду тов высокого качества в меняющихся производственных условиях требует обеспечения максимума разделительной способности. Это объясняется тем, что управление не зависит от разделительной способности колонны. И, хо тя концентрации примесей легких в остатке и тяжелых в дисталляте уЧиты ваются при формировании управляющих воздействий, никаких действий, напра ленных на максимизацию именно разделительной способности не предпринима ется . Цель изобретения - обеспечение режима с максимальной разделительной способностью. Указанная цель достигается тем, что устройство для управления процессом ректификации, содержащее датчик расхода и хроматограф сырья, хро матографы первого и второго продуктов, соединенные с входами блока вычисления расхода первого продукта по материальному балансу, выход кото рого связан с первым входом.сумматора, дачтики расходов первого и второ 81 го продуктов, регуляторы, дополнительно содержит блок для определения средней концентрации легких компонентов в колонне, входы которого соединены с выходами датчиков расхода и хроматографов сырья и продуктов, а выходы - с регулятором средней концентрации легких компонентов в колонне, выход которого соединен с вторым входом сумматора. На чертеже показана принципиальная схема устройства. Устройство содержит ректификационную колонну 1 хроматограф 2 сырья, расходомер 3 сырья, вычислительный блок 4 для определения средней концентрации легких вколонне, рефлюксная емкость 5, регулятор 6 уровня в рефлюксной емкости, конденсаторхолодильник 7, хроматограф 8 дистиллята, расходомер 9 дистиллята, регулятор 10 расхода дистиллята, регулятор 11 средней концентрации легких в колонне, регулятор 12 расхода пара, ребойлер 13, расходомер 14 пара, регулятор 15 уровня в ребойлере, расходомер 16 остатка, хроматограф 17 остатка, блок 18 для вычисления расхода дистиллята по материальному бaлaнcy сумматор 19. Вычислительный блок 4 для определения средней концентрации легких в колонне представляет собой соединение сумматоров, интеграторов и устройство перемножения сигналов для автоматической обработки формулы (п (t} X (t)x(r)-w{t) x tijat in(t)-D(qW()dt Блок 18 для вычисления расхода дисиллята представляет собой соединение умматоров и множителд но-делительного стройства для обработки формулы. . Выходы хроматографов 2, 8 и 17 одсоединены к входам вычислительных локов 18 и 4, выходы расходомеров , 9 и 16 подсоединены к входам выислительного блока 4, а выход расодомера 3 сырья - еще и к входу блоа 18. Выход блока 18 соединен с вхоом сумматора 19, а выход вычислителього блока 4 - с входом регулятора сред3.1 ней концентрации легких в колонне 1 выход которого, в свою очередь, соединен с вторым входом сумматора 19 а его М.1ХОД соединен с камерой Задание регулятора 10 расхода дистил лята. Количество вещества, поступившег в колонну от момента пуска и до текущего момента, равно П( , где П - расход питания, f.t - время. Количество вещества, покинувшего колонну за то же время, равно t i f D(t)oljr+ w(tlc3ir, о где D - расход дистиллята; W - расход остатка. Разность этих двух величин представляет собой количество вещества, накопившегося в колонне.. В то же время количество легких, поступивших в колонну равно t П(с-)Х (i:), а количество легких, покинувших колонну, равно tt D (t) X V) °С W (Я X V)ЗС, концентрация легких в дистилляте;X - то же, в питание; X - то же, в остатке. Очевидно, что указанное отношени разностей представляет собой средню по колонне концентрацию легких в не Поскольку увеличение расхода дис тиллята по сравнению с количеством, предусматриваемым материальным балансом, вызывает уменьшение концент рации легких в колонне, то, понятно что, вводя коррекцию в величину рас хода, предписываемую материальным балансом, можно привести концентрацию легких в колонне к любой заданн величине. После того, как средняя концентрация достигает заданной величины 0,5, величина коррекции стан вится равной нулю. Поскольку, отбор продукта, например, дистиллйта (а,, значит, и остатка) осуществляется в отсутствие коррекции по формуле j(Vl xD-x средняя концентрация сохраняется до тех пор, пока какое-нибудь случайное возмущение не уведет колонну от режима средней концентрацией 0,5, , после чего следует вновь осуществить коррекцию расхода. Устройство работает следующим образом. По информации о составе продуктов и расходе сырья устройство 18 вычисляет задание регулятору расхода дистиллята, которое и направляется на вход Задание соответствующего регулятора через Сумматор 19. Регулятор 12 расхода пара регулирует расход пара. Одновременно по информации о расходах сырья и продуктов и по информации о составах сырья и продуктов устройство 4 формирует Переменную для регулятора средней концентрации легких в колонне 11. На вход Задание этого регулятора вручную задается величина 0,5. Выход этого регулятора корректируют сигнал, сформированный устройством 18. При достижении концентраци 1ей заданной величины коррекция прекращается, а режим достигает максимальной разделительной способности. Вместо П или ПИ-регулятора средней концентрации может быть использован трехпозиционный регулятор, осуществляющий управление по закону ХСР 0,5; D D х°-х если ХСР 0,5 и ,D n если XCD 0,5. Пример. В колонну поступает смесь изобутана и нормального бутана. В некоторьй момент времени расход сырья составляет 20 т/ч, а концентрация изобутана в нем равна 0,3. В .это время концентрация нормального бутана в дистилляте составляет 0,1. Концентрация изобутана в остатке 0,02, расход дистиллята равен 6,5 т/ч, а рас- ., ход остатка равен 13,5 т/ч. В то же время средняя концентрация в колонне равна 0,5. $11 Поскольку в качестве регулятора средней концентрации использован пропорциональный регулятор (П-регулятор) с коэффициентом усиления 200%, то сигнал на его выходе в рассматриваемый момент соответствует величине коррекции 2 т/ч. С выхода устройства вычисления расхода дистиллята выходит сигнал, соответствующий 6,36 т/ч и на вход регулятора расхода дистиллята поступает задание 8,36 т/ч, которое и отрабатывается. Далее концентрации продуктов начинают меняться, и в тот момент, когда средняя концентрация выходит на заданное значение 0,5, а сигнал ее регулятора соответствует коррекции О т/час, концентрация нормального бутана в дистилляте равна 0,08, а концентрация изобута на в остатке 0,017. Выход устройства вычисления расхода дистиллята становится равным 6,27 и без всякой коррекции подается на вход Задание регулятора расхода дистиллята. Раз1делительная способность оказывается более высокой. Проведение процесса ректификации при максимальной разделительной способности уменьшает количество случаев нарушений качества продуктов и позволяет перерабатывать большие количества сырья с меньшим риском нарушения качества продуктов. Экономическая эффективность складывается из уменьшения потерь на брак и увеличения производительности.Абсолютная величина эффекта в денежном выражении зависит от конкретных производственно-экономических условий (например, от разности цен на продукты первого и более низких сортов). В случае применения предлагаемого устройства на газофункционирующей установке производительностью по сырью 400 тыс. т в год, можно ожидать получения экономии в 150-200 тыс.р. на каждую установку.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ, содержащее расходомер и хроматограф сырья, хроматографы первого и второго продуктов, соединенные с. входами блока вычисления расхода первого продукта по материальному балансу, выход которого связан с первым входом сумматора, расходомеры первого и второго продуктов, регуляторы, отличающееся тем, что, с целью обеспечения режима с максимальной разделительной способностью за счет повьщ ения качества регулирования, оно дополнительно содер;кит блок для определения средней концентрации легких компонентов в колонне, входы которого соединены с выходами датчиков расхода и хроматографов сырья и продуктов, a выходы - с регулятором средней концентрации легких в колонне, § выход которого соединен с вторым л входом сумматора.