Способ управления процессом осушки углеводородной шихты Советский патент 1985 года по МПК C08F136/04 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации процессов очистки жидких углеводородов от примесей, в частности влаги и может быть использовано в процессе очистки возвратного растворителя и шихты в производстве синтетических каучуков, в частности изопренового каучука. Известен способ регулирования процесса очистки от примесей возвратного растворителя, используемого в процессе полимеризации диеновых углеводородов, путем азеотропной осушки растворителя, осуществляемый изменением расхода пара в кипятильник колонны азеотропной осушки в за висимости от концентрации влаги и/или изобутклового спирта в осушен ном растворителе ft Однако процесс азеотропной осушки рассматривается изолированно, не зависимо от последующих стадий адсорбционной очистки, что не обеспечивает возможность оптимизировать процесс очистки углеводородной шихт по экономическому критерию. Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессо осушки углеводородной шихты в произ водстве синтетических каучуков циклической адсорбцией, включакяций режимы адсорбции и регенерации адсорбента, путем регулирования време ни режима адсорбции по достижению заданной адсорбированной влаги при постоянном времени режима регенерации 2 . Недостатком данного способа явля ются повьштенные затраты на осушку шихты с предварительной азеотропной осушкой. Это объясняется тем, что процесс адсорбционной очистки регул руется независимо без учета предьщу щих стадий, вследствие чего не используются резервы повьшшния экон мической эффективности всего процес са очистки. Цель изобретения - снижение затрат на осушку нихты. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управлени ; процессом осушки углеводсч одной OKxrf в производстве синтетических каучуков дакличёской адсорбцией, . включшещему режимы адсорбдаи и реге нерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбции по достижению заданной массы адсорби82рованной влаги при постоянном времени режима регенерации, дополнительно измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара, измеряют расход пара в кипятильник колонны за время одного цикла адсорб ции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения минимального значения суммарных удельных затрат на осушку шихты, включающих затраты на пар, подаваемый в кипятильник колонны азеотропной осушки, и на регенерацию адсорбента, отнесенных ко времени цикла адсорбции. Способ основывается на следующем. Эффективность процесса осушки углеводородной шихты зависит от совместной работы колонны азеотропной осушки и адсорберов.. В случае увеличения расхода пара в кипятш. ник колонны азеотропной осушки, с одной стороны, повьш1ак1тся удельные затраты на пар, а с другой, поскольку концентрация влаги на выходе колонны при этом снизится,.увеличится время работы адсорбера до насьш1ения адсорбента влагой, и, следовательно, снизятся удельные затраты на регенеращ1ю адсорбента. При снижении расхода пара наблюдается обратное. Поскольку зависимость концентрахщи влаги от расхода пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, а также зависимость времени насыщения адсорбента влагой от водной концентрации носит нелинейный характер, то сумма удельных затрат на осушку углеводородной шихты зависит от расхода пара нелинейно, причем эта зависимость должна иметь минимум, так как экoнo в чecки невыгодно проводить осушку шихты до достижения необходимой концентрации влаги только в колонне азеотропной осушки, (слишком велики будут затраты на пар) или только в адсорберах (пере- ключения будут настолько часты, что . затраты на регенерацию непомерно возрастут) . Следовательно, если учитывать удельные затраты на обоих стадиях осушки и варьировать расход пара в кипятильник колонны, то можно найти оптимальную величину этого расхода, соответствующую минимуму суммарных затрат, складывающихся из затрат на пар, удельных по времени цикла работы адсорбента, и из затрат на регенерацию адсорбера,от несенных на время цикла адсорбции. На чертеже приведена принципиаль ная схема реализации предлагаемого способа управления процессом осушки углеводородной шихты. Схема включает в себя колонну 1 азеотропной осушки,трубопроводы 2 и 3 подачи и вывода углеводородной шихты из колонны 1, датчик 4 расхода шихты по трубопроводу 3, трубопровод 5 подачи пара в кипятильник колонны 1, датчик 6 расхода пара по трубопроводу 5, регулятор соотно шения 7, регулирукнций клапан 8 расхода пара на трубопроводе 5, адсорберы 9 и 10, один из которых работает в режиме адсорбции, другой в режиме регенерации адсорбента, (клапаны 11-14, служащие для переклю чения адсорбе,орв с режима адсорбци на режим регенерации, трубопровод 15 подачи осушенной шихты на полиме ризацию трубопровод 16 и клапаны 1 и 18 подачи и переключения расхода пара иа регенерацию адсорбента, дат чики 19 и 20 концентрации влаги на входе и вьвсоде адсорбентов соответс веико, управляющую вычислительную мшпину (УВМ) 21, служащую для расче та критерия зкономической эффективности процесса управления, величины и направления управляющих воздействий. Схема управления работает следую щ{е4 образом. В ксшонну t азеотропной осушки по трубовровод у 2 подается углеводородная шихта полимеризации изопрена (раствор изопрена в изопентане). ,Из колонны она выходит по трубопроводу 3 на следуницую стадию осушки. Расход шихты контролируется датчиком 4. в .™,™„ь™к кол„„„ь, , „„ .р,.„„ро. воду 5 подается пар, расход которого контролируется датчиком 6 расхода и регулируется регулятором соотношения 7 расхода пара к расходу шихты клапаном 8.Задание на регулятор соотношения 7 поступает от 21. На УВМ 21 поступает информация с датчика 4 по расходу шихты (G) и датчи568по расходу пара (С) где последка 6 няя величина интегрируется -за время цикла (Т-Тд) работы адсорбера (9 или 10) в режиме адсорбции, где 1д - начальный момент переключения адсорберов, Т - конечный момент цикла работы адсорбера в режиме адсорбции до насьш1ения. При этом вьписляются затраты н пар 3 по формуле tJ.,Ji 1 о Г1-f7 r о где Ц - цена пара-, t - текущее время. Далее шихта по трубопроводу 3 подается на стадию тонкой очистки с адсорбером 9 или 10 в зависимости от положения клапанов 11-14. Когда клапаны 11 и 13 открыты, а клапаны 18 18 и 14 закрыты, шихта подается в адсорбер 9 и далее по трубопроводу 15 на полимеризацию. При этом в адсорбер 10 по трубопроводу 16 через открытый клапан 18 (клапан 17 закрыт) подаются пар и затем сухой азот для регенерации адсорбента. От датчика 4 расхода шихты на трубопроводе 3, а также датчиков 19 и 20 концентрации влаги на входе и выходе адсорберов в УВМ 21 подается )opмaция по расходу шихты (Q) и концентрации влаги на входе (Cg) и выходе (С,.,.) из адсорбера. При этом в УВМ УВМ 21 производится расчет массы поглощения влаги М Формуле ш() Когда в момент времени Т велиина MfjjQ достигает рассчитанного аранее максимально допустимого начения М, соответствунлдего насыению адсорбента влагой, после чего го адсорб1щонные характеристики езко ухудшаются, по команде УВМ 21 рюизводится переключение адсорберов, лапаны 11 и 13 закрываются, а клааны 12 и 14 закрываются, т.е. в адсорбер 9 за счет соответствуюего переключения клапанов 17 и 18 ереключается в режим регенерации дсорбеыа. Время регенерации всега постоянно за счет того, что в аждом цикле в адсорбере накапливатся одинаковое количество примесей, это время, как правило, меньше } времени насыщения адсорбента влагой Поэтому клапан 18 закрывается задолго до момента переключения клапанов 11-14.. Полученное к моменту (момент насьицения адсорбента) значение 3, суммируется с величиной стоимости регенерации адсорбента, которая является постоянной, отнесенной к длительности цикла адсорбции, т.е. с величиной Зр Цр/(Т - Тр) где Цр стоимость регенерации адсорбента за один цикл реге нерации. Найденная сумма (3 + Зр) сравни вается с храняющейся в памяти УВМ 2 полученной в предыдущем цикле суммой удельных затрат на регенерацию в азеотропную осушку. Если сумма Of, + Зр) возросла по сравнению с предьщущям циклом, то в начале следующего, цикла производится изменени соотношения расхода пара к расходу шихты (Ctf, заданную величину (например, на 10%) путем воздействи на задание регулятора соотношения 7 по знаку, противоположному тому изменению, которое было предпринятю в начале предыдущего цикла. В противном случае, т.е. при постоянстве или снижении величины суммы (3|, + Зр), знак изменения соотношения остается неизменным. Путем ступенчатьпс изменений задания на величины (задание регулято ру 7) осуществляется поиск.и поддер жание минимальной величины удельных затрат на очистку шихты. Пример 1. Управление проце сом осушки углеводородной шихты (раствора изопрена в изопентане) в производстве изопренового каучука. Шихту в количестве 200 т/ч подают в колонну 1 азеотропной осушки по тру бопроводу 2. В кипятильник колонны 1 по трубопроводу 3 подают пар, рас ход которого регулируют по соотноше нию с расходом шихты из колонны 1 по регулирующему контуру: датчик 4 расхода шихты, датчик 6 расхода пар регулятор (соотношения 7, регулирующий клапан 8. Подачу пара при данно нагрузке по шихте поддерживают на уровне 1,1 Гкал.ч т.е. заданное соотношение расхода пара к расходу шихты составляет 0,0055. Из колонны 686 1 шихту подают в адсорбер 9, при этом клапаны 11 и 13 открыты, а клапаны 12 и 14 закрыты. Адсорбер 10 работает в режиме регенерации. При конкретном содержании влаги в шихте и указанном расходе пара время (Т-Тд) до насьпцения адсорбента в адсорбере 9 составляет 96 ч. В момент насьш1ения адсорбента влагой, определяемой достижением заданного количества массы, поглощаемой в адсорбере влаги, которая определяется посредством УВМ 21, осуществляют переключение клапанов 11-14 и-открьшают клапан 17, так что адсорбер 9 переводят в режим регенера1щи, а адсорбер 10 - в режим адсорбции. К этому же моменту определяют суммарный расход пара за время цикла адсорбции (за 96 ч) и умножают его на стоимость пара, т.е. определяют удельные затраты на пар Т Зп Ц, G.cJi/96. вПри цене пара 7,7 руб/Гкал имеем 3 1,7 + 7,73 8,39 руб/ч. Удельная стоимость регенерации Зр Цр/(Т-Тд), где цена регенерацииЦр складывается из стоимости пара, горячего азота и затрат на периодическую замену адсорбента Цр 1350 руб. При этом Зр 1Ь50 : 96 14,08 руб . Суммарные удельные затраты составляют при этом 22,57 руб/ч. В момент переключения адсорберов производят ступенчатое увеличение заданного соотношения расхода пара к расходу шихты на 0,0005, т.е. ступенчато увеличивают расход пара на 0,1 Гкал/ч и доводят его после трех циклов адсорбции величины 1,4 Гкал/ч при той же нагрузке по шихте 200 т/ч до соотношения 0,007 о При этом время работы адсорбера до насьш1ения ввиду уменьшения содержания влаги на выходе колонны 1 азеотропной осушки составляет 146 ч. Расчет показывает, что удельные затраты на пар 3 1,4 7,73 10,82 руб/ч, а удельные затраты на регенерацию Зр 1350 : 146; 9,26 руб/ч. Сумма затрат 20,08 руб При дальнейшем увеличении расхода пара до 1,5 Гкал/ч-на 200 т пшхты в час затраты на пар вьфастают до 11,6.руб/ч, цикл адсорбции увеличивается до 158 ч, Зр 8,54 руб„ Сумма затрат 20,14 руб, т.е. оптималк ное заданное соотношение расхода пара к расходу шихты составляет 0,007 и расход пара в условиях эксперимента составляет.1,4 Гкад/ч. а минимальные удельные затраты 20,08 руб. Пример 2 (контрапьньй). Рассмотрим работу системы управлени процессом осушки шихты по способупрототипу. Процесс адсорбции и пред шествующую ему азеотропную осушку осуществляют в установке, аналогичной примеру 1. На входе и выходе адсорбера установлены датчики концентрации влаги, сигналы с которых, а также информация о расходе шихты поступают на , где рассчитьгаается масса накопленной в адсорбенте влаги, соответствующей насыщению адсорбента, производят переключение первого адсорбера с режима адсорбци на режим регенерации и шихта подает ся во второй адсорбер. Регулирование расхода пара в кипятильник колонны азеотропной осушки производят в зависимости от концентрации влаги в шихте на выходе колонны. При постоянном уровне концентрации влаги в исходной шихты и нагрузке 200 т шихты в час переключение ад сор беров осуществляют равномерно кажА5688дые 4 суток - 96 ч, оасхоп ,пара в кипятильник колонны в среднем равняется 1,1 .Гкал ч. Суммарные затраты на осушку шихты составляют у, если пользоваться расчетными формулами примера 1: Зр + Зр 22,57 руб-ч- Таким образом, предлагаемый способ благодаря тому, что измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход пара в кипятильник колонны за время одного цикла адсорбции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения кшнимального значения суммарных удельных затрат на осушку, шихты, . включающих затраты на пар, подаваемый в кипятильник колонны азеотропной осушки и на регенерацию адсорбента, отнесенные ко времени 1щкла адсорбции, позволяет снизить затраты на осушку шихты с предварительной азеотропной осушкой.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ШИХТЫ в производстве синтетических каучуков циклической адсорбцией, включакящ й режимы адсорбции и регенерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбции по достижению заданной массы адсорбированной влаги при постоянном режиме регенерации, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на осушку шихты, измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара, измеряют расход пара в кипятильник колонны за время одного цикла адсорбции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения минимапьного значения . суммарных удельных затрат на осушку шихты, включающих затраты на пар подаваеьвдй в кипятильник колонны азеотропной осушки, и на регенерацию адсорбента, отнесенных ко времени цикла адсорбции.