Устройство для автоматического управления процессом экстрактивной ректификации Советский патент 1986 года по МПК B01D3/42 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом экстрак тивной ректификации и может найти применение, например в производстве бутадиена из бутана, в химической, нефтехимической и других отраслях промыишенности.

Цель изобретения - повышение качества продуктов разделения и снижение энергозатрат.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство для автоматического управления процессом экстрактивной ректификации включает в себя колонну 1, датчик 2 расхода экстрагента, который через регулятор 3 соединен с клапаном 4 подачи экстрагента в колонну,датчики температуры 5 экстраген- та, давления 6 верха колонны и состава 7 сырья, 8 расхода сьфья, который через регулятор 9 соединен с клапаном 10 подачн сырья в колонну датчик 1t температуры в кубе колонны связанный через регулятор 12 с клапаном 13 подачи теплоноситапя. Кроме того, устройство содержит датчики расхода 14 внешней флегмы, состава 15 дистиллята и кубового продукта 16 датчик 17 расхода дистшь ята, связанный через регулятор 18 с клапаном

19отбора дистиллята, ком1чутатора 20 блока 21 подстройки внутреннего флег мового числа и степени насыщения экстрагента 21, блок 22 у11равления расходом дистиллята, расчетный блок 23 задания регулятору расхода экстрагента и корректирукшщй блок 24.

Устройство работает следуюащм образом.

При изменении задания регулятору расхода сырья или состава сырья, подаваемого в колонну 1, в коммутаторе

20проверяется выполнение одного из следующих условий

1, ,

14 - с1 SC,,

Gf, , Gp. - текущее и предьвдущее значения задания регулятора расхода сы- «Рья 9

Ср. , Gf. - текущее к предвдущее значения концентрации легкокомпонента в составе сырья S измep 5e sыej датчиком 7{

h Gj. ,SCp - диапазоны чувствительности к изменениям расхода и состава сырья .

В случае вьшолнения одного из условий (1) коммутатор 20 вьфабатьгаа- ет сигнал на блок 22 управления рас- ходом .дистиллята. В блоке 22 по сигналу от коммутатора 20 и информации от датчика 7 и регулятора 9 рассчитывается новое значение задания регулятору 18 расхода дистиллята. Значение Сд- находится при решении системы уравнений покомпетентного мате- риала- баланса

ft рА рА

С г- Сгч 1, С F,JJ, ЗеАf

п Т

C,. С,,С„. . С„,, (2)

г

Gp. ---- i;- - -,

„т „л„

г -г - г

317,гд. wieA А

(3)

где Ср. - текущее значение концентрации тяжелого компонента в J сырье;

С Рл, заданные концентрации легкого и тяжелого компонен- тов В дистилляте;

Чя еА заданные концентрации легкого и тяжелого компонентов в кубовом продукте; расчетная величина расхода

w;

кубового продукта.

Если условия (1) не выполняются, то коммутатор 20 вырабатьшает сигнал на блок 21 подстройки, а сигнал на блок 22 становится равным нулю. Новое значение задания регулятору расхода дистиллята Од. не рассчитывается я при этом принимается

4fi

-в;

в;-,)

(4)

5CS

S

где GJ,. - предьщущее значение задания на расход дистиллята .

Б устройстве используются понятия о внутренней флегме, внутреннем флег- мовом числе и степени насьацения экстрагента. Величина внутренней флегмы определяется из следумщего выражения

р

,

-- Ч

К, к, ц,),

(5)

31235515

р р где Сц, , Gg. - расчетное значение

расхода внешней флег мы и расчетное значение задания регу- лятору расхода экстр- s агента 3;

- текущее значение температуры экстрагента, измеряемое датчиком 5; р

К,,К2 пос ент

Величина внутрен числа определяется

s;

G ,, - -5-

Степень, насыщени нос определяется и

К

мае

iblGiL ±-Gi:j cb b(()

J

где р„- - текущее значение давления

При выполнении условия (10) в бло- верха колонны, измеряемое 5 ке 21 производится подстройка степе- датчиком 6j

ни насыщения экстрагента

К,К,

К,К,Ку - постоянные коэффициенты. К„др

В начале работы предлагаемого устройства значения R и К. принима- 20 где - постоянный коэффициент.

К„„, + К, (Cv,. - С)

Если условия (9) и (10) не вьт няются, то подстройка Р и не производится. Сигнал о значени Рд„ и Кцд с блока 21 вццается н расчетный блок 23. В блоке 23 по формации от датчиков 6 и 7 и блок 21 и 22 определяются новые значен расхода внешней флегмы и задания регулятору расхода экстрагента G

ются равными

R

вит

ВНГ

V к

Нас -нас

где R

Внт

К.,„, начальные значения,

НС|С

определяемые как средние величины

внт нвс

Если условия (9) и (10) не вьт няются, то подстройка Р и не производится. Сигнал о значени Рд„ и Кцд с блока 21 вццается н расчетный блок 23. В блоке 23 по формации от датчиков 6 и 7 и блок 21 и 22 определяются новые значен расхода внешней флегмы и задания регулятору расхода экстрагента G

рабочих диапазонах зо при совместном решении уравнений

изменения расхода и состава сырья.

Причем величина RBHT подстраивается при работе устройства с целью

(5), (6) и (7). Такое решение позволяет одновременно поддерживать задан ные значения Р. и Кц. . Сигнал о

расчетном значении задания на рас- получения дистиллята заданного сое- ход экстрагента Gg; вьщается на затава, а величина Кцдс - с целью изменения величины относительной летучести легкого компонента и, следовательно, получения кубовогр продукта заданного состава.

В блоке 21 подстройки по сигналу от коммутатора 20 и по информации от датчиков 15 и 16 анализируется величина отклонений концентраций тяжелого компонента в дистилляте cL и легкого компонента в кубовом

Hi «„

продукте Cw; от заданных значений /Ci; - С,ел/ SCi,j (9)

40

AS

дающий вход регулятора 3, а сигнал о расчетном значении расхода внешней флегмы GPI поступает на корректиру- Ю1ЦИЙ блок 24.

В блоке 24 информации от датчиков 11, 14, 17 и блоков 22 и 23 производится корректировка значения задания регулятора 12 температуры в кубе колонны

tKi- tKj./ K,o(vf - V;), (13) где t., Ц. - скорректированное и предьщущее значения зада:ния регулятора 12;

/Ci; - Cw,

где SCjj,8C допустимые отклонения. При в олнении условия (9) в блоке 21 производится подстройка внутреннего флегмового числа

вит

Внт

V4 -.д).

где Kg - постоянный коэффициент.

К,,К2 постоянные коэффициенты.

Величина внутреннего флегмового числа определяется из соотношения

G ,, - -5-

(6)

Степень, насыщения экстрагента нос определяется из выражения

(7)

При выполнении условия ке 21 производится подстр

ни насыщения экстрагента

постоянный коэффициент.

К„„, + К, (Cv,. - С),(12)

20 где - постоянный коэффициент.

25

Если условия (9) и (10) не вьтол- няются, то подстройка Р и не производится. Сигнал о значениях Рд„ и Кцд с блока 21 вццается на расчетный блок 23. В блоке 23 по информации от датчиков 6 и 7 и блоков 21 и 22 определяются новые значения расхода внешней флегмы и задания регулятору расхода экстрагента при совместном решении уравнений

(5), (6) и (7). Такое решение позволяет одновременно поддерживать задан ные значения Р. и Кц. . Сигнал о

40

AS

50

. дающий вход регулятора 3, а сигнал о расчетном значении расхода внешней флегмы GPI поступает на корректиру- Ю1ЦИЙ блок 24.

В блоке 24 информации от датчиков 11, 14, 17 и блоков 22 и 23 производится корректировка значения задания регулятора 12 температуры в кубе колонны

tKi- tKj./ K,o(vf - V;), (13) где t., Ц. - скорректированное и предьщущее значения зада:ния регулятора 12;

- новое расчетное значение парового потока в укрепляющей части колонны; + GDJ, (14)

v

v

-R;

55 где V; - текущее значение парового потока в укрепляющей части

колонны

«;

+ G

Bj ,

(15)

где GIJ. , Gj). - текущие значения расхода внешней флегмы и расхода дистиллята, измеряемые датчиками 14 и 15|

Кщ - постоянный коэффициент Сигнал о скорректированном значении задания температуры ввд 1ется на задающий вход регулятора 12 темпера- туры.

В отличие от известного устройства управление по предлагаемому строится так, что благодаря одновременному использованию выражений (5), (6) и (7) обеспечивается автономность регулирования составов дистиллята и кубового продукта, т.е. при вьздаче управления при отклонении состава одного из продуктов от заданного зна- чвния учитываются внзггренйие связи процесса, описыва емые выражениями (5), (6), (7), и валидны управляющих воздействий определяются так, чтобы не изменить состава другого. Так как роль экстрагента при экстрактивной ректификации сводится в основном к изменению относительной летучести компонентов разделяемой смеси, то выражения (5), (6) и (7) позволя- ют рассчитать такое значение, которое бы поддерживало в соответствии с требуемую концентрацию угпе- водородов в экстрагенте с учетом влияния на растворимость последних

давления в колонне Р . и температуры экстрагента, обеспечивая этим необходимое значение относительной летучести легкого компонента для получения заданного состава кубового продукта. В тоже время из выражений (5) (6) и (7) можно определить значение рдя получения заданного состава дистиллята. Расчет производится с учетом влияния на состав дистиллята расхода Ggj и температуры tgj экстрагента как дополнительной флегмы. Кроме того, по изменившемуся паровому потоку V; в блоке 24 корректируется задание регулятора температуры в кубе колонны .

Компенсация возмущений по составу и расходу сырья обеспечивается работой блока 22 управления расходом дистил.пята, расчетным 23 и корректирующим 24 блоками.

Таким образом, в данном устройстве всегда при изменениях состава и расхода сЕорья больших диапазонов чувствительности и изменениях составов. .цистиллята и кубового продукта больших допустимых отклонений производится расчет всех трех управлякмщх воз- действий - задание регулятора расхода экстрагента Gg- , , задания регулятора расхода дистиллята и задания регулятора температуры в кубе

колонны t|,; .

Экстрагеит

9 Листиая т

Редактор С .Патрушева

Составитель Т.Чуйкова

Техред О.Сопко Корректор М.Самборская

Заказ 3031/3 Тираж 663 . Подписное 6НИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауиюкая наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4