Устройство для оптимального управления блоком ректификационных колонн Советский патент 1986 года по МПК B01D3/42 

да орошения датчик (Д) 4, регулятор (Р) 20, клапан (К) 31, с .коррекцией по температуре .на контрольных тарелках (Д 9, Р 23, связанный с Р 20), контур регулирования уровня в рефлюксных емкостях изменением выхода дистиллята (Д 15, Р 18, К 29), контур регулирования уровня в кубах колонн изменением выхода кубового продукта (Д 16, Р 19, К 30). Устройство содержит также контур регулирования расхода теплоносителя в кубы колонн (Д 5, Р 21, К 32) и контур регулирования расхода сырья в головную

12

1

колонну (Д 1, Р 17„ к 28). Датчики 3,4,5,6,7,8,9,10,11 ,12, 13 расходов сырья дистиллята, кубового продукта орошения и теплоносителя, температур сырья, дистиллятов, кубовых продуктов, на контрольных тарелках колонн, давления верха колонн, анализаторы состава сырья, дистиллята и кубового продукта и блок 24 памяти соединены со входа1 ш вычислительного блока 25. Выходы последнего и выходы блока 27 предварения связаны со входами оптимизатора 26, вьгходы которого подключены к Р 17,21,22,23.2 ил.

Изобретение относится к устройству для управления блоком ректификационных колонн, может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промьшшенности и позволяет увеличить отбор и чистоту целевых продуктов за счет повышения надежности работы устройства. Устройство содержит контур регулирования расхо(Л

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления блоком ректификационных колонн и может быть использовано в нефтеперерабатывающей., нефтехимической и др. отраслях промышленностиi Целью изобретения является увеличение отбора и чистоты целевых продуктов за счет повышения надежности устройства. На фиг.1 представлена схема устройства для оптимального управ.ления блоком ректификационных колонн, на фиг.2 - блок-схема оптимизатора. Устройство для оптимального управ ления содержит датчики расходов сырья 1 в головную колонну, дистиллятов 2, кубовых продуктов 3, орошения 4 и теплоносителя в кубы колонн 5, температур сьфья 6, дистиллятов 7, кубовых продуктов 8, на контрольных тарелках 9, давления верха колонн 10, анализаторы состава сырья П, дистиллята 12, кубового продукта 13 блок колонн 14,, датчики уровня в реф люксных емкостях 15, в кубах колонн 16, регуляторы расхода сырья 17, дистиллятов 18, кубовых продуктов 19, Орошения 20, теплоносителя 21„ температуры сырья 22, на контрольных тарелках 23, блок 24 памяти, вычислительный блок 25, оптимизатор 26, блок 27 предварения и клапаны на линиях подачи сырья 28, дистиллята 29 кубового продукта 30, орошения 31, теплоносителя в куб каждой колонны 32, теш1оно(гителя в подогреватель сырья 33, Датчики 1-13 и блок 24 памяти соединены своими выходами с входами вычислительного блока 25, выходы которого и выходы блока 27 предварения соединены с входами оптимизатора 26, выходы которого соединены с входами регуляторов 17, 21 22 и 23, а регуляторы 17 и 21 соединены с клапанами 28 и 32 соответственно, выходы регуляторов 23 соединены с входами регуляторов 20, выходы которых соединены с клапанами 31, выход регулятора 22 соединен с выходом клапана 33 на линии подачи теплоносителя в подогреватель сырья. Блок 24 памяти соединен своими вйходами с входом вычислительного блока 25 и оптимизатора 26. При этом оптимизатор содержит блоки 34-44 расчета состава потоков по текущей информации от анализаторов качества, расчета материальных балансов, рассчета текущих отборов дистиллятов по данным состава сьфья, расчета температуры сьфья в головной колонне, проверки гидравлической нагрузки в головной колонне, проверки степени адекватности математической модели, коррекции коэффициентов модели, расчета оптимальных управляющих воздействий, проверки величины отбора дистиллята, перевода управляющих воздействий в пневмоимпульсы, вывода управляющих воздействий на задания регуляторам. 3 Устройство работает следующим об разом. В вычислитель№-1Й блок 25 поступает текущая информация с заданными времеными интервалами о расходе, те пературе, составе сырья в головной колонне, расходах и температурах ди стиллятов, кубовых продуктов, соста вах дистиллята и кубового продукта головной колонны, давления в каждой колонне с датчиков 1, 6, 11, 2, 7, 3, 8, 12, 13 и 10 соответственно. Затем в вычислительном блоке происходит усреднение текущей информации рассчитываются материальные потоки, производятся расчеты, связанные с переводом размерности снимаемой информации из размерности технологических приборов в размерность, используемую в модели. В блок 24 памяти вносятся данные о требуемой чистоте продуктов разде ления каждой колонны (у. - чистота дистиллята, - чистота кубового продукта моль/моль), средние молекулярные веса (Мф ) и плотности (Яр материальных потоков, заданные значения температур на контрольных тарелках (Т, °С) для режима, когда где Ф - величина отбора дистиллят ных компонентов; Х(,.. - концентрация i-ro компонента в сьфье j-й колонны;к - номер самого тяжелого из дистиллятных компонентов Оптимизатор 26, используя информа цию от вычислительного блока 25 о текущем составе сырья, дистиллята, кубового продукта головной колонны, рассчитывает состав указанных продуктов в блоке 34 по алгоритму обработки хроматограмм. Блок 35 оптимизатора, используя преобразованную информацию от вычислительного блока 25 и блока 34 оптимизатора, производит расчет материальных балансов по каждой колонне и по общему контуру блока колонн: F Z (qJDj + iJWj), J-i где F . - расход сырья в головную колонну, кг. моль/ч; DJ - расход дистиллята в каждой колонне, кг. моль/ч; 0 W. - расход кубового продукта в каждой колонне,.кг. моль/ч; 1 1,2,3,... п число колонн О, еслиjпоток является 0,если j поток является сырьем для последующей колонньг;1,в противном случае. Алгоритм сведения материального баланса заключается в отыскании минимальных поправок к экспериментальным значениям расходов с использованием метода множителей Лагранжа. Блок 36 оптимизатора, используя информацию и текущем составе сырья, поступающую из блока 34 оптимизатора, рассчитывает текущие значения отборов дистиллятных компонентов: Блок 31 оптимизатора, используя данные вычислительного блока 25 о текущем значении температуры сырья, блока 24 памяти о заданной величине доли отгона в головной колонне и блока 34 оптимизатора о составе сырья, производит расчет температуры подогрева сырья. Подбор температуры производится иттерационным методом. Рассчитанные значения температуры подогрева сырья через блок 44 оптимизатора подаются в виде задания на регулятор 22. Блок 38 оптимизатора, используя информацию вычислительного блока 25 о давлении, температуре дистиллятно- го и кубового продуктов, орошения, блока 24 памяти о предельных значег ниях нагрузки колонны по парам и жидкости, блока 35 оптимизатора о величине материальных потоков, производит проверку гидравлической нагрузки. В том случае, если она превьппает предельное значение, блок 38 оптимизатора через блок 44 оптимизатора выдает задание регулятору 17 расхода сырья с той целью, чтобы блок колонн работал в оптимальных гидравлических условиях. В блоке 39 оптимизатора по данным вычислительного блока 25 о расходах орошения, теплоносителя и о текущем значении температуры на контрольной тарелке, блока 24 памяти о заданном допустимом значении степени адекватности и данным блоков 35 и 3fc оптимизатора о составе потоков и их величинах соответственно проверяется степень адекватности математических моделей для каждой колонны по формуле „ (тЛ - тГ . 1р Z Up к л где Р - число измерений температуры на контрольной тарелке, принято равным 2Д с временным интервалом 6 ч; экспериментальное и расчетное значения температуры на контрольной тарелке; среднеквадратичная ошибка. Для этого в оптимизаторе накапливает24 значениях Т;, ся информация о Расч расходов орошения Zj теплоносителя G, сырья F, критического отбора дистиллята Ф-,. Формула дпя расчета Т f(F,,. Z, G) И представляет собой полином второго Порядка, состоящий из 16-ти слагаемых. Б блоке 40 оптимизатора прои1зводится корректировка коэффициентов моде f(F, vPbi .-Z, G) дпя ли Т каждой колонны на основании данных,, накапливаемых в блоке 39 опти шзатора. При этом определяется безусловный минимум функции для каждой математической модели: ФСг) ,Г-т:Г(7)-- HitH , где Z - вектор коэффициентов мате матической модели, В том случае, если степень адекватности математической модели не ниже заданной, то корректировка коэффициентов не производится. Рассчитанные значения коэффициентов заносятся в блок 24 памяти. В блоке 41 оптимизатора производится оптимизация целевой функции каждого технологического канапа с целью отыскания оптимальных управляющих воздействий, при этом математическая модель установки представляет собой совокупность математических моделей технологических каналов которые определяются в соответствии со схемой вьоделения целевых продуктов, промежуточные потоки меж,ду колоннами описываются режимными параметрами соответствующих колонн. Для определендей нол мин f mm Q цде Ti(F лен мят тор ка бло ли упр ре ду ра да ко кол ств вод лят где 27 раб чен гар ия оптимальных управляющих возствий Gji Т; и Zj каждого техогического канала оптимизатор 26 имизирует функционал п T(F, G , ,,)Y-t, Kj - весовые коэффициенты, ,Gj,Zj,4p,) -функция, выражающая зависимость температуры на контрольной тарелке j-й колонны от расходов теплоносителя,орошения и отбора дистиллятных компонентов каждой колонны;заданные Значения примесей в кубовом продукте и дистилляте, каждой колонны; множители Лагранжа, -расход паров в каждой колонне, кг.моль/ч, -расход орошения, кг, моль/ч, -расход сырья в j колонну. Блок 41 производит операции вычисия , используя данные блока 24 паи и блоков 35, 36 и АО оптимизаа, если производится корректировкоэффициентов модели, или данные ков 35, 36 и 39 оптимизатора, ескорректировка не производилась. Б результате расчета оптимальных авляющих воздействий по температуна контрольной тарелке и расхотеплоносителя блок 44 оптимизатовыдает задание регуляторам расхотеплоносителя 21 и температуры на нтрольной тарелке 23 для каждой онны. После расчета управляющих воздейий в блоке 42 оптимизатора произят проверку величин отбора дистил ых компонентов в каждой колонне D и - расход дистиллята. В том случае, если разность в работу включается блок предварения. Блок предварения отатывает поправку расчетному знаию температуры на контрольной елке с цеиаью предотвращения распространения переходного процесса в последующих колоннах. В этом случае информация от блока 27 поступает а блок 41 для пересчета оптимальных управляющих воздействий. Все рассчитанные управляющие воздействия от блоков 37 и 41 оптимизатора поступают в блок 43 оптимизатора, который переводит величины управляющих воздействий в величины пневмоимпульсов с учетом стыковки программ оптимизатора. Затем через блок 44 оптимизатора производится, вывод управлякицих воздействий на регуляторы. Формула изобретения Устройство для оптимального управ ления блоком ректификационных колонн содержащее датчики температуры сырья на контрольных тарелках, дистиллятов, кубовых продуктов, давления вер ха колонн, датчики расходов сырья, дистиллятов, орошения, теплоноситеIля в кубы колонн, кубовых продуктов регуляторы расхода орощения, регуляторы температуры на контрольных тарелках, датчики уровня в рефпюксных емкостях и кубах колонн, выходы которых соединены с регуляторами уровня, вычислительный блок, входы которого соединены с указанными датчиками, блоком памяти и оптимизатором, а выходы - с входами оптимизатора, который содержит блоки расчета материальных балансов, расчета текущих отборов дистиллятов, проверки степени адекватности математической модели перевода управляющих воздействий в пневмоимпульсы, расчета опти мальных управляющих воздействий, рас чета температуры сырья в головной ксхпонне, вывода управляющих воздействий на задания регуляторам, клапаны, отличающееся тем что, с целью увеличения отбора и чистоты целевых продуктов за счет повьшения надежности устройства, оно дополнительно содержит регулятор расхода сырья в головную колонну и блок предварения, соединенные с оптимизатором, анализаторы состава сырья, дистиллята и кубового продукта, блоки расчета состава потоков, проверки гидравлической нагрузки головной колонны, коррекции коэффициентов математической модели, при этом анализаторы соединены с входами вычислительного блока, блок расчета состава потоков соединен своим входом с выходом вычислительного блока, а выходами - с вычислителыам блоком, блоками расчета материальных балансов, расчета текущих отборов дистиллятов, расчета температуры сырья головной колонны, вход блока расчета материальных балансов соединен с выходами вычислительного блока, а выходы - с входами блоков про верки степени адекватности математической модели, проверки гидравлической нагрузки в головной колонне выход блока расчета текущих отборов дистиллятов соединен с входом блока проверки степени адекватности математической модели, вход блока расчета температуры сырья соединеи с вычислительным блоком и блоком памяти, блок проверки гидравлической нагрузки головной колонны соединен своими входами с вычислительным блоком, блоком памяти, расчета материальных балансов, блок проверки степени адекватности математической модели соединен входами с вычислительным блоком и блоком памяти, а выходами с входами блока коррекции коэффициентов модели, соединененного своим входом и выходом с блоком памяти, блок расчета оптимальных управляющих воздействий соединен входами с блоком предварения, блоком памяти, блоком коррекции коэффициентов модели, а выходом - с блоком проверки величины отбора дистиллята, выходы.которого соединены с входами блока предварения и блока перевода управляющих воздействий в пневм жмпульсы, соединенного входом с выходом блока проверки гидравлической нагрузки, а выходом - с входом блока вывода управляющих воздействий, соединенного выходами с-регуляторами расхода сырья, температуры сырья головной колонны и регуляторами температур контрольных тарелок и расходов теплоносителя всех колонн, а выходы регуляторов температуры на контрольных тарелках соединены с входами регуляторов орошения.