Способ управления процессом синтеза аммиака Советский патент 1986 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

« .о Изобретение относится к автоматическому управлению химическими: процессами и может быть использовано в промьшшенности по производству минер альных удобрений при автоматизации колонны синтеза аммиака. Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет улучшения качества регулирования температуры в зоне реакции. На чертеже представлена схема системы автоматического регулировать ния, реализующей данный способ. Система состоит из объекта 1 регулирования (представлена колонна синтеза с подводными магистралями), измерителя 2 температуры в зоне реакции, сумматора 3, делителя 4, сумматора 5, квадратора 6, формирователя 7 степени конверсии смеси, первог задатчика 8, второго задатчика 9, элемента 10 сравнения, регулятора И, сумматора 12, первого реле 13, третьего задатчика 14, фор мирователя 15 параметров настройки, первого ком пенсатора 16, второго реле 7, .второго компенсатора 18, первого 19 ц, ; второго 20 логических элементов, первого 21 и второго 22 сигнализато poBj, измерителей 23 и 24 расходов . свежей азотоводородной смеси в колонну и циркуляционного газа по верх нему байпасу, измерителя 25 температуры циркуляционного газа на входе колонны, измерителя 26 температуры газа на выходе колонны, измерителей 27 к 28 концентрации аммиака на входе и выходе колонны, измерителя 29 силы тока, протекающего по спирали нагревателя колонны, Способ осуществляют следующим образом, При помощи измерителя 2 формируют величину температуры в зоне реакции, которую подают на первые входы .элементов 10, 19 и 20, При помо-щи измерителей 23 и 24 формируют величи ны расходов свежей азотоводородной смеси в колонну и циркуляционного газа по верхнему байпасу, и формиро ванне величины подают на входы сумматора 3, При помопщ.измерителей 27 и 28 формируют величины концентраци аммиака на входе и на выходе колонны Xj и х и подают их на входы формир вателя 7, При помощи измерителя 29 формируют величину сила тока I, про текающего по спирали нагревателя 42 колонны, и подают ее на входы квадратора 6. При помощи сумматора 3 формируют величину, равную сумме расхода свежей азотоводородной смеси в колонну и циркуляционного газа по верхнему байпасу (F+V), которую подают на первые входы детлителя 4 и формирователя 15. При помопщ сумматора 5 формируют разность температур газа на выходе ..колонны и циркуляционного газа на входе (,), которую подают на второй вход делителя 4. При помощи последнего формируют величину отношения суммы расхода свежей смеси в колонну и циркуляционного газа по верхнему байпасу к перепру температуры на колонне, и полученное отношение подают на второй вход формирователя 15, При помощи квадратора 6 формируют величину, пропорциональную квадрату тока, протекающего по спирали нагревателя колонны, и полученную величину подают на вход первого компенсатора 16. При помощи формирователя 7 формируют величину, равную степени конверсии смеси в колонне J ()/(8Xj), которую подают на второй вход . второго реле 17 и на четвертый вход формирователя 15 параметров настройки, . При помощи первого задатчика 8 формируют величину Tj, равную температуре зажигания в колонне, которую подают на третьи входы второго логического элемента 20 и первого логического элемента 19, При помощи элемента 10 сравнения формируют величину рассогласования между измеренной температурой t в зоне реакции и заданием по этой температуре, формируемым с помощью второго задатчика 9, Величину рассогласования подаютна вход регулятора 1. С помощью регулятора 11 вырабатывают управляющее воздействие из условия устранения рассогласования между измеренной температурой и заданием, управление подают на первый вход сумматора 12, Регулятор может иметь ПИД-структуру. При помощи ({юрмирователя 15 изменяют параметры настройки регулятора 11 в соответствии с изменением величины К, F+V, J, Кй. Например: . KV |-(a,+a,K+a(F+V)+a3J ; R a K+a5K(F+V)+agj; D a7K+a8(F+V)+acjj, 3 где KO, R, D - коэффициент усиления время изодрома и вре мя предварения регулятора;KQ- коэффициент усиления вентиля байп-аса пода чи циркуляционной см си на вькод колонны синтеза - величина, подаваемая на третий вход формирователя 1 К (F+V) г (tj-ti ). При помощи пе вого компенсатора 16 формируют вели чину управления, компенсирующего во мущения, возникающие вследствие изм нения режима работы нагревателя колонны синтеза, и выходную величину компенсатора 16 подают на второй вход сумматора 12. Передаточная функция компенсатора 16 имеет вид где Wgj , Wt,,.- передаточные функции по каналам возмущения () и управления (W-t); W - положение регулирующе органа - вентиля байпаса - подачи циркуляционной смеси на выход колонны интеза. При помощи второго компенсатора 18 формирз т величину управления, компенсирующего возмущения, возникающие вследствие изменения степени конверсии смеси в колонне, выходную величину компенсатора 18 подают на третий вход сумматора 12, Передаточная функция компенсатора 18 имеет вид Wg Wu,-t где Wg - передаточная функция по каналу (J-t). С помощью сумматора 12 получают управление, равное сумме управлений подаваемых на входы сумматора; выходная величина сумматора 12 подается на вход первого реле 13, и при замкнутой цепи реле 13 управление ПО ступает на вход третьего задатчика 14, с помощью которого на объекте реализуется управление по положению вентиля W, Задатчик 14 обладает памятью, и в случае отсутствия выходного сигнала первого реле i 3 поддерживает на объекте управление, выдан144ное на объект ранее. При цомопщ первого логического элемента 19 производится сравнение измерений температуры t с температурой Tj зажигания. Если температура t превьштает температуру TJ более чем на величину константы В , подаваемой на второй вход элемента 19, производится отключение второго компенсатора 18, путем размыкания цепи второго реле 17, Величина 6 выбирается такой, чтобы , , где ton оптимальная температура в зоне реакции. Таким образом, второй компенса-, 3 X тор 18 работает лищь при ----- 0. При помощи второго логического элемента 20 сравнивают температуру t с температурой Т. Если температура t превьшает температуру Т, более чем на величину константы А, подаваемой на второй вход элемента 20, производится отключение задатчика 14 от сумматора 12 путем размыкания цепи первого реле 13. При этом также выключается р-е гуля тор 1 1 и с помощью первого сигнализатора 21 вьщается сигнал о повьщ1ении температуры t выше величины Т +Aj а с помощью второго сигнализатора 22 выдается сигнал на включение регулятора с регулирующим органом - вентилем (Wj) холодного байпаса. Константа Л задается такой, чтобы обеспечивалась возможность регулирования температуры t с помощью вентиля холодного байпаса. Приведенная система регулирования может быть реализована как на стандартных элементах, так и на средствах вычислительной техники. Данный способ обеспечивает высокое качество регулирования температуры в зоне реакции колонны синтеза как в пусковом режиме, так и в режиме нормальной, эксплуатации, поскольку по зволяет компенсировать ряд возмущающих воздействий на колонну и учитывает изменение характеристик колонны в процессе ее работы. Компенсация рассматриваемых возмущений и учет изменения характеристик колонны приводят к существенному повьшению стабильности работы установки синтеза в целом и увеличению производительности колоны.

СПОСОБ УПРАБЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АММИАКА путем регулиро- вания температуры в зоне реакции колонны синтеза и регулирования подачи циркуляционного газа по холодному байпасу, отличающийся тем, что, с целью повыше1шяпроизводительности процесса за счет улучшения качества регулирования температуры в зоне реакции, регулируют температуру в зоне реакций изменением подачи циркуляционного газа по байпасу на выход колонны синтеза, измеряют -силу тока, протекающего по спирали нагревателя колонны, расходы свежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа, поступающего в колонну синтеза по верхнему байпасу, концентрацию аммиака на входе и выходе колонны, температуру циркуляционного- газа на входе колонны и газа на выходе колонны, по измеренным значениям концентрации аммиака на входе и выходе колонны опреде.ляют степень коверсии смеси, по измеренным параметрам расходов свежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа, поступающего в колонну синтеза по верхнему байпасу, определяют сумму расходов смеси и газа, рассчитывают отношение суммы расходов смеси и газа к лерепаду температур на колонне, сравнивают текущее значение в зоне реакции с заданными значениями температуры зажигания и при значении температуры в зоне I реакции вьше первого .заданного знаW чения изменяют подачу циркуляционного газа по байпасу на выход колонны синтеза в зависимости от квадрата силы тока, протекающего по спирали нагревателя колонны, с коррекцией параметров настроек регулятора температуры в зоне реакции по степени конIND версии смеси, суммы расходов. смеси и ч1 газа и отношения суммы расходов смеси и газа к перепаду температур на колоине, при значении температуры в зоне реакции ниже первого заданного значения подачу циркуляционного по байпасу на выход колонны синтеза дополнительно егулируют в зависимости от степени конверсии смеси, а при значе(НИИ температуры в зоне реакции выше вто рого заданного значения прекращают подачу циркуляционного газа по байпасу на выход колонны синтеза и подают циркуляционный газ по холодному байпасу.