Способ управления процессом ректификации Советский патент 1988 года по МПК B01D3/42 

4

4

СО

со ю

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности протекания процесса, увеличение производительности и снижение энергетических затрат на его проведение.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу управления процессом ректификации при переменном составе и расходе питания регулируется расход флегмы, греющего пара и величина свободного сечения тарелок регулируется таким образом, что тарелка работает в режиме, близком к режиму захлебывания, что обеспечивает максимальную эффективность работы.

На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит колонну 1 с провальными тарелками 2 переменного сечения, датчики 3 и 4 расхода и состава смеси соответственно, преобразователи 5 и 6, системы 7-25 формирования сигналов управления. На линии подачи флегмы установлен датчик 26 расхода, преобразователь 27 и регулятор 28 расхода. На линии подачи теплоносителя установлен датчик 29 расхода пара преобразователь 30 и регулятор 31 расхода. На контрольных тарелках верхней и нижней частях колонны установлены датчики 32 и 33 температуры с преобразователями 34 и 35. Каждая тарелка снабжена преобразователем 36 и исполнительным механизмом 37.

Сигналы регулирования формируются следующим образом: с датчиков 3 и 4 расхода и .состава смеси сигнал поступает в преобразователи 5 и 6. С преобразователей 5 и 6 сигналы поступают в блоки 7 и 8 сравнения. В блоке 8 сравнивается сигнал Х-р, соответствующий текущему значению концентрации в питающей смеси, и опорный сиг- пал X, соответствующий номинальному значению состава пи тания, на выходе блока 8 формируется синал Хг Xf -Х. Блок 7 сравнивает сигналы F и FO, соответствующие текущему и номинальному значению расхо- да разделяемой смеси. На выходе блока 7 формир ется сигнал . Значение сигналов Хг и F используется для формирования сигналов, соответствующих значению свободного сечения тарелок 5св2, расходу флегмы Lcp и расходу теплоносителя Q, со- гласно следующим соотношениям, полученным на основе моделирования на ЭВМ работы ректификационной колонны:

L :L° KiXF+K2F; Q Qo+l,X,K,F; Scsi S°Bi- -R(K5Xf- K6F). Сигнал L формируется следующим об- азом: из блока 12, который производит

5

-

0

г 0 0

5

операцию умножения и на выходе формирует сигнал /CiXp, и блока 9, производит операцию умножения KzF, сигналы поступают в сумматор 18, где происходит их сложение с опорным сигналом Х4, соответствующим номинальному значению расхода флегмы. Из сумматора 18 сигнал поступает в преобразователь 27, из которого сигнал поступает на регулятор 28 расхода. Сигнал Q формируется следующим образом: из блока 14 и 11, которые произ; водят операции умножения КзХг и , сигналы поступают в сумматор 17, где происходит их сложение с опорным сигналом Qo, соответствующим номинальному значению расхода теплоносителя. Из сумматора 17 сигнал поступает в преобразователь 30 и регулятор 31 расхода теплоносителя.

Для верхней части колонны сигнал 5св, формируется следующим образом: из блоков 13 и 10, котррые производят операцию умножения КъХр и KeF, сигналы поступают в блок 19 суммирования, откуда сигналы поступают в блок 20 управления. Сигнал от датчика 32 температуры на контрольной верхней тарелке через преобразователь 34 поступает в дифференцирующий блок 22, с выхода которого сигнал поступает в блок 21, который производит формирование сигнала

7С 1+С--, поступающего в блок 20, где ас

Происходит операция умножения сигналов с блоков 19 и 21. В блоке 15 происходит суммирование сигнала из блока 21 с опорным сигналом Scai, соответствующим но.минально- му значению свободного сечения тарелки. Сигнал подается на преобразователь 36 и исполнительный механизм 37, который изменяет свободное сечение тарелки. Аналогично происходит формирование сигнала регулирования для свободного сечения тарелок нижней части колонны. Сигнал формируется в блоках 16,23-25. На схеме изображена система управления только для одной тарелки верхней и нижней части колонны, для остальных тарелок построение системы управления аналогично (блоки 15,20-22 для верхней части колонны и блоки 16,23-25 для нижней части колонны).

Управление процессом ректификации осуществляется следующим образом.

При отклонении расхода исходной смеси (например, при увеличении) от номинального сигнал от датчика 3 расхода через преобразователь 6 попадает в блок 7, который определяет величину этого отклонения, в данном случае она больше нуля. Вследствие того, что состав смеси не изменяется, сигнал с блоков 8,12-14 равен 0. В блоках- сумматорах 17-19 сигнал на выходе увеличивается. Следовательно, увеличиваются расходы теплоносителя и флегмы и свободное сечение тарелок. Свободное сечение тарелок увеличивается, так как увеличиваются потоки жидкости и пара по колонне. В новых гидродинамических условиях тарелка работает в режиме, близком к режиму захлебывания, что обеспечивает максимальную эффективность работы тарелки. Вследствие этого разделительная способность колонны максимальна, что позволяет получить максимальное количество продукта заданного состава при наименьших энергетических затратах.

При изменении концентрации разделяемой смеси (например при увеличении концентрации легколетучего компонента) сигнал с датчика 4 состава смеси через преобразователь 5 попадает в блок 8, где определяется отклонение концентрации смеси от номинального значения (в данном случае оно больше нуля). Вследствие того, что расход не меняется, с выходов блоков 7, 9, 10, 11 сигнала нет. С выходов сумматоров 17-19 сигналы увеличиваются. Следовательно, увеличиваются расходы теплоносителя и флегмы и свободное сечение тарелок, чтобы обеспечить при новых значениях расходов пара и жидкости максимальную эффективность работы тарелок.

В предлагаемом способе предусмотрена коррекция свободного сечения тарелок по температурам на контрольных тарелках верхней и нижней частях колонны. Это обусловлена тем, что при изменении состава или расхода разделяемой смеси колонна определенное время работает в переходном режиме, когда происходит незначительное изменение концентраций на тарелках колонны. Это изменение концентрации влияет на физические свойства жидкости на тарелках

(плотность, вязкость, поверхностное натяжение), которые влияют на гидродинамический режим работы тарелки, а следовательно, на ее эффективность. Жидкость на тарелках

находится при температуре кипения, которая определяется значением концентрации. Следовательно, по величине изменения температуры можно судить об изменении, физических свойств жидкости на тарелках и

использовать в качестве корректирующего параметра свободного сечения тарелок. Коррекция происходит следующим образом. Если температура на тарелке увеличивается (это означает, что концентрация низкокипящего компонента уменьшается), необходимо

увеличить свободное сечение тарелки (для системы этанол-вода). Когда колонна выходит в стационарный режим, с выхода блоков 22 и 25 сигнал равен О и никакой коррекции не происходит.

20

Формула изобретения

Способ управления процессом ректификации путем регулирования расхода флегмы и греющего пара в зависимости от 5 состава и расхода разделяемой смеси и температуры на тарелках колонны, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат и улучшения качества регулирования по составу и расходу разделяемой смеси, дополнительно регулируют

0

массу жидкости на тарелках путем изменения свободного сечения тарелок с коррекцией по его температурам на контрольных тарелках в верхней и нижней частях колонны.

5

Ir

Изобретение относится к способам автоматического управления ректификационными процессами и позволяет повысить эффективность процесса путем увеличения его производительности и снижения энергетических затрат на его проведение. Предложенный способ управления заключается в регулировании расхода флегмы, греющего пара и массы слоя жидкости на тарелках в зависимости от состава и расхода разделяемой исходной смеси с коррекцией по температурам на контрольных тарелках в верхней и нижней частях колонны путем изменения свободного сечения тарелок. 1 ил.