Способ автоматического регулирования процесса ректификационной очистки смесей от низкокипящих компонентов Советский патент 1989 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

4 О1

о

00

00

сх

Изобретение относится к управлению ректификационными (отпарными) колоннами и может быть использовано, в частности, при автоматизации процесса рчистки смесей, содержащих незначительное количество низкокипящих римесей.

Целью изобретения является стаби- пизация режима работы колонны, сокра Ьение потерь ценного компонента и повьшение качества целевого продукта j На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа автоматического регулирования.

Разделяемая смесь подается на тарелку питания колонны 1. В нижней части колонны 1 расположен кипятильник 2, обеспечивающий подвод необходимого количества тепла, текущее значение которого рассчитывается по показаниям .датчиков температуры 3, 4 и расхода 5, и поддерживается на заданном уровне изменением расхода |теплоносителя с помощью клапана с исполнительным механизмом 6. Регуля- Тор 7, воздействуя на клапан с исполнительным механизмом 8, стабилиз иру- ет расход исходной смеси, анализатор 5 определяет ее состав. В верхней части колонны расположен дефлегматор

:10, обеспечивающий конденсацию паров ;целевого продукта и возвращение их в |колонну в виде флегмы. Датчики 11-13 |измеряют соответственно температуру прямого и обратного потока хладаген- ;та, цир1кулирующего через дефлегматор :и его плотность. Регулятор 14 регу- :лирует расходы хладагента воздейст- :вием на клапан с исполнительньм ме- |ханизмом 15. Регулятор 16 подцержи- 1вает расход паров низкокипящей примеси на заданном уровне с пог5ощью клапана с исполнительным механизмом 17. Датчики 18-20 измеряют соответственно температуру и давление в дефлегматоре и температуру паров перед дефлегматором. Регулятор 21 уровня воздействием на клапан 22 стабилизирует расход, целевого продукта (кубовой жидкости). Сигналы от датчиков состава, расхода давления и температуры подаются на вход цифрового вычислительного устройства 23. Кроме того, в вычислительное устройство 23 вводятся данные о требуемом составе паров, удаляемых из колонны, целевого продукта, а также информация о теплофизических свойствах теплоноси

теля и хладагента, необходимая для расчета текущих значений количества тепла, -подводимого к кипятильнику 2 и отводимого от дефлегматора 10 колонны.

Способ осуществляют следующим образом.

По величин ам расхода и состава исходной смеси вычислительное устройство 23 рассчитывает количество продуктов разделения заданного состава. Расчет производится по уравнению материального баланса, которое, например, по низкокипящему компоненту имеет вид:

0

5

0

L-XL R X +

D-YI

где L - количество исходной смеси,

моль; R - количество кубовой жидкости,

моль;

D количество паров низкокипящего компонента (НК), моль; Х -концентрация НК в исходной

смеси, мол, доли; Х( - концентрация НК в кубовой

жидкости, мол, доли; Yj) -концентрация НК в удаляемых из колонны парах, мол.доли. Из этого уравнения определяется требуемая величина расхода паров НК заданного состава.

D L

D Xf

(2)

На выходе вычислительного устройства 23 формируется сигнал соответствующей величины и подается на регулятор 17 в качестве уставки.

По температуре и давлению в дефлегматоре (измеренным датчикам 18 и 19), а также составу и количеству паров (определенных при расчете процесса), вычислительное устройство 23 рассчитывает требуемое количество тепла, которое необходимо отводить от дефлегматора5 чтобы сконденсировать только пары высококипящего компонента (ВК)о Эта величина складывается из теплоты фазового перехода и количества тепла, которое при этом отдают пары НК. Первая составляющая определяется уравнением Клайперона- Кпаузиуса:

(v - v,)

dT

(3)

где г - теплота фазового перехода.

V 2 - УДельньй объем ВК в исходной (паровой) и конечной (жидкой) фазах соответственно;

Т, Р - температура и давление фазового перехода (температура и давление в дефлегматоре 10),

Вторая составляющая определяется по формуле:

QHK m.c .дТ.

1450838

10

суммы теплот расход хладагента необходимо уменьшить.

Предположим, что температура в де(|шегматоре 10 повысилась. Если . при этом расход НК не увеличится, то давление в дефлегматоре возрастет. При этом согласно уравнению {(3) Кпайперона-Кпаузиуса возрастет теплота фазового перехода. Кроме то- увеличивается и количество тепго,

ш с

() ла, отдаваемого в дефлегматоре 10 где QHK- количество тепла, поглощае- парами НК.

мое парами НК при переводе Для того, чтобы фактическое зна- ВК из паровой в жидкую фазу, 15 чение количества тепла, отводимого

в дефлегматоре 10, привести в соответствие его расчетному значению, т.е. сделать их равными, необходимо увеличить расход хладагента. 20 При уменьшении температуры в дефлегматоре 10 расчетное значение количества тепла, отводимого в дефлегматоре, также уменьшается. При этом уставка регулятора 14 расхода хлад- тьшается текущее значение количества 25 агента скорректирована в сторону

ДТ

-массовьй расход паров НК,

-удельная теплоемкость паров НК,

-разность температур паров НК над верхней тарелкой и в дефлегматоре (10).

По расходу хладагента,. его плотности, теплоемкости температураг и прямого и обратного потоков рассчитепла, отводимого от дефлегматора 10 циркулирующим хладагентом.

Расчет осуществляется по формуле QJ, т,. с,.ДТ, (5)

где Q

,Р

т.

ДТ,

текущее количество тепла, отводимого от дефлегматора 10 циркулирующим хладагентом,

массовый расход хладагента, теплоемкость хладагента, разность температур хлад-.

уменьшения.

Вычислительное устройство 23 по количеству и составу исходной смеси рассчитывает требуемое количество

30 тепла, необходимое для нагревания куба колонны 1, а по температуре грею- : щей воды на входе и выходе кипятильника 2 колонны 1 и ее расходу определяет фактическое значение коли2g чества подводимого тепла. Сравнивая .полученные значения между собой, вычислительное устройство 23 корректирует расход теплоносителя путем воздействия на клапан с исполнительным

агента на выходе и входе

дефлегматора 10.

Далее сравнивается значение требу- „„„ „„

емого количества тепла, которое опре- 40 механизмом 6. деляется как сумма значений, полученных из выражений (3) и (4), и текуще- Формула и го значения, полученного из выражения (1)-. При неравенстве их между Способ автоматического регулиро- собой на выходе вычислительного уст- 45 «ия процесса ректификационной

РОЙСТВа 2л mOnMWn 7 :iT/- ст / тл-ит- гт .

зобретени

ройства 23 формируется сигнал, корректирующий уставку регулятора 14 расхода хладагента.

очистки смесей от низкокипящих компонентов путем регулирования расхода хладагента, отличающий- с я тем, что, с целью стабилизации

При увеличении расчетного значения 50 Режима работы колонны сокращения указанной суммы для сохранения режима потерь ценного компонента и повышения работы колонны (для постоянства рас- качества целевого продукта-, дополни- хода отпариваемого НК и составов при- тельно измеряют температуру и давле- дуктов разделения) необходимо увели- ние в дефлегматоре, плотность хлад- чить величину фактического значения агента и его температуру после дефлегматора, рассчитывают фактическое значение количества тепла, отводимого в дефлегматоре, сумму теплоты фазового перехода и количества

количества тепла, отводимого в дефлегматоре хладагентом. Для этого необходимо увеличить расход последнего При уменьшении расчетного значения

1450838

0

суммы теплот расход хладагента необходимо уменьшить.

Предположим, что температура в де(|шегматоре 10 повысилась. Если . при этом расход НК не увеличится, то давление в дефлегматоре возрастет. При этом согласно уравнению {(3) Кпайперона-Кпаузиуса возрастет теплота фазового перехода. Кроме то- увеличивается и количество тепго,

ла, отдаваемого в дефлегматоре 10 парами НК.

в дефлегматоре 10, привести в соответствие его расчетному значению, т.е. сделать их равными, необходимо увеличить расход хладагента. 20 При уменьшении температуры в дефлегматоре 10 расчетное значение количества тепла, отводимого в дефлегматоре, также уменьшается. При этом уставка регулятора 14 расхода хлад- 25 агента скорректирована в сторону

уменьшения.

Вычислительное устройство 23 по количеству и составу исходной смеси рассчитывает требуемое количество

30 тепла, необходимое для нагревания куба колонны 1, а по температуре грею- щей воды на входе и выходе кипятильника 2 колонны 1 и ее расходу определяет фактическое значение коли2g чества подводимого тепла. Сравнивая .полученные значения между собой, вычислительное устройство 23 корректирует расход теплоносителя путем воздействия на клапан с исполнительным

„„„ „„

40 механизмом 6. Формула и Способ автоматического регулиро- 5 «ия процесса ректификационной

ического регулиро- ктификационной

зобретени

51450838 6

тепла, отдаваемого низкокипящим ком- суммы расход хладагента увеличивают понентом, .и при значении фактическо- а при значении, большем этой суммы, го количества тепла, меньшем этой уменьшают.

Изобретение относится к управлению ректификационными колоннами, может быть использовано при автоматизации процесса очистки смесей,содержащих незначительное количество низкокипящих примесей, и позволяет стабилизировать протекание процесса, сократить потери ценного компонента и повысить качество целевого продукта. При реализации способа -измеряют температуру и давление в дефлегматоре, плотность хладагента и его температуру на выходе и входе дефлегматора Вычисляют сумму теплоты фазового пе- рехода и количества тепла, вьщеляе- мого парами низкокипящего компонента, а также фактическое значение количества тепла, отводимого хладагентом. В зависимости от соотношения указанных величин корректиргует пода-: чу хладагента в дефлегматор. (Л

П .

l/Me8oit Т

ftfitt fT9

npoaj/ff/л