Устройство для автоматического управления многосекционной установкой экстрактивной ректификации Советский патент 1989 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

1

(21)4215826/23-26

(22)26.03.87

(46) 23.09.89. Бюл. К 35

(72) В.Ио Веретин, Г.В. Ануфриева,

Т.е. Подольский, В.Р. Тучинский,

И„И. Горбачев, А.А. Евтушенко

и Н.И. Савельев

(53) 66.012„52(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

|Р 116.8267, кл. В. 01 D 3/42, 1984.

Производство бутадиена одностадийным регидрированием бутана под ; вакуумом. Технологический регламент. Гидрокаучук. - Мо, 1986, с. 16-21.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСЕК1ЩОНИОЙ УСТАНОВКОЙ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКА1ЩИ (57) Изобретение относится к средствам управления технологическими процессами, в частности получения бутадиена и изопрена в производстве синтетического каучука, и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промьшшен- ности. Целью изобретения является снижение удельных расходов зкстраген- та и греющего пара за счет повышения точности управления. В состав уст-

Изобретение относится к средствам управления технологическими процессами , в частности, получения бутадиена и изопрена в производстве синтетического каучука и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Целью изобретения является снижение удельных расходов экстрагента и греющего пара за счет повышения точности управления. В состав устройства входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонна 3, кипятильник 4, датчики 5, 6 расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, датчики 7-10 расхода экстрагента в смеситель-отстойник, расхода экстрагента в колонну, расхода флегмовой жидкости, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, датчики 11-13 температуры экстрагента на выходе холодильника, смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну и паров на верхней контрольной тарелке колонны, датчики 14-16 расхода, давления и температуры греющего пара в кипятильник, датчики 17-19 уровня на верхней глухой тарелке, раздела фаз в смесителе-отстойнике и температуры в кубе колонны, регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника, температуры смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну, температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны, уровня и раздела фаз, блок 30 потенциального содержания целевого компонента, сумматоры 31 и 32, корректор 33, компенсатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны 36-42 с исполнительными механизмами. 1 ил.

Л{

g

сл

Юо

ройства входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонка 3, кипятильник 4, датчики 5, 6 расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, датчики 7-10 расхода экстрагента в смеситель-отстойник, расхода экстрагент в колонну, расхода флегмовой жидкости, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды, подаваемой на смешение с экстраген- том, датчики 11-13 температуры экстрагента на выходе холодильника, смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну и паров на верхней контрольной тарелке колонны, датчики 14-16 расхода, давления и температуры греющего пара в кицятильИзобретение относится к средствам управления технологическими процессами, в частности полз чения бутадиена и изопрена в производстве синтетического каучука, и может быть использовано к нефтехимической, химической и других отраслях промышленности .

Цель изобретения - снижение удельных расходов экстрагента и грерцего пара за счет повьш ения точности управления..

На чертеже изображена принципиальная схема промьшщенной установки экстрактивной ректификации бутан-бутилен-бутадиеновой фракции и схема устройства для ее управления.

В состав установки входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонна 3, которая разделена на секции глухими тарелками (по жидкости), насосы (не noKasaHbiJH кипятильник 4/о Устройство содержит датчики расхода 5 и концентрации 6 целевого компонента в питании KOrtoHHbi, датчики расхода экстрагента (ЭА) 7 в смеситель-отстойник 2, расхода ЭА 8 в колонну 3, расхода флегмовой жидкости (ФЖ) 9, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды 10, подаваемой на смешение с ЭА, датчики температуры ЭА 11 на входе холодильника 1, смеси ЭА и ФЖ 12 на входе в колонну и паров 13 на верхней контрольной тарелке колонны 3 (в укрепник, датчики 17-19 уровня на верхней глухой тарелке, раздела фаз в смесителе-отстойнике и температуры в кубе колонны, регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 расхода воды, подаваемой на смешение с экст- рагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника, температуры смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну, температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны, уровня и раздела фаз, блок 30 потенциального содержания целевого компонента, сумматоры 31 и 32, корректор 33, компенсатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны 36-42 с исполнительными механизмами

1 ИЛо

ляющей секции), датчики расхода 14,

давления 15 и температуры 16 греющего пара в кипятильник 4, датчики уровня 17 на верхней глухой тарелке, раздела фаз 18 в смесителе-отстойнике 2 и температуры 19 в кубе колонны Зу. регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 соответственно расхода воды, подаваемой на смешение с ЭА, температуры ЭА на выходе холодильника 1, teмпepaтypы

смеси ЭА и ФЖ на входе в колонну 3, температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны 3, уровня и раздела фаз, блок 30 потенциального содержания целевого

компонента (БПСЦК), многовходовые

сумматоры 31 и 32, корректор 33, компенсатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны 36-42 с исполнительными механизмами.

В качестве датчиков и нормирующих преобразователей, используемых для реализации предлагаемого устройства, могут быть использованы аналоговые приборы из номенклатуры промышпенной электропневмоавтоматики, а в качестве регуляторов 20-29, блока 30 БПСЦК, сумматоров 31 и 32, корректора 33, компенсатора 34 и умножителя 35 могут быть использованы как аналоговые регулирующие и функциональные блоки, например, приборы электрической унифицированной системы автомати- ческого регулирования КАСКАД-2 и аналоговых комплексов, так и цифровые

51509

приборы на базе микропроцессоров и микроэвм, например типа ПРОТАР.

Устройство работает следующим образом.

Пары питания поступают в колонну 3. При этом сигналы о расходе питания и концентрации целевого компонента (бутадиена), измеренные датчиками

5 и 6, поступают на блок 3.0, где пе

ремножаются с цепью определения потенциального содержания целевого компонента. Экстрагент в виде смеси циркулирующего регенерированного и свежего ацетонитрила подается на вхо холодильника 1. На смешение с ЭА додается также умягченная вода, расход которой изменяется клапаном 36 в соответствии с управляющими сигналами, которые формирует пропорционально-интегральный регулятор 23 в зависимости от отклонения расхода, измеренного датчиком 10, от заданного значения, задаваемого корректором 33 После холодильника 1 поток ЭА, охлажденный до определенной температуры, разделяется на две части: большая часть (70-80% от общего расхода) направляется через клапан 37 на вход смесителя-отстойника 2, куда также подается ФЖ, отбираемая через клапан 38 с верхней глухой тарелки колоншя а оставшаяся часть ЭА направляется на вход колонны 3 через клапан 39, установленный на шунтируияцей линии; Регулятор 20 соотношения обеспечива

ет определенное соотношение между расходом ЭА F ,измеряемым датчиком 7, и величиной потенциального содержания целевого компонента в пи1АК

тании FJJ , рассчитываемой блоком 30, путем воздействия на клапан 37 в соответствии с законом

ПА

19А

У„., +К,(Е„-Е„., ), (1)

де Е,

C p Jl -Fj,

К

п

FwQ

Ц

сигнал отклонения в момент времени (,1,2...)| интервал дискретности;заданный коэф- фи1щент соотношения расходов; потенциальное содержание целевого компонента;

О

ЦК

расход и концентрация целевого компонента в пиК,К,

0

0

j

- коэффициенты настройки регулятора.

Регулятор 21 соотношения по информации от сумматора 31 вырабатывает последователь ость управлякщих сигналов на клапан 39, который изменяет расход ЭА в колон ну по следующей зависимости:

2Эй УП У,., +Kj(,

(2)

ЦК

.ЭА

где-Е„ С F, -F

К, К

сигнал отклонения;

суммарный расход ЭА;

коэффициенты настройки регулятора.

В смесителе-отстойнике 2 происхо- 5 дит перемешивание и последукнцее расслаивание смеси на два слоя: верхний слой - углеводород-ацетонитрильный и нижний - водный слой, содержащий соли и другие малорастворимые в ЭА 0 вредные примеси. Водный слой из отстойной зоны непрерывно выводится через клапан 40 на дальнейшую переработку. При этом регулятор 29, который .работает совместно с датчиком 18, обеспечивает стабилизацию уровня раздела фаз в отстойной зоне. Очищенный от примесей углеводородацетонитриль- ный слой с выхода смесителя-отстойника объединяют с частью ЭА, пос-ту- п пакщего через шунтирующую линию с клапаном 39, и смесь направляют на вход колонны Зо Температура смеси измеряется датчиком 12. Регулятор 25, получая импульсы от датчика 12, изменяет заданна регулятору 2А тем5

5

пературы на выходе

(

холо,ц1 льника

т, .-т) +

КбЕ,

1: (3)

яе Т,

и т:, 0

Е

п

п п

5

тe mepaтypa смеси ЭА и ФЖ на входе Б колонну, измеренная в моменты времени п-1 и п; сигнал отклонения; параметры настройки.

Kj, Kg

В зависимости от сигнала отклонения зада11Ия Т „ от величины температуры Т| на выходе холодильника 1, определяемой по информации от датчика

71509103

11, пропорционально-интегральный регулятор 24 изменяет расход хладагента в холодильник 1, воздействуя на клапан 41. Величина упоавляюшего сигнала Т корректируется регулято- i

ром 27 в зависимости от отклонения температуры на верхней контрольной тарелке колонны от заданного регламентного значения;

10

где Т

„ff

к

Т и Т

ч.. K.d -.т ), (4)

Iзаданная и измеренная температура на рерхней контрольной тарелке} положительный коэффициент настройки.

По

отношению к управляющему воздействию , температура смеси Т имеет меньшее время запаздьшания и самовыравнивания, чем регулируемая величина температуры Т, измеряемая по сигналам от датчика 13. В колонне 3 происходит разделение исосодной сме си на низкокипяпще углеводороды (бу- танбутилены), выводимые из головной части верхней секции колонны, и высококипящий целевой компонент (бутадиен, сьфец), который десорбируется из насыщенного ЗА и отводится с боковым погоном на дальнейшую очистку. Поток внешней флегмы, подаваемой на пределительиую тарелку, взаимодействует с поднимающимся горячим паром, и скапливающаяся на верхней глухой тарелке яаедкость возвращается насосом в смеситель-отстойник 2 для очистки от примесей. Уровень ФЖ на верхней глухой тарелке измеряется датчиком 17 в при отклонении величины уровня от заданного значения регулятор 28 восстанавливает нарущенное равновесие, воздействуя на клапан 38 в со

ответствии со стандартным пропорционально-интегральным законом регулирования.

Десорбированный ЗА (ацетонитршт) из куба колонны 3 поступает в кипятильник 4 и в контур циркулирующего ЭА. Расход греннцего пара в кипятильник 4 определяется с помощью измерителя расхода, состоящего из датчиков 14-16, компенсатора 34 и умножителя 35, в соответствии с формулой

С„ В,

(5)

F

п п П - выходной сигнал умножителя 35;

8

рй . .

-А А( выходной сигнал датчика f

14 расходомера переменного перепада;

А - константа, характерная для данного канала измерения расхода; й.Р„ - сигнал, пропорциональный

перепаду давления на сужающем устройстве датчика 14 расходомера;

(рп/р) - выходной сигнал компенсатора 34;

В

0

5

Р

Const

,р„+ь,,т„+ь,рл+цр„2 -ь5т; фактическое значение плотности пара;

-номинальное значение плотности (вводится от задатчика, который на схеме не указан);

-давление и температура пара, измеряемые датчиками 15 и 16;

и

о

- I

- константы.

Сформированшлй на выходе умножи0

5

5

0

теля 35 сигнал F

пропорциональный

скорректированному значению расхода пара, поступает на первьй вход регулятора, 22 соотношения расходов. Регулятор 22 обеспечивает подачу грекщего пара в кипятильниках 4, воздействуя на клапан 42 в соответствии с модифицированным пропорционально-интегральным законом регулирования

У„ У„., +Kg(F;;., -F), (6) Д« Е, -F

F.

4

n

5

Kg, K

0

5

сигнал отклонения в момент времени п; выходной сигнал сумматора 32| расход ФЖ, измеряемый датчиком 9; параметры настройки регулятора.

Величину коэффициента соотношения Cj для формулы (6) регулятор 27 периодически уточняет в зависимости от отклонения от заданного значения температуры Т в кубе колонны 3, измеряемой датчиком 19:

)Д7) в ку с.

К kn

где Т,

- заданная температура бе;

к ,g - коэффициент настройки регулятора.

При первоначальном включении каналов регулирования соотношения расходов устройство обеспечивает бестЬлч- ковый режим работы, когда задание для коэффициента соотношения автоматически устанавливается равным отношению ведомого расхода (суммы расходов) к ведущему параметру в начальный момент времени п О, т.е.

У ГГF

(о- рцТГ- CjQ- .(8)

Для других контуров регулирования (уровня, температуры, расхода) величина задания в первоначальный момент включения приравнивается текущей величине регулируемой переменной данного контура, а сигнал отклонения, поступающий на вход соответствующего регулятора, при этом принимает нулевое значение. На последующих тактах

15 которого соединен с вторым входом второго регулятора соотношения и с первым входом второго сумматора, второй вход первого регулятора соотношения соединен с выходом первого дат20 чика расхода экстрагента, контуры регулирования расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника-, УРОВНЯ раздела фаз на выуправления величина задания для любо- 25 ходе из смесителя отстойника, состоя- го регулятора может быть скорректиро- щих из датчика, регулятора и клапана, вана как в результате работы вьппестоя- датчик расхода флегмо вой жидкости, щего контура, так и в ручном режиме от отбираемой с глухой тарелки, послезадатчика (не показаны).

Применение изобретения повышает точность управления соотношением расходов ЭА и воды, соотношением расходов ЭА и Ф)К на входе в смеситель- отстойник, что обеспечивает более долдовательно соединенные датчик и 30.регулятор температуры на верхней контрольной тарелке и температуры в кубе колонны, третий регулятор соотношения, первый и второй выходы которого соединены с выходами умножиную очистку смеси от примесей, увели- 35 теля и второго сумматора, задающий чение селективности ЭА и снижение в конечном итоге удельного расхода ЭА в среднем на 4% Кроме того, более полная очистка от примесей предотвращает вьшадение твердых осадков на 40 тарелках колонны.

Введение регулирования температуры смеси ЭА и ФЖ на входе в колонну с коррекцией по температуре на контвход третьего регулятора соотношения соединен с выходом регулятора температуры в кубе колонны, а выход с клапаном на линии подачи пара в колонну, первый вход умножителя сое динен с датчиком расхода греющего пара, второй вход - с выходом компе сатора, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиков

рольной тарелке, регулирование расхо да греющего пара с коррекцией по его давлению и температуре и в соотношении с расходом ФЖ способствует также повышению-точности управления темпе- ратур1шм режимом колонны, что обуславливает снижение.удельного расхода пара в среднем на 2%.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления многосекционной установкой экстрактивной ректификации, содержащее датчики расхода и концентрации

-

910310

целевого компонента в питании

колон-первым и вторым входами блока потенциального содержания целевого компонента, выход которого соединен с первыми входами первого и второго регуляторов соотношения, выходы которых соединены соответственно с клапанами подачи

10 экстрагента в. смеситель-отстойник и колонну, первый и второй датчики расхода экстрагента, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выход

15 которого соединен с вторым входом второго регулятора соотношения и с первым входом второго сумматора, второй вход первого регулятора соотношения соединен с выходом первого дат20 чика расхода экстрагента, контуры регулирования расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника-, УРОВНЯ раздела фаз на вы25 ходе из смесителя отстойника, состоя- щих из датчика, регулятора и клапана, датчик расхода флегмо вой жидкости, отбираемой с глухой тарелки, последовательно соединенные датчик и 30.регулятор температуры на верхней контрольной тарелке и температуры в кубе колонны, третий регулятор соотношения, первый и второй выходы которого соединены с выходами умножителя и второго сумматора, задающий

вход третьего регулятора соотношения соединен с выходом регулятора температуры в кубе колонны, а выход с клапаном на линии подачи пара в колонну, первый вход умножителя соединен с датчиком расхода греющего пара, второй вход - с выходом компенсатора, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиков

давления

и температуры греющего пара, отличающееся тем, что, с целью снижения удельных расходов экстрагента и греющего пара за счет повьш1ения точности управлеьшя, в -его состав дополнительно введены корректор и последовательно соединенные датчик и регулятор температуры смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну, при этом вход корректора соединен с выходом первого датчика расхода экстрагента, а выход с задающим входом регулятора расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, вькод регуля11 , 150910312

тора температ ы на контрольной тарел-задающим входом регулятора температуке соединен с эадакнцим входом регу-ры экстрагента на выходе холодильнилятора температуры смеси экстрагентака, а выход датчика расхода флегмои флегмоной жидкости ра входе в ко-вой жидкости соединен с вторым входом

лонну, выход которого соединен свторого сумматора.