Устройство для автоматического управления процессом ректификации Советский патент 1990 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам контроля и регулирования процесса ректификации, осуществляемого в ректификационных колоннах, и может применяться в нефтеобрабатывакяцей и нефтехимической промышленности в условиях, когда определение качественных характеристик сырья и получаемых продуктов с помощью технических

средств автоматического контроля оказывается невозможным.

Целью изобретения является повышение качества конечного продукта.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства автоматического управления; на фиг. 2 - графические зависимости реакций системы на возмущающее воздействие; на фиг, 3 и4 схемы реализации устройства автоматического, управления для простых и слоных колонн.

В устройство для регулирования простых колонн (фиг. 3) входят датчик 1 температуры низа колонны, регулятор 2, исполнительный механизм 3, датчик 4 температуры на верхней отборной тарелке, регулятор 5 с встро- енным сумматором, исполнительный механизм 6, корректирующий блок 7 и сумматор 8.

В устройство для регулирования сложных колонн входят датчики 9 и 10 температуры снизу и сверху регулируемой тарелки, устройства 11 и 12 компенсации возмущений.

Обоснование принципа работы предлагаемого устройства излагается на основе следующих зависимостей и при Следующих исходных данных: Передаточная функция (ПФ) объекта (колонны) по каналу ср- Т0т

w0e(P) -p+T

ПФ 7Г-регулятора

) Ко+ К3

(1)

Т2Р

(2)

Где К , коэффициенты усиления; Т - постоянные времени соответственно объекта и регулятора (определяются эксперименталь- но) .

ПФ устройства, представленного на фиг. 1, при0 условии W (Р) Wo6-(P)

может быть записана в виде

т (Ж2РлТот .р /ON

J- пт - „ ., /т. тт Iт-Лh

°т 1+WR( 0/Р) или после переноса значения Тот в левую часть т - Р 2w R(P),(PL +

r3H2WR(P)-Woff(P)

+ F

l±w iEllW °llPl 1+2WD(P)Wn,(P)

(4)

Из приведенного уравнения видно, что принцип работы такого устройства при условии F n 0 аналогичен принципу работы простейшего одноконтурного устройства и может быть представлен уравнением

у (Р) (5) Y 6b1 F;-X6 p;i4WR(P))s

так как для предлагаемого устройства при уравнение (5) принимает аналогичный вид:

т Р (P)(P) -от з i+wR(P)Woff(P)

(6)

Если в последнем уравнении осуществлять замену ПФ регупятора и объекта соответствующими выражениями (1) и (2), то

Т Р 2КлКгТ Р+2К,К3 ( .

f эТгр(Т1р + 1)+2К1КгТ Р+2К1К

Из уравнения (7) для установившегося состояния,, т„е. для статики, характеризуемой условием Р 0, определяются функциональные возможности устройства по воспроизводимости сигнала задания:

т р KjKj от 3

(8)

Т..«Е

откуда видно, что только после подключения сигнала задания второму сумматору и при условии отсутствия воз-1- мущения обеспечивается его идеальная воспроизводимость устройством.

Поскольку принцип работы предлагаемого устройства в автоматическом режиме основывается на идеи,, которая заключается в том, что сигнал задания, подаваемый извне, в процессе работы устройства стабилизируется, т„е. РЗ 0, то функциональные возможности устройства по подавлению возмущения могут быть определены уравнением (4)з а точнее вторым слагаемым этого уравнения:

т F (P)Wj,p) m

от пь--2«к(Р)-Уов-(Р) W

которые после подстановки выражений (1) и (2) примет вид

(TiP+i)+KiKjTsP- -K.,K3 or 1Р+1)+2К К Т Р: :2к7Кз°

(10)

В статике, при Р О, из уравнения (10) получим

То | 3;-гпоэ5. (11)

Аналогичным образом при РЗ 0 для устройства, изображенного на фиг„ 1s можно вывести и зависимость от возмущения в статике сигналов f и ц

или G cp и Gop:

--±или

г -

|,™ -4- Н--

1 OPfflir

п К

с,- -Гп ---I

2К

или

+F,

1

- -4-М - -.-. - - ,

OR гп 2К

Из уравнений (11) и (13) видно, что предлагаемое устройство осуществляет компенсацию возмущения на 1/2 его часть и обеспечивает тем самым эквивалентное изменение как задания регулятору температуры на отборной тарелке, так и расхода орошения.

Принцип работы такого устройства при условии, что влияние температуры под и/или над отборной тарелкой отсутствует, заключается в следующем. Увеличение РП, т.е. теплосодержания паров, вызванное изменением Кс или Gc, всегда приводит к необходимости увеличения расхода орошения (фиг. 2). Увеличению расхода орошения предшествует уменьшение сигнала if, направленное на открытие исполнительного механизма (ИМ), установленного на линии орошен ия,

Однако уменьшение сигнала (/ приводит одновременно и к увеличению сигнала Р, т.е. корректирующего воздействия, направленного на увеличение задания регулятору температуры на отборной тарелке.

Увеличение сигнала Р , приводящее к увеличению задания регулятору температуры, а затем и температуры на отборной тарелке способствует некоторому снижению расхода орошения. В результате, моменту завершения переходных процессов в системе, вызванных наличием возмущенного воздействия, т.е. изменением РП на величину +4Fn, всегда соответствует новое установившееся состояние, при котором значения сигналов Сори Т от отличаются от исходных (при4Рп 0)на эквивалентные вели

чины +ЛС0р и+дТот.

Величина ДС0. всегда составляет 1/2 часть величины

ЙСдд , т.е. 1/2 часть того отклонения, которое имеет место при работе простейшего одноконтурного устройства (5), а отклонение температуры на отборной тарелке, т.е. величина ЭТОТ, соответственно 1/2 часть величины

10

25

30

15

20

35

40

45

50

55

д Гот . Значения показателя качества продукта практически не изменяются, так как увеличение температуры на отборной тарелке компенсируется эквивалентным увеличением расхода орошения .

Промышленная реализация устройства для простых колонн заключается в

следующем, i

Измеренная датчиком 1 температура низа колонны стабилизируется с помощью регулятора 2 и исполнительного механизма 3, установленного на линии I теплоносителя (или орошения) в колонну (фиг.З). Температура на верхней отборной тарелке измеряется датчиком 4, выход которого поступает на регулятор 5, реализующий Т-закон регулирования.

До момента подключения корректирующего сигнала выходной сигнал регулятора 5 поступает только на исполнительный механизм 6, установленный на ликин орошения II в колонну, т.е. обратная связь регулятора 5 через корректирующий блок разомкнута. После вывода системы на заданный режим, при котором показатель качества продукта отвечает требованиям, сигнал задания извне, т.е. сигнал Р , фик- сирзгется, и производится замыкание обратной связи, т.е. выход корректирующего блока 7 через дополнительный сумматор 8 подключается на вход сумматора, встроенного в ТГ-регулятор.

Последующее изменение сигнала РЗ производится лишь при необходимости введения корректив в управление, связанных с изменением требований к качеству получаемого продукта.

Для сложных колонн при изменяющихся значениях температур над и/или под регулируемой тарелкой (рассматривается общий случай на примере управления температурой бокового погона путем изменения расхода промежуточного орошения IV) сигналы от датчиков 1 и 2 (фиг. 4), измеряющих температуру соответственно под и над регулируемой тарелкой, поступают на устройства компенсации указанных возмущений 3 и 9, откуда на вход сумматора 8 (где I, III и V - отбираемые продукты, II - верхнее орошение).

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства при управлении процессом ректификации по сравнению с известными зналогами достигается за счет сокращения элементной базы и исключения необходимости оценки стохастических связей, так как величину корректирующего сигнала определяют однозначно - она всегда равна 1/2 части величины отклонения (относительно установившегося значения) сигнала на выходе регулятора температуры на отборной тарелке или же расхода орошения.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления процессом ректификации, содержащее датчик температуры верха сложной ректификационной колонны, ре

гулятор с встроенным сумматором, выход регулятора соединен с входом исполнительного механизма и входом блока коррекции, выход второго сумматора соединен с первым входом первого сумматора, первый вход первого сумматора соединен с выходом задатчика, отличающееся тем, что, с целью повышения качества конечного продукта, в его состав дополнительно введены датчик температуры низа сложной ректификационной колонны и первый и второй компенсаторы, при этом выходы датчиков температуры верха и низа сложной ректификационной колонны через первый и второй компенсаторы соединены с первым и вторым входами второго сумматора.

Изобретение относится к устройствам для контроля и управления процессом ректификации, осуществляемым в ректификационных колоннах в условиях, когда определение качественных характеристик сырья или же получаемых продуктов с помощью технических средств автоматического контроля на потоке не представляется возможным. Целью изобретения является повышение качества конечного продукта. Устройство в свой состав включает датчик измеряемого параметра, например датчик температуры на отборной тарелке, регулирующий блок, выход которого поступает на исполнительный механизм, установленный на линии орошения и одновременно через корректирующий блок выполняющий функцию модели объекта, вновь на вход этого регулирующего блока - устройства, обеспечивающего поддержание заданной четкости разделения в условиях, когда наблюдаются неконтролируемые изменения состава используемого сырья. Цель изобретения достигается тем, что известное устройство после замены в нем блока, реализующего П-закон регулирования на ПИ-регуляторе, дополняется блоком (или блоками) стабилизации или компенсации температуры на ниже и выше расположенных отборных тарелках, используется в качестве устройства регулирования температуры на отборной тарелке, значение которой автоматически корректируется в зависимости от возмущения. 4 ил.

Фиг.1

Фиг.З

Составитель А„Прусковцев Редактор Н.Гунько Техред М.Ходанич

Заказ 1811

Тираж 560

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CQCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„, д. 4/5

t

Фиг.1.

Корректор А.Обручар

Подписное