Способ управления процессом переработки газов дистилляции в производстве карбамида Советский патент 1991 года по МПК C07C273/04 G05D27/00 

1

(21)4684146/26 (22) 26.04,89 (46)07.08.91. Бюл.№ 29

(71)Государственный всесоюзный центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации

(72)Л.П.Ляшенко, В.Н.Игнатов, А.С.Виноградов и В.Я.Головин

(53)66.012-52 (088.8)

(56)Синева К.Н. и др. Производство карбамида.-М.:Химия, 1970, с.287.

Авторское свидетельство СССР № 452558, кл.С 07 С 127/04, 1974.

(54)СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВ ДИСТИЛЛЯЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ КАРБАМИДА

(57)Изобретение относится к автоматическому управлению химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства карбамида и позволяет повысить производительность процесса. Способ заключается в регулировании температуры раствора углеаммоний- ных солей (У А С) на выходе из промывной колонны изменением расхода жидкого аммиака. Алгоритм управления заключается в

следующем: измеряют расходы воздухе, диоксида-углерода на входе в колонну синтеза, расход жидкого аммиака на входе в эжектор, температуру плава на выходе ди- стилляционной колонны низкого давления, давление дистилляции второй ступени, задают степень отгона аммиака, разложения карбамата аммония в колонне дистилляции среднего давления, рассчитывают неизмеряемые параметры: покомпонентный расход газового потока, покомпонентный и общий расход потока плава на входе в колонну, дистилляции среднего давления, расход газовой фазы на выходе из колонны дистилляции среднего давления, степень отгонки аммиака и диоксида углерода в колонне дистилляции низкого давления, покомпонентный расход газо-жидкостной смеси на входе в промывную колонну, по этим значениям определяют требуемую температуру раствора УАС на выходе промывной колонны в зависимости от заданного соотношения концентраций аммиака и воды в растворе УАС и в соответствии с рассчитанной требуемой температурой раствора УАС изменяют расход жидкого аммиака. 1 ил.

г

fe

О Os 00 GJ СЛ

Изобретение относится к области автоматического управления химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства карбамида и позволяет повысить производительность процесса. Способ заключается в регулировании температуры раствора углеаммонийных солей (УАС) на выходе из промывной колонны изменением расхода жидкого аммиака. Алгоритм управления заключается в следующем: измеряют расходы воздуха, диоксида углерода на входе в колонну синтеза, расход жидкого аммиака на входе в эжектор, температуру плава на выходе дистилляционной колонны низкого давления, давление дистилляции второй ступени, задают степень отгона аммиака, разложения карбамата аммония в колонне дистилляции среднего давления, рассчитывают неизмеряемые параметры: покомпонентный расход газового потока, покомпонентный и общий расходы потока плава на входе в колонну, дистилляции среднего давления, расход газовой фазы на выходе из колонны дистилляции среднего давления, степень отгонки аммиака и диоксида углерода в колонне дистилляции низкого давления, покомпонентный расход газожидкостной смеси на входе в промывную колонну, по этим значениям определяют требуемую температуру раствора УАС на выходе промывной колонны в зависимости от заданного соотношения концентраций аммиака и воды в растворе УАС и в соответствии с рассчитанной требуемой температурой раствора УАС изменяют расход жидкого аммиака. 1 ил.

Изобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов и может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства карбамида.

Цель изобретения является повышение производительности процесса.

На чертеже представлена схема, поясняющая предлагаемый способ.

Газообразная двуокись углерода по трубопроводу 1 и небольшое количество воздуха по трубопроводу 2, смешиваясь, поступают по трубопроводу 3 в колонну 4, синтеза в которую из эжектора 5 по трубопроводу 6 поступает жидкий аммиак с раствором карбамата аммония. Плав из отделения синтеза, содержащий карбамид, карбамат аммония, воду, непрореагировавший аммиак, двуокись углерода, пройдя ряд аппаратов, дросселируется и по трубопроводу 7, а также неконденсированные газы из отделения синтеза по трубопроводу 8 поступают в колону 9 дистилляции среднего давления. Здесь происходит разложение карбамата аммония на аммиак и двуокись углерода за счет тепла, подводимого конденсатором высокого давления. Плав карбамида собирается в нижней части колонны 9 и по трубопроводу 10 направляется в колонну 11 дистилляции низкого давления, где как и в колонне 9 поддейст- 1 вием подводимого тепла осуществляется разложение остаточного карбамата аммония на аммиак и двуокись углерода, Газы дистилляции низкого давления по трубопроводу 12 поступают в конденсатор 13, предназначенный для абсорбции газов. Жидкая фаза с концентрацией карбамида 72-75% по трубопроводу 14 направляется в отделение выпарки. В конденсатор 15 по трубопроводу 16 подаются газы дистилляции среднего давления, где осуществляется частичная абсорбция-конденсация газов дистилляции потоком раствора углеаммо- нийных солей со ступени дистилляции низкого давления. Газожидкостную смесь из межтрубного пространства конденсатора 15 по трубопроводу 17 направляют в промывную колонну 18, в которой получают ре- циркулируемый в реактор синтеза карбамида раствор углеаммонийных солей, поступающих по трубопроводу 19. Промывная колонна 16 оро шается жидким аммиаком из трубопровода 20. t , Система управления процессом состоит из датчика 21 расхода воздуха на входе в колонну 4 синтеза, датчика 22 расхода двуокиси углерода на входе в колонну 4 синтеза, датчика 23 расхода жидкого аммиака на входе в эжектор 5, датчика 24 давления газовой фазы на выходе из колонны 11 дистилляции низкого давления, датчика 25 температуры плава карбамида на выходе из колонны 11 дистилляции низкого давления, датчика 26 температуры раствора угле- аммонийных солей на выходе из промывной колонны 18, воздействующего на клапан 27 расхода жидкого аммиака через вычислительное устройство 28 и регулятор 29.

Случайные изменения нагрузки, колебания технологического режима отделения синтеза карбамида, количество и состав газов дистилляции среднего давления, а также состав раствора углеаммонийных солей низкого давления изменяются, что влечет за собой изменение количества и состава газожидкостной смеси, подаваемой в колонну 18, а также температуры раствора углеаммонийных солей на выходе из колонны 18, вследствие чего меняется состав углеаммонийных солей, что непосредственно

влияет на процесс синтеза карбамида.

Способ управления процессом переработки газов дистилляции осуществляется следующим образом.

По сигналам от датчиков 21-23 соответственно расхода воздуха G воз. расхода дву- окиси углерода в колонну А синтеза G д.у, расхода жидкого аммиака в эжектор 5 G ж.а, а также на основании уравнений материального баланса и математических

моде лей аппаратов определяют покомпонентный расход газового потока Ge, поступающего по трубопроводу 8 в колонну 9. Газовый поток Ge содержит три компонента: аммиак (G|),двуокись углерода (& инерты (бИ

(G|) (0,00856-1-0,0171) .z+0.0338(GA.y- GBo3.)-13,286GaT.A:

) 0,0027 z a (1-xB)+ GrS y-X);

GЈM) 1,1-Своз где L - молярное соотношение МНз:С02 на входе в колонну 4 синтеза;

а -степень разложения карбамата ам- мония в колонне дистилляции среднего давления;

хв-степень конверсии двуокиси углерода в карбамид в колонне 4 синтеза;

Z-некоторая переменная, определяе- мая по сигналу от датчиков 21 и 22.

, 1,976 (Сд.у. - Своз.) + 0,9974 С(§ У 21-а(1-Хь) 0,9974

По сигналу от датчиков 22 и 23 опреде- ляют покомпонентный расход аммиака, двуокиси углерода, воды в потоке углеаммонийных солей, выходящих из промывной колонны 18 по трубопроводу 19 в отделение синтеза:

(и о пл о . j.n ic

5

G i8 -2.01 -105-6,21-Сд.у. +9,26-105 хв

+ 7,65 . Сд.у. Сж.а.-5,3-105.х|-2,99 103-xB Сж.а

0 Gv9-y-) 4,64402+2,41 -105хв-1.9 036ж.а.- -9,38СД.«. хв+7,77-102Сд.у.-Сж.а.

G(& -1.51 -105-4,75 Сд.у.+6.97.105.

v2

ч5.„2

хв+5,85Сд.у. Сж.а..95 10а-х|-2.29.10 -хв.

Сж.а.

50 По сигналам от датчиков 21 - 23 и покомпонентному расходу углеаммонийных солей определяют покомпонентный и общий расходы потока плава, поступающего по трубопроводу 7 в колонну 9:

Ст3) 6146жА+ G № 0,034 (Сд.у. -С (0,00851-0,017+0,774 Хв): Gra y )z(1-xB)(1-«); G7k) 1,364-XB-z;

GЈB) 0,409-XB-z+1.505 Сж.а.+ Gv§);

G7 G(a) + 6Й-У ) + GT) + G;8)

где G7k относится к карбамиду, содержащемуся в этом потоке.

По данным расходам плава и газа на входе в колонну 9 определяют расход газовой фазы, выходящей по трубопроводу 16 из колонны 9;

G .19 G;a)+(G7-0. 19G73)) (1 G k))«9+Gg

G7-0,19.G7B03- где ад -общая степень отгонки летучих компонентов в колонне 9.

По сигналам от датчиков 24 и 25 соот- ветственнотемпературы плава т.пл. карбамида на выходе из колонны 11 дистилляции низкого давления и давления дистилляции второй ступени Рд определяют степень от

гонки аммиака ofi и двуокиси углерода в колонне 11:

ofi -0,051 - + 0,586:

ГД

о(т-у-) 0,017 Ј- f0586:

ГД

где Р°-равновесное давление пара над жидкостью в колонне 11 дистилляции низ- хого давления.

Р°-ехр{2.,135- -0,317пАZ. 16 -г tn/i

где пд, nk, г в молярная концентрация аммиака, карбамида и воды в плаве, выходящем из колонны 11.

Молярные концентрации пд, пх, и п8 определяют из уравнений материального баланса и математических моделей аппаратов:

,-n .i 3iKi i ir f oV f «4«-n;)ir,v G; ; , .... , t.

f О 198 ci ™

G$

nk

3H

Г,|-С„-(,; 0(,V 0. °6 i ci 07T 019B1/;

n

з)

5

0

0

5

5

0

5

0

5

0

5

Mflfk-A-)где «9 7 и степень отгона аммиака и разложения карбзмата аммония в колонне 9.

Поданным величинам покомпонентных расходов аммиака, двуокиси угларода, поступающих в потоке плааа в колонну 9,покомпонентных расходов аммиака, двуокиси углерода в потоке газа, поступающих по трубопроводу 8 в колонну 9, а также степеней отгона летучих компонентов определяют покомпонентный расход газожидкостной смеси, поступающей по трубопроводу 17 в промывную колонну 18:

GA7 G7x-0,19-f Gfy-0,77 + G$ 0,81 6 -Gfy-.0,77 fl +{G7X-0.81 (1-cЈ) +

GA + Gfyv 0,77 («Ј - 1д ,

Gff - 0,998 Gfy. og A + (67-0,998- ад.А. Gf у. + Gg.y. -) y.

Затем осуществляют расчет температуры раствора углеаммонийных солей внизу колонны 18 (119,р) для заданного отношения концентраций аммиака к воде в растворе углеаммонийных солей (В):

ti9..9-1.1 Ы . - GfV-7,85 Ю. Gff-+9,990 10 4.GA78.

Рассчитанное, в вычислительном устройстве значение температуры раствора углеаммонийных солей на выходе из колонны 18 сравнивают с сигналом от датчика 26 и в зависимости от величины их разности воздействием на клапан 27 изменяют расход жидкого аммиака в промывную колонну 18.

Все расчеты по приведенным формулам выполняются с помощью вычислительной машины 28 , в которую вводится вся необходимая информация от датчиков 21 -23 расходов, датчиков 25 и 26 температуры и датчика 24 давления (штрих-пунктир).

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить качество получаемого карбамида за счет обеспечения заданного отношения концентраций компонентов в растворе углеаммонийных солей по сравнению с известным.

Преимущество предлагаемого способа заключается в увеличении на 0,11% объема выпуска продукции(или на 528 т в год), что приводит к снижению себестоимости 1 т карбамида.

,выходе промывной колонны вычисляют покомпонентный и общий расходы потока пла- лерурд-.за, поступающего в колонну дистилляции эодствесреднего давления, по заданному значе- сн-аниеь нию общей степени отгонки летучих компотных со-ментов э колонке дистилляции среднего -Клмснз-дернения, вычисленным значениям расхо- :, й п - гдоз аммиака, карбамида и общего расхода IPпотока плава, поступающего в колонну ди- ;пг ни-10 стиляя цУЖ среднего давления, -л вычислен- .ускй-лому значению расхода инертов а газовом -п .--потоке, поступающем s колонну дистилля- зктооации среднего давления, аычисляют расход на вы-гйзоврй фазы на выходе колонны дистилля- давпе-15 ими среднзго давления, по заданным значе- де изHMRM степени отгона аммиака и ля. яз-разложения карбаматз аммония в колонне а мке-дистилляции среднего давления, вычислен- дне оным значениям покомпонентного расхода :-п/гпе-VIС потека плава и газового потока, поступаю- ;, ere-u;wx s колонну дистилляции среднего давле- ке;-1И;.имя, i i расхода газовой фззы на выходе ;-колонны дистилляции среднего давления с--вычисляют молярные концентрации амми-. гг. дк-.слеиия, по25 зка, карбамида и воды в плаве на выходе -:- : ;acx ua .r.:ivo a-;Ci :холочны дистилляции низкого давления, по .ч :-;-;.-;ы си -ггеза, расхэ-гмзмеренны; значениям давления в колонне .,. йходе эжелтопз дистилляции низкого давления, температу- / x :Srn.: хог-г еггс ; дну-ры плава на выходе колонны дистилляции и мид в колонне Oii-iTC-30 низкого давления и вычисленным значени- j;vifiO - snTHb 7i pacxo.i.f, молярных конце( аммиака, icap- iviL- x с one 7; ни аыход.::0:э1.-1ида и гзоды в ллзое -;« выходе колонны п.:..рон;- ыЬ : ЈHO-:I :-дистилляции аы у сляют степень отгонки i i дву;: кисм углерод.ймми-зка и двуокиси углерода в колонне ди- :Г :. расхода жкцкс: Ь стилляции ,н via ко го давления, по заданным ;.::;(: ,, г-.с дпннь:,-;3;-; з ч (i ;-; я г.; степени отгони аммизкз и раз- (r ; :.;:K чзооамат. :ложену Я каобгмата в колонне дис- дмстмлляции Сгзед - еготияляции среднего давления, вычисленным онварсии двуокиси у г-значениям расхода зммиакз и двуокиси уг- з копоннг.; синтеза v- (j лерода в потоке плаза и р газовом потоке, нм:о pacxo/ifi .поступающих в колонну дистилляции сред- |--;й .;он Гч:ц- х давления. :i степени отгон ха аммиака , 3 : Ч лслл:от ;io- : двуокиси уг/;орода з колонне дистилляции ...;: - .оаою : ото;:й, по-м- З-огг; давления оь:чис;:яю расходы аммиP:,;i.y :..CT -iAi;;lli, :|П ДВуОКИСИ V ;ерОДа Л ГЯЗОЖИДКОСТНОЙ

i;o ior- ;..-nsi-v-;)№; он;- -смес , послупаюи-и; п г.ромызчую колонку,

.: .: углеродав зависимости от кг торых вычисляют : для

in re-:; J, рзсу.одо ж. - дко-пзданного отношения концентраций амми 5 -;/сг:кто;.;;, изданным-з: а к еоде в рястпоре углс;;м.Юг;;,-йных со:;.(i: :oepc iH даускиси уг-эО лзй значение тсмперктурь; раствора

| :: п;м:е синтеза, сте-углеоммочийн. сол-.чй Г5ь ходе промыв-ллрОам тэ г.:ммония ной колсм ны и стлбчянзчруют это вычис-.; соедняго д:ла лон /:я ; ленное 3 -;ачание температуры изменением

и:;;..ю покол- понегГ: ,югоподачи жидкого аммиака в промывную i - i f.-KJ п I. bvX НгГ: . У OlirA .

&