Способ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена Советский патент 1991 года по МПК C07C69/15 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации химикотехнологических процессов и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для управления процессом синтеза винилацетата.

Цель изобретения - увеличение срока службы катализатора.

Сущность изобретения поясняется примером его выполнения и чертежом.

Схема реализации способа включает в себя теплообменник 1 для подогрева парогазовой смеси, реактор 2 синтеза винилацетата на основе этилена, паровой барабан 3, в который подается питательная вода, поступающая из барабана в межтрубное пространство реактора, и узел 4 выделения

винилацетата - сырца. На вход реактора поступает реакционная парогазовая смесь, температура которой измеряется датчиком 5 и регулируется регулятором 6 и регулирующим клапаном 7. Температура в начале, середине и конце зоны реакции измеряется соответственно датчиками 8, 9 и 10 температуры. Давление пара в паровом барабане измеряется датчиком 11 и регулируется регулятором 12 и регулирующим клапаном 13 Расход винилацетата - сырца из узла его выделения измеряется датчиком 14. Состав потока винилацетата - сырца на входе узла 4 измеряется датчиком 15 или задается с помощью ручного задатчика 16 по результатам лабораторного анализа. Переключение осуществляется с помощью ключа 17

о

00 СП Ч)

00

Информация от датчиков 5, 8, 9, 10, 11, 14, ключа 17 поступает на входы блока 18, который рассчитывает задания регуляторам 6и 12.

Рассчитанные блоком 18 значения управляющих воздействий по давлению пара в барабане 3 и температуре парогазовой смеси на входе в реактор 2 поступают с его выхода в камеры заданий соответственно регуляторов 12 и 6.

Управление по данному способу осуществляется следующим образом.

Процесс синтеза винилацетата является экзотермическим. Отвод теплоты реакции и поддержание температурного режима в реакторе осуществляется путем испарения воды в межтрубном пространстве реактора 2. Парожидкостная смесь из межтрубного пространства реактора 2 поступает в паровой барабан 3, откуда вода подается обратно в межтрубное пространство реактора 2, а пар отводится для технологических нужд.

Задание регулятору 6 температуры парогазовой смеси блок 18 рассчитывают, как и в прототипе, по формуле:

Ты - Ты/ + Ki ( - Sr-N) +

+ K2{SF -SEVK3(2SEN - Stf- - SEN),(1)

где TN 1 - значение уставки регулятору 6 на прошлом N-1 шаге, °С, на первом шаге управления (N 1) величина TN-I принимается равной измеренному датчиком 5 значению температуры смеси Тм-Г/М-1 Т0 JTi (2). TI - значение температуры, измеренное датчиком 5, на 1 шаге. °С.

SE

N-2

SENЛ SEN - соответственно рассчитанные на N-2, N-1, N шагах значения винилацетата, г/л.ч.

SF. N заданное на N шаге значение съема, г/л.ч,

Ki, «2, Кз - коэффициенты настройки дискретного ПЧД-регулятора величины съема винипацетата.

Съем винилацетата определяется, как и в прототипе, на каждом шаге по формуле:

10 иг

ту Ь| Vk

17Ci. г/л- ч, (3)

где I - шаг измерения и управления, равный N-2, N-1, N;

УК - объем катализатора, равный 24000л.,

14Gi - расход винилацетата - сырца на выходе из узла 4, измеряемый датчиком 14 на I шаге, кг/ч.

17Ci - содержание винилацетата в потоке винилацетата - сырца, измеряемое или

датчиком 15, или задаваемое задатчиком 16 по результатам лабораторного анализа на I шаге измерения, мас.%. Эта информация поступает в блок 18 от ключа 17. Рассчитанное значение задания регулятору 6 температуры проверяется затем на величину максимального шага . Если

( ДТмакс.тоТм Тм-1 + ДТмакс,(4)

0 где ДТма,(с 0,5- 1,0°С. t

Затем величина TN проверяется на максимально и минимально возможные значения Т макс и Тмин.

Если TN Тмин, то задание принимает- 5 ся равным

TN Тмин.

Если TN Тмакс, то задание принимается равным (5)

TN - Тмакс .(6)

0 где Тмин 145°С, Тмакс 200°С.

Блок 18 на основании информации, поступающей от датчиков 5, 8,9,10,11, а также на основе информации о рассчитанном значении TN , рассчитывают задание регулято- 5 ру 12 давления пара. Расчет ведется по формуле:

PN PN-I -I- MEN - EN-I) + KsEw + + Кб (- TN + 2 RTw-i -R

го ,

0 где PN - задание регулятору 12 давления пара на текущем N шаге, кгс/см ;

PN-I задание регулятору 12 давления пара в прошлом N-1 шаге, кгс/см , при N 1;

5 в качестве величины Рм-1 принимается измеренное датчиком 11 значение давления пара, т.е. при N 1, PN-I 11Рм; где PN измеренное на N шаге датчиком 11 значение давления пара кгс/см2;

0TN - рассчитанное на N шаге значение

температуры в зоне реакции реактора 2,

ЈTN ( + 99 TN + ) К, (9) где TN. 9TN, N - значения температуры, измеренные соответственно датчиками 8,9,

5 10, naN шаге, °С;

безразмерный коэффициент, выбираемый экспериментально в пределах 1,005-1.2 и зависящий от конструктивных особенностей и материала трубок реактора;

0ge, gg, 910 весовые коэффициенты, значения которых зависят от температуры парогазовой смеси на входе в реактор, измеряемой датчиком 5 на N шаге,

:Ј 160°С, то 1

5

Тм-2).

21

ge g . дэ g . g ю

(Ю)

если 160°С °TN 180°С, то да 99-§.9io 4

если N 180°С, то ge , gg , дю

ь N663

Т - значение температуры парогазовой смеси, измеренное датчиком 5 на N шаге, °С.

EN - значение ошибки регулирования, рассчитанное на N шаге по формуле:

EN - RTN - TN.(11)

где - заданное значение температуры в реакционной зоне реактора 2, °С. равное заданию регулятора 6 температуры . рассчитанному по формулам (1Н6)

RTN TN (12)

К-4, KS, Кб коэффициенты настройки цифрового ПИД-регулятора температуры в зоне реакции синтеза винилацетата.

Вычисленное значение PN проверяется затем на ограничения Рмакс 5,3 кгс/см2 и Рмим 2,4 кгс/см2.

Если PN 4Рмакс, то задание принимается равным PN Рмакс. Если PN 4 Рмин, то задание принимается равным PN Рмин.

Рассчитанные блоком 18 значения уставок регуляторам 6 и 12 температуры и давления поступают с выхода блока 18 в камеры задания этих регуляторов.

Данный способ автоматического управления позволяет надежно эастабилизиро- вать температуру в реакционной зоне реактора и поддерживать ее равной температуре парогазовой смеси на входе в реактор, а, следовательно, позволяет более качественно, чем в прототипе, регулировать величину съема винилацетата.

Увеличивается также в срок службы дорогостоящего катализатора синтеза винилацетата. Все это позволяет снизить себестоимость 1 т винилацетата.

Пример реализации способа.

Ki 0,25, К2 0,56, Кз 0,12, М 0,13,

К5- 0,15, Кб 0,08 Ку 1

1,08598-., оо

910

6

Величина ДТмакс принята равной 0,5°С.

Значение уставки регулятору 6 температуры на N шаге, рассчитанное по формулам (1Н6) будет равно

TN - 166-0,25(269-270) + 0,56(270-270) 0,12(2,269-272-270)- 166-0,73°С. Так как величина шага 10,731 0,5°С, то шаг принимается равным - 0,5°С. Тогда TN 166-0,5°С 165,5°С. Полученное значение устаа/и удовлетворяет граничным значениям Тчин - 145°С и Тмакс 200°С, поэтому остается без изменений, т.е. окончательное 3(.аи . . , - 1 равно TN 165,5°С

Рассчитанные на N-2, N-1 и N значениях температуры в оне реакции со- 5 ответственно равны.

RTN-2 4 152.9 + 1 154.6 - 143.8)х оJо

х1,085 167,3°С

ш RTN-1 4 153,8 + |- 156,3 + - 154,6)х 1U6Jи

х1,085 168,8°С

RTN (i 152+J- 156.3 + - 155,5)х 63о

5 х1,085 168,7°С.

Тогда на N шаге значение уставки регулятору 12 давления пара в паровом барабане равно:

Р 3,84 + 0.13 165,5 - 168,7 - (166

0 -168,8)+ 0,3(165,5 -168,7) +0,08 (-168,7 + 2.168,8-167,3) - 3,84 +013(-0,4)+ 0.15(- 3,2) + 0,08.1,6 3,44 кгс/см2.

Рассчитанное значение PN остается без изменений, так оно входит в границы

5 Рмин 2,4 кгс/см2.

Рмакс 5,3 кгс/см2, т.е. окончательное значение уставки регулятору 12 равно TN -- 3,44 кгс/см .

В таблице приведены эксперименталь0 но полученные данные при управлении про цессом получения винилацегата по предлагаемому способу.

Коэффициенты настройки дискретных регуляторов сьема винилацетата и темпера5 туры в зоне реакции, а также весовые коэффициенты были выбраны равными.

Экономический эффект достигается за счет снижения себестоимости 1 т винилацетата в результате увеличения срока службы

0 дорогостоящего катализатора. Время рабо ты катализатора увеличивается в среднем на 300-400 ч, в результате чего себестоимость винилацетата уменьшается с 73 руб/т до 700-715 руб/т.

5Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена, включающий регулирование температуры парогазовой смеси на входе в

0 реактор синтеза изменением подачи пара в теплообменник в зависимости от заданных максимального и минимального значений этой температуры, максимальной величины шага управления и от сьема винилацетата.

5 определяемого по измеренным значениям расхода винилацетата-сырца и содержания винилацетата в нем, регулирование давления пара в паровом барабане реактора синтеза изменением количества выводимого из барабана пара и измерение профиля температуры в межтрубном пространстве реактоpa no его длине, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы катализатора, давление пара в паровом барабане реактора синтеза регулируют в зависимости от измеренного профиля тем-

пературы в межтрубном пространстве реактора по его длине и температуре парогазовой смеси на входе в реактор синтеза.

Реакционная смесь

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, может быть использовано для управления синтезом винилацетата в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности и позволяет увеличить срок службы катализатора. Способ включает в себя регулирование температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза в зависимости от объема винилацетата, определяемого по измеренным значениям расхода винилацетата - сырца и содержания винилацетата в нем, локальное регулирование давления пара в паровом барабане реактора синтеза, регулирование давления пара в зависимости от температуры в межтрубном пространстве реактора, измеряемой в начале, середине и конце его реакционной зоны и от температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза 1 ил. (Л С

Конденсат

Пар

Цитат дода

ВАЦ-сырец