Способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука Советский патент 1992 года по МПК C08F136/08 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации процессов азеотропной осушки жидких химических продуктов, в частности к способам автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука, и может быть использовано в производствах полимеров в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука, заключающийся в измерении расхода влажного толуола на азеотропную осушку, расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, уровня в кубе ректификационной колонны, уровня в сборнике конденсата, расхода флегмы и дистиллята, определений расхода конденсата в зависимости от расхода флегмы, расхода дистиллята и скорости изменения уровня в сборнике конденсата, стабилизации уровня в кубе ректификационной колонны изменением расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны, стабилизации соотношения расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и влажного толуола в эту колонну изменением расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, коррекции этого соотношения в зависимости от соотношения расхода

конденсата и расхода влажного толуола на азеотропную осушку.

Недостатком известного способа является низкая точность стабилизации концентрации влаги в толуоле и сравнительно большие затраты на получение 1 т каучука. Это связано с тем, что известный способ не учитывает значения уровня в емкости для приема осушенного толуола, а также не предусматривает изменения режима работы колонны в зависимости от значения этого уровня. Эффективность известного способа существенно уменьшается при низких расходах влажного толуола на азеотропную осушку.

Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука, заключающийся в измерении расхода влажного толуола на азеотропную осушку, расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, уровня в кубе ректификационной колонны, уровня в сборнике конденсата, расхода флегмы и дистиллята, определении расхода конденсата в зависимости от расхода флегмы, расхода дистиллята и скорости изменения уровня в сборнике конденсата, стабилизации уровня в кубе ректификационной колонны изменением расхода осу- шейного толуола из куба ректификационной колонны, стабилизации соотношения расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и влажного толуола в эту колонну изменением расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и коррекции этого соотношения в зависимости от соотношения расхода конденсата и расхода влажного толуола на азеотропную осушку, изменения заданного соотношения расхода конденсата и влажного толуола на азеотропную осушку в зависимости от расхода влажного толуола на азеотропную осушку.

Недостатком известного способа явля- ется низкая точность стабилизации концентрации влаги в толуоле и большие затраты на получение 1 т каучука. Это объясняется тем, что расход влажного толуола на азеотропную осушку составляет всего 1,4-1,6 т/ч По различным причинам, связанным, например с поломкой или забивкой технологического оборудования, отсутствием сырья или вспомогательных материалов, производительность производства снижается. При этом уменьшается потребление толуола, что приводит к необходимости снижения расхода влажного толуола на азеотропную осушку, а в некоторых случаях и к полному прекращению подачи влажного толуола на

азеотропную осушку, т.е. к останову ректификационной колонны.

В этих режимах работы колонны известный способ автоматического управления не обеспечивает необходимую точность стабилизации концентрации влаги в толуоле или полностью теряет свою работоспособность.

Известный способ не учитывает значения уровня в емкости для приема осушенного толуола и не предусматривает изменения режима работы колонны в зависимости от значения этого уровня.

В известном способе определение расхода конденсата осуществляется в зависимости от расхода флегмы, расхода дистиллята и скорости изменения уровня в сборнике конденсата. Однако измерение расходов флегмы и дистиллята не всегда возможно с приемлемой точностью.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации концентрации влаги в толуоле на получение 1 т каучука.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука, заключающемуся в измерении расхода толуола на азеотропную осушку, расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, стабилизации уровня в кубе ректификационной колонны путем изменения расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны, стабилизации соотношения между расходом пара в кипятильник ректификационной колонны и расходом влажного толуола на азеотропную осушку путем изменения расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и коррекции указанного соотношения в зависимости от соотношения между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку, дополнительно измеряют уровень в сборнике толуола и уровень в емкости для приема осушенного толуола, контролируют положение клапанов на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола и на трубопроводе для его подачи на циркуляцию, определяют расход конденсата в зависимости от расходов влажного толуола на азеотропную осушку и осушенного толуола из куба ректификационной колонны и скорости изменения уровня в кубе ректификационной колонны и стабилизируют уровень в сборнике толуола путем изменения подачи влажного толуола в указанный сборник. При этом, если значение уровня в емкости для приема осушенного толуола больше или равно верхнему заданному значению, приравнивают заданмое предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку заданному минимальному значению расхода влажного толуола и открывают подачу осушенного толуола на циркуляцию, если значение уровня в емкости для приема осушенного толуола меньше или равно нижнему заданному значению, приравнивают заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку заданному номинальному значению расхода влажного толуола и открывают подачу осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола, прекращают подачу осушенного толуола при открытии клапана на трубопроводе для циркуляции толуола и прекращают подачу осушенного толуола на циркуляцию при открытии клапана на трубопроводе для подачи толуола в емкость для осушенного толуола и корректируют заданное предель- ное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку в зависимости от его предыдущего значения, а заданное значение соотношения между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку - в зависимости от положения клапанов на трубопроводах для подачи осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола и для его подачи на циркуляцию,

На фиг. 1 представлена система, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопрено- вого каучука; на фиг. 2 - диаграмма измене- ния управляющих воздействий.

Система содержит сборник 1 толуола, насос 2, теплообменник 3, ректификационную колонну 4, кипятильник 5 ректификаци- онной колонны, конденсатор 6, отстойник 7, насос 8, емкость 9 для приема осушенного толуола, управляющий вычислительный комплекс 10, датчик 11 уровня в сборнике толуола, датчик 12 расхода пара в кипятиль- ник ректификационной колонны, датчик 13 расхода влажного толуола на азеотропную осушку, датчик 14 уровня в кубе ректификационной колонны, датчик 15 расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны, датчик 16 уровня в емкости для приема осушенного толуола, датчики 17-20 положения клапанов, автоматические регуляторы 21-25, преобразователи 26-31 входных сигналов, преобразователи 32-35 выходных сигналов, клапан 36 на трубопроводе для циркуляции толуола, клапан 37 на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость 9 для приема осушенного толуола.

Способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука осуществляется следующим образом.

Из сборника 1 толуол подают с помощью насоса 2 через теплообменник 3 в ректификационную колонну 4, где происходит его азеотропная осушка. В кипятильник 5 этой колонны подают пар. Паровая фаза из верхней части колонны 4 поступает в конденсатор 6, из которого в отстойник 7 поступает образовавшийся конденсат.

В отстойнике 7 происходит расслоение толуола и воды. Верхний углеводородный слой из отстойника 7 поступает в сборник 1. С нижней части отстойника 7 отбирают воду.

В сборник 1, по уровню в нем, подают влажный толуол, который выделяют из возвратной, изопентан-изопреновой фракции путем ее ректификации. Осушенный толуол откачивают непрерывно из куба ректификационной колонны 4-насосом 8 в сборник 1 (режим циркуляции) или в емкость 9 (номинальный режим), что зависит от значения уровня в емкости 9.

На входы управляющего вычислительного комплекса 10 подают сигналы отдатчика 11 уровня толуола в сборнике 1, датчи--л 12 расхода пара в кипятильник ректифик.-,- ционной колонны, датчика 13 расхода тс.;, ола на азеотропную осушку, датчика 14 уровня толуола в кубе колонны 4, датчика 15 расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны, датчика 16 уровня в емкости для приема осушенного толуола, датчиков 17-20 положения клапанов на трубопроводе для циркуляции толуола и на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость 9.

Для регулирования уровня в сборнике 1 толуола, расхода пара в кипятильник 5 ректификационной колонны 4, расхода влажного толуола на азеотропную осушку, уровня толуола в кубе ректификационной колонны 4, расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны 4 используют автоматические регуляторы: регулятор 21 уровня в сборнике 1 толуола, регулятор 22 расхода пара в кипятильник 5 ректификационной колонны 4, регулятор 23 расхода влажного толуола на азеотропную осушку, регулятор 24 уровня толуола в кубе ректификационной колонны, регулятор 25 расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны.

Для ввода информации в управляющий вычислительный комплекс 10 используют преобразователи 26-31 входных сигналов, а для выдачи с управляющего вычислительного комплекса 10 управляющих воздействий - преобразователи 32-35 выходных сигналов.

По информации от датчика 14 уровня в кубе ректификационной колонны 4 определяют скорость изменения уровня:

- f,(D

где Hi - значение уровня в кубе ректифика- ционной колонны, м;

At - дискретность определения скорости изменения уровня, ч;

Vj - скорость изменения уровня в кубе ректификационной колонны, м/ч.

В зависимости от найденного значения скорости изменения уровня в кубе ректификационной колонны, расхода влажного толуола на азеотропную осушку и расхода осушенного толуола из куба ректификаци- онной колонны 4 определяют расход конденсата:

FKi FB.TJ - Fo.ti - aVi,(2)

где FKJ - расход конденсата, кг/ч;

FB.TJ- расход влажного толуола на азеотропную осушку, кг/ч;

FO.TJ - расход осушенного толуола из куба ректификационной колонны, кг/ч;

а - постоянный коэффициент, завися- щий от размеров кубовой части ректификационной колонны 4 кг/м.

По информации от датчика 12 расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и датчика 13 расхода влажного толу- ола на азеотропную осушку определяют соотношение между расходом пара в кипятильник ректификационной колонны и расходом влажного толуола на азеотропную осушку:

К п - т i -

rm

B.Tj

где Кп-TI - соотношение между расходом пара в кипятильник ректификационной колонны и расходом влажного толуола на азе отропную осушку;

Fnj- расход пара в кипятильник ректификационной колонны, кг/ч;

FB.TP расход влажного толуола на азеотропную осушку, кг/ч.

Определяют соотношение между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку: FKI

SK-TJ -B.TI

:-

(4)

где SK-Tj соотношение между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку.

5

Ю

15

20

зо 3540

25

45

50

55

Изменением расхода пара в кипятильник 5 ректификационной колонны 4 стабилизируют соотношение между расходом пара в кипятильник и расходом влажного толуола на азеотропную осушку:

Кп-Tj Fnj/FB.TJ, (5)

Fn.3j К п - Т.З j FB.Ti + K ( Кп-Tj

-Кп-Т.3+2 K2(Kn-Ti-Kn-T.3i) (6)

о

где Кп-т - текущее значение соотношения между расходом пара в кипятильник ректификационной колонны и расходом влажного толуола на азеотропную осушку;

Fni - значение расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, кг/ч;

FB.TJ значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку, кг/ч;

Fn si - заданное значение расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, кг/ч;

Кп-Т.З заданное значение соотношения между расходом пара в кипятильник и расходом влажного толуола на азеотропную осушку;

KI, K2 - настроечные коэффициенты.

В зависимости от соотношения между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку корректируют соотношение между расходом пара в кипятильник ректификационной колонны 4 и расходом влажного толуола в эту колонну. Для этого определяют рассогласование Јг между текущим и заданным значениями соотношения, между расходом конденсата и расходом влажного толуола (SK-т,), а с помощью ПИД-закона регулирования осуществляют стабилизацию соотношения SK-TI путем коррекции соотношения между расходом пара и расходом влажного толуола:

Ј11 Зк-Т| - Зк-Т.З(7)

t

Кп-Т.З Кп-т.Н + К3 е-п + Ј К4 Јii At +

о

, v SK-Tj S к-Т, - 1 +

(8)

где Кп-т.н начальное значение соотношения между расходом пара в кипятильник ректификационной колонны 4 и расходом влажного толуола на азеотропную осушку;

Кз, К4, КБ - настроечные коэффициенты регулятора;

SK-TJ, SK-TM - соотношение между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку соответственно на текущем и предыдущем

шаге определения управляющих воздействий.

Измеряют уровень в емкости 9 для приема осушенного толуола и, если значение уровня в емкости 9 для приема осушенного толуола больше или равно верхнему заданному значению, приравнивают заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку заданному минимальному значению расхода влажного толуола на азеотропную осушку:

Рв.т..т.зМИН,еСЛиН9| Н9в.з„ (9)

где РВ.Т.З) np заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку, кг/ч;

Рв.т.змин - заданное минимальное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку, кг/ч;

Нэв.з - верхнее заданное значение уровня в емкости 9 для приема осушенного толуола, м.

Кроме того, в этом случае (когда Hgi 5:Н9в.з) открывают подачу осушенного толуола на циркуляцию. Для этого формируют управляющее воздействие на клапан 36:

U36i 1, если Ид, Нэв.з,(Ю)

где Use - значение управляющего воздействия на клапан 36, установленный на трубопроводе для циркуляции осушенного толуола (U36i 1 - клапан открыт. Uses 0 - клапан закрыт).

Если значение уровня в емкости 9 для приема осушенного толуола меньше или равно нижнему заданному значению, приравнивают заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку номинальному заданному значению расхода влажного толуола на азеотропную осушку:

FB.T.3i пр Рв.т.зном, если H9I Нэн.з, (11) где Рв.т.зном - заданное номинальное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку, кг/ч;

Нэн.з - нижнее заданное значение уровня в емкости 9, м.

Кроме того, в этом случае (когда Hgi Нэн.з) открывают подачу осушенного толуола в емкость 9. Для этого формируют управляющее воздействие на клапан 37:

11з71 1,если Hgi Нэн.з,(12)

где Уз - значение управляющего воздействия на клапан 37, установленый на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость 9 (U37i 0 - клапан закрыт, Us 1 - клапан открыт).

Измеряют и сигнализируют положение клапана 36 на трубопроводе для циркуляции толуола и положение клапана 37 на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость 9 для осушенного толуола.

При появлении сигнала об открытии клапана 36 на трубопроводе для циркуляции толуола прекращают подачу осушенного толуола в емкость 9 путем закрытия клапана 37:

U37i 0, если U36i 1.113)

0 При появлении сигнала об открытии клапана 37 на трубопроводе для подачи толуола в емкость 9 прекращают подачу осушенного толуола на циркуляцию путем закрытия клапана 36 на трубопроводе для

5 циркуляции толуола:

LJ36i 0, если U37i 1.(14)

Если значение уровня осушенного толуола в емкости 9 находится в пределах зздан- ных нижним и верхним заданными

0 значениями уровня, то положение клапана 36 на трубопроводе для циркуляции толуола и положение клапана 37 на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость 9 сохраняют в прежнем положении, а пре5 дельное заданное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку сохраняют на прежнем значении:

FB.T.3j пр Рв.т.зыпр. если Нэн.з Hgi Hge 3;

- O J)

изб избм,если Нэн.з Hgi Нэв.з; (15) L)37i 1)371-1, если Ндн.з Нд; Ндв.з. (17) Таким образом, в зависимости от уровня осушен ного толуола в емкости 9 ректифи- кационная колонна 4 работает в двух режимах: номинальном и в режиме циркуляции. В номинальном режиме клапан 36 закрыт, а клапан 37 открыт и осушенный толуол из куба ректификационной колонны 4 подают с помощью насоса 8 в ескость 9. В режиме циркуляции клапан 36 открыт, а клапан 37 закрыт. При этом осушенный толуол из куба ректификационной колонны 4 подают насосом 8 в сборник 1. Из сборника 1 толуол насосом 2 подают в ректификационную колонну 4.

Формируют управляющее воздействие регулятору 23 расхода влажного толуола на азеотропную осушку путем усреднения указанного заданного предельного значения расхода влажного толуола на азеотропную осушку независимо от значения уровня в емкости 9, т.е. корректируют заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку в зависимости от его предыдущего значения:

FB т 3i -пI A РВ.Т.З ПР +

0

5

0

5

0

5

Ч

+ (1#пр +At

At

6/пр +At

) F

(18)

B.T.3I

- 1

где впр - постоянная времени усредняющего фильтра, ч.

Изменяют заданное значение соотношения между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку в зависимости от положения клапанов на трубопроводе для циркуляции толуола в трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола:

,5к-т.змакс, если (U36i 0)A(U37i 1); (19)

S.J К-Т.ЗМ

(Зк-т.змин, если (Узш - 1)A(U37i 0), (20) где Зк-т.змакс - максимальное заданное значение соотношения расхода конденсата и расхода влажного толуола на азеотропную осушку, мас.д.;

5к-т.змин - минимальное заданное значение соотношения расхода конденсата и расхода влажного толуола на азеотропную осушку, мас.д.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука обеспечивает работу ректификационной колонны 4 в двух режимах: номинальном режиме и режиме циркуляции.

На фиг. 2 показана диаграмма изменения управляющих воздействий во времени в зависимости от значения уровня в емкости 9 для осушенного толуола. Если значение уровня в емкости 9 меньше или равно нижнему заданному значению - режим номинальный, если значение уровня больше или равно верхнему заданному значению - режим циркуляции.

Режим работы ректификационной колонны 4 зависит от значения уровня в емкости 9 и устанавливается автоматически с помощью управляющего воздействия клапану 36 на трубопроводе для циркуляции толуола; управляющего воздействия клапану 37 на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость 9; управляющего воздействия регулятору 23 расхода влажного толуола на азеотропную осушку.

В номинальном режиме клапан 36 закрыт (Uses 0), клапан 37 открыт (U37i 1), управляющее воздействие регулятору 23 расхода влажного толуола на азеотропиую осушку плавно увеличивают до номинального значения Рв.т.зном, после чего его удерживают на этом значении.

В режиме циркуляции клапан 36 открыт (Usei 1), клапан 37 закрыт (1)з71 0), управляющее воздействие регулятору 23 расхода влажного толуола на азеотропную осушку плавно уменьшают до минимального значений Рв.т.змин, после чего его удерживают на этом значении.

Реализация способа управления дает возможность повысить точность стабилизации концентрации влаги в толуоле и снизить затраты на получение 1 т каучука. Поставленная цель достигнута за счет автоматического выбора и переключения режима работы колонны, автоматического ведения

технологического процесса азеотропной осушки толуола как в номинальном режиме, так и в режиме циркуляции. При этом высокая точность, стабилизации концентрации влаги в толуоле в номинальном режиме работы ректификационной колонны достигается тем, что расход влажного толуола на азеотропную осушку, а также соотношение между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку

стабилизируют на максимальном значении. Это обеспечивает оптимальные условия проведения технологического процесса азеотропной осушки и снижение концентрации влаги в толуоле.

В режиме циркуляции нет необходимости выдерживать оптимальные условия проведения технологического процесса (оптимальную нагрузку на колонну ректификации, максимальное заданное соотношение расхода конденсата и расхода влажного толуола на азеотропную осушку).

Использование предлагаемого способа управления обеспечивает экономию расхода пара в кипятильник 5, а также снижение

расходов толуола и катализатора в производстве изопренового каучука.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола в производстве изопренового каучука, заключающийся в измерении расхода толуола на азеотропную осушку, расхода пара в кипятильник ректификационной колонны, стабилизации уровня в кубе ректификационной колонны путем изменения расхода осушенного толуола из куба ректификационной колонны, стабилизации- соотношения между

расходом пара в кипятильник ректификационной колонны и расходом влажного толуола на азеотропную осушку путем изменения расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и коррекции указанного соотношения в зависимости от соотношения между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации концентрации влаги в толуоле на получение тонны

каучука, дополнительно измеряют уровень в сборнике толуола и уровень в емкости для приема осушенного толуола, контролируют положение клапанов на трубопроводе для подачи осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола и на трубопроводе для его подачи на циркуляцию, определяют расход конденсата в зависимости от расходов влажного толуола на азеотропную осушку и осушенного толуола из куба ректификационной колонны и скорости изменения уровня в кубе ректификационной колонны и стабилизируютуровень в сборнике толуола путем изменения подачи влажного толуола в указанный сборник, при этом, если значение уровня в емкости для приема осушенного толуола больше или равно верхнему заданному значению, приравнивают заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку заданному минимальному значению расхода влажного толуола и открывают подачу осушенного толуола на циркуляцию, если значение уровня в емкости для приема осу0

5

0

5

шейного толуола меньше или равно нижнему заданному значению, приравнивают заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку заданному номинальному значению расхода влажного толуола и открывают подачу осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола, прекращают подачу осушенного толуола при открытии клапана на трубопроводе для циркуляции толуола и прекращают подачу осушенного толуола на циркуляцию при открытии клапана на трубопроводе для подачи толуола в емкость для осушенного толуола и корректируют заданное предельное значение расхода влажного толуола на азеотропную осушку в зависимости от его предыдущего значения, а заданное значение соотношения между расходом конденсата и расходом влажного толуола на азеотропную осушку - в зависимости от положения клапанов на трубопроводах для подачи осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола и для его подачи на циркуляцию.

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом азе- отропной осушки толуола в производстве изопренового каучука, может быть использовано в производствах полимеров в химической и нефтеперерабатывающей промышленности и позволяет повысить точность стабилизации концентрации влаги в толуоле и снизить затраты на получение тонны каучука. Способ автоматического управления процессом азеотропной осушки толуола заключается в измерении расходов толуола на азеотропную осушку, пара в кипятильник, уровня в кубе ректификационной колонны, уровня в сборнике толуола уровня в емкости для приема осушенного толуола, положения клапанов на трубопроводах подачи осушенного толуола в емкость для приема осушенного толуола и подачи его на циркуляцию и регулировании уровня в кубе ректификационной колонны, соотношения между расходом пара в кипятильник и расходом влажного толуола на осушку, расходов влажного толуола на осушку и осушенного толуола на цируляцию в зависимости от измеренных значений указанных параметров. 2 ил. (Л С

Влажный толуся

Ј.37

Фиг.2