Способ регулирования процесса разделения газовых смесей в ректификационной колонне Советский патент 1980 года по МПК F25J3/02 B01D3/42 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОДЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В РЕКТИФИКАЦИОННОЙ Изобретение относится к способу автоматического регулирования ректификаиионнык колонн установок разделения газовых смесей методе глубокого охлаждения и может быть применено в химическо и метаппургической промышленности. Известен способ регулирования процесса разделения газовых смесей в ректификационной колонне путем изменения потоков газовой смеси в зависимости от расхода газовой смеси на входе в аппараты и давления перед компрессором к уровня продукта в нижней части ректификационной колонны. Известен способ регулирования ttpouecса разделения газовых смесей в верхней ректификационной колонне возоухораздепительной установки путем г эосселярования газа перед трубодетандером в зависимости суг уровня продукта в колонне. Однако такой способ не является экономически огфавданным, так как приводит к недоислопьзованиго располагаемого изоэнтропййного теплоперепада, определяемого давлеКОЛОННЕнием в нижней и верхней колоннах и потерями в коммуникациях. Наиболее близок к предлагает 1ому изобретению способ регулирования процесса разделения газовых смесей в ректификационной колонне путем изменения холодопроизводительности детандера при отклонении уровня в верхней ректификационной колонне от заданного значения. Однако управление по отклонению уров ня в верхней колонне приводит к низкому качеству регулирования при изменении гроизводительности установки, так как регулятор не получает опережающих импульсой, связанных с изменением расхода воздуха в блок, а срабатьшает только 1ФИ Отклонении уровня в верхней ректифи г кационной колонне от заданного значения. Цель изобретения - повышение качества регулирования, уменьшение времени запаздывания объекта регул1рования, сокрашение длительности переходного процесса при изменении производительности устан ки. 7 Это достигается тем, что изменение холодопроизводительности детандера осуществляют в зависимости от расхода газовой смеси с коррекцией по уровню в верхней части ректификационной колонны. Известно, что увеличение расхода газа, поступающего в блок разделения, требует увеличения расхода детандерного потока. Поэтому поддержание определенного соот ношения расхода газа, поступающего в лок, и расхода детандфного потока позволит управлять уровнем в верхней ректификационной колонне по возмущению, связанному с изменением производительности установки, не дожидаясь отклонения уровня. Но так как трудно точно определить закон изменения детандерного потока Б зависимости от изменения расхо да газа в блок и для различных установок он получается не одинаковым, возникает необходимость корректировать величину расхода детандерного потока по уровню в верхней ректификационной колон не. На чертеже дана схема установки, осуществляющей предлагаемый способ регулирования процесса разделения газовых смесей. Она .состоит из блока 1 регенераторов , ректификационной колонны 2, верхней колонны 3, датчика 4 расхода, программного задатчика 5, сумматора б, регулятора 7, детандфа 8, механизма 9 изменения холодопроизводитёпьности, датчика 10 расхода, датчика 11 уровня, регулятора 12, задатчика 13 моторного задатчика 14. Способ осуществляется следующим образом. Газ, поступающий в установку разделения, проходит блок 1 регенератора и подается в нижнюю ректификационную колонну 2. При установившемся состоянии уровень в верхней колонне 3 находится в среднем положении. При изменении про изводительности установки сигнал с датчика 4 расхода поступает на программный задатчик 5, реализующий зависимость между расходом газа G, пос-г тупающим в -установку, и расходом детандфного потока . Известно, что величина детандфного потока, необходимая для компенсации холодопотфь воздухорааделительной установки большойпроизводительности, может быть найдена из выр ажения ;i9oooo-Gr 0,125+2800001 |.р - aenTRjffla детандерного потока, G 1- -- расход газа, поступающего в установку, .. ЕЗыражение (1) справедливо при изменении расхода газа GrB пределах от 12000 до 19ОООО . Следовательно, расход детандерного потока при новой производительности устоювки можно определить какр Слет ° 2 г+- {190000-( 2800000(2) Программный задатчик 5 реализует зависимость (2) между расходом газа Q ,поступающим в установку, и расходом детандерного потока бдет- Выходной сигнал И программного задатчика 5, пропорциональный величине , найденной из выражения (2), пост гпает на вход сумматора 6. Выходной сигнал сумматора 6 является пфеменнымзаданием регулятрра 7 изменения хблодопроизводитепьностй детандера 8 и равен И2 И + И5. (3) При неизменном сигнале (Из соп8-Ь) моторного задатчик а 14 изменение выходного сигнала И. ного сигнала и программного задатчика 5 (связанное с изменением производительности устано1вки) вызывает изменение задания регулятора 7. Сигнал с сумматора 6, подаваемый на регулятор 7 вызывает изменение регулирующего воздейст ВИЯ на механизм. 9 изменения холодопроизводительности, в частности поворачивает лопатки направляющего аппарата детандет ра 8 на такую величину, чтобы выходной сигнал HQC сумматора 6 (являющийся заданием регулятора 7) сравнялся с сигнале Ид датчика 1О расхода. Следовательно, при изменении производительности установки регулятф 7 установил новое значение расхода детандерного Потока в соответствии с выражением (2). Если закон изменения детандер„оро потока в зависимости от изменения расхода газа в блок разделения установлен правильно, то уровень в верхней колонне не изменится. Действительно, зависимость величины уровня в верхней колош е от расхода детандерного потока приблизительно может быть описана слелук щ№ли зависимостями: при расходе газа в блок разделения р авном 17ОООО нм + г (Одет--20000) (4) при расходе газа в блок разделения равнам 180ООО нмЗ/ч (Дет 20000 ) (5) Н 1350+гр. где Ц - jT jODGHb в верхней копонне кгс /м расход детандерного потока, . Зависимости (4) и (5) получены при .изменении детандерного потока в преде- пах от 2ОООО до 260ОО . Согласно выражению (2) при расходе воздуха в блок, равном 170000 , требуется 22460 детандерного по тока, а при расходе воздуха в блок, равном 1800OOHMV4, требуется 23140нм/ч детандерного потока. Из выражений (4) и (5) следует при этом, что уровень.в верхней колонне не изменится. В противном случ.ае (когда закон изменения детандерного потока в зависи.мости от изменения расхода газа в блок разделения установлен не точно), изменит ся уровень, и сигнал Ид от датчика И уровня, поступающий на регулятор 12, будет отличаться от сигнала И задатчика 13. РЬлпульсный сигнал регулятора 12 И К () (6) г опорииональкый величине разности сигн лов Ис- и И,поступит на моторный задатчик 14, который изменяет величину отслеживаемого им аналст-ового сигнала, подавайлого на cyri-iMaTOp 6 по следующему закону. . где Ид - величина отслеживаемого аналогового сигнала до прихода импульсного сигнала К2 - коэффициент усиления; И .. - нсвая величина отслеживаемого аналогового сигнала. Сигнал с сумматора 6 поступает на регуд тор 7, который вызывает изменение регулирующего воздействия на механизм 9. Контур коррекции по отклонению уровня в верхней колонне будет включаться Б работу также при других возмущениях (например, при переключении адсорберов петлевого потока), влияющих t& уровень в вфхней колонне. Г%)едлагаемый способ автоматической стабилизации уровня в верхней колонне в значительной степени стабилизирует процесс ректификации в верхней колонне, уменьшает потери продуктов разделения. Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения составит 1ОООО руб. в год на одну воздухоразделительную установку, производительностью ЗОООО-35000 м кислорода в 1 ч. .Формула изобретения Способ регулирования процесса разделения газовых смесей в ректификационной колонне методе глубокого охлаждения путем изменения холодопроизводительности детандера, отлкчающнйс я тем, что, с целью повышения кйчества р9гул1фования, изменение холодоЦ)Оизводительности детендера осуществляют в зависимости от расхода газовой смеси с кqJpeкциeй по уровню в верхней части ректификационной колонны.