Способ автоматического управленияпРОцЕССОМ пОлучЕНия МОчЕВиНы Советский патент 1981 года по МПК C07C126/02 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению технологическими процессами, в частности- процессом получения мочевины из аммиака и двуокиси углёроца и может -быть использовано в химической промышленности. Известен способ автоматического управления процессом получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода, основан нь1й на регулировании как измеряемых параметров, так и расчетных показатеяей процесса с помощью средств КИПиА в комплекте с УВМ и включающий регулирование расхода воды в узлы абсорбцииконденсации в зависимости от соотношения Н. : СО на вкоде в колонну синтеза из. Однако положительный эффект от использования этого способа возможен толь ко при обеспечении отгона нз реакционного плава на 1-ой ступени дистилляции значительной части воды и обеспечении рецикла избыточного аммиака, необхоаимого для протекания процесса CHHTesaj с предварительным выделением и выведением его из системы аппаратов узла дистилляции, что существенно снижает энергетические показатели процесса и увеличивает его металлоемкость. Известен также способ автоматического управления процессом получения мочевины с рециркуляцией углеаммоний- ных солей в колонну синтеза, включающий стабилизацию расходов исходных реагентов в колонну синтеза, стабилизацию давления, уровня и температуры продукта в аппаратах, регулирование расхода свежей двуокиси углерода в колонну ректификации первой ступени дистилляции и регулирование расхода воды в аппараты абсорбции-конденсации газов дистилляции Сг. Недостаток известного способа управления заключается в низкой надежности системы регулирования, что он не обеспечивает нормальных условий работы иэгза кристалд изации или вскипания раствора углеаммонийнык солей. 3.80 Цель изобретения - повышение нацежности сисгемы регулирования за .счег предотвращения кристаллизации или вскипания раствора углеаммонийных солей. Поставленная цель достигается тем, что расход свежей двуокиси углерода в колонну ректификации первой ступени дистилляции регулируют в зависимости от концентрации двуокиси углерода в углеаммонийных солях, рециркулируемык в колонну синтеза и от содержания аммиака, несвязанного в карбонат аммония, в плаве поЬле колонны ректификации первой ступени дистилляции, а регулирование расхода воды з аппараты абсорбции-конденсации осуществляют в зависимости от содержания аммиака в углеаммонийных солях. При реализации данного способа регулирования целесообразно поддерживать .максимально высокое значение концентрации. СО в углеаммонийнык солях, чтобы избежать вскипания солей, содержащих большое количество ЫНл( 52-56%) необходимого для обеспечения молярного соотношения реагентов навходе в колонну синтеза СО 3,2 - 3,6, Однако следует иметь в виду многообразные взаимосвязи параметров рассматриваемого процесса, осложненного развитой системой газовых и жидкостных рециклов В частности, при увеличении стриппингового числа Ч особенно в области низких значений соотношения Н JO : СО,, (0,6 - О,7), как наиболее интересных с точки зрения условий протекания реакции синтеза мочевины, увеличивается содержание в плаве после колонны ректификадии первой Ступени свободного аммиака, который .должен быть выделен и выведен из системы -на последующих стадиях. Это в свою очередь вызывает уменьшение содержания МН в аппаратах первой ступе ни дистилляции и колонне синтеза, а сле довательно, снижение степени конверсии СО х-, -накапливающееся изменение рецик- ловых потоков и затем нарушение баланса своего узла. Поэтому при изменении подачи, свежей CO,j в эту колонну необходимо вводить коррекцию по содержанию не связанного N Н - в плаве после нее. Также установлено, что наиболее эффективное управление концентр1ацией амм ака в углеаммонийных солях может быть осущ;ествлено, если в качестве регулирующего вбздействия использовать расход внешней воды в аппараты абсорбции-конденсации газов дистилляции. Такой кон- .тур регулирования обладает достаточно большим быстродействием и чувствительностью (0,5 - 1%)т в зависимости от режима). Состав солей и содержание свободно- го NH-j можно вычислять известным способом с помощью УВМ при расчете материального баланса процесса синтеза-дистилляции по его математической модели на основании поступающей в УВМ информации от датчиков технологических параметров (расхода , температуры, давления) или измерять непосредственно. Проведенные исследования показали возможность непрерывного автоматического контроля содержания МН и СО. в водных растворах и растворах мочевины с помощью двухкомпонентного титромет- . ра непрерывного действия в комплекте-с блоком 20-30-кратного разбавления про-г бы конденсатом. На чертеже представлен пример реалит зации способа. В колонну 1 синтеза подают аммиак, двуокись : глерода и раствор углеаммонийных солей 1-й ступени. Плав из колонны синтеза, содержащий мочевину, воду, непрореагнровавшие аммиак и дву- оксиь углерода, поступает в ректификационную колонну 2 с подогревателем, в которую также подается часть свежей СО для интенсификации процесса разложения карбамата и отгонки и СО.. Газы дистилляции проходят еще два аппарата 1-и ступени дистилляции - последовательно работающие конденсаторы 3 и 4, где смешиваются с углеаммонийными соЛяМи 2-й ступени. Образующийся при этом раствор углеамМонийных солей насосами высокого давления 5 возвращается в колонну 1 синтеза. Плав мочевины из колонны 2 ректификации поступает в систему аппаратов второй ступени дистилляции: ректификационную колонну 6, подогреватель 7 и сепаратор 8. Плав после дистилляции направляют на переработку, а газы дистилляции - в аппараты 9, 10 узла абсорбции-конденсации. Пары аммиака из конденсатора второй ступени 9 проходят абсорбер 10, где поглощаются конденсатом. Полученный раствор аммиачной воды идет на орошение конденсатора 9, в который также подают сдувки из конденсатора 1 ступени 3 и свежий аммиак в количестве 13-15% от его общего расхода. Аммиак используется цля разбавления образующего в конденсаторе 9 раствора углеаммонийных солей второй ступени, содержащий иа-эа отсутствия в газах, больших количеств избыточного МН опасное с точки зрения кристаллизации солей количество СО-. Раствор углеаммонийных солей второй ступени насосом 11 передают на первую ступень и далее на синтез. Давление в колонне синтеза (250 кгс/см) и по ступеням давления (90 кгс/см и 2,5 кгс/смт поддерживают регуляторами 12,13 и 14, соответственно путем дросселирования выходных потоков. Уровень жидкой фазы в апп ратах 2 4, 8 и 9 также стабилизируют регуляторами 15- 17и 18 соответст- .венно путем изменения выдачи растворов из этих аппаратов. Температуру в аппара тах 2, 3,4, 7, 9 поддерживают на за. данном уровне изменением расхода тепло носителя во встроенные теплообменники с помощью регуляторов 19 - 23 соответственно. Нагрузку узла синтезак1истипляции по СО устанавливают в соответствии с плановым заданием и измеряют расходомером 24. Расход аммиака измеряют . расходомером 25 и регулируют с помощью регулятора 26 соотношения с целью поддержания постоянного стехиометрического соотношения свежих реагентов. Количество внешней воды, поступающей на синтез через абсорбер10 и конденсатор 9, регулируют регулятором 27, воздействующим на клапан 28. В качестве корректирующего сигнала используют первый выходной сигнал двуккомпонентного анализа тора 29, пропорциональный содержанию N Hj в углеаммонийнУх солях, рециркулируемых в колонны синтеза. Второй выходной сигнал этого анализатора, пропорциональный содержанию рециркулируемых в . углеаммонийных солях CQi , подают в качестве переменной регулируемой величины на вход регулятора ЗО, изменяющего с помощью клапана 31 количество свежей СО в колонну, ректификации первой ступени. Работу регулятора ЗО корректируют блоком 32 алгебраического суммирования. Первый выходной сигнал анализатора 33, измеряющего содержание аммиака в плаве после колонны 2, суммирует ся в блоке 32 с сигналом от блока 34 умножения на постоянный .коэффициент, равный отношению молекулярных масс М Н л и CO,j , второго выходног о сигнала анализатора 33, пропорционального содержанию СО в плаве после колонны 2. На выходе блока 32 формируется сигнал пропорциональный разности межцу 8 86 общим содержанием NHj и содержанием связанного в карбамат аммония Н g , т. е. сигнал, пропорциональный количеству аммиака, не связанного в плаве после колонной ректификации первой ступени. Различные возмущения случайного и сезонного характера изменяют заданные режимы аппаратов, вследствие чего меняется состав и количество газов дистипляции, а следовательно, и углеаммонийнык солей Изменения в составе солей, с одной стороны, непосредственно влияют на процесс синтеза мочевины, изменяя его общие показатели, а с другой, приводят к перебоям в работе карбонатных насосов и даже их остановке или поломке. Способ осуществляют следующим образом. Например, анализатор 29 зафиксиро- вал уменьшение содержания в углеаммонийных солях, рециркулируемых в колонну синтеза, NH-j и СО,-, . Изменившийся первый выходной сигнал анализатора 29, пропорциональный содержанию NHj, поступит в-элемент введения коррекции блока сравнения рёгупятора 27, в результате чего уменьшится выходной сигнал регулятора 27,- и клапан 28 снизит подачу Н,;Р . в абсорбер Ю. Одновременно второй вы- ходной сигнал анализатора 29, пропорциональный содержанию СО. , поступает в блок сравнения регулятора 30, в котором сигнал измеряемой переменной сравнивается с заданием в. зависимости от выходного сигнала блока 32, пропорционального содержанию аммиака, не связанного в карбамат аммония, в плаве после колонны 2. Если начальное возмущение не приводит одновременно к изменению содержания аммиака не связанного в карбамат . аммония, сигнал разбаланса от блока, сравнения регулятора 30 после необходимого усиления и сдвига по фазе будет выдан на клапан 31, соответственно изменится проходное сечение его регулирующего органа и увеличится.подача колонну 2. Достигнутое в результате воздействия регулятора 2.7 W 30 снижение расхода внешней воды и увеличение подачи CQ/ на первую ступень дистилляции скомпенсирует возникшие отклонения в составе рециркулируемых углеаммонийных солей. Если по .каким-либо причинам, например из-за существенного снижения расхода внешней воды в систему, увеличитя концентрация аммиака в углеаммонийных солях и при этом увеличится содер-

жйние свободного аммиака в плаве после колонны 2, го регулятор 27 восстановит

требуемый расход воды и снизит концентрацию N Н. С помощью регулятора 30 под действием выходного сигнала блока 32 на элемент введения коррекции блока сравнения регулятора 30, в течение некоторого периода будет уменьшена наг- . рузка ксшонны 2 по свежей СО, что предотвратит выход значительных количеств избыточного аммиака из системы аппаратов первой ступени и сохранит общий баланс рецикловых потоков рассматриваемого узла.

Данный способ позволяет стабилизировать состав раствора рециркулируемых углеаммонийных солей на уровне, выбранном из. соображений эконбмичности процесса синтеза-дистилляции, существенно снизить возможность нарушения норм технологического регламента и уменьшить затраты на эксплуатацию насосов высокого давления в

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом получения мочевины с рецирг куляцией углеаммонийных солей в колонну синтеза, включающий стабилизацию расходов исходных реагентов, подаваемых в колонну синтеза, стабилизацию давления, уровня и температуры продукта в аппаратах, регулирование расхода свежей двуокиси углерода в колонну ректификации первой степени дистилляции и регулирование расхода воды в аппарате абсорбции-конденсации газов дистилляции, отличающийся тем, что, с целью, повышения надежности системы регулирования за счет предотвращения кристаллизации или вскипания раствора углеаммонийных солей, расход свежей двуокиси углерода в колонну ректификации первой ступени дистилляции регулируют в завис им ости, от концентрации двуокиси углерода в углеаммонийных солях,

рецнркулируемых в колонну синтеза и от содержания аммиака, несвязанного в карбомат аммония, в плаве после колонны ректификации первой ступени дистилляции, а регулирование расхода воДы в аппараты абсорбции-конденсации, осуществляют в зависимости от содержания аммиака в углеаммонийных солях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 527419, кл, С 07 С 126/ОО, ОЗ.О5.75.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке №2415813/04,

кл. С 10 О- 9/20, 1976.