Способ автоматического управления процессом ректификации Советский патент 1982 года по МПК F25J3/00 B01D3/42 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ

1

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано в производстве кислорода из атсмоферного воздуха.

Известен способ автоматического регулирования процесса ректификации путем изменения расхода детандерного потока в зависимости от уровня продукта в нижней колонне и расхода орошения верхней колонны в зависимости от уровня продукта в ней 1.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ автоматического регулирования процесса ректификации, заключающийся в том, что при регулировании расхода продукционного кислорода вводят коррекцию по расходу воздуха и концентрации кислорода на промежуточной тарелке верхней ректификационной колонны, а расход орошения верхней ректификационной колонны изменяют в зависимости от концентрации кислорода в потоке орошения 2.

Однако известный способ автоматического регулирования только повышает качество стабилизации продукционного кислорода, но также как и первый, не позволяет

минимизировать потери кислорода с азотом при изменении нагрузки или холодопотерь установки разделения воздуха.

Цель изобретения - минимизация потерь кислорода с азотом и увеличение производительности установки разделения воздуха.

Указанная цель достигается тем, что расход продукционного кислорода и расход орощения верхней ректификационной колонны изменяют с соответствующими коэффициентами пропорциональности в зависимости от изменения давления в нижней ректифика10ционной колонне и расхода детандерного потока, поступающего из нижней ректификационной колонны в верхнюю ректификационную колонну, при этом после каждого изменения расходов продукционного кислорода 15 и орошения верхней ректификационной колонны измеряют концентрацию продукционного кислорода и содержание кислорода в азоте на выходе из верхней ректификационной колонны и при превышении отклонения концентрации продукционного кислорода от

20 заданного значения или концентрации кислорода в азоте на выходе из верхней ректификационной колонны от минимально возможного значения изменяют указанные коэффициенты пропорциональности, а величину минимально возможного значения кислорода в азоте определяют подавлению в нижней ректификационной колонне и расходу детандерного потока.

На чертеже показана блок-схема системы автоматического управления, реализующей описываемый способ.

Исходную смесь (воздух) подают в нижнюю ректификационную колонну 1, где происходит ее разделение на азот и обогащенный кислородом воздух (кубовую жидкость), который в качестве исходной смеси подают на разделение в верхнюю ректификационную колонну 2. Дефлегматором нижней ректификационной колонны 1 и одновременно кипятильником верхней ректификационной колонны 2 служит конденсатор-испаритель 3. Дистиллят нижней ректификационной колонны 1 отбирают из карманов, расположенных в ее верхней части, и через переохладитель 4 направляют на орошение верхней ректификационной колонны 2. Для компенсации холодопотерь установки часть воздуха (детандерный поток) отбирают из нижней ректификационной колонны 1, расширяют в турбодетандере 5 и при температуре, близкой к состоянию насыщения, в качестве исходной смеси подают на разделение в верхнюю ректификационную колонну 2. С низа верхней ректификационной колонны 2 отбирают продукционный кислород, а сверху - азот.

Система автоматического управления процессом ректификации состоит из вычислигельной % ац1ины 6, па вход которой подают сигналы от датчиков 7 расхода потока, датчика 8 давления в нижней ректификационной колонне 1, датчика 9 концентрации кислорода в азоте на выходе из ректификационной колонны 2 и датчика 10 концентра ии продукционного кислорода. Управляющие воздействия от вычислительной мащины 6 подают па задатчики регулятора 11 расхода продукционного кислорода и регулятора 12 расхода орошения верхней ректификационной колонны 2.

Способ автоматического управления процессом ректификации воздуха осуществляют следующим образом.

В вычислительную машину 6 с заданной частотой вводят сигналы, поступающие от датчика 7 расхода детандерного потока и датчика 8 давления в нижней ректификационной колонне 1. После каждого опроса текущие значения этих параметров сравнивают с их значениями, полученны.ми во время предыдущего цикла опроса. При изменении расхода детандерного потока или давления в нижней ректификационной колонне 1 на величину, большую заданной, по вновь полученным значениям этих параметров определяют новое значение расхода продукционного киелорода и расхода орошения верхней ректификационной колонны 2.

Расчет расхода продукционного кислорода и орошения верхней ректификационной колонны 2 производят по выражениям

G К.Од + К,р + К,У,

(i;

iR

. .- - КеУзя -(2)

GO + Kjp

гдеи, -расход продукционного кислорода;

G(j - расход орошения верхней ректификационной колонны 2; Стд - расход детандерного потока; Р -давление в нижней ректификационной колонне 1;

Y,.n - заданная концентрация продукционного кислорода; К,-Kg-постоянные коэффициенты.

Значения постоянных коэффициентов К,-Кб находят по математической модели процесса из условия минимума потерь кислорода с азотом, в результате чего расход продукционного кислорода, рассчитанный по выражению (1), является максимально возможным для данных условий работы установки разделения воздуха.

После каждого изменения сигналов задания регулятору 11 расхода продукционного кислорода и регулятору 12 расхода орощения верхней ректификационной колонны 2 поступающих от вычислительной мащины 6, по окончании переходного процесса в установке разделения воздуха опрашивают датчик 9 концентрации кислорода в азоте на 0 выходе из верхней ректификационной колонны 2 и датчик 10 концентрации продукционного кислорода.

Значение концентрации кислорода в азоте на выходе из верхней ректификационной колонны 2 сравнивают в вычислительной мащине 6 с ранее найденным оптимальным значением, а значение концентраци-и продукционного кислорода - с заданной концентрацией продукционного кислорода. Если абсолютное значение разности сравниваео мых параметров превышает заданную величину, то изменяют коэффициенты пропорциональности К -КбЗависимостей (1) и (2), используемых в вычислительной машине 6 для определения расхода продукциионного кислорода и расхода орощения верхней ректификационной колонны 2.

В отличие от известных способов автоматического управления процессом разделения воздуха, назначение которых сводится исключительно к стабилизации технологического режима, предлагаемый способ позволяет находить наилучший режим процесса ректификации, обеспечивающий для любых текущих условий максимально возможную производительность установки разделения воздуха. Внедрение данного способа позволяет повысить производительность установки разделения воздуха на 3-4%, при неизменных затратах на производство кислорода.