Устройство для оптимального управления ректификационной колонной Советский патент 1982 года по МПК B01D3/42 

1

Изобретение относится к устройствам для оптимального управления ректификационной колонной и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промьппленности.

Известно устройство для оптимального управления ректификационной колонной, содержащее расходомер и анализатор состава сырья, блоки управления расходами продукта и орошения, каждый из которых соединен с регулятором расхода продукта и регулятором расхода орошения. .Выходы расходомера и блоков управления соединены с входами блока определения производной концентрации примеси в побочном продукте, а выходы блоков прогнозирования соединены с регулятором соотношения, выход которого соединен с входами блоков управления | .

Ичрестно устройство для управления ррк 1Ч1ф1ткаиионно1| колонной, содержащее

датчики расхода и температуры сырья, температуры дистиллята, расхода флегмы, расхода теплоносителя в куб колонны, расхода и температуры кубового продукта, соединенные с вычислительным блоком, связанным с регуляторами расходов флегмы и теплоносителя в куб колонны 2 .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для оптимального управлений ректификационной колонной, содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, датчик расхода дистиллята, регуляторы расходов дистиллята и фпегмы, регулятор температуры куба колонны, соединенный с клапаном подачи теплоносителя в куб колонны, регулятор температуры сырья,соединенный с датчиком температуры сырья и клапаном на линии подачи теплоносителя в подогреватель, вычислительный блок, входы которого свячаны с датчиками температуры, состава и расхода сырья, оптимизатор, входы которого соединены с вычислительным блоком, датчиками температуры куба, расхода флегмы и расхода дистиллята одни из выходов оптимизатора связан регулятором температуры сырья, а др гие выходы его через динамический фильтр подключены к задающим входам регуляторов расхода флегмы, расхода дистиллята и температуры куба колон кы 31. Недостатком устройства является неудовлетворительное качество обоих продуктов разделения вследствие использования в устройстве автоматического анализатора качества, а так же температуры куба как импульса дл управления потоком теплоносителя. Цель изобретения - увеличение чистоты продуктов разделения. Поставленная цель достигается те что устройство дополнительно содержит датчики давления верха колонны температуры дистиллята, расхода теп лоносителя в куб колонны, расхода и температуры кубового продукта и блок памяти, при этом датчики расхода дистиллята, флегмы, теплоносителя в куб колонны,.кубового продукта, давления верха колонны, кубовог продукта, давления верха колонны, температур дистиллята и кубового продукта и блок памяти соединены с входами вычислительного блока, выходы которого связаны с входами опт мизатора, один из выходов которого соединен с регулятором температуры на контрольной тарелке. На фиг.1 дана структурная схема устройства для оптимального управления ректификационной колонной; на фиг.2 и 3 - температурные профили реактификационной колонны при разделении соответственно бинарной и многокомпонентной смеси при двух различных границах разделения. Устройство для оптимального упра ления ректификационной колонной 1 содержит датчик 2 расхода сырья, датчик 3 температуры сырья, датчик 4 давления верха колонны, датчик 5 расхода дистиллята, датчик 6 температуры дистиллята, датчик 7 расхода флегмы, датчик В расхода теплоносителя в куб колонны, датчик 9 расхода кубового продукта, датчик Ш температуры кубового продукта, датчик 11 температуры на характерной тарелке, регулятор 12 температуры сырья, соединенный с клапаном 13 на линии подачи теплоносителя в подогреватель, регулятор 14 расхода флегмы, соединенный с клапаном 15 на линии одачи флегмы, регулятор 16 температуры на характерной тарелке, соединенный с клапаном 17 на Л111ши подачи теплоносителя в куб колонны, блок 18 памяти, вычислительный блок 19 и оптимизатор 20, причем входы вычислительно.го блока 19 соединены с датчиками 2-10 и блоком 18 памяти, а выходы - с входами оптимизатора 20, с одним из входов оптимизатора также соединен датчик 11. Выходы оптимизаторов соединены .с регуляторами 12, 14 и 16. Устройство работает следующим образом. Вычислительный блок 19, используя текущую информацию о расходе и .температуре сырья с датчиков 2 и 3, о расходе и температуре дистид лята с датчиков 5 и 6, о расходе и температуре кубового продукта с датчиков 9 и 10, производят расчет всех материальных потоков по колонне в размерности кг моль/ч и материальный баланс колонны по формуле р D + Wгде F расход сырья в колонну,, меряемый датчиком 2; расход дистиллята, замеряемый датчиком 9. W - расход кубового продукта, замеряемый датчиком 9. Б блок 18 памяти заносят данные о требуемой частоте обоих продуктов разделения (дистиллята и кубового продукта): у - суммарное содержание дистиллятных компонентов в дистилляте; - суммарное содержание дистиллятных компонентов в кубовом продукте; средний М1элекулярный вес и плотность сырья дистиллята и кубового продукта при 20°С; олтимальное значение температуры на характерной тарелке Т„ 0 для режима. iXpi отвк текущая величина отбора дистиллята; суммарное содержание дистиллятных компонентов в сырье. Используя данные о текущей информации датчиков 2 и 5 и данные блока

5899058

18 памяти, вычислительный блок производит расчет текущей В8личи1ты от6oJ a дистиллята по формулам f ..fci-x we o3 w5 ь Оптимизатор 20, используя информацию от вычислительного блока 19 о текущем критическом значении величины отбора дистиллята и информацию датчика температуры сырья 3, методо итераций производит рйРЧёт темпера т ры подогрева сырья так, чтобы для отгона (1) была равна нулю.Задание регулятору 12 температуры сырья уст навливается непосредственно после его расчета оптимизатором 20. В оптимизатор 20 поступает инфор мация о текущем значений температуры на характерной тарелке от датчика 11, Температуру на характерно тарелке задают в интервале температур между режимом разделения с повы шенным содержанием легких компонентов в кубовом продукте и режимом разделения с повьппенным содержанием тяжелых компонентов в дистилляте. На фиг.2 и 3 кривые соответствуют оптимальному разделения смеси, кривые 5- режиму разделения с повышенным содержанием легких ком понентов в кубовом продукте, а кр;ивые i - режиму разделения с повышенным содержанием тяжелых компонен тов в дистилляте. Из анализа кривых распределения температур по высоте колонны видно, что целесообразно поддерживать режим работы ректификационой колонны, соответствующий кривым а .Наибольшая вероятность попасть внутрь этой области, расположенной меткду кривыми 8 и I) , наблюдается для так называемых характерных тарелок, обладающих наиболь шим перепадом температур и концентраций при двух различных режимах. Оптимизатор 20, используя информа цию датчика 11, вычислительного блока 19 о расходе сырья, теплоносителя, флегмы, величины критического текущего значения отбора дистиллятных компонентов в сырье по формуле onwT (6z F f t Uao.TcLb - I-i i t «лрТар

1 ( CTpuK. -Хи/s .|-Z A -------- ;

м1п где G - расход теплоносителя; Z - расход флегмы; - множитель Ланграюта, рассчитывает оптимальное значение управляющих воздействий G и Z. Затем устанавливается задание регуляторам I4 и II соответственно расхода флегмы 14 и температуры на ха- рактерной тарелке 1I. Алгоритм поиска минимума функции ( j) реализуется в оптимизаторе 20. Так как оптимизация проводится по математической модели, адекватной объекту (колонне I), отпадает необходимость в использовании анализаторов качества сырья, дистиллята и кубового продукта. Оптимальная температура на характерной тарелке и составы получаемых продуктов прогнозируются моделью процесса. Предлагаемое устройство для оптимального управления ректификационной колонной позволяет получить целевые Продукты { дистиллят и кубовый продукт) высокой степени чистоты. Так, использование этого устройства позволяет получить по сравнению с известным устройством управления ректификационной колонной бензол с содержанием толуола менее 300 ппм против 450-500 ппм, а толуол с чистотой 0,999 против 0,985. При этом отбор бензола и толуола увеличивается соответственно на 0,3 вес.% и 0,6 вес4% на сырье, а расход электроэнергии и теплоносителя уменьшается соответственно на 1 ,1% и 1,2% на сырье, что составит экономический эффект в 43,702 тыс.руб. в год. Формула изобретения Устройство для оптимального управ ления ректификационной колонной, содержащее датчик расхода и температу- ры сырья, расхода флегмы и дистиллята, регулятор температуры сырья, соединенный с клапаном на линии подачи теплоносителя в подогреватель, регулятор расхода флегмы, соединенный с клапаном на линии подачи флегмы, датчик температуры на контрольной тарелке, связанный с одним из входов оптимизатора и с регулятором, связанным с клапаном на линии подачн теплоносителя в куб кононны, вычислительный блок, входы которого соединены с датчиками расхода и температуры сырья, оптимизатор, входы которого соединены с выходами вычис лительного блока, а выходы - с регу ляторами температуры сырья и расхода , отличающееся тем, что, с целью увеличения чистот продуктов разделения за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно содержит датчики давления верха .колонны, температуры дистиллята, расхода теплоносителя в куб колонны, расхода и температур кубового продукта и блок памяти, при этом датчики расходов дистилля та, фпегмы, тешюноси ге.пн п куб колонны, кубового продукта, давления верха колонны, температур дистиллята и кубового продукта и блок памяти соединены с входами вычислительного блока, выходы которого связаны с входами оптимизатора, один из выходов которого соединен с регулятором температуры на контрольной тарелке. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 448871, кл. В 01 D 3/42, 1972. 2.Патент США № 4166770, кл. 203-2, 1979. 3.Авторское свидетельство СССР № 565675, кл. В 01 О 3/42, 1976. .

Фи9.1 15 80 $5 90 35 ЮО Ю5 1Ю US 120