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

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННОЙ

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию работы ректификационных установок и может быть использовано в нефтяной, нефтегазоперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. Известно устройство для автоматического регулирования ректификационной колонны с боковым отбором фракции, состоящее из датчиков расхода жидкой и газообразной фаз отбираемой с глухой тарелки фракции, соединенны через регулятор соотношения с исполнительным механизмом, воздействующим на расход жидкой фазы, датчика темпе ратуры, установленного на тарелке вы ше промежуточного отбора фр)акции и связанного через датчик и регулятор температуры с исполнительным механиз мом, воздействующим на расход газеобразной фазы, и датчика нежелательных примесей в боковом отборе, соединенного с камерой Задание регуля тора соотношения П. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для автоматического управления ректификационной колонной, содержащее регулятор уровня в емкости орошения, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи орошения в колонну, регулятор температуры (состава), вход которого соединен с датчиком температуры на контрольной тарелке в укрепляющей части колонны, соединенный своим выходом с входом регулятора расхода бокового погона (верхнего продукта), регулятор уровня в кубе колонны, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора кубового продукта 2. Недостатком данного устройства является неполное извлечение целевого продукта (бокового погона) при нарушениях режима колонны, вызванных возмущениями по составу и количеству подаваемого сырья, а также колебаниями энтальпии и расхода подаваемого в куб колонны теплоносители. Цель изобретения - максимальный отбор бокового погона требуемого качества при изменении состава и ко личества подаваемого сырья в широком диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее регулятор уровня в емкости орошения, связанный с исполнительным механизмом, установленным н линии подами орошения в колонну, ре гулятор температуры с датчиком температуры на контрольной тарелке в укрепляющей части колонны, соединенный своим выходом с входом регулятора расхода бокового погона, регулятор уровня в кубе колонны, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора кубового продукта, дополнитель но содержит датчик расхода орошения регулятор минимального орошения, да чик и регулятор температуры низа ко лонны, сумматоры и регулятор расход теплоносителя в куб колонны, при эт выход регулятора температуры на контрольной тарелке соединен с пе вой плюсовой камерой первого сумматора и с минусовой камерой второго сумматора, датчик температуры низа колонны связан через регулятор с второй плюсовой камерой первого сум матора, выход которого соединен с входом регулятора расхода бокового погона и с второй плюсовой камерой второго сумматора, первая плюсовая камера которого соединена с выходом датчика расхода орошения через регулятор минимального орошения, а выход второго сумматора связан с входом регулятора расхода теплоноси теля в куб коЛонны. На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит ректификационную колонну 1, снабженную емкостью 2 орошения и боковым погойом 3 для отбора верхнего целевого продук та и состоит из регулятора. уровня в емкости 2 орошения с исполнительным механизмом на линии орошения в колонну 1, регулятора 5 уровня в кубе колонны с исполнительным механизмом на линии отбора кубового про дукта, датчик 6 температуры на кон рольной тарелке в укрепляющей части колоннь, связанного через регулятор 7 температуры с первой плюсовой камерой первого сумматора 8, у которого вторая плюсовая камера св.язана через регулятор 9 с датчиком 10 температуры низа колонны, а выход соединен одновременно с входом регулятора 11 расхода бокового погона и с второй плюсовой камерой второго сумматора 12, у которого первая плюсовая камера связана через регулятор 13 минимального орошения с датчиком 1 расхода орошения, минусовая камера связана с выходом регулятора 7 температуры, а выход соединен с входом регулятора 15 расхода теплоносителя в куб колонны. Устройство работает следующим образом. Изменения расхода или состава исходного сырья, состоящего, например, из углеводородов моноциклической ароматики бензола, толуола и ксилола в виде тяжелой примеси, вызывают нарушение установившегося в колонне 1 режима, которое выражается в отклонениях температур, измеряемых датчиком 6 температуры на контрольной тарелке и датчиком 10 температуры низа колонны. При уменьшении количества легких углеводородов (например бензола) в исчерпывающей части колонны 1 (или по другим причинам) повышается температура низа колонны, а температура на контрольной тарелке в укрепляющей части колонны остается неизменной. В этом случае регулятор 9, получив сигнал от датчика 10 температуры низа колонны, своим выходным сигналом через вторую плюсовую камеру и выход первого сумматора 8 уменьшает (так как регулятор 9 имеет обратный выход) задание регулятору 11, а следовательно, и расход бокового погона 3. что вызывает увеличение расходов кубового продукта, а затем и орошения соответственно регуляторами 5 и 4 уровня по условию сохранения материального баланса, а также нарушение теплового баланса в колонне 1. Одновременно выходной сигнал регулятора 9 через вторую плюсовую камеру и выход первого сумматора 8 и далее через вторую пгиосовую камеру и выход второго сумматора 12 и регулятор 15 уменьшает расход теплоносителя в куб колонны 1, восстанавливая нарушенный тепловой баланс. Уменьшение подачи тепла в куб колонны возвращает к заданному знач нию температуру низа и уменьшает паровой поток в колонне 1, что вызы вает уменьшение количества паров, в ходящих верхом, вследствие чего начинает падать уровень в емкости оро шения, регулятор k уровня которой со ответствующим образом уменьшает рэсход орошения в колонну 1, устанавли вая новый соответствующий величине бокового погона и вновь установившемуся тепловому балансу расход оро шения и обеспечивая тем самым заданное качество целевого продукта несмотря на то, что расход бокового погона 3 уменьшается. Для исключения возможности возникновения в колонне 1 вследствие недопустимого снижения расхода орошения аварийного режима устройство снабжено регул тором 13 минимального орошения, своим выходом через первую плюсовую камеру и выход второго сумматора 12 и регулятор 15, в случае необходимости ,последовательно увеличивает (так как регулятор 13 имеет обратный выход) расход теплоносителя в куб колонны, паровой поток в колонне уровень в емкости 2 орошения и расхо орошения до минимально допустимого. Регулятор 13 включается в работу если количество тепла, подаваемого в колонну, не обеспечивает заданного минимально допустимого расхода орошения. Во всех других случаях (т.е. если расход орошения равен или выше заданного минимально допустимого значения) регулятор 13 в управлении не участвует. Если в результате уменьшения тяжелого компонента (например толуола) в сырье, или по другим причинам, про исходит снижение температуры низа колонны 1 при постоянной температуре на контрольной тарелке регулятор 9| получив соответствующий нал от датчика 10, через первый сумматор 8 и регулятор 11 увеличивает расход бокового погона 3, что позвол ет сохранить заданный коэффициент отбора верхнего целевого продукта (например бензола), но вызывает уменьшение в первую очередь расхода кубового продукта, а затем и орошения и нарушает тепловой баланс. В то же время регулятор 9 через сумматоры 8 и 12 и регулятор 15 увеличивает подачу тепла в куб колонны 1 , восстанавливая тем самым заданную температуру низа колонны и нарушенный тепловой баланс. Увеличение подами теплоносителя в куб колонны вызывает последовательные увеличения парового потока, уровня в емкости 2 орошения и через регулятор i расхода орошения, что обеспечивает заданное качество бокового погона, расход которого увеличивается. Если в результате уменьшения количества легких углеводородов в колонне 1 (или по другим причинам) повышается температура в исчерпывающей и укрепляющей частях колонны регуляторы 7 и 9 получив сигналы от своих датчиков 6 и 10 температур на контрольной тарелке и низа колонны, уменьшают свои выходные сигналы, поступающие в плюсовые камеры первого сумматора 8, который своим выходом, пропорционально алгебраической сумме этих двух сигналов, через регулятор 11 уменьшает расход тем самым через процесс расходы кубового продукта и орошения, не нарушив при этом тепловой баланс. Одновременно регулятор 9 через первый сумматор 8, второй сумматор 12 и регулятор 15 уменьшает расход теплоносителя в куб колонны, возвращая к заданным значениям температуры низа и контрольной тарелки колонны 1 , восстанавливая тепловой баланс и, как показано выше, уменьшая через процесс расход орошения. Таким образом, устанавливается новый уменьшенный расход орошения, соответствующий величине выводимого бокового погона 3 требуемого качества. Устройство выполнено таким образом, что изменение температуры на контрольной тарелке в укрепляющей части колонны на расход теплоносителя в Куб колонны не влияет, так как управляющий сигнал от регулятора 7 поступает одновременно в минусовую камеру и, через первую плюсовую камеру и выход первого сумматора-8, в плюсовую камеру второго сумматора 12, не вызывая изменения его выходного сигнала. Если температуры на контрольной тарелке и низа колонны одновременно понижаются, .устройство по описанным выше каналам управления увеличивает расход бокового погона 3 расход теплоносителя, восстанавливая этим заданные знайения температур низа к контрольной тарелки, уменьшает ра ход кубового продукта и, наконец, увеличивает расход орошения в соответствии с новым значением расхода бокового погона. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет, контролируя хара терные температуры в колонне 1 , отб рать максимальное количество верхнего целевого продукта за счет управления расходами бокового погона 3 и теплоносителя в куб колонны 1, а также сохранять при этом заданное качество бокового погона 3i управляя расходом орошения и автоматически поддерживая материальный и тепловой балансы. Наличие в устройстве регулятора 13 минимального орошения обеспечивает безопасность его работы. Годовой экономический эффект от использования предлагаемого изобретения составляет 3 тыс. руб. Формула изобретения Устройство для автоматического управления ректификационной колонно с боковым погоном, содержащее регулятор уровня в емкости орошения, св занный с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи ороше ния в колонну, регулятор температур вход которого связан с датчиком тем пературы на контрольной тарелке в укрепляющей части колонны, соединен ным своим выходом с входом регулято « ра расхода бокового погона, регулятор уровня в кубе колонны, связанный с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора кубового продукта, отличающееся тем, что, с целью максимального отбора бокового погона Tpe6yeMoho качества за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно содержит датчик расхода орошения, регулятор минимального орошения, датчик и регулятор температуры низа колонны, сумматоры и регулятор расхода теплоносителя в куб колонны, при этом выход регулятора температуры на контрольной тарелке в укрепляющей части колонны соединен с первой плюсовой камерой первого сумматора и с минусовой камерой второго сумматора, датчик температуры низа колонны связан через регулятор температуры низа колонны с второй плюсовой камерой сумматора, выход которого соединен с входом регулятора расхода бокового погона и с второй плюсовой камерой второго сумматора, первая плюсовая камера которого соединена с выходом датчика расхода орошения через регулятор минимального орошения, а выход второго сумматора связан с входом регулятора расхода теплоносителя в куб колонны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 570371, кл. В 01 D , 1976. 2.Эрриот П. Регулирование производственных процессов, М,, Энергия, 1967, с, 356.

-

z:

П

а

i:Ich- -@

i

:

ЖЕМ

i