Устройство для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленистых соединений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1799374 С 07 С 5/02, Я 05 О 27/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР, 1982.ьство СССРО, 1984,ие относится к, устройствам о управления технологичеами гидрирования и может ано в нефтехимической прори автоматизации установок ена и пропилена.бретения является снижение ацетиленистых соединений в вышения качества регулироурного режима реактора, опусловиях изменяющейся ал и затора.е представлена схема устаирующая предлагаемый споновк соб. Устройство со о которым пост фракция, датчики танзтиленовой ф ошения, рсгулир ода, теплоо ратуры сыр 10 темпераводор темпе лятор Изобретен автоматическо скими процесс быть использо мышленности п получения этил Целью изо концентрации ЭЭФ за счет по вания темпера тимизации в активности кат Ка чертеж и, иллюстрдержит трубопроводы 1, 3 упает ЭЭФ и водородная 2, 4 расхода водородной и ракции, регулятор 5 соотующий клапан 6 расхода бменники 7, 8, датчик 9 ья на входе реактора, регутуры сырья на входе реак(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРИРОВАНИЯ АЦЕТИЛЕНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Использование: в химической и нефтехимической промышленности, в частности при автоматизации процессов гидрирования ацетиленистых соединений, Сущность изобретения: устройство содержит блок расчета состава контактного газа, датчик и регулятор температуры сырья на выходе реактора, блок сравнения, вычислительный блок анализа математической модели, блок расчета оптимального режима управления и многоканальное реле переключения. 1 ил,тора, регулирующий клапан 11 водяного пара, реактор 12, емкость сепаратор 13, конденсатор - холодильник 14, датчик 15 давления на выходе конденсатора холодильника, регулятор 16 давления, регулиру- а ющий клапан 17 подачи охлаждающей воды, датчик 18 температуры контактного газа на выходе реактора, датчик анализатора состава контактного газа 19, регулятор 20 темпе-ратуры контактного газа. вычислительный блок 21 расчета состава контактного газа, Ч вычислительный блок 22 анализа математи ь ческой модели, блок 23 формирования задания, блок 24 расчета оптимального режима управления и многоканальное реле переключения 25,Работа устройства основана на экспериментально наблюдаемой картине технологического процесса гидрирования ацетиленистых соединений. Анализ состзва продукта реакции определяется хроматографом 19; реализуется блоком 21 при широком интервале варьированиятехнологических параметров реактора, скорости подачи состава реакционной смеси,По данным приведенных кинетических исследований процесса на лабораторном проточном реакторе, определено вероятный механизм гидрирования ацетилена,С 2 Нг + Нг С 2 Н 4 С 2 Н 4 + Нг- С 2 Н 6Исходя из предложенных механизмов, 10на основе закона действующих масс состав-,лена кинетическая модель процесса, затемс учетом теплового баланса и гидродинами. ческих обстановок предложена математическая модель промышленного реактора 15предполагая, что ан работает адиабатически в режиме идеального вытеснения, исключая влияние массопередачи, которыйимеет вид;д С 20дг- К 1 С 1 С 4д Сгдт= К 2 СгС 4 (2) 25-- = -(КС 1+ К 2 С 2)С 4д С 4дтд Т 1 4 ц Я30где Ср - средняя теплоемкость ц-тепловойэффект 1-й реакции;Т - температура контактного газа навыходе реактора;К, - константа скорости -й реакции; 35Э/1-скоросты-й реакции; С 1- концентрациясоответственна ацетилена, этилена, водорода, этана; р - плотность,Проверка адекватности и оценка близости расчетных данных скорости реакции и 40температуры к промышленным проведенына действующей установке и определены вблоке формирования задания 23, Блок 23выполняет функцию сравнения заданных(текущих) значений состава контактного газа с результатами вычислительного блока 22анализа математической модели.Если результаты совпадают, то решается задача оптимизации в блоке 24 расчетаоптимального режима управления, находятся оптимальное задание и через реле переключения 25 поступают к соответствующим, локальным контурам регулирования (уставки 5, 10, 16 и 20), Если результаты не совпадают, тогда в вычислительном блоке 22 55анализа математической модели подстраиваются коэффициенты модели, до полногосовпадения.Затем результаты вновь посгупают вблок 24 расчета оптимального режима управления и осуществляется выбор оптимального задания локальных контуров регулирования, Оптимальное задание уставок определяется по уравнениям (2),Разработанный алгоритм управления представляется следующим образом; при оптимальном управлении нестационарным процессом, обусловленным вследствие изменения свойства катализатора и характеристик сырья во времени, осуществляется периодически корректировка стационарной модели по действительным значениям выходных параметров, получаемых с установки при различных режимах работы с помощью хроматографического анализа. Если разность сопоставляемых значений выходит за допустимые пределы, то производится подстройка коэффициентов математической модели методом перебора. При совпадении значений этих параметров с заданной точностью модель считается адекватной процессу, после чего осуществляется определение оптимального режима управления технологическим процессом.После решения задачи оптимизации методом наискорейшего спуска находятся оптимальные режимы управления для уставки локальным контурам регулирования,Таким образом, поддерживается оптимальный режим реактора гидрирования в условиях изменяющейся активности катализатора соответствующий минимальной концентрации ацетиленистых соединений в ЭЭФ, что позволяет свести потери этилена и пропилена к минимуму.П р и м е р, Проводится оценка эффективности устройства для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленистых соединений.В промышленный адиабатический реактор подается этанэтиленовая фракция (ЭЭФ) в количестве 12 т/ч и водород в количестве 40 кг/ч,Стабильные подачи ЭЭФ и водорода, которые поддерживаются регулятором соотношения, путем изменения расхода водорода и ЭЭФ, Температура на входе реактора стабилизируется регулятором температуры с воздействием подачи водяного пара, а на выходе реактора поддерживается регулятором температуры, изменением подачи охлаждающей воды с корректирующим заданием от регулятора давления хладоагента в циркупяционном контуре, Оптимальные задания вышеуказанных регуляторов получаются от вычислительного блоха, что обеспечивают высокое качество регулирования температурного режима реакторного блока,Расчет оптимальных заданий по вышеуказанным контурам в вычислительном блоке осуществлен на основе адаптивной модели реактора (2), со следующими начальными условиями: температура реактора; на входе 100 С, на выходе 118" С, соотношение водорода к ацетилену на входе в реактор 3;1 моль.В качестве критерия оптимальности был взят минимум себестоимости товарного этилена:Бпр = Г(Яз, Ят, Яп),где Ял - себестоимость выпускаемой продукции;Я, Ят, Яп - затраты на сырье, переменные и постоянные расходы.При решении задачи оптимизации на режимные параметры были наложены следующие технологические ограничения; по температуре на входе реактора 100 СТвх 5105" С,. по температуре на выходе реактора 115Твых119 С, расход водорода 40С80 кг/час, расход ЭЭФ 12 т/час,Сравнительная оценка эффективности данного устройства представлена в табл. 1 - известный. 2 - предлагаемый),Таким образом данное устройство для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленистых соединений позволяет определить оптимальный температурный режим за счет повышения качества регулирования температуры на входе и выходе реактора, обеспечивает снижение расхода продукта на 14 кг/час и уменьшает себестоимость товарного этилена на 3,5 руб/т, при этом экономический эффект составляет 763 тыс.руб,Формула изобретения Устройство для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленистых соединений, содержащее датчики расхода этанэтиленовой и водородной фракций, регулятор соотношения расходов этан этиле новой фракции (Э Э Ф) и водород 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ной, фракции, клапан расхода водородной фракции, датчик температуры сырья на входе в реактор, регулятор температуры сырья на входе реактора, клапан подачи водяного пара, датчик давления хладагента в циркуляционном контуре, регулятор давления, клапан подачи охлаждающей воды, датчик анализатора состава контактного газа и оптимизатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения концентрации ацетиленистых соединений в ЭЭФ за счет стабилизации температурного режима. оно дополнительно содержит блок расчета состава контактного газа, датчик и регулятор температуры сырья на выходе реактора, блок сравнения, вычислительный блок анализа математической модели, блок расчета оптимального режима управления многоканальное реле переключения, при этом датчик состава контактного газа соединен с входом блока расчета состава контактного газа, выход которого связан с первым входом блока сравнения, второй вход которого связан с вычислительным блоком анализа математической модели, входы которого соединены с датчиками расхода водорода и ЭЭФ, датчиками температуры на входе и выходе реактора и датчиком давления сепаратора, а выход блока сравнения соединен с входом блока расчета оптимального режима управления, шестой вход вычислительного блока анализа математической модели соединен с первым выходом блока расчета оптимального режима управления, второй выход которого связан с входом многоканального реле переключения, а выходы которого соединены с первым входом регулятора соотношения водородной фракции и ЭЭФ и первыми входами регуляторов температур на входе и выходе реактора, выходы регулятора температуры на выходе реактора связаны с регулирующим клапаном расхода охлаждающей воды, а входы соединены с выходом регулятора давления на выходе сепаратора и со своим датчиком.1799374 дактор А,Горячева Т Морг оРРектор З.Салк аказ 788Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб.; 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 остэвителехред М.