Устройство для оптимального управления колонной ректификации

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВКДЮТЮЛЬСТВУ Союэ СоветскихСоциалистическихРеспублик/42 вкис прнсо Гцюудюрственва кюмитюСюввтв Мннистрюв СССРвю делам изююрютюнийи юткрыткй) Приор ет;07.77 Бюллетень27 ания описания 25,08,77 К 66.01 (088.8 3) Опубликовано 2 46) Дата опублико льский и В. С. Кудрящов Авторыизобретения В. Э аявнтел(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЯЯ КОЛОННОЙ РЕКТИфИКАЦИИ Нед ляется вого пр С целью повышения качества дистнллятаи кубового продукта в устройство дляоптимального управления колонной ректификации, содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, регулятор расхода флегмы, регулятор расхода дистиллята и регулятор температуры куба колонны, соединенный с.клапаном подачи теплоносителя в куб колонны, дополнительно введены регулятор температуры сырья, соединенный с датчиком температуры сырья и с клапаном теплоно сителя в подогреватель, вычислительныйблок, входы которого связаны с датчиками температуры, состава и расхода сырья, оптимизатор, входы которого соединены с выль- О числительным блоком, датчиками температу- рыкуба, расхода флегмы и расхода дистиллята, один из выходов оптимизатора связан . с регулятором температуры сырья, а другиевыходы через динамическийфильтр подклю5 чены к задающим входам регуляторов расхода 61) Дополнительное к авт. свил-ву Изобретение относится к устройствамФдля автоматического управления процессоммногокомпонентной ректификации и можетприменяться в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.Известно устройство, для регулированиясостава головного парового продукта и ректйфикацнонной колоние с частичной конденсацией,содержащее датчики расхода, состава нтемпературы сырья, расхода кубового продук а, связанные через регуляторы с ис- .полнительными механизмами 111,Устройство обеспечивает поддержаниев сборнике флегмы требуемой температуры,при которой концентрация основного компонента в головном паровом продукте равнатребуемой, путем регулирования расхода кубового продукта колонны.Известно также устройство для оптиманого управления ректификационнойколонной,содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, регулятор расхода дистнллята и регулятор температуры куба колонны12. 2остатком известного устройства явудовлетворительное качество кубукта и дистиллята.флегмы, расхода днстиллята и регулятора температуры кура колонны.На чертеже дана структурная схема устройства для оптнмального управления колонной ректификации.Устройство для оптимального управления колонной 1 ректификации включает в себя датчик 2 расхода флегмы, связанный через регулятор 3 с клапаном 4, датчик 5 расхо.да дистиллята, связанный через регулятор 10 6 с клапаном 7, датчик 8 температуры куба, связанный через регулятор 9 с клапаном 10, датчик 11 температуры сырья, связанный через. регулятор 12 с клапаном 13 и датчик 14,Расхода сыРьЯ. ИКроме этого, устройсжо содержит анализатор 15 состава сырья, вычислительный блок 16, связанный своими входами с датчиками 11, 14, анализатором 15, оптимизатор 17, связанный своими входа- М ми с датчиками 2,5,8 и вычислительным блоком 16, выходы которого подключены к задающему входу регулятора 12 и через дннамический фильтр 18 - к задающим входам регуляторов 3,6,9. 25Устройство работает следующим образом.Вычислительный блок 16,. используя текущую информацию о температуре, расходеи составе сырья с датчиков 11, 14 и анализатора 15, производит расчет долей жидкости и пара в питании и их составов,Оптимизатор 17, используя текущую информацию о расходах флегмы и дистиллята с датчиков 2 и 5, о температуре куба бс датчика 8, а также о значениях,долейжидкости и пара в нитании н их составовот вычислительного блока 16, производит" расчет оптимальных расходов флегмы,днстиллята, температуры куба и темпера- ютуры сыры, доставляющих. минимум критерия типа стоимостн потерь примесей с дистиллятом и кубовым продуктом.Задание регулятору 12 температуры 45сырья, вследствие малой инерционностн ана у.нала расход тецлоносителя температуре сырья, устанавливается непосредственно после его расчета оптимизатором 17, а задания регуляторам расхода флегмы 3 и 50 расхода дистиллята 6, регулятору9 температуры куба устанавливаются со сдвигом .во времени, учитывая запаздывание по соответствующим каналам. Сдвиги по времени осуществляются динамическим 55 фильтром 18.В вычислительном блоке 16 по текущей информации о температуре, расходе и составе сь.рья с датчиков 11,14 и ана лиэатзра 15 производится расчет количества паровой и жидкой фаз питания иих составов по следующим формуламлХ к Р(ч) =Е 1:1(6) где 9 -. расход сыры, эамеренный датчиком 14;К - чнсло компонентов в сырье;Х , - концентрация омпонентав питаС 1нии, замеренная анализатором 15;- доля жидкости в питании;Х иМ .- составы жидкой и паровой частеипнтання;.К, - константа фазового равновесия компонента Ь в питания при темпе-ратуре питания ф , замереннойдатчиком 11;Ооф 11 с 321 постоянные коэффициенты;, а .Ь и 4.4 с. - количество жидкости и пара в питании нии,Из формулы (1) методом касательныхНьютона определяется доля жидкости в питании , а затем по формулам (2) - (5)определяются показатели .)ф ., Мн ЧС.МКоличество жидкостн а пара в питаниии их составы, а; также расходы флегмы ндистяллята и температура куба колонны свяэаны с составами дистиллята и кубового про.дукта математической моделью многокомпонентной ректификацнн (МКР),Модель МКР;включает следующие зависимости: уравнейия полного н покомпоненчс.ного баланса колонны и каждой тарелки уран.уранпения фазового равновесии.Общий материальный баланс колонны1 = 1)+а (7)Покомпонентный материальный баланс:а) всей колоннылЕ)(. =В ХВ;+%Хфф, (8),Ь,Х,-Ь ,-Ч Я(11) ад) для остальных тарелок колонны й Х ;Ч У ;-Ь Х 1- У12)Уравнение фазового равновесия, связывающее состав жидкости и пара. имеет вид1 з 1к (" " ( ) иу; х еаефВ уравнениях (7) - (13) приняты следу щие обозначения: ",- потоки жидкости и пара;ф . коэффициент относительной летучестикомпонента , .Индексация;3 0,1, , й, Й + 1 - нумерация та30 релок от куба кдвфпегматору;0- куб;К +1 - двфпегматор- номер тарелки, на которую подаетсяпитаниеномер компонента;К - число компонентов в разделяемойсмеси (в питании).Совокупность уравнений (9) - (13) для Йтарелок колонны, куба и деФцргмауора об разуют систему нелинейныхуравнейий Ргнф сительно Х(концентраций компонента , на каждой из тарелок колонны, в кубе й авфпегматорв). В матричном виде систе- М ма записывается гакА Х.В (14)Решение этой системы. дает распределение концентраций каждого из компонентов во тарелкам колонны,в кубе н дефпвгматоре.Ю Модель МКР, а также алгоритм поискаминимума критерия стоимости потерк примесей с дистнппятом и кубовым продуктомреапизованы в оптимизаторе 17.Так как оптимизация проводится по математической модели многокомпонентной ректифнкации, адекватной объекту (колонна 1),отпадает необходимость в использовании анализаторов составов днстиллята и кубовогопродукта, составы которых прогнозируютсямоделью процесса,ф ормула изобретения Устройство для оптимального управления колонной ректнфикации, содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, ре- . гулятор расхода флегмырегулятор расхода ;дистиллята и регулятор температуры куба колонны, соединенный с клапаном подачи теплоносителя в куб колонны, о т л и ч а ю,щ е е с я тем, что, с целью повышения "качества днстнллята и кубового, продукта, оно дополнительно содержат регулятор температуры сырья, соединенный с датчиком температуры сырья н с клапаном подачи теплоносителя в подогреватель, вычислительный блок, входы которого связаны с датчиками температуры, состава и расхода сырья, оптимизатор, входы которого соединены с вычислительным блоком, датчиками температуры куба, расхода флегмы и расходадис-. тиллята, один нз выходов оптимизатора связан с регулятором температуры сырья, а другие выходы через динамический филер подключены к задающим входам регуляторов расхода флегмы, расхода дистиллята и регулятора температуры куба колонны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,1. Патент США М 3619377,кп. 202-160, 1971,2. Авторское свидетельство СССР М 448871, кл. В 01 О 3/42, 1972,5.65675 Составитель В, ПогорельскийГребенникова . Техред А. Богдан Корректор М. Йемчи акт з 2205 П ноеСССР ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,фил Тираж 947 Государственного комитета по делам изобретений б, Москва, Ж-З 5, Раушская