Способ управления процессом экстрактивной ректификации

(54) СПОСОБ ЭКСТРАКТИ (57) Область процессов р нефтехимиче мышленност ют концент компонента в ру, расход и у температуру УПРАВ НОЙ Р спользо ектифи ской и , Сущно рацию кубовом ровень э сырья,иза жет ехи лен мы соб роцесс экстра ествляется в к окипящих комп ырье, на легки нсируются в де по флегмовой я в качест осущ близ ся в конд ются дятс ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(73) Нижнекамское производственное объединение "Нижнекамскнефтехим"(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 831135, кл, В 01 О 3/42, 1979.2. Авторское свидетельство СССР М 1276349, кл. В 01 О 3/42, 1985. ЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЕКТИФИКАЦИИ вания: автоматизация кации в химической, других отраслях прость способа: измеря- легкого ключевого продукте, температукстрагента в емкости, расходы хладагента в Изобретение относится к автомат ции процессов ректификации и мо быть использовано в химической, нефт мической и других отраслях промыш ности,Цель изобретения - сокращение потерь тяжелого и легкого ключевых компонентов, удельного расхода экстрагента и экономия энергоресурсов. 505 В 01 О 3/42. 0 05 О холодильник и дефлегматор и перепад давления по высоте колонны стабилизируют на заданном значении концентрацию легкого ключевого компонента в кубовом продукте изменением расхода теплоносителя, определяют максимальное значение расхода экстрагента в зависимости от максимального и измеренного значений уровня в емкости и измеренного значения перепада давления по высоте колонны, определяют максимальное значение расхода флегмы в зависимости от расхода и состава сырья и заданных значений концентраций тяжелого и легкого ключевых компонентов. определяют максимальное значение расхода теплоносителя в зависимости от измеренного значения перепада давления по высоте колонны, корректируют расход зкстрагента, флегмы и теплоносителя в зависимости от ранее определенных максимальных значений расходов экстрагента, флегмы и теплоносителя, измеренных значений температуры сырья и экстрагента и расходов хладагента в холодильник и дефлегматор и стабилизируют полученное значение расхода экстрагента, 1 ил. а чертеже представлена схема сис правления, реализующая данный с ктивной ректификдции олонне 1. Разделение онентов, содержащихе компоненты, которые флегматоре 2 и собира- емкости 3, откуда отвове дистиллата ивозвращаются в колонну в виде флегмы, и тяжелые компоненты, отводимые в виде кубового продукта, осуществляется в присутствии экстрагента, подаваемого в колонну из емкости 4. Подвод тепла вколонну осуществляется через вынОсной кипятильник 5. Охлаждение экстрагента осуществляется в холодильнике 6.Тяжелым ключевым компонентом является й-бутилен, а легким ключевым - н-бутан,Система управления включает датчики 7, 8, 9 расхода, регуляторы 10, 11, 12, клапаны 13, 14, 15 на линиях экстрагента, флегмы и теплоносителя, датчики 16, 17, 18 расхода, состава и температуры сырья, 19 температуры и 20 уровня экстрагента в емкости 4, 21 перепада давления по высоте колонны, датчики 22, 23 расходов хладагента в холодильник 6 на охлаждение экстрагента и в дефлегматор 2 на конденсацию паров, выходящих с верха колонны, датчики 24, 25 состава дистиллата и кубового продукта, а также вычислительный блок 26, регулирующие блоки 27, 28 и сумматоры 29 и 30.Регуляторы 10, 11, 12 являются стандартными аналоговыми регуляторами, реализующими ПИ- и ПИД-законы регулирования (например, регуляторы типа ПР 3,31). Блоки 26-30 могут быть выполнены на стандартных средствах вычислительной техники, выпускаемых в нашей стране серийно.Наиболее просто способ может быть реализован в виде комплекса программ для ЭВМ.В изобретении компенсация возмущений по расходу и составу сырья осуществляется по модели процесса экстрактивной ректификации с одновременной оптимизацией статического режима.При этом определяются оптимальные значения концентраций тяжелого и легкого ключевых компонентов и управляющих воздействий: расхода флегмы, теплоносителя и экстрагента. Так как в производственном процессе часто возникают ситуации, связанные с ограниченностью запасов каких- либо продуктов или энергоресурсов, то оптимизация должна осуществляться не по одному, заранее выбранному критерию, а по некоторой совокупности критериев, характеризующих отдельные требования к качеству получаемых продуктов и энергозатратам, т.е, с использованием методов многокритериальной оптимизации.Для сокращения области поиска оптимальных режимов (концентраций тяжелОго и легкого компонентов, расходов экстрагента, флегмы и теплоносителя) используется система ограничений на максимальные зна чения этих параметров. Ограничения формируются в зависимости от достигнутыхзначений параметров (уровень экстрагентав емкости 4, перепад давления по высоте5 колонны, расходы хладагента и теплоносителя и т,д.), учитывающих реально складывающуюся обстановку на объекте. и желаемыхпоказателей качества.Способ осуществляется следующим об 10 разом.С помощью регуляторов 10, 11, 12 осуществляется стабилизация расходов экстрагента, флегмы и теплоносителя назаданном уровне,Регулирующие блоки 27 и 28 осуществляют стабилизацию на заданном значенииконцентрации тяжелого компонента в дистиллате воздействием на расход флегмы илегкого ключевого компонента в кубовом20 продукте воздействием на расход теплоносителя. Расчет управляющих воздействийрасходов флегмы и растворителя этими блоками осуществляется по следующему закону,25Кр (Е(п.1 Е(пф+ КЕ(п,если Е(п Е(п 0и Ь,и О(п Ь.если Е(п Еии Опи О(п Оииесли Е(пЕ(п 0если О(п Олиесли О(п Оии,Кр(Е(п.Е(п О(п" О(п.1ОииО,30 где Оп - управляющее воздействие в цикле п;Кр, КО - настроечные параметры;Еп, Еп- ошибка регулирования в ии ициклах;Еп - производная ошибки регулирования;40 Евх - максимально допустимое значение ошибки регулирования:Ов 11, Овх - МИНИМаЛЬНОЕ И МаКСИМаЛЬное значение управляющего воздействия.При изменении расхода или состава 45 сырья, которые определяются вычислительным блоком 26 по информации от датчиков16 и 17, осуществляется расчет максимальных значений (верхних ограничений) расходов:50 - экстра гента:Рп 1 КЬмпЦп 11 КК . если Цп 1.ли ЬРп Ю Релип"если 1. Цп Ьи ЬРп ЬР 55 где Рхп, Р 80 п- максимальное значение в цикле и и заданное значение в циклеирасхода экстрагента;Кп, в 11 1.вах - текущее, минимальноеи максимальное значения уровня экстрагента в емкости 4;) 45 ния концентрав кубовом прогп - число компХГ - концентырье;КК - коо компонен е;онент овесия 1 ормуле:(13) нстант та, опр фазового рав деляемая по(14) ЬРп), ЬРп 1 ах - текущее и максимальное значения перепада давления по высоте колонны;ЬРоах - перепад давления. при котором жидкость не проходит через сливной патрубок, а пар не проходит через тарелку, Перепад давления определяется нагрузками по жидкости и пару, конструкцией тарелок и рассчитывается по формуле ЬР= 0,57-0,4 (1,25 -- ) + 01 Ао 2Аср,р - плотность пара и жидкости,кг/м;06 - скорость пара, м/с;Ао - общая площадь отверстий на тарелке,м;Ас - активная площадь тарелки, м;2,й - число тарелок в колонне;9 - 9,81 м/с;Ес - уровень жидкости на тарелке, м.Максимальный перепад давления определяется по формуле (3), но вместо Оо используется максимальная скорость газа,определяемая по формуле Обтах=кб 1 К Вр 6Ка - коэффициент.- флегмы: где Й - флегмовое число; Ф " - максимальный расход флегмы;З(Р - концентрация легкокипящих компонентов в сырье;Я - разделительный эффект: ХК,ХО - заданные значеций н-бутана и а -бутиленовдукте и дистиллэте:Кз - константа.- теплоносителя:От/н =К 4ЬРп)где От/н " - расход теплонос ну;К 4 константа,8 случае, если Цп)Ьь или ЬРп ЬРщах, рассчитанное по формуле (2) значение расхода экстрагента передается в качестве задания регулятору 10 и исключается из числа оптимизируемых параметров, т.к. является оптимальным с точки зрения безопасности процесса (и ри ЦпЬь может и роиэойти отключение насосного оборудования систе мой защиты, а при ЬРп) ЬРп 1 ах наступитзахлебывание колонны, что приводит к получению некондиционных продуктов в течение длительного времени).При выполнении условийщгоЦП) щах 10 и ЬРп) ЬРвах вычислительный блок 26 осуществляет оптимизацию режима по полному вектору поисковых переменных //=(ХО, ХЧЧ Гз й От/н )Используя рассчитанные максималь ные значения расходов экстрагента, флегмыи теплоносителя, информацию от датчиков 16, 17, 18, 19, 22 и 23 вычислительный блок 26 рассчитывает заданные значения,концентраций а-бутилена в дистиллате и н-бу тана в кубовом продукте. используяпрограмму многокритериальной оптимизации по уравнениям математической модели процесса экстрактивной ректификации. 25(18) П 1 з=глах 06 Цн+Оэн - стои мост сурсов.Стоимость эне ся из затрат тепло сырья и флегмы и О Цо-Оэн) (19)ь расходуемых энергорергоресурсов складываетой энергии на испарение определяется по формуле Отн - расход теплоносителя в куб колонны;К 7 - коэффициент,9/=Е(п 3-О, (15)где О/ - расход кубового продукта,Решенные уравнения (7)-(14) определяют также значение расходов флегмы, экстрагента и теплоносителя, которыеобеспечивают поддержание Хб и ХК нарассчитанном значении и доставляют минимум векторному критериюЧ=У 1, Ь, з),где 11=п 11 п Ея ключевых компонентов на вновь рассчитанном значении.П р и м е р. Параметры технологическогорежима колонны экстрактивной ректифика ции бутан-бутиленовой фракции имеют следующие значения;Е=15 т/ч; Ф-.17,6 т/ч; Ез=73,5 т/ч;0=10,5 т/ч, Я=4,5 т/ч: От/н=6,2 т/ч;О 1 х/а=342 т/ч; О 2 х/а=3675 т/ч;10 ХЕ =0,7; ХО=0,02; ХВ/=0,008,В=1,73; И=4,9 т/т; ЕМУ=0,18; ИМ=126;а= 2,03; .= 280;ЬР= 0,036 МПа:ЛРтах= 0,052 МПа;Ех/а 1=342,8 т/ч Ех/а 2=3675 т/ч, 15 Пусть концентрация легколетучих компонентов в сырье уменьшилась доЗ(ЕГ=0,67, Тогда максимальные значениярасходов флегмы, экстрагента и теплоносителя будут иметь значения:20(20) ля, измеряе 45 От/н=Ет/нЦт/нгде Е/н - расход теплоноситемый датчиком 9; 25Цт/н - цена Гкал теплоносителя,руб/Гкал;стоимости хладагента расходуемого наконденсацию паров в дефлегматоре 2Ох/а 1=8 х/а 1 Ех/1 (21), 30где Цх/а 1 - цена 1 м хладагента;Еха 1 - раСХОд ХЛадаГЕНта, ИЗМЕряЕМЫйдатчиком 23;и стоимости хладагента, используемого наохлаждение экстрагента в холодильнике 6: 35Ох/а 2=ЕХ/А 2Цх/а 2 (22где Ех/а 2 - расход хладагента, измеряемыйдатчиком 22;Рассчитанные значения концентрацийа-бутилена в дистиллате и н-бутана в кубовом продукте выдаются в качестве заданиярегулирующим блоком 27 и 28, а значениярасходов флегмы и теплоносителя черезсумматоры 29 и 30 - в качестве заданиярегуляторам 11, 12,В течение времениТр=о обвЬ+ Гщ 1 о), (23)ГДЕ Тобам, тв 1 н - МИНИМаЛЬНЫЕ ЗНаЧЕНИЯ ПОстоянной времени объекта и запаздывания;величины расходов флегмы и теплоносителя 50выдерживаются постоянными,После этого регулирующие блоки 27 и28 по информации от датчиков состава 24,25 и вычислительного блока 26 рассчитывают значения расходов флегмы и теплоносителя в соответствии с законом (1) и черезсумматоры 29 и 30 выдают их в качествезадания регуляторам 11, 12 с целью стабилизации концентраций тяжелого и легкого Е"=73,5-0,35(30-28)=72,8 т/чОтн =1500,052=7,8 т/чТак как влекущее значение уровня экстрагента в емкости меньше минимального,то ЕБ принимается за оптимальное значение,Оптимизация режима по критериям(17 К 19) приводит к следующим значениямрежимных параметров:Хб=0,01; ХК=-0,02;-- 0,67 или О=-10 т/ч;ОЕВ=1,63; Ф,3 т/ч:Ез=7.2,8 т/ч; 1 И=5 т/ч;Ех/а 1=336 т/ч, Ех/а 2=3670 т/ч,От/н=6,07 т/ч.Формула изобретенияСпособ управления процессом экстрактивной ректификации путем измерения расхода сырья, стабилизации на заданномзначении концентраций тяжелого ключевого компонента в дистиллате изменениемрасхода флегмы, регулирования расходатеплоносителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью сокращения потерь, тяжелого илегкого ключевых компонентов, удельногорасхода экстрагента и экономии энергоресурсов, измеряют концентрацию легкогоключевого компонента в кубовом продукте,температуру сырья, расходы хладагента ахолодильник и дефлегматор и перепад давления по высоте колонны, стабилизируют назаданном значении концентрацию легкогоключевого компонента в кубовом продуктеизменением расхода теплоносителя, опре1819153 ставитель В.Воротынцеред М,Моргентал,Редактор А.Горячева Тех Корректор И.Шулла Э екаэ 1945 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", , Ужгород, ул.Гагарина, 10 деляют максимальное значение расхода экстрагента в зависимости от максимального и измеренного значений уровня в емкости и измеренного значения перепада давления по высоте колонны, определяют максимальное значение расхода флегмы в зависимости от расхода и состава сырья и заданных значений концентраций тяжелого и легкого ключевых компонентов, определяют максимальное значение расхода теплоносителя в зависимости от измеренного значения перепада давления по высоте колонны, корректируют расход зкстрагента, флегмы и теплоносителя в зависимости от 5 максимальных значений расходов экстрагента флегмы и теплоносителя, измеренных значений температуры сырья и экстрагента и расходов хладагента в холодильник и дефлегматор и стабилизируют полученное 10 значение расхода экстрагента.