Способ управления процессом осушки углеводородной шихты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК ВИДВТВЪСТВУ АВТОРСКОМ заданной мас ги при посто ции о т л и что, с целью орбированной вларежиме регенеращ и й с я тем,ния затрат на осрасход пара вазеотропной о а сниже еряют олонн у шихты,ипятильник од шихты на выной осушки, е расхода пара ерживают ег осушки, измеряют расх ходе колонны азеотроп определяют соотношени и расхода шихты и лодд на заданном значении хода пара, измеряют р кипятильник колонны з цикла адсорбции и изм значение соотношения кипятильник колонны и до достижения минимал суммарных удельных эа шихты, включающих затр подаваемый в кипятиль азеотропной осушки, и цию адсорбента, отнесе мени цикла адсорбцни. о ОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЭОБ(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 763361, кл. С 08 Г 136/04, 1978,2, Авторское свидетельство СССРУ 483994, кл. В 01 Э 53/02,. 1973(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ШИХТЫ в производстве синтетических каучуков циклической адсорбцией, включающий режимы адсорбции и регенерации адсорбента, путем регулирования временирежима адсорбции по достижению изменением рассход пара в время одного няют заданное асхода пара в расхода шихтыного значения рат на осушку аты на пар, ник колоннына регенеранных ко вре 1134568Изобретение относится к автоматизации процессов очистки жидких углеводородов от примесей, в частности влаги, и может быть использовано в процессе очистки возвратного растворителя и шихты в производстве синтетических каучуков, в частности иэопренового каучука.Известен способ регулирования процесса очистки от примесей воз О вратного растворителя, используемого в процессе полимеризации диеновых углеводородов, путем азеотропной осушки растворителя, осуществляемый изменением расхода пара в кипятился ник колонны азеотронной осушки в зависимости от концентрации влагии/или изобутилового спирта в осушенном растворителе 13.Однако. процесс азеотропной осуш ки рассматривается изолированно, независимо от последующих стадий адсорбционной очистки, что не обеспечивает возможность оптимизировать процесс очистки углеводородной шихты 25 по экономическому критерию.Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом осушки углеводородной шихты в производстве синтетических каучуков цик- ЗО лической адсорбцией, включающий режимы адсорбции и регенерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбцни по достижению заданной адсорбированной влаги при постоянном времени режима регенерации 123.Недостатком данного способа являются повышенные затраты на осушку шисты с предварительной азеотропной осушкой. Это объясняется тем, что процесс адсорбционной очистки регулируется независимо беэ учета предыдущих стадий, вследствие чего неиспользуются резервы повьппения экономической эфФективности всего процес са очистки,Цель изобретения - снижение затрат на осушку шихты.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления ,процессом осушки углеводородной шихть 1 в производстве сиитетических каучуков, циклической адсорбцней, . включащцему режимы адсорбции и реге нерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбции по достижению заданной массыадсорбированной влаги при постоянном времени режима регенерации, дополнительно измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара, измеряют расход пара в кипятильник колонны эа время одного цикла адсорб- ции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения минимального значения суммарных удельных затрат на осушку шихты, включающих затраты на пар, подаваемый в кипятильник колонны азеотропной осушки, и йа регенерацию адсорбента, отнесенных ко времени цикла адсорбции.Способ основывается на следующем.Эффективность процесса осушки углеводородной шихты зависит от совместной работы колонны аэеотропной осушки и адсорберов., В случае увеличения расхода пара в кипятию. ник колонны аэеотропной осушки, с одной , стороны, повышаются удельные затраты на пар, а с другой, поскольку концентрация влаги на выходе колонны при этом снизится, увеличится время работы адсорбера 1 до насыщения адсорбента влагой, и, следовательно, снизятся удельные затраты на регенерацию адсорбента. При снижении расхода пара наблюдается обратное Поскольку зависимость концентрации влаги от расхода пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, а также зависимость времени насыщения адсорбента влагой от водной концентрации носит нелинейный характер, то сумма удельных затрат на осушку углеводородной шихты зависит от расхода пара нелинейно, причем эта зависимость должна иметь минимум, так как эконоьячески невыгодно проводить осушку шихты до достижения необходимой концентрации влаги толь-, ко в колонне аэеотропной осушки.(слишком велики будут затраты на пар) или только в адсорберах (переключения будут настолько часты, что .затраты на регенерацию непомерно возрастут). Следовательно, если учитывать удельные затраты на обоих стадиях осушки и варьировать расход3 113 пара в кипятильник колонны, то можно найти оптимальную величину этого расхода, соответствующую минимуму суммарных затрат, складывающихся из затрат на пар, удельных по времени цикла работы адсорбента, и из затрат на регенерацию адсорбера,от-гнесенных на время цикла адсорбции.На чертеже приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа управления процессом осушки углеводородной шихты.Схема. включает в себя колонну 1 азеотропной осушки, трубопроводы 2 и 3 подачи и вывода углеводородной шихты из колонны 1, датчик 4 расхода шихты по трубопроводу 3, трубопровод 5 подачи пара в кипятильник колонны 1, датчик 6 расхода пара по трубопроводу 5, регулятор соотношения 7, регулирующий клапан Я расхода пара на трубопроводе 5, адсорберы 9 и 10, один из которых работает в режиме адсорбиии, другой - в режиме регенерации адсорбента, ;клапаны 11-14, служащие для переключения адсорбеорв с режима адсорбции на режим регенерации, трубопровод 15 подачи осушенной шихты на попимеризацию, трубопровод 16 и клапаны 1730 и 18 подачи и переключения расхода пара на регенерацию адсорбента, датчики 19 и 20 концентрации влаги на входе и выходе адсорбентов соответственно, управляющую вычислительнуюмашшну (УВИ) 21, служащую для расче- З 5 та критерия экономической эффективности процесса управления, величины и наиравлеиия управляющих воздейст вий.Схема управления работает следую 40 щи образом.В колонну.азеотропной осушкипо трубопроводу 2 подается углеводородная шихта полимеризации изопрена 45 (раствор изопрена в изопентане).,Из 3 наколонны она выходит по трубопровооводуна следующую стадию осушки, Расходшихты контролируется датчиком 4.В кипятильник колонны 1 по трубопро воду 5 подается пар, расход которого контролируется датчиком 6 расхода и регулируется регулятором соотношения 7 расхода пара к расходу шихты клапаном 8.Задание на регулятор соот ношения 7 поступает от УВМ 21. На УВИ 21 поступает информация с датчика 4 по расходу шихты (Ь ) и датчи 4568 4ка 6 по расходу пара (6), где последняя величина интегрируется за время цикла (Т-То) работы адсорбера(9 или 10) в режиме адсорбции, гдеТ - начальный момент переключенияадсорберов, Т - конечный момент цикла работы адсорбера в режиме адсорбции до насыщения При этом вычисляются затраты ну пар Зд по формулел л 1оТ где Ц - цена пара;текущее время,Далее шихта по трубопроводу 3подается на стадию тонкой очисткис адсорбером 9 или 10 в зависимостиот положения клапанов 11-14. Когдаклапаны 11 и 13 открыты, а клапаны 1818 и 14 закрыты, шихта подается вадсорбер 9 и далее по трубопроводу15 на полимеризацию. При этом вадсорбер О по трубопроводу 16 черезоткрытый клапан 18 (клапан 17 закрыт)подаются пар и затем сухой азот длярегенерации адсорбента. От датчика4 расхода шихты на трубопроводе 3,а также датчиков 19 и 20 концентрации влаги на входе и выходе адсорберов в УВМ 2 1 подается информацияпо расходу шихты И ) и концентрации влаги на входе (Св ) и выходе(С ц) из адсорбера. При этом в УВИУВМ 21 производится расчет массыпоглощения влаги МН о по формулеТо ш вх в 1оКогда в момент времени Т величина Мн в достигает рассчитанного заранее максимально допустимого значения М, соответствующего насыщению адсорбента влагой, после чего его адсорбционные характеристики резко ухудшаются, по команде УВМ 21 производится переключение адсорберов, клапаны 11 и 13 закрываются, а клананы 12 и 14 закрываются, т.е. в режим адсорбции включается адсорбер 10 с регенернрованным адсорбентом, а адсорбер 9 за счет соответствующего переключения клапанов 17 и 18 переключается в режим регенерации адсоРбем а. Время регенерации всегда постоянно за счет того что вЭ каждом цикле в адсорбере накапливается одинаковое количество примесей, и это время, как правило, меньше1134 времени насыщения адсорбента влагой.Поэтому клапан 18 закрывается задолго до момента переключения клапанов1 1-14,Полученное к моменту Т (моментнасыщения адсорбента) значение 3суммируется с величиной стоимостирегенерации адсорбента, которая является постоянной, отнесенной кдлительности цикла адсорбции, т.е,с величиной 1 О ЗР= ЦР/(Т-Т ) П р и м е р 1, Управление процессом осушки углеводородной шихты (раствора изопрена в изопентане) в проиэводстве иэопренового каучука. Шихту в количестве, 200 т/ч подают в колонну 1 азеотропной осушки по трубопроводу 2. В кипятильник колонны 1 по трубопроводу 3 подают пар, расход которого регулируют по соотношению с расходом шихты из колонны 1 по регулирующему контуру: датчик 4 расхода шихты, датчик 6 расхода пара, регулятор соотношения 7, регулирующий клапан 8. Подачу пара при данной нагрузке по шихте поддерживают на55 уровне 1, 1 Гкал ч , т,е. заданное соотношение расхода пара к расходу шихты составляет 0,0055, Ич колонны где Ц - стоимость регенерации адРсорбента за один цикл реге нер ации.Найденная сумма (3 л + ЗР) ср ав нивается с храняющейся в памяти УВМ 21 полученной в предыдущем цикле суммой удельных затрат на регенерацию в 2 О азеотропную осушку. Если сумма(Зл + ЗР) возросла по сравнению с предыдущим циклом, то в начале следующего, цикла производится изменение соотношения расхода пара к расходу 25 шихты (6/Сщ) на заданную величину (например, на 107) путем воздействия на задание регулятора соотношения 7 по знаку, противоположному тому изменению, которое было предприня- ЗО то в начале предыдущего цикла. В противном случае, т.е. при постоянстве или снижении величины суммы (Зп + ЗР), знак изменения соотношения 6/6 остается неизменным. Пу 35 тем ступенчатых изменений задания на величины С /6 ц, (задание регулятору 7) осуществляется поиск.и поддержание минимальной величины удельных затрат на очистку шихты,568 6шихту подают в адсорбер 9, при этом клапаны 11 и 13 открыты, а клапаны 12 и 14 закрыты. Адсорбер 1 О работает в режиме регенерации. При конкретном содержании влаги в шихте и указанном расходе пара время (Т-Тп ) до на - сьппения адсорбента в алсорбере 9 составляет 96 ч. В момент насыщения адсорбента влагой, определяемой достижением заданного количества массы, поглощаемой в адсорбере влаги, которая определяется посредством УВМ 21, осуществляют переключение клапанов 11-14 и.открывают клапан 17, так что адсорбер 9 переводят в режим регенерации, а адсорбер 10 - в режим адсорбции. К этому же моменту определяют суммарный расход пара за время цикла адсорбции (за 96 ч) и умножают его на стоимость пара, т,е.определяют удельные затраты на парТ3 лис/.б При цене пара7,7 руб/Гкал имеем 3 = 1,7 + 7,73= 8,39 руб/ч,Удельная стоимость регенерацииЗР = ЦРI(Т-ТО), где цена регенерацииЦР складывается из стоимости пара,горячего азота и затрат на периодическую замену адсорбента Ц Р =1350 руб, При этом ЗР = 1350 : 96- 14,08 руб ч ". Суммарные удельныезатраты составляют при этом22,57 руб/ч, В момент переключенияадсорберов производят ступенчатоеувеличение заданного соотношениярасхода пара к расходу шихты на0,0005, т.е. ступенчато увеличиваютрасход пара на 0,1 Гкал/ч и доводятего после трех циклов адсорбции величины 1,4 Гкал/ч при той же нагрузке по шихте 200 т/ч до соотношения0,007. При этом время работы адсорбера до насьпцения ввиду уменьшениясодержания влаги на выходе колонны1 азеотропной осушки составляет146 ч. Расчет показывает, что удельные затраты на пар Зл = 1,4 7,73 =10,82 руб/ч, а удельные затратына регенерацию ЗР = 1350 : 146. =- 9,26 руб/ч, Сумма затрат 20,08 рубПри дальнейшем увеличе нии р асхода пара до 1,5 Гкал/ч на 200 т шихты в час затраты на пар вырастают до 11,6.руб/ч, цикл адсорбции увеличивается до 158 ч, 3 Р = 8,54 руб. Сум1134568 8 ма затрат 20,14 руб, т.е. оптималь дые 4 суток - 96 ц, оясхоп,пара в ное заданное соотношение расхода кипятильник колонны в срелнем равпара к расходу шихты составляет няется 1, 1,Гкал ч ". Суммарные эатра,007 и расхоп пара в условиях экс- ты на осушку шихты составляютперимента составляет 1,4 Гкал/ч, а 5 если пользоваться расчетными форму- минимальные удельные затраты лами примера 1: 20,08 рубП р и м е р 2 (контрольный).Рассмотрим работу системы управления Таким образом, предлагаемый спопроцессом осушки шихты по способу О соб благодаря тому, что измеряют прототипу. Процесс адсорбции и пред- расход пара в кипятильник колонны шествующую ему аэеотропную осушку аэеотропной осушки, измеряют расосущестапяют в установке, анапогич- ход шихты на выходе колонны азеотропной примеру 1. На входе и выходе ной осушки, определяют соотношение адсорбера установлены датчики кон расхода пара и расхода шихты и под- . центрации влаги, сигналы с которых, держивают его на заданном значении а также информация о расходе шихты изменением расхода пара в кипятильпоступают на УВМ, где рассчитывает- ник колонны азеотропной осушки, иэся масса накопленной в адсорбенте меряют расход пара в кипятильник ковлаги, соответствующей насыщению 2 О лонны за время одного цикла адсорбадсорбента, производят переключение ции и изменяют заданное значение со" первого адсорбера с режима адсорбции отношения расхода пара в кипятильник на режим регенерациии шихта подает- колонны и расхода шихты до достижеся во второй адсорбер. Регулирова- ния минимального значения суммарных ние расхода пара в кипятильник ко удельных затрат на осушку, аыхты, лонны азеотропной осушки производят включающих затраты на пар, подаваемый в зависимости от концентрации влаги в кипятильник колонны азеотропиой в шихте на выходе колонны. При осушки и на регенерацию адсорбента, постоянном уровне концентрации вла- отнесенные ко времени цикла адсорбцив, ги в исходной шихты и нагрузке З позволяет снизить затраты на осушку 200 т шихты в час переключение адсор-. шихты с предварительной азеотропной беров осуществляют равномерно каж- осуикой.