Способ управления процессом алкилирования бензола этиленом

/00,оде в килат вычисл ют, е по кои и ти пр щегос нцентрацию ензола в а 1 17 г 4 ная к онцен е , моль /мо на на вход,6/гг,г Формгдезола 1- 403енвод- мол в алкил аци ся в цесс лиза ь 1 давление этилтор, МПа; й,4вания, С. 1 в алкила темперап.Ф-лы,ра а ыр массы полуобретение относится бласти равле нзола я процессом ал илирования найти при этиленом и может химической и ней ение химичесицленности при получении кои про этилбен олам вляющегося исходным для производст изобретения - сн лоэнергетически родук т Цельение сырпотерь,вых и т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 4237198/31-2627.04.8707.05,89.Бил. У 17Воронежский технолтутЛ.М. Осовский и А.66,012-52 (088.8)Авторское свидетел018, кл. С 05 В 270 21/00, 1980,торское свидетельс4543, кл. С 05 Р 2С 15/02, 1986. 54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АЛ ИЛИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА ЭТИЛЕНОМ 57) Изобретение относится к автоатическому управлению процессом лкилирования бензола этилено быть использовано в химичеснеФтехимической промышленносполучении этилбензола, являю- исходным продуктом для протва стирола. Способ заключаеттабилизации температуры провоздействием на расходы катарпого комплекса и исходного с коррекцией расхода бензола по разности температур алкилирования и кипения бензола. По непрерывно измеряемой потребляемой мощности электродвигателей насосов подачи бензола, этилена, катализаторного комплекса и полиалкилбензолов, по текущим расходам бензола, этилена, катализаторного комплекса, полиалкилбензолов в алкираторе и хладагента на конденсацию испаренного бензола и охлаждение алкилата непрерывно получают текущую инФормацию о концентрации бензола в алкилате в реакционной зоне. По данным всех параметров вычисляют текущие значения удельных сырьевых и теплоэнергетических по- сФ терь, определяют знак их производной по расходу этилена и в зависимости от ее знака производят регулировку. При этом измеряют давление этилена С приходящихся на единицучаемого этилбензола.На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления.Схема содержит алкилатор 1, конденсатор 2, холодильник 3, линии подачи бензола 4, этилена 5, катализа- торного комплекса 6, полиалкилбензо 1478200лов .7, линии отвода алкилата 8 и несконденсировавшихся газов 9, линии10 и 11 подачи хладагента (промводы прямой) в конденсатор 2 и холодильник 3 соответственно, линии 12и 13 отвода отработанного хладагента . ,(промводы обратной), насосы подачибензола 14, этилена .15, катализаторного комплекса 16, полиалкилбензолов17, датчики 18-21 потребляемой мощ"ности соответственно электроприводовнасосов 14 - 17, датчик 22 температуры алкилирования, датчик 23 давления этилена, датчики расходов бензола 24 этилена 25, катализаторногокомплекса 26, полиалкилбензолов 27,хладагента 28 и 29, вторичные приборы 30 - 40, микропроцессор 41, регулятор 42, регулирующий орган 43. 2 ОИнерционность алкилатора 1 заставляет снижать темп экстремальногоуправления,что затрудняет достижение экстремума. Однако при этом повы-.шается точность получаемой информации за счет осреднения ее по времени,и, тем самым, в определеннойстепени и удается компенсироватьпотери оптимальности управления процессом алкилирования, вызванные 30инерционностью алкилатора 1.3Регулятор 42 йспользует непрерывный принцип" регулирования.Средствами связи процессора 41и регулятора 42, встроенного во вторичный прибор расхода этилена, являются цифроаналоговый (ЦАП) и аналого-цифровой (АЦП) преобразователи(не показаны).ЦАП служит для передачи управ-ляющего сигнала процессора 41 назадание аналогового регулятора 42.АЦП служит для передачи информации от вторичного прибора расходаэтилена (не показан) к процессору 41,Способ осуществляется следующимобразом.С помощью датчиков 18 - 29 черезвторичные приборы 30 - 40 (вторичныйприбор датчика 25 и преобразователине показаны) информация о потребляе 50 мой мощности электроприводов насосов 14 - 17, а также текущих расходах бензола, этилена, катализатор;ного комплекса, полиалкилбензолов в алкилатор и хладагента на охлаждение алкилата и конденсацию испаренного бензола соответственно в холодильник 3 и конденсатор 2 поступает6 г Мб лС иС Л6 6 М 96з 6Ц ( ) + ал ЛС з 6 в 6 (1)где Ц, 11 6 - оптовые цены соответственно этилена и бензола, руб/кг;эх вхС .,С 6 - соответственно массовые расходы этилена ибензола в алкилатор,т/ч;С - массовый расход испа 6ренного из алкилатабензола, т/ч;- массовый расход непрореагировавшего бензолана выходе из алкилатора, т/ч;Мэ,М 6, М. 6 в . молярные массы соответственно этилена, бензола, этилбензола,кг/моль;.:3, - суммарные теплоэнергетические затраты в единицу времени, руб/ч. лС 6в иикропроцессор 41, который вычисляет концентрацию бензола в алкилате в реакционной зоне, а затем текущие значения сырьевых и теплоэнергетических потерь, приходящихся на единицу массы получаемого этилбензола.Микропроцессор 41, выполняющий функции ,экстремального регулятора, определяет знак производной удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь по расходу этилена и в зависимости от знака производной корректирует задание регулятору 42 на изменение расхода этилена в алкилатор посредством регулирующего органа 43. При положительном знаке производной микропроцессор 41 вьдает корректирующий сигнал регулятору 42 на уменьшение расхода этилена, при отрицательном - на увеличение расхода этилена в алкилатор. Таким образом, корректирующий сигнал, вырабатываемый микропроцессором 41 регулятору 42, устанавливает расход этилена в алкилатор, соответствующий минимуму удельныхсырьевых и теплоэнергетических потерь.В процессе управления минимизации подвергаются удельные сырьевые и теплоэнергетические потери, т.е.э 6 а 1 пК=ппп Ц ( -- - -- . - ) + л э 6(6) 3 С 1 И + Ч ) С(Ы + Ы 6 + И + стоимость хладагента,руб/мстоимость электроэнергии,руб/кВт;ч;стоимость потерь активности катализаторного комплекса в алкилаторе, руб/т;массовый расход циркуляции катализаторного комплекса, т/ч; 15соответственно расходы хладагента в конденсатор и холов/ соответственно потребляемые 20мощности электропривода насосов подачи этилена, бензола, полиалкилбензолов икатализаторного комплекса,кВт. 2 б По данным эксплуатации производственного процесса алкилирования Вк Мэ вС --С =0 уМ, эбэ 6 вк г Мв л С - С - С -С 6 б М Эбгде . 1, р - некоторые фиксирован ные коэффициенты,Подставляя (3),(4) в (1) и А исключая С получают/а э Отсюда следует единственный экст- ремум Дифференцируя (6), получают О К Мэбвха б М 11 )(э)э Мз вхт.е. в точке единственного экстремума (У) имеют минимум.Таким образом, обосновано существование экстремальной характеристики способа управления.Возможности информационного обеспечения в осуществлении экстремального управления обосновываются следующим образом,Алкилат рассматривается как идеальный бензольный раствор, содержащий нелетучие вещества, для которого применим закон Рауля:оРБ - Р 6 и(9)Р. и+ Б давление пара чистого бензола ( растворителя ), мПа; - давление пара бензольногораствора, содержащего нелетучие вещества, мПа; и - число молей нелетучих веществ в бензольном раство" РеьИ - число молей бензола в бензольном растворе.Давление пара бензольного раство ра равно давлению этилена на входе в алкилатор Давление пара чистого бензола определяется температурой в реакционной зоне алкилатора и для него применимо эмпирическое уравнение Антуана:вР,=1010 "в 3,где А = 403,129;В = 1214,645;С = 221,205;температура в реакционнойзоне алкилатора,. Подставляя (10) и (11) в (9),получают относительную молярную кон 5 центрацию бензола в алкилате в М с вя Х =- .= 10 Р 10, (12) В И+иэ" РД 6 10(Р э - Р,) 10Вх -1- - д 1-10(Р, -Р,)10" в М эв вх вх( М Сэ г Сряв) Мэ вх гМэ М 6Ф + М,в б Вха вх Мэ С(+э)+ СИ+ Ню+ Н ров+ Н кк 1+ СВСкх эв С(14) потерьэ приходящихся на единицу массы получаемого этиленбензола, на7-9%.Рассмотрим конкретный примерреализации предлагаемого способа суказанием режима его проведения.Основные показатели процесса: расах.ход бензола в алкилатор Св " - 63,0 т//ч, этилена в алкилатор С 6 = 4,540 6,0 т/ч, катализаторного комплексаС " = 75,0 т/ч, полиалкилбензоловВхвхСрв = 5,4 т/ч, испаренного из алкилата бензола С 6 = 13,5 т/ч, температура алкилированиял = 128 С,давление этилена на входе в алкилатор, Р В," = 0,4 мПа, цена бензолаЪ 6 = 58 руб/т, суммарные затратысырья и энергии в единицу времени5. = 100,0 руб/ч, молярная масса50 этилбенэола М ,= 106,0 кг/мольэ молярная масса этилена М э = 26,0 кг//молва коэффициенты Ы = 1 О -Е,1 В= 2,0.Подставляя приведенные данные в (5),55 получают выражение критерия в следующем виде:МэМэб вх Р МэвК= ЦИ( -- - С,)+вэвх Таким образом, получая текущуюВх Вх г вх ВХинформапию о С э, С 6 э С В Срявэ С ккэвхэ д 1 1 1 В 1 э 11 бэ 11 рявэ 11 ккэс помощью выражения (14) мжропроцессор вычисляет текущие значения С,ВхйВ.и по знаку производной --- устаВхЙС,навливает такое значения (С, )", которое обеспечивает минимум выражения (14),Предлагаемый способ управления сизвестным обеспечивает непрерывноеслежение за минимумом удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь приразличных возмущениях, прежде всегопо избирательной способности и активности катализаторного комплекса, составу полиалкилбензолов, давлениюверха алкилатора и т.д., обеспечивает такую нагрузку по этилену, прикоторой удельные сырьевые и теплоэнергетические потери были бы мини -мальными, позволяет непрерывно получать текущую информацию о концентрации бензола в алкилате в реакционнойзоне и вычислять текущие значенияудельных потерь; обеспечивае г снижение сырьевых и теплоэнергетических вх вхгде С , С- массовые расходы полиалкилбензолов и катализаторного комплекса, т/ч;Мвэ М- молекулярные массыполиалкилбензолов икатализаторного комплекса;Р - некоторый нормирующийкоэффициент.Подставляя (13),(3) и (2) в (1) получают ( -- )рубт(С ) 503 -ч ц ы( -- )Мэб РМ,Мэ м Г Мвб вк юЧР Мвб ЦЫ -- (С ) + ---6 Мв э " ( вх= 7 31т Зависимость удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь от расхода этилена К = Г(С ) позволяет непосредственно оценить экономическую эффективность предлагаемого способа управления. Из приведенного примера реализации способа следует, что су 25вхществующие отклонения С,от оптимального значения (С," )ф приводят к потерям сырья и энергии, которые в среднем составляют 9 Е. 30 Формула изобретения 1; Способ управления процессом алкилирования бензола этиленом, заключающийся в стабилизации температу ры процесса воздействием на расходы катализаторного комплекса и исходного сырья с коррекцией расхода бензола пе, разности температур алкилирования и кипения бензола, о т л и ч а ю - 4 О щ и й с я тем, что, с целью снижения 9 14782э) вввх245С,Находят оптимальное значение расхода этилена в алкилатор и соответствующее ему значение/моль;- давление этилена на входев алкилатор, мПа;температура алкилирования,ОС сырьевых и теплоэнергетическнх удельных потерь по получемому этилбензолу непрерывно измеряют текущую потребляемую электрическую мощность насосов подачи бензола, этилена, катализаторного комплекса и полиалкилбензолов, а также текущие расходы этилена, катализаторного комплекса, полиалкилбензолов в алкнлаторе и хлад- агента на конденсацию испаренного .бенэола и охлаждение алкилата, непрерывно получают текущую информацию о концентрации бензола в алкилате в ре; акционной зоне и по данным всех параметров вычисляют текущие значения удельных сырьевых и теплоэнергетических потерь, определяют знак их производной по расходу этилена и, .если знак производной отрицательный, то увеличивают расход этилена, если: же знак положительный, то уменьшают расход этилена.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем., что, с целью непрерывного получения текущей информации о концентрации бензола в алкилате в реакционной зоне, измеряют давление этилена на входе в алкилатор и вычисляют. концентрацию бензола в алкилате по формуле478200 Редактор О,Го НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ ВНИИПИ Составитель А,Прусковцовач Техред М. Ходанич Корректор Э. Лончаков 363/48 Тираж 789 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5