Устройство для автоматического управления многосекционной установкой экстрактивной ректификации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1са 4 В 01 С 0502700 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 5Ануфучинсушенк нева ии СССР 984. оста ьств Эод бутан ий ре лам с.(54) УСТРОЙСТВО ПЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ МНОГОСЕКЦИОННОЙ УСТАНОВКОЙ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ(57) Изобретение относится к средствам управления технологическими про. -цессами,в частности получения бутадиена и изопрена в производстве синтетического каучука, и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Целью изобретения являетсяснижение удельных расходов экстрагента и греющего пара за счет повышенияточности управления. В состав уст9103 4 3 150 ройства входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2, многотарельчатая разрезная колонка 3, кипятильник 4, датчики 5, 6 расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, датчики 7-10 расхода экстрагента в смеситель-отстойник, расхода экстрагента в колонну, расхода флегмоной жидкости, отбираемой с верхней глухой тарелки, и расхода умягченной воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, датчики 11-13 температуры экстрагента на выходе холодильника, смеси экстрагента и флегмовой жидкости на входе в колонну и паров на верхней контрольной тарелке колонны, датчики 14-16 расхода, давления и температуры греющего пара в кипятиль 51015 ник, датчики 17-19 уровня на верхнейглухой тарелке, раздела фаз в смесителе-отстойнике и температуры в кубеколонны, регуляторы 20-22 соотношениярасходов, регуляторы 23-29 расходаводы подаваемой на смешение с экстрагентом, температуры экстрагента навыходе холодильника, температурысмеси экстрагента и флегмовой жидкостина входе в колонну, температуры паровна верхней контрольной тарелке и вкубе колонны, уровня и раздела фаз,блок 30 потенциального содержанияцелевого компонента, сумматоры 3 1и 32, корректор 33, компенсатор 34,умножитель 35 и регулирующие клапаны36-, 42 с исполнительными механизмами1 ил.Изобретение относится к средствамуправления технологическими процессами, в частности получения бутадиена и иэопрена в производстве синтетического каучука, и может быть использовано к нефтехимической, химической и других отраслях промьппленности,Цель изобретения - снижение удельных расходов экстрагента и греющегопара эа счет повышения точности управления.Ф 35Ба чертеже изображена принципиальная схема промьшпенной установки экстрактивной ректификации бутан-бутилен-бутадиеновой фракции и схемаустройства для ее управления. 40В состав установки входят холодильник 1, смеситель-отстойник 2,многотарельчатая разрезная колонна3, которая разделена на секции глухими тарелками (по жидкости), насосы 45(не показаны)и кипятильник 4, . Устройство содержит датчики расхода 5и концентрации 6 целевого компонентав питании колонны, датчики расходаэкстрагента (ЭА) 7 в смеситель-отстойник 2, расхода ЗА 8 в колонну 3,расхода флегмовой жидкости (ФЖ) 9,отбираемой с верхней глухой тарелки,и расхода умягченной воды 10, подаваемой на смешение с ЭА, датчикитемпературы ЭА 11 на входе холодильника 1, смеси ЭА и ФН 12 на входев колонну и паров 13 на верхней контрольной тарелке колонны 3 (в укрепляющей секции), датчики расхода 14,давления 15 и температуры 16 греющего пара в кипятильник 4, датчикиуровня 17 на верхней глухой тарелке,раздела фаз 18 в смесителе-отстойнике 2 и температуры 19 в кубе колонны 3: регуляторы 20-22 соотношения расходов, регуляторы 23-29 соответственно расхода воды, подаваемойна смешение с ЭА, температуры ЭА навыходе холодильника 1, температурысмеси ЭА и ФЖ на входе в колонну 3,температуры паров на верхней контрольной тарелке и в кубе колонны 3,уровня и раздела Фаз, блок 30 потенциального содержания целевогокомпонента (БПСЦК), многовходовыесумматоры 31 и 32, корректор 33, компеисатор 34, умножитель 35 и регулирующие клапаны 36-42 с исполнительными механизмами,В качестве датчиков и иормирующихпреобразователей, используемых дляреализации предлагаемого устройства,могут быть использованы аналоговыеприборы из номенклатуры промышленной электропневмоавтоматики, а в качестве регуляторов 20-29, блока 30БПСЦК, сумматоров 3 1 и 32, корректора 33, компенсатора 34 и умножителя35 могут быть использованы как аналоговые регулирующие и функциональныеблоки, например, приборы электрической унифицированной системы автоматического. регулирования "КАСКАД".ианалоговых комплексов, так и цифровые1509103 Оцмьф- расход и концентрация целевого компонента в пиния в моментвремени с=п Т, (п=О, 1,2); интервал дискретности;заданный коэффициент соотно 55 шения расходов потенциальное содержание целе-.1 вого компонента; Т Р ОЦк 5приборы на базе микропроцессоров и микроЭВИ, например типа ПРОТАР.Устройство работает следующим образом.Пары питания поступают в колонну 3. При этом сигналы о расходе питания и концентрации целевого компонента (бутадиена), измеренные датчиками 5 и 6, поступают на блок 30, где перемножаются с целью определения потенциального содержания целевого компонента. Экстрагент в виде смеси циркулирующего регенерированного и свежего ацетонитрила подается на вход 15 холодильника 1. На смешение с ЗА подается также умягченная вода, расход которой изменяется клапаном 36 в соответствии с управляющими сигналами, которые формирует нропорциональ но-интегральный регулятор 23 в зависимости от отклонения расхода, измеренного датчиком 10, от заданного значения, выдаваемого корректором 33. После холодильника 1 поток ЗА, охлажденный до определенной температуры, разделяется на две части: большая часть (70-803 от общего расхода) направляется через клапан 37 на вход смесителя-отстойника 2, куда также подается ФЖ, отбираемая через клапан 38 с верхней глухой тарелки колонны, а оставшаяся часть ЭА направляется на вход колонны 3 через клапан 39, установленный ца шунтирующей.линии, Регулятор 20 соотношения обеспечивает определенное соотношение между расходом ЗА Р , измеряемдм датчиа 4ком 7, и величиной потенциального содержания целевого компонента в питании Р , рассчитываемой блоком ЗО, путем воздействия на клапан 37 в соответствии с законом цк эагде Е С,Р -Р- сигнал отклонетанин колонны;К,К- коэффициенты настройки регулятора,Регулятор 21 соотношения по информации от сумматора 31 вырабатываетпоследовательность управляющих сигналов на клапан 39, который изменяетрасход ЭА в колонну по следующей зависимости:цк эАгде Е =С РР- сигнал отклонения;м 1 эй яэдР=Р +Р- суммарный расходЭА;К 1, К 4, - коэффициенты настройки регулятора.В смесителе-отстойнике 2 происходит перемешивание и последующее расслаивание смеси на два слоя: верхнийслой - углеводород-ацетонитрильныйи нижний - водный слой, содержащийсоли и другие малорастворимые в ЭАвредные примеси. Водный слой из отстойной зоны непрерывно выводитсячерез клапан 40 на дальнейшую переработку. При этом регулятор 29, которыйработает совместно с датчиком 18,обеспечивает стабилизацию уровня раздела фаз в отстойной зоне, Очищенныйот примесей углеводородацетонитрильный слой с выхода смесителя-отстойника объединяют с частью ЗА, посту"пающего через шунтирующую линию склапаном 39, и смесь направляют навход колонны 3; Темпера-.ура смесиизмеряется датчиком 12. Регулятор25, получая импульсы от датчика 12,изменяет задание регулятору 24 температуры на выходе холодильникас сгде Т, и Тя - температура смесиЗА и ФИ на входев колонну, измеренная в моменты времени и 1 и ис сЕд = Т-Т- сигнал отклонения;Кээ Кб - параметры настройки.В зависимости от сигнала отклоне 14.ния задания Тот величины температуры Т на выходе холодильника 1, определяемой по информации от датчика11, пропорционально-интегральный регулятор 24 изменяет расход хладагента в холодильник 1, воздействуя на клапан 41. Величина упоавляюшего сигнала Тф корректируется регуляторром 27 в зависимости от отклонения температуры на верхней контрольной тарелке колонны от заданного регла,- ментного значения;к игде Т и Т- заданная и измеренная температурана верхней контрольной тарелке;К 7 - положительный козффициент настройки.По отношению к управляющему воздействию Ттемпература смеси Тс с имеет меньшее время запаздывания и самовыравнивания, чем регулируемаяквеличина температуры Т, измеряемая по сигналам от датчика 13, В колонне 3 происходит разделение иоходной смеси иа низкокипящие углеводороды (бутанбутилены), выводимые из головной части верхней секции колонны, и высококипящий целевой компонент (бутадиен,сырец), который десорбируется из насыщенного ЭА и отводится с боковым погоном на дальнейшую очистку. Поток внешней Флегмы, подаваемой на распределительную тарелку, взаимодействует с поднимающимся горячим паром, и скапливающаяся на верхней глухой тарелке жидкость возвращается наса" сом в смеситель-отстойник 2 для очистки от .примесей. Уровень ФЖ на верхней глухой тарелке измеряется датчиком 17 и при отклонении величины уровня от заданного значения регулятор 28 восстанавливает нарушенное равновесие, воздействуя на клапан 38 в соответствии со стандартным пропорционально-интегральным законом регулирования.Десорбированный ЭА (ацетонитрил) из куба колонны 3 поступает в кипятильник 4 и в контур циркулирующего ЭА. Расход греющего пара в кипятильник 4 определяется с помощью измерителя расхода, состоящего из датчиков 14-16, компенсатора 34 и умножителя 35, в соответствии с Формулой(5) где Р - выходной сигнал умножителя 35 ф Сй=А(6 РГ- выходной сигнал датчика 114 расходомера переменногоперепада;А - константа, характерная дляданного канала измерениярасхода;аР - сигнал, пропорциональныйперепаду давления на сужающем устройстве датчика 14расходомера;В=()- выходной сигнал компенсатора 34;153=,Ь +Ь, Р+Ь Т+Ь, РТ+Ь Р+Ь Т- Фактическое значениеплотности пара;- номинальное значениеплотности (вводится отзадатчика, который насхеме не указан);Р, Т - давление и температурапара, измеряемые датчиками 15 и 1 б;Ь , Ьэ,Ь - константы.Сформированный на выходе умножителя 35 сигнал Р" , пропорциональный ЗО скорректированному значению расходапара, поступает на первый вход регулятора,22 соотношения расходов.Регулятор 22 обеспечивает подачугреющего пара в кипятильниках 4,воздействуя на клапан 42 в соответствии с модифицированным пронорционально-интегральным законом регулированияУр = У, +К (Р, -Р)+К Е, (6)е4 О где Е = С Р -Р - сигнал отклонен эр р рния в моментвремени и;эй жР=.Р+ Р- выходной сигналсумматора 32;45 Р - расход ФИ, измеряемый датчиком 9;Кз, К,э - параметры настройки регулятора.Величину коэффициента соотношенияСэр для Формулы (б) регулятор 27периодически уточняет в зависимостиот отклонения от заданного значениятемпературы Т кр в кубе колонны 3, 55 измеряемой датчиком 19:К - коэффициент настройки регулятора.При первоначальном включении каналов регулирования соотношения рас 5ходов устройство обеспечивает бестблчковый режим работы, когда заданиедля коэффициента соотношения автоматически устанавливается равным отношению ведомого расхода (суммы расходов) к ведущему параметру в начальный момент времени и = О, т,е,1 и иС = -- С =- С = -4- ,(8)ю рц з ао рзо р .роо о Одля других контуров регулирования (уровня, температуры, расхода)величина задания в первоначальный момент включения приравнивается текущей величине регулируемой переменной 20данного контура, а сигнал отклонения,поступающий на вход соответствующегорегулятора, при этом принимает нулевое значение, На последующих тактахуправления величина задания для любого регулятора может быть скорректирована как в результате работы вышестоящего контура, так и в ручном режиме отзадатчика (не показаны),Применение изобретения повышает 30точность управления соотношением расходов ЭА и воды, соотношением расходов ЭА и ФЖ на входе в смесительотстойник, что обеспечивает более полную очистку смеси от примесей, увеличение селективности ЭА и снижение вконечном итоге удельного расхода ЭАв среднем на 4 Х. Кроме того, болееполная очистка от примесей предотвращает выпадение твердых осадков на 40тарелках колонны,Введение регулирования температуры смеси ЭА и ФЖ на входе в колоннус коррекцией по температуре на контрольной тарелке, регулирование расхода греющего пара с коррекцией по егодавлению и температуре и в соотношении с расходом ФИ способствует такжеповышению точности управления температурным режимом колонны, что обуславливает снижение. удельного расходапара в среднем на 27. Формула изобретения55Устройство для автоматического управления многосекционной установкой экстрактивной ректификации, содержащее датчики расхода и концентрации целевого компонента в питании колонны, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока потенциального содержания целевого компонента, выход которого соединен с перьымивходами первого и второго регуляторовсоотношения, выхоцы которых соединенысоответственно с клапанами подачиэкстрагента в, смеситель-отстойник иколонну, первый и второй датчики расхода экстрагента, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выходкоторого соединен с вторым входомвторого регулятора соотношения и спервым входом второго сумматора, второй вход первого регулятора соотношения соединен с выходом первого датчика расхода экстрагента, контуры регулирования расхода воды, подаваемойна смешение с экстрагентом, температуры экстрагента на выходе холодильника; уровня раздела фаз на выходе из смесителя отстойника, состоящих из датчика, регулятора и клапана,датчик расхода флегмовой жидкости,отбираемой с глухой тарелки, последовательно соединенные датчик ирегулятор температуры на верхнейконтрольной тарелке и температурыв кубе колонны, третий регуляторсоотношения, первый и второй выходыкоторого соединены с выходами умножителя и второго сумматора, задающийвход третьего регулятора соотношения соединен с выходом регуляторатемпературы в кубе колонны, а выходс клапаном на линии подачи пара вколонну, первый вход умножителя соединен с датчиком расхода греющегопара, второй вход - с выходом компенсатора, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиковдавления и температуры греющего пара, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью снижения удельных расходов экстрагента и греющего пара засчет повышения точности управления,в его состав дополнительно введеныкорректор и последовательно соединенные датчик и регулятор температуры смеси экстрагента и флегмовойжидкости на входе в колонну, при этомвход корректора соединен с выходомпервого датчика расхода экстрагента,а выход - с задающим входом регулятора расхода воды, подаваемой на смешение с экстрагентом, выход регуля1509103 12 Составитель А. ПрусковцовТехред И,Моргеитал Корректор М.Шароши Редактор Н. Тупица Заказ 5749/7 Тираж 600 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул., Гагарина,101 тора температуры на контрольной тарелке соединен с задающим входом регулятора температуры смеси зкстрагентаи флегмовой жидкости на входе в колонну, выход которого соединен сзадающим входом регулятора температуры зкстрагента на выходе холодильника, а выход датчика расхода флегмовой жидкости соединен с вторым входом второго сумматора.