Устройство для оптимального управления ректификационной колонной

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННОЙ УстрОЙство дляннОЙ колоннОЙ Изобретение относится к устройствам для оптимального управления ректификационной колонной и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.5Известно устройство для оптимального управления ректификационной колонной, содержащее расходомер и анализатор состава сырья, блоки1 О управления расходами продукта и орошения, каждый из которых соединен с регулятором расхода продукта и регулятором расхода орошения. Выходы расходомера и блоков управления соединены с входами блока определения производной концентрации примеси в побочном продукте, а выходи блоков прогнозирования соединены с регулятором соотношения, выход которого соединен с входами блоков управления 11,Известно управления рек гнфнкаиио содержащее датчики расхода и температуры сырья, температуры дистиллята, расхода флег мы, расхода теплоносителя в куб колонны, расхода н температуры кубового продукта, соединенные с выч слительным блоком, связанным с регуляторами расходов флегмы и теплоносителя в куб колонны 2 .Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уС 7. ройство для оптимального управлфниЯ ректификационной колонной, содержащее датчики расхода, состава и температуры сырья, датчик расхода дистиллята, регуляторы расходов дистиллята и флегмы, регулятор температуры куба колонны, соединенный с клапаном подачи теплоносителя в куб колон. ны, регулятор температуры сырья,соединенный с датчиком температуры сырья и клапаном на линии подачи теплоносителя в подогреватель, вычислительный блок, входи которого связаны с датчиками температуры, составаи расхода сырья, оптимизатор, входыкоторого соединены с вычислительным блоком, датчиками температуры куба, расхоца флегмы и расхода дистиллята, один иэ выходов оптимизатора связан с,регулятором температуры сырья, а другие выходы его через динамический фильтр подключены к задающим входам регуляторов расхода флегмы, расхода дистиллята и температуры куба колонны Г 33Недостатком устройства является неудовлетворительное качество обоих продуктов разделения вследствие использования в устройстве автоматического анализатора качества, а также температуры куба как импульса для управления потоком теплоносителя.Цель изобретения - увеличение чистоты продуктов разделения.Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит датчики давления верха колонны температуры дистиллята, расхода теп" лоносителя в куб колонны, расхода и температуры кубового продукта и блок памяти, при этом датчики расхода дистиллята, Флегмы, теплоносителя в куб колонны, кубового продукта, давления верха колонны, кубового продукта, давления верха колонны, температур дистиллята и кубового продукта и блок памяти соединены с входами вычислительного блока, выходы которого связаны с входами опти-. мизатора, один из выходов которого соединен с регулятором температуры ча "контрольной" тарелке.На фиг.1 дана структурная схема устройства для оптимального управления ректификационной колонной; на Фиг.2 и 3 - температурные профили реактификационной колонны при разделении соответственно бинарной и многокомпонентной смеси при двух различных границах разделения.Устройство для оптимального управ ления ректификационной колонной 1 содержит датчик 2 расхода сырья, датчик 3 температуры сырья, датчик 4 давления верха колонны, датчик 5 30 расхода дистиллята, датчик 6 температуры дистиллята, датчик 7 расхода флегмы, датчик 8 расхода теплоносителя в куб колоМны, датчик 9 расхода кубового продукта, датчик 10 И температуры кубового продукта, дат" чик 11 температуры на "характерной" тарелке, регулятор 12 температурысырья, соединенный с клапаном 3 на линии подачи теплоносителя в подогреватель, регулятор 14 расхода флегмы, соединенный с клапаном 15 на линии подачи флегмй, регулятор 16 температуры на "характерной" тарелке, соединенный с клапаном 7 на линии подачи теплоносителя в куб колонны, блок 18 памяти, вычислительный блок 19 и оптимизатор 20, причем входы вычислительного блока 19 соединены с датчиками 2-10 и блоком 18 памяти, а выходы - с входами оптимизатора 20, с одним иэ входов оптимизатора также соединен датчик 11. Выходы оптимизаторов соединены .с регуляторами 2, 14 и 16.Устройство работает следующим образом.Вычислительный блок 19, используя текущую информацию о расходе и .температуре сырья с датчиков 2 и 3, о расходе и температуре дистиллята с датчиков 5 и 6, о расходе и температуре кубового продукта с датчиков 9 и 10, производят расчет всех материальных потоков по колонне в размерности кг моль/ч и материальный баланс колонны по формуле артек1 Рл где1,текущая величина отбора дистиллята;.суммарное содержание дистиллятных компонентов в сырье.Используя данные о текущей информации датчиков 2 и 5 и данные блока где Г - расход сырья в колонну,эамеряемый датчиком 2;0 - расход дистиллята, замеря-емый датчиком 9.Ч - расход кубового продукта,Фзамеряемый датчиком 9.В блок 18 памяти заносят данные о требуемой частоте обоих продуктов разделения (дистиллята и кубового продукта); у З - суммарное содержание дистиллятных компонентов в дистилляте; Х - суммарное содержание дистиллятных компонентов в кубовом продукте; средний молекулярный вес и плотность сырья дистиллята и кубового продукта при 20 С; оптимальное значение температуры на "характерной" тарелке Тдля режима.89905818 памяти, вычислительный блок производит расчет текущей величины от" бара дистиллята по формуламгде 6 - расход теплоносителя;2 - расход флегмы;А - множитель Лангранжа,рассчитывает оптимальное значениеуправляющих воздействий 6 и 7.Затем устанавливается задание регу"ляторам 14 и 11 соответственно расхода флегмы 14 и температуры на "характерной" тарелке 11.Алгоритм поиска минимума функ.сии( ) реализуется в оптимизаторе 20.Так как оптимизация проводится по математической модели, адекватнойобъекту ( колонне 1), отпадает необходимость в использовании анализаторов качества сырья, дистиллятаи кубового продукта. Оптимальная температура на "характерной" тарелкеи составы получаемых продуктов прогнозируются моделью процесса.Предлагаемое устройство для оптимального управления ректификадионнойколонной позволяет получить целевыепродукты ( дистиллят и кубовый продукт) высокой степени чистоты. Так,использование этого .устройства позво.ляет получить по сравнению с известным устройством управления ректификационной колонной бенэол с содержа.нием толуола менее 300 ппм против450-500 ппм,толуол с чистотой0,999 против 0,985. При этом отборбензола и толуола увеличивается соответственно на 0,3 вес.Х и 0,6 вес.йна сырье, а расход электроэнергии итеплоносителя уменьшается соответственно на 1,1 Х и 1,2 Х на сырье,что составит экономический эффект в43,702 тыс.руб. в год. 0отек Г 3 Формула изобретения Устройство для оптимального управ ления ректификационной колонной, содержащее датчик расхода и температу- ры сырья, расхода флегмы и дистиллята, регулятор температуры сырья, соединенный с клапаном иа линии по" дачи теплоносителя в подогреватель, регулятор расхода флегмы, соединенный с клапаном на линии подачи флегмы, датчик температуры на "контроль" ной" тарелке, связанный с одним иэ входов оптимизатора и с регулятором, .связанным с клапаном на линии подачи,МОптимизатор 20, используя информа. цию датчика 11, вычислительного блока 19 о расходе сырья, теплоносителя, флегмы, величины критического текущего значения отбора дистиллятЯ ных компонентов в сырье по формуле Оптимизатор 20, используя информа цию от вычислительного блока 19 о текущем критическом значении величины отбора дистиллята и инФормацию датчика температуры сырья 3, методом итерацйй производит расчет температуры подогрева сырья так, чтобы для отгона (Х) была равна нулю, Задание регулятору 12 температуры сырья уста,. навливается непосредственно после его расчета оптимизатором 20. 20В оптимизатор 20 поступает информация о текущем значений температуры на "характерной" тарелке от датчика 11. Температуру на "характерной" тарелке задают в интервале температур между режимом разделения с повышенным содержанием легких компонентов в кубовом продукте и режимомразделения с повьппенным содержаниемтяжелых компонентов в дистилляте. 1 И 1На фиг.2 и 3 кривые соответствуют оптимальному реярюму разделения смеси, кривые о - режиму разделенияс повьппенным содержанием легких компонентов в кубовом продукте, а кривые Ф - режиму разделения с новы- шенным содержанием тяжелых компонентов в дистилляте. Из анализа кривых распределения температур по высоте колонны видно, что целесообразно поддерживать режим работы ректификационой колонны, соответствующий кривым а, Наибольшая вероятность попасть внутрь этой области, располо.женной между кривыми о и, наблюй 43 дается для так называемых характерных" тарелок, обладающих наибольшим перепадом температур и концентраций при двух различных режимах.теплоносителя в куб колонны, вычислительный блок, входы которого соединены с датчиками расхода и температуры сырья, оптимизатор, входыкоторого соединены с выходами вычислительного блока, а выходы - с регуляторами температуры сырья и расхода флегмы, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения чистотыпродуктов разделения за счет повышения точности регулирования, онодополнительно содержит датчики давления верха, колонны, температурыдистиллята, расхода теплоносителяв куб колонны, расхода и температурыкубового продукта и блок памяти,при этом датчики расходов дистиллята, Фпе мы, теплоносн геля в иуб кглониы, кубового продукта, данленияверха колоннь 1, температур листиллятаи кубового продукта н блок памяти5 соединены с входами вычислительногоблока, выходы которого связаны с входами оптимизатора, один иэ выходовкоторого соединен с регулятором температуры на "контрольной" тарелке.16 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 448871, кл. В 01 0 3/42, 1972.2. Патент США У 4166770,13 кл. 203-2, 979.3. Авторское свидетельство СССРВ 565675, кл. В 01 О 3/42, 1976.899058 Составитель Т.ЧулковаРедактор И.Юрковецкий Техред И, Гайду Корректор М,йарош о тент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Фил ППП каз 11994/5 Тираж 732 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, РаушскаяПодпи СССР ытий бер де