Способ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена

(19) 69/15,6 05 0 27/О 51)5 С САНИЕ ИЗОБРЕТ ра ко подго ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР М 713903, кл. С 10 6 9/20, 1978.Бояджан В.К. и др, Производство винилацетата на основе этилена, - М.: НИИТЭХИМ, 1987, с. 24 - 47.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНИЛАЦЕТАТА НА ОСНОВЕ ЭТИЛЕНА (57) Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов, может быть использовано для управления синтезом винилацетата в химической, нефтехимической и др, отраслях промышленности и позволяет увеличить производительИзобретение относится к автоматическому управлению химико-технологическими процессами и может быть использовано в химической нефтехимической промышленности для управления процессом синтеза винилацетата.Цель изобретения - увеличение производительности установки по целевому продукту.На фиг, 1 изображена схема реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 - полученные экспериментально сравнительные графики стабилизации концентрации кислорода на выходе из узла подготовки смеси(фиг. 2 а), малярного соотношения этилена к уксусной кислоте (фиг. 2 б) и съема ность установки по целевому продукту. Способ автоматического управления заключается в регулировании расхода кислорода и уксусной кислоты в узел подготовки парогазовой смеси, в регулировании температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза, В способе управления задание регулятору температуры парогазовой смеси определяют по формуле дискретного ПИД-регулятора съема винилацетата, задание регулятору расхода уксусной кислоты определяют по формуле дискретного ПИ-регулятора, задание регулятору расхода кислорода определяют с учетом селективности катализатора по этилену в зависимости от двух последних дискретных значений концентрации кислорода е циркуляционном газе или на основании материального баланса по кислороду или по формуле дискретного ПИД-регулятонцентрации кислорода на выходе узла товки парогазовой смеси. 2 ил, 1 табл,винилацетата (фиг, 2 в) при управлении процессом получения винилацетата с помощью известного способа (графики 1, 3 и 5) и с помощью предполагаемого изобретения (графики 2, 4 и б),Схема реализации предлагаемого способа (фиг, 1) включает в себя узлы 1 - 5 соответственно подготовки парогазовой смеси, ее подогрева до необходимой температуры, синтеза и выделения винилацетата, компримирования и очистки от диоксида углерода циркуляционного газа, Расход кислорода е узел 1 подготовки парогазовой смеси измеряется датчиком 6 расхода и регулируется регулятором 7, связанным с клапаном 8, Расход уксусной кислоты в узел 1 измеряет 1604816ся датчиком 9 и регулируется регулятором10 и регулирующим клапаном 11, Температура смеси на входе в узел 3 измеряетсядатчиком 12 и регулируется регулятором 13,связанным с клапаном 14. Содержание кислорода на выходе узла 1 измеряется анализатором 15. Расход винилацетата-сырца иузла 3 его синтеза и выделения измеряетсядатчиком 16 расхода. Состав потока винилацетата-сырца на выходе узла 3 измеряетсядатчиком 17 или задается с помощью ручного задатчика 18 по результатам лабораторного анализа. Переключение осуществ ляется с помощью переключателя 19, Расход смеси этилена и диоксида углерода нафакел иэ узла 5 очистки циркуляционногогаза измеряется датчиком 20, содержаниедиоксида углерода в смеси - датчиком 21, арасход С 02 на факел из узла 5 - датчиком22.Расход циркуляционного газа, подпитанного этиленом, в узел 1 измеряется датчиком 23, а состав - датчиком 24.Информация от датчиков 6, 9, 16, 20, 22 и 23,расхода датчиков 15 и 17 или 18, 21, 24 и 12,поступает на входы блока 25 расчета задания. Рассчитанные блоком 25 значения управляющих воздействий по температурепарогазовой смеси, расходу кислорода и уксусной кислоты в узел подготовки парогазовой смеси поступают с выхода 25 блока вкамеры задания соответственно регуляторов температуры 13, расхода кислорода 7 ирасхода уксусной кислоты 10.Управление по предлагаемому способуосуществляют следующим образом. Блок 25рассчитывает задание регулятора 13 температуры парогазовой смеси по формулеТК =Тй - 1, + К (8 Е - ЯЕ ) +-Й -ЗЕ), (1)где Т 1 ч- значение уставки регулятору 13на прошлом И - 1 шаге, С(на первом шагеуправления (К=1) величина Т 1 чпринимается равной измеренному датчиком 12 значению температуры смеси);Ты= Ти; Яе, Зе Яе соответственно рассчитанные на й - 2, й - 1, Кшагах значения съема винилацетата, г/л ч;Яе - заданное значение съема, г/л чК 1, К 2, Кз - коэффициенты настройкидискретного ПИД-регулятора величины съема винилацетата,Съем винилацетата определяется накаждом шаге по формуле Яе = бцдСвд, г/лч, (2) 10где- шаг измерения и управления, равныйй - 2, 1 ч - 1, М;Чк - объем катализатора, равный 24000л;5 Овд - расход винилацетата-сырца на1выходе из узла 3, измеряемый датчиком 16на -шаге, кг/ч;1Свд - содержание винилацетата в потоке винилацетата-сырца, измеряемое датчи ком 17 или задаваемое задатчиком 18 порезультатам лабораторного анализа на -мшаге измерения, мас.о .Рассчитанное значение задания регулятору 13 температуры проверяется затем на 15 величину максимального шага ЛТмакс ЕслиТИ - Т 1 Ч ЛТмакс тО Т 1 ч = Тй- + ЛТмакс(3)20 где ЛТмаск= 0,5 - 1,0 С.Затем величина Т 1 ч проверяется намаксимально и минимально возможныезначения Тмакс и Тмин,Если Т 1Тмин, то Т 1 ч = Тмин (4)25 Если Т 1 чТ макс, то Т 1 ч = Тмакс, (5)где Тмин = 145 С, Тмакс = 200 С.Расчет уставки регулятору 10 расходауксусной кислоты осуществляется блоком25 по формуле301 ук 1 ч =1 укй - 1 +К 4(Ц)+1 Ч-1 Ч+К 5( Ц ) (6)где Гук 1 ч- - значение задания регулятору 10расхода на прошлом йшаге, кг/ч (на пер 35 вом шаге (М=1) Рук 1 ч- равно измеренномудатчиком 9 значению расхода Сук,1 Ч И-, д - молярное соотношение этилена и уксусной кислоты, определенное соответственно на текущем й и на прошлом40 К - 1 шаге, моль/моль;К 4, К 5 - параметры настройки дискретного ПИ-регулятора молярного соотношения;ц - заданное молярное соотношение,моль/моль,Молярное соотношение этилена к уксусной кислоте ц на-м шаге определяется1по формуле50; бцгСС 2 Н 4 Руко, где- шаг измерения и управления, равныйМ - 1,М;Оцг - расход циркуляционного газа в1узел подготовки парогазовой смеси, измеряемый на 1-м шаге датчиком 23, нм/ч;Сс 2 н 4 - содержание этилена в циркуляционном газе, измеряемое датчиком 24 на1-м шаге, об., 1604816,иук - вес 1 моль уксусной кислоты, равный 60 кг/моль;Сук - расход уксусной кислоты в узел 1,измеряемый датчиком 9 на-м шаге измерения, кг/ч; 522,4 - объем, занимаемый 1 моль газа при нормальных условиях, нм /моль.Рассчитанное по формуле (6) значение Руки проверяется далее на ограничения Ру " " и Р. Если РукиР, то Ри 10 принимается равным Рук-. Если РукимаксРк, то Руки принимается равнымм н Р макс 28500 / Р мин 23000/ч.Селективность катализатора синтеза винилацетата по этилену рассчитывается блоком 25 на основании информации, поступающей от датчиков 16, 20, 22 и 17 или 18 и 21. Расчет ведетЧя по фоомуле нОвд свд Роги б) еслиСвх Л Р 02 И = Кб (Свых1 Е тОСвых ) +2 Свых Р кг К 7 (Свых Свых ) + 8 (15 - Свых - Сеых ), (12)И И где Свх, Сех - содержание кислорода вциркуляционном газе на входе в узел 1, измеренное датчиком 24 соответственно нач-м и (ч - 1)-м шагах, об.%;20 Свых - заданное значение объемнойконцентрации кислорода в парогазовойсмеси на выходе узла 1, об.%;иРог - измеренное на Й-м шаге датчиком 6 значение расхода кислорода в узел 1подготовки смеси, м /ч;И - 2 И 1ИСвых, Свых, Свых - содержаниекислорода в парогазовой смеси на выходеугла 1, измеренное датчиком 15 соответственно на (ч - 2)-м, (И - 1)-м, ч-м шагах, об.%;я - предельное отклонение концентрации, равное 0,05-0,22 об. %;Кб, К 7, Ка - коэффициенты постройкиПИД-регулятора содержания кислорода навыходе узла 1.Рассчитанное блоком 25 по формуле(10)значение уставки регулятору 7 расхода кислорода проверяется затем на ограниченияР 02 и и Р 02, Если Р 02 и ( Рог40 то значение уставки принимается равнымР 02 и = Р 02 . Если Р 02 иР 02 ито значение уставки принимается равнымРоги = Ро 2 и , Рассчитанные блоком 2545 значения уставок регулятора 13 температуры, регулятора 10 расхода уксусной кислотыи регулятора 7 расхода кислорода поступают с выхода блока 25 в камеры задания этихрегуляторов. Реализация функционального50 блока 25 осуществляется с помощьюсредств вычислительной техники, напримермикро-Э ВМ,Предлагаемый способ автоматическогоуправления позволяет надежно застабили 55 зировать на заданных значениях концентрацию кислорода на входе в узел синтеза,молярное соотношение этилена и уксуснойкислоты, от которых в наибольшей степенизависит производительность установки, атакже величину съема винилацетата, что тата, равный ви е,ивд - вес.1 мкг/моль; сог расход нный датчиком рсог - вес 1 диокс 22 на да углерода, изме м шаге, кг/ч.; оксида углерода ол 44 кг/мол- расход , измере ч; ь;смесинный вныи ( и илена и диоксида тчиком 20 на М-м углер шаге,да углерода 21 на И-м 3 ент, оле-. дий на ч опредес, апре едела дел0,7 -у 7 расходалоком 25 по 2 И - 1 +Л Ро(10) где Ро 2 и 7 на прош (И=1) Ро вно измеренному датчи м 6 Ссог - содержание диоксиив смеси, измеренное датчикомшаге, мас.%;а - стехиометрический коэффициотражающий тот фактор, что иэ одной мкулы этилена образуется две молекулыоксида углерода, а = 2.В зависимости от рассчитанношаге селективности катализатораляется величина Роги по формуле:Роги "а" = у 1 (6774,16 - 58,57 Я),где Роги - максимальное значениетавки регулятору 7 расхода кислородаЙ-м шаге, м /ч;1 - безразмерный коэффициентяемый экспериментально в пр0,95.Расчет уставки регуляторкислорода осуществляется бформуле- значение уставки регулятору К - 1 шаге, м /ч(на первом шагез начению расхода кислорода Ро 2 Л Роги- приращение уставки, рассчитываемое по одной из следующих формул:а) если Свх - Свхи " Е,то10 50 численного значения сьема винилацетата изаданных максимального и минимального значений этой температуры, регулируют подачу уксусной кислоты в узел подготовки парогазовой смеси в зависимости от вычис 55 подтверждается экспериментальными данными, приведенными на фиг. 2, Это позволяет проводить процесс синтезавинилацетата при значениях технологических параметров, более близких к граничным, при которых срабатывает системакислородной защиты. А за счет этого повышается производительность установки повинилацетату.П р и м е р. В таблице приведены экспериментально полученные данные при управлении процессом получениявинилацетата по предлагаемому способу.,. Коэффициенты настройки дискретных регуляторов сьема винилацетата, малярного соотношения этилена й уксусной кислотыконцентрации кислорода на выходе узлаподготовки смеси выбраны следующими:К 1- 0.25, К 2 = 0,56, Кз = 0,12, К 4 = 55,КО=42, К 6=23, Ку=58, Кв=19.Величины у 1 и е выбраны равными:у 1 =0,9; Я=О,22.Значение уставки регулятору 13 температуры на М-м шаге, рассчитанное блоком25 по формуле (1), равно Ти = 160,4 С, Таккак это значение удовлетворяет условию(3), а также граничным значением, равнымТмин = 145 С, Тмвкс200 С, то окончательное.значение уставки Тм = 160,4 С.Значение уставки регулятору 10 расхода уксусной кислоты, рассчитанное по формуле (б), равно: Еую =26015,2 кг/ч. Так какэто значение удовлетворяет граничнымизначениями Еук = 28500 кг/ч, Еу =-23000 кг/ч, то окончательное значение уставки Еуки = 26015,2 кг/ч,В зависимости от рассчитанной на К-мшаге селективности катализатора блок 25определяет Ео 2 йпо формуле (9):Гои= 1320,9 м /ч, Значение уставкирегулятору 7 расхода кислорода на М-м шагерассчитывается блоком 25 на основанииформул (10) и (12) и равно Гои=1106,11 м /ч меньше Гои м" = 1320,9м /ч, поэтому окончательное значение уставки Еон равно 1106,11 м /ч, так какф зГога = 1106,11Ео= 1000 мз/ч,Экспериментальная проверка предлагаемого способа автоматического управления процессом получения винилацетата наоснове этилена показала его высокую эффективность и работоспособность. Экономический эффект получается за счетинтенсификации процесса получения вини 15 20 25 30 35 40 45 лацетата путем его проведения при значениях технологических параметров более близких, чем в известном способе, к граничным, при которых срабатывает система кислородной защиты. Это позволяет увеличить средний съем винилацетата с 262 до270 г/л ч. Формула изобретенияСпособ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена, включающий регулирование расходов кислорода и уксусной кислоты в узел подготовки парогазовой смеси, температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза и измерение расхода винилацетатасырца на выходе из узла синтеза и выделения и его состава расхода и состава циркуляционного газа, подаваемого в узел подготовки парогазовой смеси, и расходов диоксида углерода и смеси диоксида углерода с этиленом на выходе из узла очистки циркуляционного газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности установки по целевому продукту, дополнительно измеряют содержание кислорода на выходе узла подготовки парогазовой смеси и содержание диоксида углерода в смеси диоксида углерода с этиленом, по измеренным значениям расхода винилацетата-сырца и содержания винилацетэта в нем вычисляют сьем винилацетата, по измеренным значениям расходов циркуляционного газа и уксусной кислоты и содержанию этилена в циркуляционном газе вычисляют малярное отношение этилена к уксусной кислоте, по измеренным значениям расходов винилацетата-сырца, диоксида углерода и смеси диоксида углерода с этиленом, содержания винилацетата в винилацетатесырце и содержания диоксида углерода в смеси диоксида углерода с этиленом вычисляют селективность катализатора синтеза винилацетата по этилену, по вычисленному значению селективности катализатора синтеза винилацетатэ по этилену вычисляют максимальное значение расхода кислорода в узел подготовки парогазовой смеси, регулируют температуру парогазовой смеси на входе в узел синтеза в зависимости от выленного значения моля рного отношения этилена к уксусной кислоте и заданных максимального и минимального значений этого расхода, вычисляют абсолютное значение разности текущего и измеренного нэ предыдущем шаге управления значений концентрации10 1604816 кислорода в циркуляционном газе и при вычисленном абсолютном значении этой разности, большем заданного значения, расход кислорода в узел подготовки парогазовой смеси изменяют в зависимости от расхода 5 циркуляционного газа, концентрации кислорода в нем и вычисленного максимального и заданного минимального значений Заданное значение параметраЗначение параметра на шаг с управления изме енияПараметры 270 268 268 274 3,9 4,1 160 26000 1100 90,6 4,9 4,7 7,0 7,07 7,04 Съем винилацетата г/л ч Молярное отношение этилена к уксусной кислоте Задание регулятору температуры, ОС Задание регулятору расхода уксусной кислоты, кг/ч Задание регулятору расхода кислорода,м /ч Расчетное значение селективности, % Содержание кислорода в циркуляционном газе на входе вузел 1, об. % Концентрация кислорода на выходе узла подготовки парогазовой смеси, об. % Содержание кислорода в парогазовой смеси на выходе узла 1, об.этого расхода, а при вычисленном абсолютном значении этой разности, меньшем или равном заданному значению, расход кислорода изменяют в зависимости от измеренного значения содержания кислорода на выходе узла подготовки парогазовой смеси и вычисленного максимального и заданного минимального значений этого расхода.-35, Раушская наб., 4/5 м при ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101