Спосіб керування процесом ректифікації

Реферат: Спосіб автоматичного керування процесом ректифікації шляхом зміни точки введення сировини в колону. Зміну точки введення сировини в колону здійснюють в залежності від витрати і складу сировини. Регулюють витрату парового потоку в колоні шляхом зміни витрати гріючої пари в куб колони, при цьому регулювання витрати пари в куб колони і точку введення сировини здійснюють за допомогою обчислювального пристрою на підставі складу, витрати сировини в колону, температури гріючої пари в куб колони і температури кубового продукту. Стабілізують рівень кубового продукту шляхом зміни витрати кубового продукту. Стабілізують тиск у колоні шляхом зміни подачі холодоагенту у холодильник-конденсатор і стабілізують витрату дистиляту шляхом зміни витрати дистиляту. UA 88190 U (54) СПОСІБ КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ РЕКТИФІКАЦІЇ UA 88190 U UA 88190 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів управління процесом ректифікації і може бути використана в хімічній, нафтохімічній і нафтопереробної промисловості. Відомий спосіб управління процесом ректифікації шляхом регулювання витрати дистиляту і гріючої пари в куб колони, стабілізації тиску в колоні і рівня кубового продукту (Автоматическое управление в химической промышленности. Под ред. Е.Г.Дудникова. - М.: Химия, 1987. - 368 с.). Завдання регуляторам витрати дистиляту і гріючої пари в куб колони коригує обчислювальний пристрій в залежності від витрати і складу живлення і температури гріючої пари в куб колони. Недоліком вказаного способу є те, що наявність неконтрольованих збурень (наприклад переохолодження флегми) призводить до порушення режиму в колоні. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є спосіб управління процесом ректифікації шляхом зміни точки введення сировини в колону залежно від різниці температур на тарілках живлення (А. с. СРСР № 596263, МПК B01D3/42. Способ управления процессом ректификации / А.П. Зайко. Заявл. 12.03.76; опубл. 05.03.78 г.). Проте використання даних про температуру продукту для регулювання його складу не ефективно, оскільки коливання температури і, відповідно, різниці температур на тарілках живлення, співставні з їх коливаннями при зміні тиску в колоні. Це призводить до перевитрати гріючої пари і зниження якості продукту. Крім цього, при здійсненні цього способу відбувається регулювання за відхиленням, тобто, керуючий вплив наноситься вже після того, як відбулася зміна режиму роботи і якості продуктів під впливом збурень. Також відомий спосіб не передбачає управління процесом ректифікації оптимальним чином. Задачею корисної моделі є удосконалення способу управління процесом ректифікації з метою підвищення якості цільового продукту та економічної ефективності процесу ректифікації. Задача вирішується тим, що у відомому способі керування процесом ректифікації шляхом зміни точки введення сировини в колону, відповідно до корисної моделі зміну точки введення сировини в колону здійснюють в залежності від витрати і складу сировини, також регулюють витрату парового потоку в колоні шляхом зміни витрати гріючої пари в куб колони, при цьому регулювання витрати пари в куб колони і точку введення сировини здійснюють за допомогою обчислювального пристрою на підставі складу, витрати сировини в колону, температури гріючої пари в куб колони і температури кубового продукту, також стабілізують рівень кубового продукту шляхом зміни витрати кубового продукту, стабілізують тиск у колоні шляхом зміни подачі холодоагенту у холодильник-конденсатор і стабілізують витрату дистиляту шляхом зміни витрати дистиляту. На кресленні представлений спосіб керування процесом ректифікації. Процес проводять в колоні 1, оснащеній теплообмінником 2, холодильником-конденсатором 3, обчислювальним пристроєм 4, датчиком рівня кубового продукту 5, регулятором рівня кубового продукту 6, виконавчим пристроєм 7, датчиком тиску в колоні 8, регулятором тиску в колоні 9, виконавчим пристроєм 10, датчиком витрати дистиляту 11, регулятором витрати дистиляту 12, виконавчим пристроєм 13, датчиками витрати 14 і складу 15 сировини, виконавчими пристроями 16-19, датчиком температури в кубі колони 20, датчиками температури 21 і витрати 22 гріючої пари в куб колони, регулятором витрати гріючої пари в куб колони 23, виконавчим пристроєм 24, лініями подачі сировини в колону 25, гріючої пари в куб колони 26, холодоагенту в холодильник-конденсатор 27, зрошення в колону 28, відбору дистиляту 29 і кубового продукту 30. Спосіб здійснюється таким чином. Контури стабілізації рівня кубового продукту і тиску в колоні забезпечують нормальне, безаварійне ведення процесу ректифікації. Завдання регуляторам 6 і 9 визначають згідно з технологічним регламентом. Тиск стабілізують зміною подачі холодоагенту у холодильникконденсатор, рівень - зміною витрати кубового продукту. Контур стабілізації виходу дистиляту дозволяє отримувати необхідну кількість готового продукту, завдання регулятору 12 обумовлюється необхідною продуктивністю процесу. Управління процесом ректифікації здійснюють шляхом зміни точки введення сировини в колону і зміни витрати гріючої пари в куб колони таким чином, що забезпечується максимізація складу кінцевого продукту при необхідній продуктивності процесу. Розрахунок оптимальних значень витрати гріючої пари в куб колони і точки введення сировини здійснюють в обчислювальному пристрої 4 за математичною моделлю (Анисимов И.В., Бодров В.И., Покровский В.Б. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок. - М.: Химия, 1975. - 216 с.). Структура математичної моделі ректифікаційної колони має вигляд: Vi  Vi1 (1) 1 UA 88190 U  V  U  W, i  Nf (2) L i   i1  Vi1  U  D, i  Nf  Vi1  y i1  U  x i1  W  x 0 , i  Nf  Vi1  U  W  (3) xi    Vi1  y i1  U  x i1  D  x N1 , i  Nf  Vi1  U  D  y i  y i1  ( y i*  y i1 )  i (4) 5   Ky i  (5) i  1  exp  V    i1  Si (6) Ky i  m 1  i y i x i  y *  (7) mi     x  x  xi y*  y * ( x i ) (8)  yi   y ( Vi1, Yi1,Li , Xi ) (9) 10 15 20 25 30 35 40 xi  x ( Vi1, Yi1,Li , Xi ) (10) F  W  D (11) F  x f  W  x 0  D  xN1 (12) xN1  x d (13) x 0  x w (14) LN1  VN  D (15), де Xf - склад живильної суміші в мольних частках легколетючого компонента в рідкій фазі; XN+1, хd - склад дистиляту в мольних частках легколетючого компонента; X0, xw - склад кубового залишку в мольних частках легколетючого компонента; F - витрата живильної суміші, кмоль/год.; V - витрата пари в колоні, кмоль/год.; xi - склад рідкої фази на і-ій тарілці в мольних частках легколетючого компонента; yі - склад парової фази на і-ій тарілці в мольних частках легколетучего компонента;  - коефіцієнт Мерфі, характеризує ефективну дію тарілки по паровій фазі; Kу - коефіцієнт масопередачі; m - значення першої похідної від функції кривої рівноваги; 2 S - ефективна площа тарілки, м ; x - настроювальний параметр моделі, коефіцієнт масовіддачі по рідкій фазі; у - настроювальний параметр моделі, коефіцієнт масовіддачі по паровій фазі; D - величина відбору дистиляту, кмоль/год.; N - кількість тарілок; Nf - номер тарілки живлення; W - величина відбору кубового залишку, кмоль/год.; L - витрата флегми, кмоль/год.; U - величина, що характеризує унесення рідини з тарілки, кмоль/год.; у*(х) - концентрація легколетючого компонента в парі, рівноважному з рідиною складу х. Рівняння (1) - (10) складають математичну модель ректифікаційної колони. Рівняння (11) (15) - загальні рівняння матеріального балансу, рівняння зв'язку. Сукупність рівнянь (1) - (15) дає повний математичний опис статики ректифікаційної колони. Для бінарної ректифікації вона може бути розшифрована з урахуванням ступенів свободи системи у вигляді:  x N1  ФF, x f ,D, V,Nf , x 0  (16),   x N1  LF, x f ,D, x 0  де Ф - нелінійна частина системи, що реалізується в результаті потарілчатого розрахунку, містить рівняння (1) - (10); L - лінійна частина, рівняння матеріального балансу по легколетючому компоненту (12). Система рівнянь (21) повністю визначена і може бути вирішена ітераційними методами. Результатом розрахунку є склади дистиляту Х d і кубового продукту Xw при відомих витраті F і 2 UA 88190 U 5 10 15 20 25 30 35 складі сировини xf, витраті дистиляту D, паровому потоці в колоні V, і тарілці живлення N f. Інформація про головні збурюючі впливи - витрату і склад сировини, що подається в колону, від датчиків 14 і 15 відповідно надходить в обчислювальний пристрій 4. Обчислювальний пристрій за допомогою ітераційних методів розраховує такі значення парового потоку в колоні і номер тарілки живлення, при яких забезпечується максимізація якості дистиляту. Регулювання парового потоку в колоні здійснюють шляхом зміни витрати гріючої пари в куб колони, так як між ними існує однозначна залежність. Таким чином, завдання регулятору 23 витрати гріючої пари в куб колони визначається обчислювальним пристроєм на підставі розрахованого оптимального значення витрати пари в колоні і вимірювань датчиків температури кубового продукту 20 і температури 21 гріючої пари, що подається в куб колони. Зміна тарілки живлення здійснюється обчислювальним пристроєм шляхом впливу на клапани 16-19. Характер дії клапанів обраний таким чином, щоб при зміні керуючого сигналу один з них відкривався, а відкритий до цього - закривався. Зміна точки введення сировини ефективна при значних коливаннях складу і витрати сировини і дозволяє заощадити інші дорогі ресурси, необхідні для компенсації таких збурень. При цьому використання методів математичного моделювання дозволяє отримувати незмінно високу якість дистиляту, так як керуючі дії наносяться відразу ж після виникнення збурень. Незначні зміни параметрів сировини компенсуються швидкодіючим контуром регулювання витрати парового потоку в колоні. Таким чином, запропонований спосіб управління процесом ректифікації дозволяє отримувати необхідну кількість дистиляту максимально можливої якості при мінімальних енерговитратах. Корисна модель відноситься до способів управління процесом ректифікації і може бути використана в хімічній, нафтохімічній і нафтопереробної промисловості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб автоматичного керування процесом ректифікації шляхом зміни точки введення сировини в колону, який відрізняється тим, що зміну точки введення сировини в колону здійснюють в залежності від витрати і складу сировини, також регулюють витрату парового потоку в колоні шляхом зміни витрати гріючої пари в куб колони, при цьому регулювання витрати пари в куб колони і точку введення сировини здійснюють за допомогою обчислювального пристрою на підставі складу, витрати сировини в колону, температури гріючої пари в куб колони і температури кубового продукту, також стабілізують рівень кубового продукту шляхом зміни витрати кубового продукту, стабілізують тиск у колоні шляхом зміни подачі холодоагенту у холодильник-конденсатор і стабілізують витрату дистиляту шляхом зміни витрати дистиляту. 3 UA 88190 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4