Способ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена

 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов, может быть использовано для управления синтезом винилацетата в химической, нефтехимической и др. отраслях промышленности и позволяет увеличить производительность 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 в циркуляционном газе или на основании материального баланса по кислороду или по формуле дискретного ПИД-регулятора концентрации кислорода на выходе узла подготовки парогазовой смеси. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4650006/23-26 (22) 13.01.89 (46) 07,11,90. Бюл, N 41 (72) В,А.Курицын, Е.И.Пеганов, А,И.Гермашев, С.Е.Мельников, Г.И,Арапова, П.П.Шенфельд, А.Г.Недорубко и А.В.Полоумов (53) 66,012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 713903, кл. С 10 G 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. 2а), малярного соотношения этилена к уксусной кислоте (фиг. 2б) и съема

„, Я2,,„1604816 А1

s С 07 С 69/15, G 05 0 27/00 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-регулятора концентрации кислорода на выходе узла подготовки парогазовой смеси. 2 ил, 1табл, винилацетата (фиг, 2в) при управлении процессом получения винилацетата с помощью известного способа (графики 1, 3 и 5) и с помощью предполагаемого изобретения (графики 2, 4 и 6), 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 измеряет1604816 ся датчиком 9 и регулируется регулятором

10 и регулирующим клапаном 11. Температура смеси на входе в узел 3 измеряется датчиком 12 и регулируется регулятором 13, связанным с клапаном 14. Содержание кислорода на выходе узла 1 измеряется анализатором 15. Расход винилацетата-сырца и узла 3 его синтеза и выделения измеряется датчиком 16 расхода. Состав потока винилацетата-сырца на выходе узла 3 измеряется датчиком 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 на факел иэ узла 5 очистки циркуляционного газа измеряется датчиком 20, содержание диоксида углерода в смеси — датчиком 21, а расход С02 на факел из узла 5 — датчиком

22.

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 i2, поступает на входы блока 25 расчета задания. Рассчитанные блоком 25 значения управляющих воздействий по температуре парогазовой смеси, расходу кислорода и уксусной кислоты в узел подготовки парогазовой смеси поступают с выхода 25 блока в камеры задания соответственно регуляторов температуры 13, расхода кислорода 7 и расхода уксусной кислоты 10.

Управление по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. Блок 25 рассчитывает задание регулятора 13 температуры парогазовой смеси по формуле

TN =Тй — 1; + К1 (SE — БЕ ) +

+ К2(SE SE )+ КЗ(2 SE — SE — SE ), (1) где TN-1* — значение уставки регулятору 13 на прошлом N — 1 шаге, С (на первом шаге управления (N=1) величина TN-1* принимается равной измеренному датчиком 12 значению температуры смеси); .

ТЯ вЂ” 1 = ТИ вЂ” 1; ЯЕ, SE $Š— COOT ветственно рассчитанные на N — 2, N — 1, N шагах значения съема винилацетата, г/л ч;

SE* — заданное значение съема, г/л ч„

К), Кг, Кэ — коэффициенты настройки дискретного ПИД-регулятора величины съема винилацетата, Съем винилацетата определяется на каждом шаге по формуле

SE = GBA Сад, г/л ° ч, (2) ! 10

4: где i — шаг измерения и управления, равный

N— - 2, N— - 1, N;

VK — объем катализатора, равный 24000 л;

5 Овд — расход винилацетата-сырца на

I выходе из узла 3, измеряемый датчиком 16 на i-шаге, кг/ч;

Свд — содержание винилацетата в потоке винилацетата-сырца, измеряемое датчи10 ком 17 или задаваемое задатчиком 18 по результатам лабораторного анализа на i-м шаге измерения, мас. .

Рассчитанное значение задания регулятору 13 температуры проверяется затем на

15 величину максимального шага ЛТмакс. Если

* * * %

ITN — Т!Ч-1 I > ЛТмакс то TN = TN-1 +

Ммакс

+ (3)

20 где ЛТмаск= 0,5 — 1,0 С.

Затем величина Т!ч* проверяется на максимально и минимально возможные значения Тмакс и Тмин.

Если TN < Тмин, то Т!ч = Тмин (4)

25 Если TN > Т макс, то TN = Тмаакс, (5) где Тмин = 145 С, Тмакс = 200 С.

Расчет уставки регулятору 10 расхода уксусной кислоты осуществляется блоком

25 по формуле

Fy N =Рук!ч — 1 +K4(g g )+

Ф Ф N — 1 N

+K5(g Ц ) (6) где Fy

Ч N-1, д — молярное соотношение этилена и уксусной кислоты, определенное соответственно на текущем N и на прошлом

40 N — 1 шаге, моль/моль;

К4, К5 — параметры настройки дискретного ПИ-регулятора молярного соотношения; ц — заданное молярное соотношение, моль/мол ь.

Молярное соотношение этилена к уксусной кислоте ц на!-м шаге определяется

I по формуле бцг СС2Н4,Рук

"/ (7)

100 22,4 аук . где i — шаг измерения и управления, равный

N— - 1, N;

Оцг — расход циркуляционного газа в

i узел подготовки парогазовой смеси, измеряемый на l-м шаге датчиком 23, нм /ч;

Cc2I-i4 — содержание этилена в циркуляционном газе, измеряемое датчиком 24 на

i-м шаге, об., 1604816 и к — вес 1 моль ксусной кислоты, авЛ Fp2N — приращение уставки, рассчиф ный 60 кг/моль;

С - рас ук — расход уксусной кислоты в узел 1, тываемое по одной из следующих формул: измеряемый датчиком 9 íà t-м шаге измере- а) если <Свх Свх I >е, то ния, кг/ч; 5

22,4 — объем, занимаемый 1 моль газа Gör Свых — Свх при нормальных условиях, нм /моль. Л O2N

Рассчитанное по формуле (6) значение

Еук1Ч* ПРОВЕРЯЕТСЯ ДаЛЕЕ На ОГРаНИЧЕНИЯ

Еук " и Еукми". ЕСли Fy

ПРинимаетсЯ Равным Еукмин. Если FyxN ) б) если 1Свх — C„x "! е. то макс

ЯФ

Е к то FyxN принимается paBHbIM Л F02N = Кв (Свых — Свых ) +

Еукм ".Еукм кс = 28500 кг/ч,Еукмин = 23000 кг/ч. К7 (Свых Свых ) + К8 (2 Свых

Селективность катализатора синтеза 15 Свых Свых ), (12) винилацетата по этилену рассчитывается где Cex Cex — содержание кислорода в

N N-1 блоком 25 на основании информации, по- циркуляционном газе на входе в узел 1, изступающей от датчиков 16, 20, 22 и 17 или меренное датчиком 24 соответственно на

18 и 21. Расчет ведет ;я по фоомуле N-м и (N — 1)-м шагах, об. О ;

*

Gea Свк 20 Свых — заданное значение объемной

N N . N вд + . + м ° Св„ы Gc® Gr Ссо2 концентрации кислорода в парогазовой реа а асс a iNcn (> смеси на выходе узла 1, об. ;

86 / где,ивд — вес 1 моль винилацетата, равный кг/моль;

H ком 6 значение расхода кислорода в узел 1

Gco2 — расход диоксида углерода, изме- .25 подготовки смеси, м /ч; з ренный датчиком 22 на N-м шаге, кг/ч.; С С вых, Свых, Свых содержание

/ сог — моль диоксида УглеРода, кислорода в парогазовой смеси на выходе со — вес 1 моль иокси а гле о а, равный 44 кгlмоль; угла 1, измеренное датчиком 15 соответстGr — расход смеси этилена и диоксида венно íà (N — 2)-м, (N — 1)-м, N-м шагах, об. ; углерода, измеренный датчиком 20 на N-м я — предельное отклонение концентрашаге, кг/ч; ции, равное 0,05-0,22 об. ;

Ссог — содержание диоксида углерода

N Кю, К7, Ка — коэффициенты постройки в смеси, измеренное датчиком 21 на ц-м ПИД-Ре ул ора содеРжаниЯ кислоРода на шаге, мас. ; выходе узла 1. — кий оэфф ц е Pacc Ta HHoe 6«KoM 25 о формуле (10)

Отражающий тот фактор, что из Одной моле- значение Уставки РегУлЯтоРУ 7 РасхоДа кискулы этилена образуется две молекулы ди- лоРода пРовеРЯетсЯ затем на огРаничениЯ оксида углерода, а = 2. Fp2N " " и Fp2 """, Если Fp2N (F02 мин

В зависимости от рассчитанной на N 40 то значение уставки принимается равным шаге селективности катализатора опреде- Е ми ф

Еогм = F02 . Если F02N Еогм ляется величина Fp2N " " по фо м ле:

Оги " " ФОРМУЛЕ: то значение уставки принимается равным

Fo2N "= 71 (6774,16 — 58,57 . ) ), (9) Fp2N = F02N " " Рассчитанные блоком 25 макс где Fo2N — макСиМальнОЕ значение УС- 45 значения уставок регулятора 13 температутавки регулятору 7 расхода кислорода на ры ре у ятора10расходауксусной кислоты

N-м шаге, м /ч; з и регулятора 7 расхода кислорода поступаg1 — безразмерный коэффициент, апре- ют с выхода блока 25 в камеры задания этих деляемый экспериментально в пределах РегУлЯтоРов. РеализациЯ функциОнального

0,7 — 0,95. 50 блока 25 осуществляется с помощью

Расчет уставки регулятору 7 расхода средств вычислительной техники, напРимеР кислорода осуществляется блоком 25 по формуле Предлагаемый способ автоматического управления позволяет надежно застабилиГогй Огй — 1 зировать на заданных значениях концентгде F02N-1 — значениеуставки регулятору рацию кислорода на входе в узел синтеза, 7 на прошлом N — 1 шаге, м /ч(на первом шаге молярное соотношение этилена и уксусной (N=1) Fo N 1 равно эмере у кислоты, от которых в наибольшей степени зависит производительность установки, а ком 6 значению расхода кислорода F02 ", также величину съема винилацетата. что

Еог

1604816 подтверждается экспериментальными данными, приведенными на фиг. 2. Это позволяет проводить процесс синтеза винилацетата при значениях технологических параметров, более близких к граничным, при которых срабатывает система кислородной защиты. А за счет этого повышается производительность установки по винилацетату.

Пример. В таблице приведены экспериментально полученные данные при управлении процессом получения винилацетата по предлагаемому способу., Коэффициенты настройки дискретных регуляторов съема винилацетата, малярного со отношения этилена и уксусной кислоты концентрации кислорода на выходе узла подготовки смеси выбраны следующими:

К1 - 0.25, Кг = 0,56, Кз = 0,12, К4 = 55, КО=42, Kg=23, КО=58, Кв=19.

Величины у1 и е выбраны равными: у< =0,9; 8=0,22.

Значение уставки регулятору 13 температуры на N-м шаге, рассчитанное блоком

25 по формуле (1), равно Ти* = 160,4 С, Так как это значение удовлетворяет условию (3), а также граничным значением, равным

Тмин = 145 С, Тмвкс 200 С, то окончательное, значение уставки Тм = 160,4 С.

Значение уставки регулятору 10 расхода уксусной кислоты, рассчитанное по формуле (6), равно: Fy

-23000 кг/ч, то окончательное значение уставки Fy

Fo " " = 1320,9 м /ч, Значение уставки регулятору 7 расхода кислорода на N-M шаге рассчитывается блоком 25 на основании формул (10) и (12) и равно Foyer

=1106,11 м /ч.

Рассчитанное .значение FOEHN

=1106,11 м /ч меньше Fp и м " = 1320,9 м /ч, поэтому окончательное значение уставки Fo x равно 1106,11 м /ч, так как ф з

Fp N = 1106,11 > Fp """ = 1000 мз/ч, Экспериментальная проверка предлагаемого способа автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена показала его высокую эффективность и работоспособность. Экономический эффект получается за счет интенсификации процесса получения вини10

50 численного значения съема винилацетата и заданных максимального и минимального значений этой температуры, регулируют подачу уксусной кислоты в узел подготовки парогазовой смеси в зависимости от вычис55

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 до

270 г/л . ч.

Формула изобретения

Способ 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, отличающийся 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 винилацетата в нем вычисляют съем 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 винилацетата 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 концентрации

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 параметра

Значение параметра на шаг с управления изме ения

Параметры

N-2

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 О

Задание регулятору расхода уксусной кислоты, кг/ч

Задание регулятору расхода кислорода, м /ч

Расчетное значение селективности, Содержание кислорода s циркуляционном газе на входе в узел 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.

УК и

ПаР

Фиг.1

1604816

С "4

8А-в(рщ сгн4

1604816 у ®б

ВрЕрчЯ +, 9

a) 4о Ю

ВрЕня Ф, ч

F ю пг

SPcftQ,9

1)

Фиг. Л

Составитель Г.Огаджанов

Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Редактор Н.Яцола роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3433 Тираж 347

ВНИИПИ Госуда ственного к

Подписное уд р ого комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5