Способ управления процессом переработки газов дистилляции в производстве карбамида

 

Изобретение относится к области автоматического управления химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства карбамида и позволяет повысить производительность процесса. Способ заключается в регулировании температуры раствора углеаммонийных солей (УАС) на выходе из промывной колонны изменением расхода жидкого аммиака. Алгоритм управления заключается в следующем: измеряют расходы воздуха, диоксида углерода на входе в колонну синтеза, расход жидкого аммиака на входе в эжектор, температуру плава на выходе дистилляционной колонны низкого давления, давление дистилляции второй ступени, задают степень отгона аммиака, разложения карбамата аммония в колонне дистилляции среднего давления, рассчитывают неизмеряемые параметры: покомпонентный расход газового потока, покомпонентный и общий расходы потока плава на входе в колонну, дистилляции среднего давления, расход газовой фазы на выходе из колонны дистилляции среднего давления, степень отгонки аммиака и диоксида углерода в колонне дистилляции низкого давления, покомпонентный расход газожидкостной смеси на входе в промывную колонну, по этим значениям определяют требуемую температуру раствора УАС на выходе промывной колонны в зависимости от заданного соотношения концентраций аммиака и воды в растворе УАС и в соответствии с рассчитанной требуемой температурой раствора УАС изменяют расход жидкого аммиака. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! )) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фйй

ПА11НМБИБЛ1.2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4684146/26 (22) 26.04,89 (46) 07.08.91. Бюл.№ 29 (71) Государственный всесоюзный центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (72) Л.П,Ляшенко, В.Н.Игнатов, А.С.Виноградов и В.Я.Головин (53) 66,012-52 (088.8) (56) Синева К.Н. и др. Производство карбамида.— M.:Õèìèÿ, 1970, с.287.

Авторское свидетельство СССР

¹ 452558, кл.С 07 С 127/04, 1974. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВ ДИСТИЛЛЯЦИИ В

ПРОИЗВОДСТВЕ КАР БАМ ИДА (57) Изобретение относится к автоматическому управлению химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства карбамида и позволяет повысить производительность процесса, Способ заключается в регулировании температуры раствора углеаммонийных солей (УАС) на выходе из промывной колонны изменением расхода жидкого аммиака. Алгоритм управления заключается в

Изобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов и может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства карбэмида.

Цель изобретения является повышение производительности процесса.

На чертеже представлена схема, поясняющая предлагаемый способ. (si)s С 07 С 273/04, G 05 0 27/00 следующем: измеряют расходы воздуха. диоксида углерода на входе в колонну синтеза, расход жидкого аммиака на входе в эжектор, температуру плава на выходе дистилляционной колонны низкого давления, давление дистилляции второй ступени, задают степень отгона аммиака, разложения карбамата аммония в колонне дистилляции среднего давления, рассчитывают.неиэмеряемые параметры: покомпонентный расход газового потока, покомпонентный и общий расход потока плава на входе в колонну, дистилляции среднего давления, расход газовой фазы на выходе иэ колонны дистилляции среднего давления, степень отгонки аммиака и диоксида углерода в колонне дистилляции низкого давления, покомпонентный расход газо-жидкостной смеси на входе в промывную колонну, по этим значениям определяют требуемую температуру раствора УАС на выходе промывной колонны в зависимости от заданного соотношения концентраций аммиака и воды в растворе УАС и в соответствии с рассчитанной требуемой температурой раствора УАС изменяют расход жидкого аммиака. t ил.

Газообразная двуокись углерода по трубопроводу 1 и небольшое количество воздуха по трубопроводу 2, смешиваясь, поступают по трубопроводу 3 в колонну 4, синтеза в которую иэ эжектора 5 по трубопроводу 6 поступает жидкий аммиак с раствором карбамата аммония, Плав иэ отделения синтеза, содержащий карбамид, карбамат аммония, воду. непрореагировав1668354

55 ший аммиак, двуокись углерода, пройдя ряд аппаратов, дросселируется и по трубопроводу .7, а также Неконденсированные газы из отделения синтеза по трубопроводу

8 поступают в колону 9 дистилляции среднего давления. Здесь происходит разложение карбамата аммония на аммиак и двуокись углерода за счет тепла, подводимого конденсатором высокого давления.

Плав карбамида собирается в нижней части колонны 9 и по трубопроводу 10 направля, ется в колонну 11 дистилляции низкого (; давления, где как и в колонне 9 под дейст вием подводимого тепла осуществляется разложение остаточного карбамата аммония на аммиак и двуокись углерода. Газы дистилляции йиэкого давления по трубопроводу 12 поступают в конденсатор 13, предназначенный для абсорбции газов.

Жидкая фаза с концентрацией карбамида

72-75";ь по трубопроводу 14 направляется в отделение выпарки. В конденсатор 15 по трубопроводу 16 подаются газы дистилляции среднего давления, где осуществляется частичная абсорбция — конденсация газов дистилляции потоком раствора углеаммонийных солей со ступени дистилляции низкого давления. Гаэожидкостную смесь из межтрубного пространства конденсатора

15 no òðóáoïðîâîäó 17 направляют в промывную колонну 18, в которой получают рециркулируемый в реактор синтеза карбамида раствор углеаммонийных солей, поступающих по трубопроводу 19. Промывная колонна 16 орошается жидким аммиаком из трубопровода 20.

Система управления процессом состои г из датчика 21 расхода воздуха на входе .в колонну 4 синтеза, датчика 22 расхода двуокиси углерода на входе в колонну 4 синтеза, датчика 23 расхода жидкого аммиака на входе в эжектор 5, датчика 24 давления газовой фазы на выходе из колонны 11 ,дистилляции низкого давления, датчика 25 температуры плава карбамида на выходе из колонны 11 дистилляции низкого давле ния, датчика 26 температуры раствора углеаммонийных солей на выходе из промывной колонны 18, воздействующего ..на клапан 27 расхода жидкого аммиака через вычислительное устройство 28 и регулятор 29.

Случайные изменения нагрузки, колебания технологического режима отделения синтеза карбамида, количество и состав газов дистилляции среднего давления, а также состав раствора углеаммонийных солей низкого давления изменяются, что влечет за собой изменение количества и состава газожидкостной смеси, подаваемой в ко5

45 лонну 18, а также температуры раствора углеаммонийных солей на выходе из колонны 18, вследствие чего меняется состав углеаммонийных солей; что непосредственно влияет на процесс синтеза карбамида.

Способ управления процессом переработки газов дистилляции осуществляется следующим образом.

По сигналам от датчиков 21-23 соответственно расхода воздуха О воа. расхода двуокиси углерода в колонну 4 синтеза

G д.у, расхода жидкого аммиака в эжектор

5 G ж.а, а также на основании уравнений материального баланса и математических моделей аппаратов определяют покомпонентный расход газового потока 68, поступающего по трубопроводу 8 в колонну 9.

Газовый поток Ов содержит три компонента: аммиак (Ов),двуокись углерода (0 " т ), ииерты (6 " ( (О5) = (О, 00856 ° 1 -0,01 71) z+0,0338(Од.vОвоа.)-13,286Оат.А;

Овд У) =0,0027 f z й.(1-хв)+ ОЦ У ).); ,Ов ) =1." Gsos где 1 - малярное соотношение ИНз .С02 на входе в колонну 4 синтеза; а -степень разложения карбамата аммония в колонне дистилляции среднего давления; хв-степень конверсии двуокиси углерода в карбамид в колонне 4 синтеза;

Z — некоторая переменная, определяемая по сигналу от датчиков 21 и 22.

По сигналу от датчиков 22 и 23 определяют покомпонентный расход аммиака, двуокиси углерода, воды О4 в потоке углеаммонийных солей, выходящих из промывной колонны 18 по трубопроводу 19 в отделение синтеза;

G15 = -2,01 10 -6,21 Од,у. +9,26 10 ° xs (1 5 5

+ 7,65 10 Од,у. Ож,а.-5,3 10 хв 2,99 10 .хв

-2 5 2 3

О ж.а.

G gу)=4,6410 +2,41 10 хв-1.9 0 Ож.а.-9,38Од.. ха+7,77 10 Од.у..Ож.а.

G(((= -1,91 104-4,79 Одт..тб.97 ° 104.

4.хв+5 85Од.у. G*.à. 10 -3.95 10 хв 2,29 10 хв

° G ж.а.

По сигналам от датчиков 21 — 23 и покомпонентному расходу углеаммонийных солей определяют покомпонентный и общий расходы потока плава, поступающего по трубопроводу 7 в колонну 9;

1668354

Г G, ° G", 099 09 0»I сл ° <;", сь ь л

60 и зн

6т ) =- 6146гк.в,+ 61 10,034 (6д,у. — 6воэ ) () (0,00851 -0,017+0,774 хв) z;

GP y)=z(1 -х.) (1- ), (6", ) = 1,364 хв z; (к)

67 )= 0,409 Хв-Z+1,505 6,Г,в + 619); 5

6, =-6(в) л (У) + 6() + 6, ) где 6 ) относится к карбамиду, содержа(k) щемуся в этом потоке.

Г!о данным расходам плава и газа на 10 входе в колонну 9 определяют расход газовой фазы, выходящей по трубопроводу 16 из колонны 9;

G16=0,19 6 t )+(G7-0, 196 т )) (1= (г<) 15 — — - — ) a9+GII

67 — 0,19 .6 воз. где г<9 -общая степень отгонки летучих компонентов в колонне 9.

По сигналам от датчиков 24 и 25 соот- 20 ветственно температуры плава Ьгг карбамида на выходе из колонны 11 дистилляции низкого давления и давления дистилляции второй ступени Рд определяют степень отгонки аммиака а 1 и двуокиси углерода а У ) в колонне 11:

O.11 с=0,051 — + 0,586:

А Р

Р, Ро

30 а4 У ) =0,017 — -+0586;

Рд где à — равновесное давление пара над жидкостью в колонне 11 дистилляции низ-;<ого давления.

Р exp@,303(6,135 0,31 fn

273 + 1ов

1,507п - 1,608n )j, де и, и, и -малярная концентрация аммиА К в ака, карбамида и воды в плаве, выходящем из <олонны 11, Молярные концентрации и, n, и пв определяют из уравнений материального баланса и математических моделей аппаратов:

0 8 С, с с сс, I C, ; г 0 с г(ьс с с- II. л J I C ", л о сс

08 Г,", С Лсг, ",",.ЛЦи, .a . С ° Г Ггс,ггг.09 Ь g "гсГ9

49 80

G Ã,, °;,, n.9 Г, ОII;, G; OSI сс,-Г9;" Огг сл сG 9 0998, сл (A) (1;,A,) где с9 и а9 — степень о.ггона аммиака и разложения карбамата аммония в колонне 9.

По данным величинам покомпонентнь1х расходов аммиака, двуокиси углерода, поступающих в потоке плава в колонну 9,покомпонентных расходов аммиака, двуокиси углерода в потоке газа, поступающих по трубопроводу 8 в колонну 9. а также стеггеней отгона летучих компонентов определяют покомпонентный расход газожидкостной смеси, поступающей по трубопроводу 17 в промывную колонну 18:

6 у =6 0,19 + 69 У 0,77 а " + Gf» 0,81 а4 — 6 0,77 а8 +(G(0,81 (1 — Q) +

Gg + 67 ".0,77 (cg — Q ")) а11А, GQ =0,998 69" .а5" +(6у — 0,998

H" 6Р + 6Р ) a%"

Затем осуществляют расчет температуры раствора углеаммонийных солей внизу колонны 18 (t 19,p ) для заданного о-ношения концентраций аммиака к воде в растворе углеаммонийных солей (В):

t19p=65,9-1,11 10 . 61г-7,85 10

6Ф У +9,990-1 0 G17 В.

Рассчитанное в вычислительном устройстве значение температуры раствора углеаммонийных солей на выходе из колонны

18 сравнивают с сигналом от датчика 26 и в зависимости от величины их разности воздействием на клапан 27 изменяют расход жидкого аммиака в промывную колонну 18.

Все расчеты по приведенныл1 формулам выполняются с помощью вычислительной машины 28, в которую вводится вся необходимая информация от датчиков 21-23 расходов, датчиков 25 и 26 температуры и датчика 24 давления (штрих-пунктир).

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить качество получаемого карбамида за счет обеспечения заданного отношения концентраций компонентов в растворе углеамл1онийных солей по сравнению с известным.

Преимущество предлагаемого способа заключается в увеличении на 0,11 (, объема выпуска продукции(или на 528 т в год), что приводит к снижению себестоимости 1 т карбамида.!

il Я ! "; {. Г : И П 0 (- 3 Н! I P I {- (с! П r! ? :l f r f::; I? иA,! (::, " баlt 3» в М

/ )!гу{ .,,г(-у,{...., П (t .:. Е. I . :;: ;.;..

t, / fi : Ст,? (F -}

:j у ;у ;j,.:- У; -- H! (.; (-.; П У ! )

{ / . } 1. :.ь

tl I ,,--;;/; -,,;Л I!,,-:;:;; СO/j Ol! ь.:!ходг прс/М -.IBHГ)Й кот(онtib! вычисляют no r0:-, !30}{ент}7ый и общ(/!й расходы потока плад й, П 0 С ТУ П уа !0113 1 О В К О/ . 0 H H (/ Ди С Т И Л Л Я Ц И И .Оеднего давления, по заданному значе {!/7lO 0«»(ЦЕй СТЕГ!ЕНИ 0TÃ/)HКИ ЛЕТ)/ЧИХ КОМПОнентов в колонне дистилляции среднего „ rC P " Ð H!rI ë, .В Ы Ч! 1 C Л Е !7 H (IЬ 3 Н а Ч Е Н И Я М P 3 C X O, .:3 амь иака, карбамида и общего расхода

ПО УОК3 ПЛ 353 Г У»{ ТУПЗЮ И ГО В КОЛОННУ ДИ !

Г{илляцли сре-. - еуо дав.: -: {ия, и вычислен-!ОМу ЗН3Ч,.НИЮ p3CXO/IB ИНЕрТОВ В f 330ВОМ

По } ОКЕ, ПС Ступа!ОГ(}ЕМ В КОДО}1 Ны,() ИСТ((ЛЛЯ:.!Ии среднего давления. -.-.û÷(7cë(,IOT расход

33OB0I/i < )3!ЗЫ На "ЫХОДЕ !<ОЛОНН bl ДИСТИЛЛЯ . (7и соеднего давления, и".,: заданным значеНК!Яу/{ СТЕПЕНИ OTt "!H3 3ММИЗК3 И

033ЛО)КЕния <30103!43Т3 аммония В КОЛОННЕ

Диет ИЛЛЯЦИИ СРЕДНЕГО ДЗВЛ<:НИЯ, ВЫЧИСЛЕН .{ЫМ =.:HЗЧЕН 7ЯМ ПОКОМГ(ОНСНТНОГО РдСХОД3 !

Отска or!3!13!A! 330!)oго потока, поступаюх в колонну дист!Илляции среднего давле:::ия. и рзсхсда азово(31 фаз!.1 на выходе

:<О/онны дистилляции среднего давления

:-! =(ч("с!Гю! (оляр(-!Ые «<}нценту)а(1„(1и амми-. ак:, карбамида и воу„ы в fl!13BB Н3 вь!ходе

;<ОПO нь! дистилляции низко(!) давления, по нзу ереннь!, . Значен!AO,t< давления в колонне

Д.-СT(;/I/)qt,ИИ НИЗКОГО ДЯВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРатУ. }Ь(()/»:7ра;-!, ВЫХОЛЕ "",/!<)H}jb,ë .;С; И ЛЛЯЦИ/И

:.;I!i!3К0! 0 У(;!B/ { НИЯ И ГЧ-.":,i ./tr .i! {!!I ÇHB IOÍÈ

Мол(!РНЫХ КОН (Е - -.;:!.(":;)ММ;(3 <3, КаР 1

3! !Ида И ЛОДЫ В ПЛ3(!Е !-: : B(7XU/!C. КО (OHHbl

t 7; ИЛЛЯ ill!A В:,»:. С/ Я(=); С:.Or)ЕНЬ СТГО,(КИ

:::!ми ка и двуоки"у. (!,/Г.у:-: ".. :, l3 в колОнне диl? . И/: !Я(l, 1 у» 1.0(С ilBB/lt,lit. !, По 33ДЗН}»Ь!М

;3(4(; Ig(С { Е !ЕНИ От, :ОН.-:. BММИЗК3 И Раз-!

О!

3" 3 "ЧЕНИЯМ Г)3 XO »3 "! ."4(l/?!{3 И ДВ УО ",7СИ У!

/ л".. Oода в i!Отоке Г!льl:. ) и в "3"-Овом у)0) Оке, : .ту".ак}ЦI\)x в . <О/)0}(1;, у! <с Г{.7лляции срсддав/(ения:, у;- и -; „,, у)тго}{ка аммиа(<3

"ЗУО! (1 (itl;,;С/ Я !0r 030 .а ЦЬ{ аМ(ИИrlF /1 !F 1 /» пп я I - Jp)ì !ö костнсй

-jlj3}, ОГ<) ГI; 0{СО.,И!! I

", >;! - . 3;: ("!0!1: !! 111.=!X ОЛ . 1 1. ЫXO !I! I!00 "/I ы в .:0 É X/)Ë : .!{b, I:..: Лбн1/ (73{7 ;,/}О /T0 РЫЧ}ИС/I

ПОДЛ Ч! ..". .17, ) КО! О,":" 7Ь "-Ка В П ПОМ ь(3}{", О !<0 . ).!

1668354 с

Составитель Г. Огаджанов

Техред М,Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор И. Дербак

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2624 Тираж 245 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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