Способ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, может быть использовано для управления синтезом винилацетата в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности и позволяет увеличить срок службы катализатора. Способ включает в себя регулирование температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза в зависимости от объема винилацетата, определяемого по измеренным значениям расхода винилацетата - сырца и содержания винилацетата в нем, локальное регулирование давления пара в паровом барабане реактора синтеза, регулирование давления пара в зависимости от температуры в межтрубном пространстве реактора, измеряемой в начале, середине и конце его реакционной зоны и от температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза 1 ил. (Л С

СОЮЗ COBF ÒÑÊÈÕ

СОЦИАЛИСТИ (ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752097/26 (22) 23,10,89 (46) 23,10,91. Бюл. N 39 (71) Воронежское опытно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Химавтоматика" (72) В.А.Курицын, Е.И.Пегэнов, В,И.Воробьев, А.В.Полоумов, В,Г,Кураев, Н.М.Тараскин, Г.И.Арапова, С.Е.Мельников и

В.Н.Колесников (53) 66.012.52 (088.8) (56) Бояджан В.К. и др. Производство винилацетата на основе этилена, М.: НИИТЭХИМ, 1987, с. 32.

Авторское свидетельство СССР

М 1604816, кл. С 07 С 69/15, 13.01.89. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНИЛАЦЕТАТА НА ОСНОВЕ ЭТИЛEНА

Изобретение относится к автоматизации химикотехнологических процессов и может быть использовано в химической и нефтехимической и ромы ш лен ности для управления процессом синтеза винилацетата.

Цель изобретения — увеличение срока службы катализатора.

Сущность изобретения поясняется примером его выполнения и чертежом.

Схема реализации способа включает в себя теплообменник 1 для подогрева парогазовой смеси, реактор 2 синтеза винилацетата на основе этилена, паровой барабан 3, в который подается питательная вода, поступающая из барабана в межтрубное пространство реактора, и узел 4 выделения

„„5U„„1685918 А1 (si)s С 07 С 69/15; G 05D27/00 (57) Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, может быть использовано для управления синтезом винилэцетата в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности и позволяет увеличить срок службы катализатора. Способ включает в себя регулирование температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза в зависимости от объема винилацетата, определяемого по измеренным значениям расхода винилацетата — сырца и содержания винилацетата в нем, локальное регулирование давления пара в паровом барабане реактора синтеза, регулирование давления пара в зависимости от температуры в межтрубном пространстве реактора, измеряемой в начале, середине и конце его реакционной зоны и от температуры парогазовой смеси на входе в узел синтеза. 1 ил. винилацетата — сырца. На вход реактора поступает реакционная парогазовая смесь, температура которой измеряется датчиком

5 и регулируется регулятором 6 и регулирующим клапаном 7. Температура в начале, середине и конце зоны реакции измеряется соответственно датчиками 8, 9 и 10 температуры, Давление пара в паровом барабане измеряется датчиком 11 и регулируется регулятором 12 и регулирующим клапаном 13.

Расход винилацетата — сырца из узла его выделения измеряется датчиком 14. Состав потока винилацетата — сырца на входе узла

4 измеряется датчиком 15 или задается с помощью ручного задатчика 16 по результа-. там лабораторного анализа. Переключение осуществляется с помощью ключа 17.

1685918

Информация от датчиков 5, 8, 9, 10, 11, 14, ключа 17 поступает на входы блока 18, который рассчитывает задания регуляторам

6 и 12, Рассчитанные блоком 18 значения управляющих воздействий по давлению пара в барабане 3 и температуре парогазовой смеси на входе в реактор 2 поступают с его выхода в камеры заданий соответственно регуляторов 12 и 6, Управление по данному способу осуществляется следующим образом.

Процесс синтеза винилацетата является экзотермическим. Отвод теплоты реакции и поддержание температурного режима в реакторе осуществляется путем испарения воды в межтрубном пространстве реактора 2. Парожидкостная смесь из межтрубного пространства реактора 2 поступает в паровой барабан 3, откуда вода подается обратно в межтрубное пространство реактора 2, а пар отводится для технологических нужд.

Задание регулятору 6 температуры парогазовой смеси блок 18 рассчитывают, как и в прототипе, по формуле:

TN = ТЦ1 + K1 (SE >Е ) +

+ К2(S) — $Е ) + K3 (2SE

SF„SE ) (1) где Ти-1 — значение уставки регулятору 6 на прошлом N-1 шаге, С, на первом шаге управления {N = 1) величина TN-1 принимается равной измеренному датчиком 5 значению температуры смеси Тч-1 /N-1 = Tc ="T1(2). Т1 — значение температуры, измеренное датчиком 5, на 1 шаге, С, SE, SE „SE — соответственно рассчлтанные на М-2, N-1, N шагах значения съема винилацетата, г/л, . "й

SE — заданное на N шаге значение съема, г/л.ч, К1, К2, Кз — коэффициенты настройки дискретного ПЧД-регулятора величины съема винилацетата.

Съем винилацетата определяется, как и в прототипе, на каждом шаге по формуле:

SE = — Gl Сь г/л ч, (3)

i 10 14. 17. 14 где i — шаг измерения и управления, равный

N-2 N1 N

VK — объем катализатора, равный

24000л., 14 "

Gi — расход винллацетата — сырца на выходе из узла 4, измеряемый датчиком 14 на iшаге,,кг/ч, С вЂ” содержание винилацетата в потоке винилацетата -- сырца, измеряемое или датчиком.15, или задаваемое эадатчиком 16 по результатам лабораторного анализа íà i шаге измерения, мас. . Эта информация поступает в блок 18 от ключа 17, 5 Рассчитанное значение задания регулятору 6 температуры проверяется затем на . величину максимального шага ЛТчакс. Если

I TN - Тй-1 > Л Тмакс, ТО TN — TN-1 + ЛТмакс (4)

10 где ЛТ =0,5-1,0 С.

Затем величина TN проверяется на максимально и минимально возможные значения Такс и Тмин, Если TN < Тмин, тозаДание пРинимает15 ся равным

TN = Тмин.

ЕСЛИ TN > Тмакс, тО ЗаДаНИЕ ПРИНИМаЕтСЯ равным (5)

TN — Т макс, (6)

20 где Тмин = 145 С, Тмакс = 200 С

Блок 18 на основании информации, поступающей от датчиков 5, 8, 9, 10, 11, а также на основе информации о рассчитанном значении TN*, рассчитывают задание регулято25 ру 12 давления пара, Расчет ведется по формуле:

PN = PN- " К4(Еи - EN- + К6Ег +

+ K6 { — TN + 2 TNÈ - TN-2), Р)

30 где PN — задание регулятору 12 давления пара на текущем Nшаге,,кгс/см;

PN-1* — задание регулятору 12 давления пара в прошлом N-1 шаге, кгс/см, при

N=1;

35 в качестве величины PN1* принимается измеренное датчиком 11 значение давления пара т,е, при N = 1, PN-1 = PN;

* 11 где PN — измеренное íà N шаге датчиком

11

11 значение давления пара кгс/см;

40 TN — рассчитанное íà N шаге значение

R температуры в зоне оеакции оеактора 2, TN = {g8 Т(4+ 99 TN+ 910 ТМ) К7, (9) где вТ1ч, TN, "ÒN — значения температуры, измеренные соответственно датчиками 8, 9, 10, Hà N шаге, С:

Kz — безразмерный коэффициент, выбираемый экспериментально в пределах

1,005-1,2 и зависящий от конструктивных особенностей и материала трубок реактора;

gs, gg, g1o — весовые коэффициенты. значения которых зависят от температуры парогазовой смеси на входе в реактор, измеряемой датчиком 5 на N шаге, Если 6Т1ч 160 С, то цв = —, gg = —, 9 1о = о 2 1

3 6

=1

6 (1О) если 160 С TN 180 С, то 9в = —.

1685918

2 1

9g=- 9Ю=

3 6 если5Ти > 180 С,тоцв= —, gg = —, дн =— о 1 1 2

6 6 3

- Т вЂ” значение температуры парогазовой смеси, измеренное датчиком 5 íà N шаге OC

EN — значение ошибки регулирования, рассчитанное на N шаге по формуле:

EN = TN* — TN, (11) где TN — заданное значение температуры в реакционной зоне реактора 2, С, равное заданию регулятора 6 температуры, рассчитанному пр формулам (1К6)

TN* = TN (12)

К, К5, Ke — коэффициенты настройки цифрового ПИД-регулятора температуры в зоне реакции синтеза винилацетата, *

Вычисленное значение PN проверяется затем на ограничения Рм к = 5,3 кгс/см г и Рмин = 2,4 кгс/см г

ЕСЛИ PN > „Рмакс, тО ЗаДаНИЕ ПРИНИМаЕтСЯ

Равным PN* = Рма,.с. ЕСли Рй < Рмин, тО

ЗаДаНИЕ ПРИНИМаЕтСЯ РаВНЫМ PN* = Рмин.

Рассчитанные блоком 18 значения уставок регуляторам 6 и 12 температуры и давления поступают с выхода блока 18 в камеры задания этих регуляторов.

Данный способ автоматического управления позволяет надежно застабилизировать температуру в реакционной зоне реактора и поддерживать ее равной температуре парогазовой смеси на входе в реактор, а, следовательно, позволяет более качественно, чем в прототипе, регулировать величину съема винилацетата.. увеличивается также в срок службы дорогостоящего катализатора синтеза винилацетата. Все это позволяет снизить себестоимость 1 т винилацетата.

Пример реализации способа.

К1 = 0,25, К2 = 0,56, Кз = 0,12, К4 = 0,13, К5 0,15, Ke = 0,08 К7 = 1,085 це - —, gg = —, 1 2

6 3

91о = —. б

Величина ЛТмакс принята равной

0,5 С.

Значение уставки регулятору 6 температуры на Nшаге,,рассчитанное по формулам (1)-(6) будет равно

TN* - 1 66-0,25(269-270) + 0,56(270-270) +

0,12(2,269-272-270) 166-0,73 С.

Так как величина шага )0,73! > 0,5ОС, то шаг принимается равным — 0,5 С. Тогда

TN* = 166-0,5 С = 165,5ОС. Полученное значение уставки удовлетворяет граничным значениям Тмин - 145 С и Тмакс = 200 С, поэтому остается без изменений, т.е. окончательное знач=..: -.," ::;:хи p,;ó,: равно TN* = 165,5" С, Рассчитанные íà N-2, M-1 и N шагах значениях температуры в зоне реакции со5 ответственно равны: я 1 2 1

TN-2 = (— . 152,9 + — 154,6 + — 143,8)х

6 3 6 х1,085 = 167,3 С

R 1 2 1

10 6 3 6

TN i = (— 153,8 + — 156,3 + — 154,6)х

x1,085 = 168,8 С

R 1 2

TN = (— 152 + — 156,3 + — . 155,5)х

6 3 6

15 х1,085 = 168,7 С.

Тогда на N шаге значение уставки регулятору 12 давления пара в паровом барабане равно:

Р= 3,84 + 0,13 (165,5 - 168,7 - (166—

20 — 168,8))+ 0,3 (165,5 -168,7) + 0,08 (-168,7+

+2.168,8-167,3) = 3,84 + 0 13(-0 4)+ 0,15(3,2) + 0;08.1,6 = 3,44 кгс/см .

Рассчитанное значение PN* остается без изменений, так оно входит в границы

25 Рмин = 2,4 кгс/см .

Рмвкс = 5,3 кгс/см, т.е. окончательное

2 значение уставки регулятору 12 равно TN* =

=3,44 кгс/см .

В таблице приведены эксперименталь30 но полученные данные при управлении процессом получения вин ила цетата по предлагаемому способу.

Коэффициенты настройки дискретных регуляторов съема винилацетата и темпера35 туры в зоне реакции, а также весовые коэффициенты были выбраны равными.

Экономический эффект достигается за счет снижения себестоимости 1 т винилацетата в результате увеличения срока службы

40 дорогостоящего катализатора. Время работы катализатора увеличивается в среднем на 300-400 ч, в результате чего себестоимость винилацетата уменьшается с 732 руб/т до 700-715 руб/т, 45 Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом получения винилацетата на основе этилена, включающий регулирование температуры парогазовой смеси на входе в

50 реактор синтеза изменением подачи пара в теплообменник в зависимости от заданных максимального и минимального значений этой температуры, максимальной величины шага управления и от съема винилацетата, 55 определяемого по измеренным значениям расхода винилацетата-сырца и содержания винилацетата в нем, регулирование давления пара в паровом барабане реактора синтеза изменением количества выводимого из барабана пара и измерение профиля температуры в межтрубном пространстве реакто1685918

Знвче р рапоегодлине,атл ича ющийся тем, что, с целью увеличения срока службы катализатора, давление пара в паровом барабане реактора синтеза ре гул ирук>т в зависимости от измеренного профиля температуры в межтрубном пространстве реактора по его длине и температуре парогазовой смеси на входе в реактор синтеза, 5

1685918

Реащаоннаю смесь

ЬИа

Составитель Г.Огаджанов

Техред M.Моргентал Корректор Н.Король

Редактор Н.Козлова

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

Заказ 3572 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, P-аушская наб., 4/5