Устройство автоматического регулирования процессом ректификации

Изобретение относится к устройствам для управления процессом ректификации и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности. Устройство автоматического регулирования процессом ректификации содержит ректификационную колонну, оснащенную датчиками температуры, регулятор расхода перегретого пара, регулятор расхода хладагента, регулятор расхода греющего пара, первый теплообменник в нижней части колонны, второй теплообменник в месте подачи питающей смеси, первый хроматограф, соединенный с регулятором температуры верха колонны, подключенным к регулятору расхода хладагента, выход которого подключен через исполнительные устройства к дефлегматору, второй хроматограф, соединенный с регулятором температуры низа колонны, подключенным к регулятору расхода греющего пара, выход которого через исполнительные устройства соединен с теплообменником в нижней части колонны, регулятор температуры питающей смеси, подключенный через исполнительные устройства ко второму теплообменнику, и блок коррекции профиля температур, выполненный в виде блока идентификации текущего значения критерия эффективности работы ректификационной колонной, который реализует заданный алгоритм. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы ректификационной колонны. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для управления процессом ректификации и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности.

Известен способ автоматического регулирования процессом ректификации (Авторское свидетельство СССР №944600, кл. B01D 3/42, 1982) путем воздействия на подачу теплоносителя и орошения в зависимости от изменения значений температур на тарелках, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат путем улучшения качества регулирования, подачу теплоносителя и орошения изменяют в зависимости от суммы логарифмов отношений разности температур, измеренных в различных точках колонны, поддерживая произведение расхода орошения на расход теплоносителя постоянным. Устройство для реализации способа содержит ректификационную колонну, датчики температуры, вычислительные блоки, регулятор, регулятор расхода теплоносителя, регулятор расхода орошения.

Недостатком данного способа и реализующего его устройства является то, что при управлении колонной применяется мультипликативная связь (произведение) двух потоков информации (расходов) от датчиков, имеющих квадратические статические характеристики. Поэтому качество регулирования при таком большом количестве нелинейных, взаимосвязанных, измеряемых параметров находится под большим сомнением, особенно по метрологическим показателям качества управления.

Известен также наиболее близкий к предлагаемому изобретению способ автоматического регулирования процессом ректификации и реализующее его устройство (Авторское свидетельство СССР SU №1526723, кл. B01D 3/42, G05D 27/00, 1989), выбираемое в качестве прототипа, которое содержит ректификационную колонну, датчики температуры, блок коррекции профиля температур по давлению паров, регуляторы расходов теплоносителя и орошения, регулятор расхода питающей смеси, регулятор теплосодержания, датчики давления, дефлегматор в верхней части колонны, первый теплообменник в нижней части колонны, второй теплообменник, расположенный в месте подачи питающей смеси, исполнительные устройства.

Способ автоматического регулирования процессом ректификации путем задания температурного профиля колонны и изменения подачи теплоносителя и орошения в зависимости от изменения температурного профиля ректификационной колонны реализует измерение давления в верхней и нижней частях колонны и в зависимости от измеренных значений давлений корректирование температурного профиля колонны, определение высоты участка колонны, на котором температура не меньше температуры кипения кубового продукта заданного состава, и высоты участка колонны, на котором температура не превышает температуры кипения дистиллята заданного состава, расчет скорости изменения температуры по высоте колонны и в зависимости от значений определенных высот участков колонны и скорости изменения температуры по высоте колонны параметров корректирование расходов теплоносителя и орошения, расхода и теплосодержания питающей смеси.

Недостатком прототипа является попытка уменьшить статическую погрешность измерения температурного профиля колонны применением контроля давления в верхней и нижней части колонны. Это неизбежно приводит к появлению неопределенностей по фиксации температуры верха и низа колонны, что увеличивает динамические погрешности процесса управления и время регулирования температуры питающей тарелки. Также в известном способе и реализующем его устройстве отсутствует компенсация инерционности процесса ректификации, что приводит к ухудшению качества регулирования.

Существующие в настоящее время программно-аппаратные системы регулирования позволяют применять адаптивные алгоритмы управления, которые, за счет наличия процедур идентификации, позволяют исключить влияние инерционных свойств объекта управления на качество регулирования и повысить эффективность работы ректификационной колонны.

Эффективность работы ректификационной колонны определяется текущим профилем концентраций по высоте колонны, которые непосредственно зависят от текущего профиля изменения температур по высоте колонны.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении эффективности работы ректификационной колонны. Это достигается путем учета и компенсации инерционных свойств процесса ректификации, а также вычислением минимального среднеквадратического отклонения текущего значения температуры от прогнозируемого и установления этого значения в качестве задания регулятору температуры питающей тарелки и, тем самым, изменения температурного профиля по всей высоте колонны.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство автоматического регулирования процессом ректификации, содержащее ректификационную колонну, оснащенную датчиками температуры, регулятором расхода перегретого пара, регулятором расхода хладагента, регулятором расхода греющего пара, дефлегматором в верхней части колонны, первым теплообменником в нижней части колонны, вторым теплообменником, расположенным в месте подачи питающей смеси, блоком коррекции профиля температур, согласно изобретению снабжено первым и вторым хроматографами, регулятором температуры верха колонны, регулятором температуры низа колонны, причем первый из хроматографов соединен с регулятором температуры верха колонны, подключенным к регулятору расхода хладагента, выход которого подключен через исполнительные устройства к дефлегматору, второй хроматограф соединен с регулятором температуры низа колонны, подключенным к регулятору расхода греющего пара, выход которого через исполнительные устройства соединен с теплообменником в нижней части колонны, регулятором температуры питающей смеси, подключенным через исполнительные устройства ко второму теплообменнику, а блок коррекции выполнен в виде блока идентификации текущего значения критерия эффективности работы ректификационной колонной, который реализует алгоритм:

,

где N - количество датчиков температуры, установленных по высоте колонны;

i(t) - текущее значение температуры i-той тарелки, измеренное на объекте управления; Tмi(t) - текущее значение температуры i-той тарелки, прогнозируемое по математической модели ректификационной колонны.

На чертеже представлена структурная схема устройства для управления процессом ректификации.

Устройство состоит из: ректификационной колонны 1, оснащенной датчиками температур 2, блока регулирования температуры низа колонны 3, содержащего, в свою очередь, первый теплообменник 4, первый хроматограф 5, регулятор температуры низа колонны 6 и регулятор расхода перегретого пара 7, блока регулирования температуры верха колонны 8, содержащего дефлегматор 9, второй хроматограф 10, регулятор температуры верха 11 и регулятор расхода хладагента 12, второго теплообменника 13, блока идентификации текущего значения эффективности работы ректификационной колонны 14, блока регулирования температуры питательной смеси 15 и регулятора расхода греющего пара 16.

Устройство функционирует следующим образом. Информация, генерируемая датчиками температур 2, постоянно попадает в регулятор температуры верха 11, регулятор температуры низа 6 и в блок 14, в котором производится накопление текущих реализаций, идентификация настроечных коэффициентов математической модели ректификационной колонны и строится модельный профиль температур по высоте колонны.

Температурный профиль по высоте колонны фиксируется тремя управляющими воздействиями: расход перегретого пара, поступающего в первый теплообменник 4, расход хладагента, подаваемого в дефлегматор 9, и температура тарелки питания, которую можно изменять с помощью второго теплообменника 13. При этом два из управляющих воздействий (расход перегретого пара и расход хладагента) определяют начальное (температура низа колонны) и конечное (температура верха колонны) значения профиля температур по высоте колонны.

На протяжении всего периода идентификации должны быть зафиксированы температура низа посредством блока 3, температура верха колонны посредством блока 8 и температура тарелки питания посредством блока 15.

В каскадной системе регулирования температуры низа колонны (блок 3) выходная величина первого хроматографа 5 поступает в качестве задания на регулятор температуры низа колонны 6, вырабатывающий задание регулятору 7, предназначенному для стабилизации расхода перегретого пара, поступающего в первый теплообменник 4.

Аналогично в каскадной системе регулирования температуры верха (блок 8) выходная величина второго хроматографа 10 поступает в качестве задания на регулятор температуры верха 11, который вырабатывает задание регулятору 12, предназначенному для стабилизации расхода хладагента, поступающего в дефлегматор 9.

Блок идентификации текущего значения эффективности работы ректификационной колонны 14 кроме идентификации математической модели и вычисления модельного профиля температур TМi вычисляет также минимальное значение квадрата отклонения модельного профиля температур по высоте колонны от измеренного температурного профиля TЭi, по соотношению (1). Минимум ищется по математической модели ректификационной колонны методом градиентного поиска по температуре питающей тарелки.

Минимум соотношения (1) принимается за текущее значение эффективности работы ректификационной колонны и устанавливается в качестве задания регулятору температуры питающей смеси 15. Само же изменение текущего значения температуры питающей смеси осуществляется путем изменения расхода греющего пара посредством второго теплообменника 13 регулятором 16.

Таким образом, вследствие компенсации инерционности процесса посредством современных программно-аппаратных средств регулирования, в частности с использованием микропроцессорной техники в реализации блока идентификации, достигается решение поставленной задачи - повышение эффективности работы ректификационной колонны.

Устройство автоматического регулирования процессом ректификации содержит ректификационную колонну, оснащенную датчиками температуры, регулятором расхода перегретого пара, регулятором расхода хладагента, регулятором расхода греющего пара, дефлегматором в верхней части колонны, первым теплообменником в нижней части колонны, вторым теплообменником, расположенным в месте подачи питающей смеси, блоком коррекции профиля температур, отличающееся тем, что оно снабжено первым и вторым хроматографами, регулятором температуры верха колонны, регулятором температуры низа колонны, причем первый из хроматографов соединен с регулятором температуры верха колонны, подключенным к регулятору расхода хладагента, выход которого подключен через исполнительные устройства к дефлегматору, второй хроматограф соединен с регулятором температуры низа колонны, подключенным к регулятору расхода греющего пара, выход которого через исполнительные устройства соединен с теплообменником в нижней части колонны, регулятором температуры питающей смеси, подключенным через исполнительные устройства ко второму теплообменнику, а блок коррекции выполнен в виде блока идентификации текущего значения критерия эффективности работы ректификационной колонной, который реализует алгоритм:

где N - количество датчиков температуры, установленных по высоте колонны;
i(t) - текущее значение температуры i-й тарелки, измеренное на объекте управления;
i(t) - текущее значение температуры i-й тарелки, прогнозируемое по математической модели ректификационной колонны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля и управления, а именно к способам измерения циркуляционного потока и стабилизации уровня жидкого компонента в испарительной системе дистилляционной колонны, предназначенной для получения целевого продукта, например стабильного изотопа О18, методом низкотемпературной дистилляции оксида азота NO.

Изобретение относится к технологии получения целевого продукта, такого как стабильный изотоп О18, методом низкотемпературной дистилляции оксида азота NO в 3-секционной колонне.

Изобретение относится к способу дистилляционного разделения C5+-фракций на легкокипящую (А), среднекипящую (В) и высококипящую (С) фракции. .

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления технологическим режимом отпарных секций (стриппингов) сложных ректификационных колонн первичной перегонки и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к области разделения жидких смесей, а именно к области разделения трех и более компонентов, входящих в состав жидких смесей, методом ректификации, и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической областях промышленности, а также других областях техники и жизнедеятельности человека, где возникает необходимость разделения подобных смесей.

Изобретение относится к области разделения жидких смесей, в частности, к конструкциям ректификационных колонн, и может быть использовано в нефтехимической, химической и пищевой промышленностях, а также различных областях деятельности человека для разделения многокомпонентных жидких смесей.

Изобретение относится к усовершенствованию процесса отделения стирола от непрореагировавшего этилбензола, полученного на стадии дегидрирования этилбензола с образованием стирола.

Изобретение относится к усовершенствованному способу автоматического управления двухреакторным технологическим процессом получения дихлоргидринов глицерина взаимодействием хлористого аллила и хлорноватистой кислоты, полученной с использованием хлора и умягченной воды, с регулированием расходов хлористого аллила, хлора и умягченной воды, рН раствора хлорноватистой кислоты, редокс-потенциала раствора дихлоргидринов глицерина, при этом используют хлорноватистую кислоту, полученную взаимодействием абгазного хлора, полученного после частичной конденсации электролитического хлора, с концентрацией 65-92 об.%, умягченной воды и 20%-ного водного раствора гидроксида натрия, с регулированием расхода гидроксида натрия, при этом расход гидроксида натрия, расчитанный на 100%, как ведущий поток технологического процесса, стабилизируют путем стабилизации расхода 20%-ного водного раствора гидроксида натрия с коррекцией по его концентрации в этом растворе, умягченную воду подают с расходом, пропорциональным расходу гидроксида натрия, расчитанным на 100%, с учетом потока воды, поступающего с потоком раствора 20%-ного гидроксида натрия, абгазный хлор с расходом, рассчитанным на 100%, подают пропорционально расходу гидроксида натрия, расчитанного на 100% с коррекцией по концентрации хлора в потоке абгазного хлора и с коррекцией соотношения потоков абгазного хлора и гидроксида натрия, расчитанных на 100%, по рН полученного раствора хлорноватистой кислоты, что обеспечивает получение заданного постоянного потока раствора хлорноватистой кислоты и заданную постоянную и оптимальную концентрацию хлорноватистой кислоты в растворе, хлористый аллил подают с расходом, пропорциональным расходу гидроксида натрия, расчитанному на 100%, с коррекцией по остаточной концентрации хлорноватистой кислоты в растворе полученных дихлоргидринов глицерина, которую вычисляют по значениям рН и редокс-потенциала раствора дихлоргидринов глицерина, при этом для превращения гипохлорита натрия, образующегося в процессе, в хлорноватистую кислоту добавляют хлористый водород, который подают в емкость с раствором полученных дихлоргидринов глицерина, стабилизируя его расход с коррекцией по рН этого раствора.

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом ректификации. Способ характеризуется тем, что измеряют по линии подачи расход и состав исходной смеси, в линии циркуляции через куб расход и температуру водно-спиртовой смеси, в кубе колонны давление и уровень, на выходе из колонны температуру паров, в линии рециркуляции теплоносителя расход, в буферной емкости уровень, на входе в дефлегматор и выходе из испарителя температуры теплоносителя, в линии циркуляции хладагента давление и расход перед компрессором, давление, температуру и расход перед терморегулирующим вентилем, давление и температуру после вентиля, мощности приводов компрессора и насосов и по измеренным параметрам по программно-логическому алгоритму, заложенному в микропроцессор, осуществляют оперативное управление технологическими параметрами процесса получения спирта с учетом накладываемых на них двухсторонних ограничений, рассчитывают суммарные теплоэнергетические затраты на процесс получения спирта, определяют их производную по количеству испаряемого из водно-спиртовой смеси спирта и в зависимости от знака производной воздействуют на расход исходного продукта в антибатной зависимости. Технический результат: снижение материальных и энергетических ресурсов на единицу массы готового продукта, повышение точности и надежности управления технологическими параметрами ректификации спирта с использованием теплового насоса. 2 ил.

Изобретение предназначено для автоматического управления процессом ректификации и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности. Способ заключается в адаптивном управлении верхней точкой профиля температур путем изменения расхода флегмы в зависимости от величины текущих потерь сырья, компенсации возмущающего воздействия со стороны питающей смеси, прогнозе концентрации по математической модели компенсатора верха колонны. Устройство включает ректификационную колонну, датчики температуры, регуляторы температуры верха и низа колонны, температуры питающей смеси, расхода перегретого пара, расхода хладагента, расхода греющего пара, дефлегматор, два теплообменника, расположенные на линии отвода кубового остатка и на линии подачи питающей смеси, блок идентификации текущего значения эффективности работы ректификационной колонны, два хроматографа, расположенные на линии отвода целевого продукта и на линии подачи питающей смеси, выходы которых соединены с входом регулятора концентрации целевого продукта в нижней части колонны, регулятор расхода флегмы, расхода целевого продукта, уровня кубовой жидкости колонны, блок формирования задания для регулятора расхода флегмы и регулятора температуры верха, блок компенсации возмущений. Технический результат: повышение эффективности работы колонны. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу оптимизации параметров технологического потока в блоке перегонки сырой нефти для снижения коррозии и/или осаждения продуктов коррозии в указанном блоке, согласно которому: измеряют и/или прогнозируют по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, включающей рН, концентрацию хлорид-ионов, концентрацию ионов железа, концентрацию ионов металлов, отличных от железа, и скорость коррозии, и связанный по меньшей мере с двумя химическими реагентами, выбранными из группы, включающей нейтрализующее вещество, каустический агент и пленочный ингибитор, в одном или более местах блока перегонки сырой нефти; определяют оптимальный диапазон, связанный с измеренным и/или предсказанным параметром, при этом оптимальный диапазон может быть установлен пользователем; если измеренный и/или предсказанный параметр выходит за пределы оптимального диапазона, связанного с этим параметром, вызывают изменение поступления по меньшей мере двух химических реагентов из указанных нейтрализующего вещества, каустического агента и пленочного ингибитора в технологический поток. Изобретение также касается носителя цифровых данных и системы оптимизации параметров технологического потока блока перегонки сырой нефти. Технический результат - регулирование системных параметров позволяет эффективно контролировать коррозию в блоке перегонки сырой нефти путем снижения коррозионной активности текучей среды в технологическом потоке и/или путем защиты системы от потенциально коррозионного вещества. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 пр.

Изобретение относится к автоматическому управлению спиртовой колонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано на спиртовом производстве. Способ характеризуется тем, что осуществляют регулирование давления в нижней части спиртовой колонны путем подачи греющего пара в колонну, осуществляют регулирование отбора спирта с одной из верхних тарелок колонны, величину которого корректируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры паровой фазы над контрольной тарелкой колонны, осуществляют регулирование расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор спиртовой колонны, причем расход охлаждающей воды в дефлегматор спиртовой колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора спиртовой колонны. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого спирта, снижение удельных затрат греющего пара и повышение производительности спиртовой колонны. 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом ректификации многоколонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано в спиртовом производстве. Способ характеризуется тем, что осуществляют регулирование расхода бражки, расхода пара, подаваемого в колонны в зависимости от давления в их нижних частях, и расхода воды, поступающей в дефлегматоры и конденсаторы установки. Осуществляют задание величины расхода пара, подаваемого в бражную колонну, в функции от рассогласования между заданной и текущей температурой верхней части бражной колонны. С помощью подачи гидроселекционной воды на одну из верхних тарелок колонны эпюрации осуществляют регулирование концентрации спирта в эпюрате на выходе из низа колонны эпюрации на основе прямого измерения его концентрации или определения ее с помощью температуры и давления низа колонны эпюрации. Осуществляют определение нагрузки колонны ректификации спиртом по потоку эпюрата на ее входе с учетом концентрации эпюрата и величины его расхода. Осуществляют выделение низкочастотной составляющей переменной нагрузки колонны ректификации по спирту и задание требуемой нагрузки установки по спирту. Осуществляют корректировку задания на расход бражки в бражную колонну в зависимости от разности низкочастотной составляющей текущей нагрузки колонны ректификации по спирту и требуемого значения нагрузки по спирту для установки брагоректификации. Осуществляют стабилизацию отбора спирта из колонны ректификации в функции от разности заданного и текущего значений концентрации этилового спирта или их косвенных оценок в виде текущей и заданной температур паров над контрольной тарелкой колонны ректификации с учетом скорости изменения концентрации (температуры), причем расход воды в конденсатор и дефлегматор колонны ректификации регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры флегмы на входе в колонну ректификации. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого этилового спирта, повышение производительности установки и снижение удельных затрат греющего пара. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к способу очистки (мет)акрилатов, ангидридов метакриловой кислоты или ангидридов акриловой кислоты в качестве мономеров, при котором, по меньшей мере, часть содержащихся в исходном составе мономеров испаряют и затем конденсируют. По меньшей мере, часть исходного состава испаряют в короткоходовом испарителе, причем плотность массового потока выпаров m ˙ выбирают согласно соотношению (I), в котором M ˜ означает среднюю молярную массу выпаров в короткоходовом испарителе, кг/кмоль; T - температуру выпаров, K; pi - давление в короткоходовом испарителе, мбар; m ˙ - плотность массового потока выпаров, кг/(м2·ч), и перед указанными испарением и конденсацией содержащихся в исходном составе мономеров из него отводят компоненты с низкой точкой кипения путем испарения в короткоходовом испарителе. Способ позволяет надежно и просто очищать, в частности, высококипящие мономеры. 12 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к автоматическому управлению эпюрационной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано на спиртовом производстве. Способ характеризуется тем, что осуществляют регулирование давления в нижней части эпюрационной колонны брагоректификационной установки путем подачи греющего пара в эпюрационную колонну, осуществляют регулирование расхода гидроселекционной воды на верхние тарелки эпюрационной колонны, осуществляют регулирование расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор эпюрационной колонны, причем расход охлаждающей воды в дефлегматор эпюрационной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора эпюрационной колонны. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого эпюрата, снижение удельных затрат греющего пара и повышение производительности эпюрационной колонны. 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению бражной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия и может быть использовано на спиртовом производстве. Способ характеризуется тем, что осуществляют регулирование расхода бражки и давления в нижней части бражной колонны путем подачи пара в бражную колонну, осуществляют регулирование задания величины давления низа бражной колонны в функции от рассогласования между заданной и текущей температурой в верхней части бражной колонны, осуществляют регулирование расхода воды, поступающей в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны, причем расход воды в конденсатор и водяную секцию дефлегматора бражной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры бражного дистиллята на выходе из водяной секции дефлегматора бражной колонны. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого этилового спирта, повышение производительности установки и снижение удельных затрат греющего пара. 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению колонной окончательной очистки брагоректификационной установки непрерывного действия спиртового производства или иных производств. Согласно изобретению способ предусматривает регулирование давления в нижней части колонны окончательной очистки подачей греющего пара, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор колонны окончательной очистки, при этом расход охлаждающей воды в дефлегматор колонны окончательной очистки регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора колонны окончательной очистки. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого спирта и снижение удельных затрат греющего пара. 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению сивушной колонной брагоректификационной установки непрерывного действия спиртового производства или иных производств. Согласно изобретению способ предусматривает регулирование давления в нижней части сивушной колонны подачей греющего пара, расхода охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор сивушной колонны, при этом расход охлаждающей воды в дефлегматоре сивушной колонны регулируют в функции от разности заданного и текущего значений температуры конденсата на выходе из дефлегматора сивушной колонны. Изобретение обеспечивает улучшение качества получаемого спирта и снижение удельных затрат греющего пара. 1 ил.
Наверх