Способ автоматического управления процессом регенерации раствора

Способ автоматического управления процессом регенерации раствора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРА путем изменения падачи теплоносителя в зависимости от концентрации регенерированного раствора, определяемой по температуре его кипения и величине абсолютного давления в испарителе, отличающийся тем, что, с целью повыщения экойомичности процесса при заданной концентрации . регенерированного раствора, дополнительно определяют текущую и максимапь но допустимую скорость паровой фазы в регенераторе и в зависимости от указанных величин и от температуры раствора в испарителе изменяют расход флегмы.

ССФОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3548141/23-26 (22) 28.01.83 (46) 30.04.84. Бюл. У 16 (72) Б.Ф. Тараненко (71) Специальное проектно-конструкторское бюро "Лромавтоматика" (53) 66.012-52(088.8) (56) 1. Тараненко Б.Ф. и др. Автоматическое управление газопромысловыми обьектами. М., "Недра", 1976, с. 134-140.

2. Авторское свидетельство СССР

9 709102, кл. В 01 D 1/00, 1978. (54)(57) СПОСОБ АБТОИАТИЧЕСКОГО УПРАВ.

ЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРА

0% (И)

Зсфср В 01 D 3/00 6 05 D 2?/00; путем изменеяия подачи теплоносителя в зависимости от концентрации регенерированного раствора, определяемой по температуре его кипения и величине абсолютного давления в испарителе, отличающийся тем, что, с целью повыщения экономичности процесса при заданной концентрации . регенерированного раствора, дополнительно определяют текущую и максималь но допустимую скорость паровой фазы в регенераторе и в зависимости от указанных величин и от температуры раствора в испарителе изменяют рас" ход флегмы.

1088736

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технблогических процеесов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газовых месторождениях, обустроенных абсорбционными установками подготовки газа с установками регенерации раствора, например диэтиленгликоля (ДЭГ).

Известен способ автоматического управления процессом регенерации расъвора путем изменейия расходов теплоносителя и флегмы и зависимости от температуры в испарителе и над верхней тарелкой регенератора (1).

Недостатком способа является большая погрешность поддержания конI центрации регенерированного раствора нри изменяющемся абсолютном давлении в испарителе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ автоматического управления технологическим процессом, .заключающийся в изменении подачи теплоносителя .или загрузки аппарата" по раствору в зависимости от концентрации упаренного раствора, определяемой по. величине температуры его кипения, величине аб. солютного давления и уровня жидкости (2).

Недостаток известного способа состоит в том, что при поддержании заданной концентрации регенериро- . ванного раствора имеют место значительные технологические затраты, т.е. не обеспечивается экономичность процесса.

Цель изобретения — повышение экономичности процесса при заданной концентрации регенерированного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом регенерации раствора путем изменения подачи теплоносителя в зависимости от концентрации регенерированного раствора, определяемой по температуре

его кипения и величине абсолютного давления в испарителе, дополнительно определяют текущую и максимально допустимую скоростФ паровой фазы в регенераторе и в зависимости от указанных величин и от температуры раствора в нспарителе изменяют расход флеглы.

На чертеже изображена схема автоматической системы управления, реализующей предлагаемый способ.

Процесс регенерации насыщенного

5 раствора, поступающего в регенератор 1 по линии 2, осуществляется в регенераторе 1 и испарителе 3 за счет подводимого по линии 4 теплоносителя, например пара. В испарителе

3 из раствора испаряется низкокипящий компонент, например вода, пары которого проходят регенератор 1 снизу вверх. При этом паровая фаза

1S обогащается парами низкокипящего компонента, а жидкая фаза, движущаяся сверху вниз, — высококипящим компонентом, например диэтиленгликолем.

Из испарителя 3 по линии 5 вы20 ходит регенерированный раствор, а из регенератора 1 по линии 6 — паровая фаза, которая конденсируется в де° >флегматоре 7 за счет подвода хладоносителя, например воздуха, от вентилятора 8. Сконденсированные пары в виде жидкости из дефлегматора 7 поступают в емкость 9, в которой ва . куум-насосом 10 создается абсолютное давление меньше атмосферного.

Из емкости 9 часть жидкости (фланг

0 мы) насосом 11 по линии 12 подается в регенератор 1, а другая часть жидкости (дистиллят) по линии 13 отводится в промканализацию.

Цель процесса регенерации — полуЗ5 чить регенерированный раствор заданной концентрации. В процессе регенерации раствора имеют место технологические затраты, обусловленные, в основном использованием теплоносите40 ля, необходимостью подачи хладоносителя для конденсации паров, потерей высококипящего компонента с дистиллятом.

Автоматическое управление процес 5 сом регенерации раствора осуществляют следующим образом.

Датчиками 14 и 15 измеряют температуру и абсолютное давление в испарителе 3. По измеренным значениям

50 этих параметров при помощи блоха 16 вычисляют концентрацию регенерированного раствора.

При этом используют следующую формулу:

С400М Х((М ХiЯ (-y))) {() 1088736 кипящего компонентов, кг/кмоль; абсолютное давление в испарителе, Па, давление насыщенного пара низкокипящего компонента, Па; давление насыщенного пара высококипящего компонента, Па, температура в испарителе, К;

43 К;

133,322 Па/мм рт.ст — коэффициент перевода размерности коэффициенты, определяемые экспериментально по равновесным кривым компонентов раствора.

Т— с,—

Д„,А 6,6—

Для водного раствора, например диэтиленгликоля, A — 1691;

p = 8,006; 3q = 3035; Ь = 9,270;

Я " 18; Я = 106.

Сигнал, пропорциональный концент, рации регенерированного раствора, подают соответственно на первые входы блоков 17 и 18 регулирования концентрации раствора и вычисления допустимой скорости паровой фазы.

На второй вход блока 17 при помощи блока 19 задания концентрации раствора подают сигнал, пропорциональный концентрации раствора. Блок 17 регулирования концентрации в зависимости от разности между вычисленной и заданной концентрацией раствора воздействует (например, по пропорционально-интегральному закону) на исполнительный механизм 20 и, следовательно, на расход теплоносителя до тех пор, пока концентрация регенерированного раствора не станет, равной заданному значению.

Таким образом, при помощи датчиков 14 и 15, блоков 16-19 и исполнительного механизма 20 поддерживаР„К 1О ", К, В„-а„/(т-С,1;(3)

Р «КЦ Z Ь,-й,/(-(-o)) (4) где С вЂ” концентрация высококипящего компонента- (например диэтиленгликоля), мас.7;

Х вЂ” молярная доля высококипящего компонента в растворе;

М1 g — молекулярная масса соответственно низко- и высоко7(т (5)

И (6) 5 G < с (Т) и достигается минимум текущих технологических затрат, например

3 =Ц„С

4{) Где Т

Ц G

«» текущая и максимально допустимая скорость паровой фазы в регенераторе, м/с, заданная концентрация регенерированного раствора, мас. Ж; расход теплоносителя, руб/кг; затраты энергии. на привод вентилятора, кВт/ч; цена энергии, руб/кВт ч; расход дистиллята, кг/и; цена высококипящего компонента раствора, руб/кг; концентрация дистиллят., иас.X.

4D (эЭ

50

Ц, 55

Ucют заданную концентрацию регенерированного раствора. Последняя может быть поддержана при различных расходах флегмы.

Получение заданной концентрации регенерированного раствора при увеличенном расходе флегмы связано с увеличением расхода теплоносителя и хладагента для конденсации паров в дефлегматоре.

Однако при этом уменьшается содержание ценного высококипящего компонента в .дистилляте, сбрасывае-, мом в промканализацию, т.е. уменьшаются его потери.

При увеличении расхода флегмы и обеспечении заданной концентрации регенерированного раствора путем увеличения расхода теплоносителя увеличивается скорость паровой фазы в регенераторе и абсолютное давление в испарителе. Первое может привести к нарушению процесса (эахле25 быванию аппарата), а второе — к увеличению температуры в испарителе и термическому разложению раствора.

И то, и другое недопустимо. Существует оптимальный расход флегмы, т.е. такой, при котором удовлетворяются зо

1088736

Максимально допустимую скорость паровой фазы определяют по известной формуле.ы - о;зоба„ где К - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками регенератора и уровня светлой жидкости над верхним краем прорезей колпачка;

611(- плотность жидкои фазы, кг/м

5 — плотность паровой фазы, и кг/мЗ °

В свою очередь

1О

Текущую скорость паровой фазы определяют при помощи блока 21 выл числения текущих технологических затрат и скорости паровой фазы по формуле

j > Р(1 1 (/И (1- /) ) /Jp (,у0)

-где 0 = 8314,3 — универсальная газовая постоянная, м.м/кмоль 20

° К, Y - -содержание воды в паровой фазе, кмоль/кмоль;

У = Х/(-(< - <) X); (М) с6 — относительная летучесть 25 воды.

Так как Х =Х(Р, 1 ) (выражения

2:1), то плотность паровой фазы является фучкцией абсолютного давления и температуры. 30

Плотность жидкой фазы зависит от температуры и концентрации раствора..

Для раствора диэтиленгликоля плотность жидкой фазы определяют по формуле

3S

j3,„= 1) («Q,жк/400 - о,oem(c/1oo) -.

° (h-0,Ь4 <0 т1 (ы)

Таким образом, для вычисления сй по выражениям (9)-(12) необходимо знать температуру и давление в ниж- 40 ней (наиболее опасной) части регенератора и концентрацию раствора.

Значения температуры и абсолютного давления в нижней части регенерато,ра 1 практически совпадают со значениями таких же параметров в испарителе 3. Поэтому в предлагаемом способе управления при помощи датчиков 14 и 15 измеряют эти пара" метфы, а при помощи блока 18 по 50 формулам (9) — (12) вычисляют макси,мально допустимую скорость паровой фазы.

ы =4(D+L)TR/с гд РМ), (1Ь) где () — расход дистиллята, кг/с, L — расход флегмы, кг/с с1 — диаметр регенератора, м, М вЂ” молекулярная масса дистилля. та (флегмы), кг/кмоль.

При этом расход дистиллята измеряют датчиком 22, расход флегмы— датчиком 23, а температуру и абсолют. ное давление — датчиками 14 и 15.

Сигналы от всех датчиков вводят в .блок 21 вычисления текущих технологи ческих затрат и скорости паровой фазы.

Текущую и максимально допустимую скорости паровой фазы сравнивают в блоке 24 вычисления штрафа за превышение скорости паровой фазы, при помощи которого также вычисляют штраф за превышение скорости паровой фазы по алгоритму

F = . (<„(— ю), если со>с где — штраф за нарушение условия (6), руб/ч;, „ — коэффициент пропорциональности, (руб/ч)/(м/с).

Значение коэффициента сс„ принимают достаточно большим, например, 10 .

Штраф за нарушение условия (5) вычисляют при помощи блока 25 вычисления штрафа за превышение температуры, на входы которого подают максимально допустимое (при помощи оло" ка 26 задания максимально допустимой температуры) и текущее значение (при помощи датчика 14) температуры

Штраф вычисляют по алгоритму

О, есН14 7 «-(" г и „(f5) (д (" - Г), если Т>7"; где сА 2- коэффициент пропорциональности, (руб/ч)/ К.

Значение д принимают достаточно большим, например сС =10

Кроме скорости паровой фазы при помощи блока 21 по формуле (8) вычисляют текущие технологические затраты. Для этого при помощи датчиков 27,22,28 и 29 измеряют соответственно расход теплоносителя, расход и конпЕнтрацию дистиллята, мощность пригода вентилятора и сигналы от этих датчиков подают на вход . блока 21.

Вычисленные значения Зт, Гь1,Г„. суммируют при помощи С!.и ка 30 вычис7 1088 ления целевой функции. В результате получают значение

Q = т + FM+ "т, Иб) где 3 - целевая функция, руб/ч.

Целевая функция (16) имеет экстре. .мум (минимум) при оптимальном значении расхода флегмы. Поиск оптималь ного расхода флегмы осуществляют при помощи блока 31 экстремального регулирования путем изменейия задания регулятору 32. расхода флегмы. Последний, сравнивая текущий расход флегмы с заданным, воздействует на исполнительный механизм 33 до тех пор, по.— ка расход флегмы в регенератор 1 не ,:станет равным значению, эадайному ,:блоком 31.

В качестве алгоритма поиска опти. мального расхода фиегмы может быть .

736 использован один из известных алгоритмов.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления позволяет поддерживать заданную концентрацию регенерированного раствора при минимальных технологических затратах и обеспечении условий (5)

10 и (6) нормальной эксплуатации установки регенерации раствора.

Применение способа управления на абсорбционных установках комплекс ной подготовки газа позволяет уменьшить технологические затраты на процесс регенерации раствора диэти.ленгликоля ориентировочно на 5-7Х, т.е. повысить экономичность процес20 са регенерации.

Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2739/3

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В.Каклюгин

Редактор П.Курах Техред С.Легеза Корректор Г.Огар