Способ управления процессом осушки углеводородной шихты

Способ управления процессом осушки углеводородной шихты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ШИХТЫ в производстве синтетических каучуков циклической адсорбцией, включакящ й режимы адсорбции и регенерации адсорбента , путем регулирования времени режима адсорбции по достижению заданной массы адсорбированной влаги при постоянном режиме регенерации , отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на осушку шихты, измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара, измеряют расход пара в кипятильник колонны за время одного цикла адсорбции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения минимапьного значения . суммарных удельных затрат на осушку шихты, включающих затраты на пар подаваеьвдй в кипятильник колонны азеотропной осушки, и на регенерацию адсорбента, отнесенных ко времени цикла адсорбции.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (и) 3(5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flQ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ н автееснамм свидетвъствм

1 (1

I t

1 (21) 3647416/23-05 (22) 28.09.83 (46) 15.01.85. Бкл. Ф 2 (72) С.А.Будер, Н.P.Ãèëüìóòäèíîâ, В.Ф.Еганов, А.А.Елисеев, В.П.Кичигин, В.П.Кононов, В.Д.Лукин, Ю.И.Маленко, Х,В.Мустафин В.Б.Муханин, С.H.Íèêîëàåâ, Б.А.Перлин, Ю,Н.Туйбарсов, Е .А.Цыганов, Н.Е.И1акунова и Р,Т.Шияпов, {53) 66..012-52 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 763361, кл. С 08 F 136/04, 1978, 2. Авторское свидетельство СССР

N 483994, кл. В 01 9 53/02,. 1973 (прототип). (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЙИХТЫ в производстве синтетических каучуков циклической адсорбцией, включающий режимы адсорбции и регенерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбции по достижению заданной массы адсорбированной влаги при постоянном режиме регенерации, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на ocymку шихты, измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара, измеряют расход пара в кипятильник колонны за время одного цикла адсорбции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения минимального значения суммарных удельных затрат на осушку шихты, включающих затраты на пар, подаваемый в кипятильник колонны азеотропной осушки, и на регенерацию адсорбента, отнесенных ко времени цикла адсорбции.

1134568

Изобретение относится к автоматизации процессов очистки жидких углеводородов от примесей, в частности влаги, и может быть использовано в процессе очистки возвратного растворителя и шихты в производстве синтетических каучуков, в част ности иэапренового каучука.

Известен способ регулирования процесса очистки от примесей воз- 10 вратного растворителя, используемого в процессе попимеризации диеновых углеводородов, путем азеотропной осушки растворителя, осуществляемый .изменением расхода пара в кипятился- 15 ник колонны азеотронной осушки в зависимости от концентрации влаги и/или изобутилового спирта в осушенном растворителе j13.

Однако. процесс азеотропной осуш- 20 ки рассматривается изолированно, независимо от последующих стадий адсорбционной очистки, что не обеспечивает возможность оптимизировать процесс очистки углеводородной шихты 25 по экономическому критерию.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом осушки углеводородной шихты в производстве синтетических каучуков цик- З0 лической адсорбцией, включающий режимы адсорбции и регенерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбцни по достижению заданной адсорбированной влаги при постоянном времени режима регенерации 12 ).

Недостатком данного способа. являются повышенные затраты на осушку нпцсты с предварительной азеотропной 40 осушкой. Это объясняется тем, что процесс адсорбционной очистки регулируется независимо беэ учета предыдущих стадий, вследствие чего не используются резервы повышения эконо-4 мической эффективности всего процес» са очистки.

Ф

Цель изобретения - снижение затрат на осушку шихты.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления ,процессом осушки углеводородной шихть1 в производстве сиитетических каучуков циклической адсорбцней, . вк»ючыацему режимы адсорбции и pere- I5 нерации адсорбента, путем регулирования времени режима адсорбции по достижению заданной массы адсорбированной влаги при постоянном времени режима регенерации, дополнительно измеряют расход пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, измеряют расход шихты на выходе колонны азеотропной осушки, определяют соотношение расхода пара и расхода шихты и поддерживают его на заданном значении изменением расхода пара, измеряют расход пара в кипятильник колонны эа время одного цикла адсорб ции и изменяют заданное значение соотношения расхода пара в кипятильник колонны и расхода шихты до достижения минимального значения суммар» ных удельных затрат на осушку шихты, включающих затраты на пар, подаваемый в кипятильник колонны азеотропной осушки, и йа регенерацию адсорбента, отнесенных ко времени цикла адсорбции.

Способ основывается на следующем.

Эффективность процесса осушки углеводородной шихты зависит от совместной работы колонны аэеотропной осушки и адсорберов., В случае увеличения расхода пара в кипятиг. ник колонны аэеотропной осушки, с одной, стороны, повышаются удельные затраты на пар, а с другой, поскольку концентрация влаги на выходе колонны при этом снизится, увеличится время работы адсорбера до насыщения адсорбента влагой, и, следовательно, снизятся удельные затраты на регенерацию адсорбента. При снижении расхода пара наблюдается обратное.. Поскольку зависимость концентрации влаги от расхода пара в кипятильник колонны азеотропной осушки, а также зависимость времени насыщения ад сорбента влагой от водной концентрации носит нелинейный характер, то сумма удельных затрат на осушку углеводородной шихты зависит от расхода пара нелинейно, причем эта зависимость должна иметь минимум, так как эконоьячески невыгодно проводить осушку шихты до достижения необходимой концентрации влаги толь-, ко в колонне аэеотропной осушки. (слишком велики будут затраты на пар) или только в адсорберах (переключения будут настолько часты, что затраты на регенерацию непомерно возрастут). Следовательно, если учитывать удельные затраты на обоих стадиях осушки и варьировать расход

3 113 пара в кипятильник колонны, то можно найти оптимальную величину этого расхода, соответствующую минимуму суммарных затрат, складывающихся из затрат на пар, удельных по времени цикла работы адсорбента, и из затрат на регенерацию адсорбера,от-гнесенных на время цикла адсорбции.

На чертеже приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа управления процессом осушки углеводородной шихты.

Схема. включает в себя колонну 1 азеотропной осушки, трубопроводы 2 и 3 подачи и вывода углеводородной шихты из колонны 1, датчик 4 расхода шихты по трубопроводу 3, трубопровод 5 подачи пара в кипятильник колонны 1, датчик 6 расхода пара по трубопроводу 5, регулятор соотношения 7, регулирующий клапан 8 расхода пара на трубопроводе 5, адсорберы 9 и 10, один из которых работает в режиме адсорбиии, другой— в режиме регенерации адсорбента, ;клапаны 11-14, служащие для переклю1 чения адсорбеврв. с режима адсорбции на режим регенерации, трубопровод

15 подачи осушенной шихты на полимеризацию, трубопровод 16 и клапаны 17

30 и 18 подачи и переключения расхода пара на регенерацию адсорбента, датчики 19 и 20 концентрации влаги на входе и выходе адсорбентов соответственно, управляющую вычислительную машину (УВИ) 21, служащую для расчета критерия экономической эффективности процесса управления, величины и наиравления управляющих воздейст вий.

Схема управления работает следую40 щи образом.

В колонну. 1 азеотропной осушки по трубопровод у 2 подается углеводородная шихта полимеризации изопрена (раствор изопрена в изопентане).,Из

3 на колонны она выходит по трубопрово оводу на следующую стадию осушки. Расход шихты контролируется датчиком 4.

В кипятильник колонны 1 по трубопро- 50 воду 5 подается пар, расход которого конгролируется датчиком 6 расхода и регулируется регулятором соотношения 7 расхода пара к расходу шихты клапаном 8.Задание на регулятор соот- 55 ношения 7 поступает от УВМ 21. На

УВИ 21 поступает информация с датчика 4 по расходу шихты (G ) и датчи4568 4 ка 6 по расходу пара (С„), где последняя величина интегрируется .sa время цикла (T-Ta ) работы адсорбера (9 или !0) в режиме адсорбции., где

Т вЂ” начальный момент переключения адсорберов, Т вЂ” конечный момент цикла работы адсорбера в режиме адсорбции до насыщения.. При этом вычисляются затраты ну пар Зп по формуле л п 1 о

Т-7 где ք— цена пара; тек ущее вр емя .

Далее шихта по трубопроводу 3 подается на стадию тонкой очистки с адсорбером 9 или 10 в зависимости от положения клапанов 11-14. Когда клапаны 11 и 13 открыты, а клапаны 18

18 и 14 закрыты, шихта подается в адсорбер 9 и далее по трубопроводу

15 на полимеризацию. При этом в адсорбер !О по трубопроводу 16 через открытый клапан 18 (клапан 17 закрыт) подаются пар и затем сухой азот для регенерации адсорбента. От датчика

4 расхода шихты на трубопроводе 3, а также датчиков 19 и 20 концентрации влаги на входе и выходе адсорберов в УВМ 21 подается информация по расходу шихты (5 ) и концентрации влаги на входе (C>„) и выходе (С „) из адсорбера. При этом в УВИ

УВМ 21 производится расчет массы по гл още ни я влаги М Н о п о формуле

Т 0 ш (вх вьгх)

Н20

То

Когда в момент времени Т величина Мн в достигает рассчитанного заранее максимально допустимого значения М, соответствующего насыщению адсорбента влагой, после чего его адсорбционные характеристики резко ухудшаются, по команде УВМ 21 производится переключение адсорберов, клапаны 11 и 13 закрываются, а клананы 12 и 14 закрываются, т.е. в режим адсорбции включается адсорбер

10 с регенернрованным адсорбентом, а адсорбер 9 за счет соответствующего переключения клапанов 17 и 18 переключается в режим регенерации адсо!гбен а. Время регенерации всегда постоянно за счет того что в

Э каждом цикле в адсорбере накапливается одинаковое количество примесей, и это время, как правило, меньше

1134 времени насыщения адсорбента влагой.

Поэтому клапан 18 закрывается задолго до момента переключения клапанов

1 1-14.

Полученное к моменту Т (момент насыщения адсорбента) значение 3„ суммируется с величиной стоимости регенерации адсорбента, которая является постоянной, отнесенной к длительности цикла адсорбции, т.е.

1 с величиной

3, = Ц / (T T ) Пример 1. Управление процессом осушки углеводородной шихты (раствора изопрена в изопентане) в проиэводстве иэопренового каучука.

Шихту в количестве. 200 т/ч подают в колонну 1 азеотропной осушки по трубопроводу 2. В кипятильник колонны .1 по трубопроводу 3 подают пар, расход которого регулируют по соотношению с расходом шихты из колонны 1 по регулирующему контуру: датчик 4 расхода шихты, датчик 6 расхода пара, регулятор соотношения 7, регулирующий клапан 8. opà÷ó пара при данной нагрузке по шихте поддерживают на уровне 1, 1 Гкал ч, т.е. заданное соотношение расхода пара к расходу шихты составляет 0,0055. Ич колонны где Ц вЂ” стоимость регенерации адP сорбента за один цикл pere- 15 н ер ации.

Найденная сумма (3 + 3 ) ср ав нивается с храняющейся в памяти УВМ 21 полученной в предыдущем цикле суммой удельных затрат на регенерацию в 20 азеотропную осушку. Если сумма (Зп + 3 ) возросла по сравнению с предыдущим циклом, то в начале следующего, цикла производится изменение соотношения расхода пара к расходу 25 шихты (6„/Gù) на заданную величину (например, на .10X) путем воздействия на задание регулятора соотношения 7 по знаку, противоположному тому изменению, которое было предприня- з0 то в начале предыдущего цикла. В противном случае, т.е. при постоянстве или снижении величины суммы (3п + 3<), знак изменения соотношения G /G остается неизменным. ПУЗS тем ступенчатых изменений задания на величины G, /Сш (задание регулятору 7) осуществляется поиск .и поддержание минимальной величины удельных затрат на очистку шихты.

568 6 шихту подают в адсорбер 9, при этом клапаны 11 v. 13 открыты, а клапаны

1 2 и 14 з акрыты. Адс орбер 10 р аботает в режиме регенерации. При конкретном содержании влаги в шихте и указанном расходе пара время (Т-Тд ) до на— сьппения адсорбента в адсорбере 9 составляет 96 ч. В момент насыщения адсорбента влагой, определяемой достижением заданного количества массы, поглощаемой в адсорбере влаги, которая определяется посредством

УВМ 21, осуществляют переключение клапанов 11-14 и открывают клапан 17, так что адсорбер 9 переводят в режим регенерации, а адсорбер 10 — в режим адсорбции. К этому же моменту определяют суммарный расход пара за время цикла адсорбции (за 96 ч) и умножают его на стоимость пара, т,е. определяют удельные затраты на пар

Т

10 При це не пара

7, 7 руб/Гкал имеем 3„= 1, 7 + 7, 73

8,39 руб/ч.

Удельная стоимость регенерации

3 р = Ц /(Т-ТО), где цена регенерации

Ц складывается из стоимости пара, горячего азота и затрат на периодическую замену адсорбента Ц =

1350 руб. При этом 3 = 1350: 96 — 14 08 руб ч ". Суммарные удельные затраты составляют при этом ""

22,57 руб/ч, В момент переключения . адсорберов производят ступенчатое увеличение заданного соотношения расхода пара к расходу шихты на

0,0005, т. е. ступенчато увеличивают расход пара на 0,1 Гкал/ч и доводят его после трех циклов адсорбции величины 1,4 Гкал/ч при той же нагрузке по шихте 200 т/ч до соотношения

0,007. При этом время работы адсорбера до насьпцения ввиду уменьшения содержания влаги на выходе колонны

1 азеотропной осушки составляет

146 ч. Расчет показывает, что удельные затраты на пар 3 = 1,4 7,73 =

10,82 руб/ч, а удельные затраты на регенерацию 3P = 1350: 146.- = — 9,26 руб/ч, Сумма затрат 20,08 руб

При дальнейшем увеличе нии р асхода пара до 1,5 Гкал/ч на 200 т шихты в час затраты на пар вырастают до

11, 6. py6/ч, цикл адсорбции увеличивается до 158 ч, Зр = 8,54 руб. Сум7 1134568 8 ма затрат 20,14 руб, т.е. оптималь дые 4 суток — 96 ч, оясхоп,пара в ное заданное соотношение расхода кипятильник колонны в срелнем равпара к расходу шихты составляет няется 1, 1,Гкал ч ". Суммарные эатра0,007 и расхол пара в условиях экс- ты на осушку шихты составляют перимента составляет 1,4 Гкал/ч а 5 если пользоваться расчетными форму минимальные улельные затраты лами примера 1:

20,08 руб °

Пример 2 (контрольный) .

Рассмотрим работу системы управления Таким обРазом, предлагаемый спопроцессом осушки шихты по способу- 1О соб благодаря тому, что измеряют прототипу. Процесс адсорбции и пред- расход пара в кипятильник колонны шествующую ему аэеотропную осушку аэеотропной осушки, измеряют расосуществляют в установке, анапогич- ход шихты на выходе колонны азеотропной примеру 1. На входе и выходе ной осушки, определяют соотношение адсорбера установлены датчики кон- 15 расхода пара и расхода шихты и под- . центрации влаги, сигналы с которых, держивают его на заданном значении а также информация о расходе шихты изменением расхода пара в кипятильnocTynaNT íà yBMj где рассчитывает- ник колонны азеотропной осушки, иэся масса накопленной в адсорбенте меряют расход пара в кипятильник ковлаги, соответствующей насыщению 2О лонны за время одного цикла адсорбадсорбента, производят переключение ции и изменяют заданное значение сопервого адсорбера с режима адсорбции отношения расхода пара в кипятильник на режим регенерации и шихта подает- колонны и расхода шихты до достижеся во второй адсорбер. Регулирова- ния минимального значения суммарных ние расхода пара в кипятильник ко- g удельных затрат на осушку. ищхты, лонны азеотропной осушки производят включающих затраты на пар, подаваемый в зависимости от концентрации влаги в кипятильник колонны азеотропиой в шихте на выходе колонны. При осушки и на регенерацию адсорбента, постоянном уровне концентрации вла- отнесенные ко времени цикла адсорбции, ги в исходной шихты и нагрузке З позволяет снизить затраты на осушку

200 т шихты в час переключение адсор-..шихты с предварительной азеотропной беров осуществляют равномерно каж- осуикой.

1134568

3%995! Заказ 1 0027/23 Ts aa 475 Поддисное

Филиал ППП Патент, r. Уигород,ул.Проектнм, 4