Автоматизация процесса ректификации

Задача управления процессом ректификации состоит в получении целевого продукта заданного состава при установленной производительности установки и минимальных затратах теплоагентов.

Основными регулируемыми технологическими величинами процесса являются составы дистиллята или кубового остатка. На чистоту этих целевых продуктов оказывают влияние ряд возмущающих воздействий процесса – состав, расход и температура исходной смеси, параметры тепло – и хладоагента, давление в колонне и другие величины. Основные управляющие воздействия – это расходы флегмы в колонну и теплоносителя в кипятильник. Причем изменение расхода флегмы относительно быстро приводит к изменению состава дистиллята и одновременно с большим запаздыванием и в значительно меньшей степени – к изменению состава кубового остатка.

Изменение расхода греющего пара приводит в основном к изменению состава кубового остатка; состав флегмы при этом изменяется намного слабее. На рисунке осуществляется стабилизация отдельных величин с помощью локальных одноконтурных АСР. Эти АСР связаны между собой через процесс и обеспечивают соблюдение материального и теплового балансов установки.

Материальный и тепловой баланс ректификации составляют по принципиальной схеме

При нагревании жидкой смеси состава х₁ до температуры кипения t₁ получим пар равновесного состава, после конденсации которого образуется жидкость состава х₂, обогащенная легколетучим компонентом. В результате последующего нагревания этой жидкости до температуры кипения t₂ и конденсации паров получают жидкость состава х₃. Таким образом, проводя многократное испарение жидкости и конденсацию паров, можно разделить исходную смесь на чистые легколетучий и труднолетучий компоненты.

Колебание подачи исходной смеси в колонну является одним из наиболее сильных возмущений процесса. Поэтому, при технологической возможности, для обеспечения постоянства подачи смеси, предусматривают АСР расхода. Воспринимающий элемент (диафрагма, ротаметр) и регулирующий клапан этой системы монтируются на трубопроводе до теплообменника, так чтобы исходная смесь протекала через них только в жидкой фазе. АСР расхода исходной смеси существенно облегчает работу всех других АСР установки.

Исходная смесь должна подаваться в колонну при температуре кипения. Температура смеси поддерживается на постоянном значении АСР, управляющей подачей греющего пара в теплообменник. Гидравлическое сопротивление колонны почти не изменяется, следовательно, давление в колонне достаточно стабилизировать в одном месте, обычно – в верхней части. Если пары НКК полностью конденсируются, то давление регулируют изменением расхода хладоагента, подаваемого в дефлегматор. Если же часть паров не конденсируется или если в исходной смеси содержатся инертные газы, то регулятор давления воздействует на два клапана, один из которых установлен на линии отвода хладоагента из дефлегматора, а другой – на линии отдувки, учитывая, что рабочие участки характеристик этих клапанов должны быть различны. Это приводит к тому, что несконденсировавшиеся газы сбрасываются из флегмовой емкости только при больших расходах хладоагента, поступающего в дефлегматор, и продолжающемся повышении давления колонне.

Если целевым продуктом является дистиллят, то основной технологической величиной ректификационной установки будет состав паров в верхней части колонны. Состав дистиллята регулируют изменением подачи флегмы в колонну. При этом регулирующий орган может быть установлен как на линии подачи флегмы, так и на линии отвода дистиллята. С точки зрения статики это равноценно. Однако для повышения качества регулирования регулирующий орган АСР состава необходимо устанавливать на линии подачи флегмы в колонну, при этом для сохранения материального баланса укрепляющей части колонны дистиллят необходимо отводить с помощью АСР уровня во флемовой емкости. Иначе инерционные свойства емкости будут влиять на качество процесса регулирования, что является нежелательным.

Если число тарелок в колонне велико или разность температур кипения разделяемых компонентов невелика, запаздывание в объекте достигает нескольких десятков минут и более. Поэтому измерение температуры в верху колонны приводит к большим отклонениям технологического режима от регламента, так как регулирующие воздействия будут введены в процесс с большим запаздыванием.

Для повышения качества регулирования чувствительный элемент температуры следует устанавливать на контрольной тарелке укрепляющей части колонны, т. е. там, где температура значительно более чувствительна к изменению подачи флегмы и где обеспечено меньшее запаздывание при изменении состава исходной смеси.

В настоящее время появилась возможность регулировать не температуру в колонне (косвенный показатель), а непосредственно состав целевых продуктов. В качестве анализаторов используют хроматографы, газоанализаторы, плотномеры, рефрактометры и другие приборы.

Если целевым продуктом является кубовый остаток, то к протеканию процесса в отгонной части колонны предъявляются более жесткие требования, чем к процессу в укрепляющей части. С этой целью регулируют состав кубового остатка, а точнее содержание НКК в кубовом продукте, изменяя подачу греющего пара в кипятильник. В случае бинарной смеси таким же образом регулируют температуру на контрольной тарелке нижней части колонны. Для уменьшения запаздывания сигнал температуры иногда отбирают и на линии поступления паровой фазы непосредственно в колонну, но только, если параметры теплоносителя более сильно влияют на протекание процесса, чем параметры исходной смеси. При этом подача флегмы в колонну стабилизируется АСР расхода.

Парообразование в кипятильнике определяет гидродинамический режим колонны. Для подачи греющего пара в кипятильник применяют систему регулирования расхода, задание которой изменяет регулятор на контрольной тарелке отгонной части колонны.

При дальнейшем разделении кубового остатка необходимо одновременно обеспечить постоянство его уровня в кубе колонны и постоянство подачи на следующую по технологической линии установку. Для этой цели используют систему регулирования расхода кубового остатка со стабилизирующим регулятором, задание которому корректируется регулятором уровня продукта в кубе колонны.

По сравнению с одноконтурными каскадные системы обеспечивают лучшее регулирование основных технологических величин ректификационной установки. Однако вследствие медленного протекания в ней тепло – и массообменных процессов, они успешно компенсируют только сравнительно малые возмущения по составу исходной смеси. Введение в системы регулирования основных технологических величин дополнительных контуров, учитывающих изменение расхода и состава исходной смеси приводит к повышению качества целевого продукта или увеличению его выхода, а так же к снижению энергозатрат на проведение процесса.

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться: