SU950182A3 - Способ регулировани процесса разделени смеси - Google Patents

Description

Изобретение относится к способам регулирования процессов разделения смесей в экстракционных перегонных колоннах и может быть применено $ в процессах получения ароматических углеводородов.

Известен способ регулирования процесса разделения смеси в экстракционной колонне путем изменения рас- ,θ хода теплоносителя в кипятильник в зависимости от его расхода и регулирования соотношения расходов исход ной смеси и растворителя [1].

Наиболее близким по технической ₎₅ сущности к изобретению является способ регулирования процесса разделения смеси в экстракционной колонне путем изменения потока теплоносителя в кипятильник колонны в зависимости 20 от расхода и качества исходной смеси, температуры и давления низа колонны, состава продукта в колонне [2], Недостатком указанных способов является то, что они не обеспечивают 25 максимальную производительность и высокое качество разделения смеси.

Цель изобретения - повышение качества разделения смеси за счет увеличения точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что поток теплоносителя байпасируют, при этом расход основного потока теплоносителя регулируют в зависимости от расхода исходной смеси, а расход байпасного потока - в зависимости от параметра, характеризующего состояние продукта в колонне.

В качестве параметра, характеризующего состояние продукта в колонне, используют температуру, разность температур или состав продукта, замеренных в верхней части колонны.

Кроме того, основной поток теплоносителя составляет 80-90%, преимущественно 90%, а байпасный поток 10-20%, преимущественно 10%, от общего потока теплоносителя.

На фиг.1 представлена схема регулирования экстракционной-перегонной колонны; на фиг.2 - график зависимости содержания углеводородов экстракта (толуола) в рафинате в зависимости от температуры жидкости, имеющейся на измерительной тарелке.

Способ осуществляется следующим образом. ' '

Экстрагент подводится к головной части экстракционной колонны 1 через охладитель 2 и трубопровод 3. Охлаждающее средство, необходимое для охлаждения экстрагента, например вода, подводится к охладителю 2 через трубопровод 4 и вновь отводится через трубопровод 5. При этом 5 в трубопроводе 3 может быть установлен измеритель 6 температуры, который определяет температуру экстрагента, протекающего через экстракционную колонну 1, причем полученное измерен· 10 .мой величиной регулятора 23 расхоное значение может передаваться через импульсный провод 7 на регулятор 8 расхода, который посредством вентиля 9 регулирует расход охлаждающего средства, протекающего через трубопровод 4. В некоторых случаях охлаждение экстрагента может осуществляться также посредством воздушного радиатора. В таком случае измеритель 6 температуры регулирует охлаж-г дающее воздействие соответствующего вентилятора, так что экстрагент подается в экстракционную, колонну 1 также с требуемой температурой.

Разделяемая смесь веществ (исходный продукт) вводится в среднюю часть экстракционной перегонной колонны 1 через нагреватель 10 и трубопровод 11. Теплоноситель, требуемый для подогрева смеси веществ, подводит-, ся к нагревателю 10 через трубопровод 12 и вновь отводится через трубопровод 13. Аналогично системе регулирования экстрагента в данном случае в трубопровод 11 также встраивает^ ся измеритель 14 температуры, изме- 7 ренное значение которой передается через импульсный трубопровод 15 на регулятор 16 расхода. Последний посредством клапана 17 управляет подводом тепла в трубопроводе 12.

Для обогрева экстракционной перегонной колонны 1 в ее нижней части предусмотрен рибойлер 18, который может включаться как прямоточный рибойлер и/или как циркулирующий рибойлер нижней части колонны. Экстрагент, содержащий экстрагируемое вещество, отводится при этом, например, от крайней нижней тарелки или от одной из нижних тарелок экстракционной колонны 1, причем отвод осуществляется через трубопровод 19, и отводимое вещество подается в шланг 20 рибойлера 18, в котором оно подвергается требуемому нагреванию. После этого нагретый продукт через трубопровод 21 возвращается назад в экстракционную перегонную колонну 1, причем продукт вводится вновь под глухой тарелкой.

'Подвод теплоносителя к рибойлеру 18 экстракционной перегонной колонны 1 регулируется следующим образом.

В трубопроводе 22, через который к рибойлеру 18 подводится требуемый теплоноситель, устанавливается регулятор 23 расхода с клапаном 24. Регулятор 23 расхода посредством импульсного провода 25 связан с расходомером 26, который встраивается в трубопровод 11. Количество смеси веществ ( исходного продукта) протекающей через этот провод к экстракционной перегонной колонне 1, в данном случае определяется расходомером 26 и является регулируевидно иэмерииспользотемпера35 да, который воздействует на клапан 24, причем количество исходного продукта может устанавливаться посредством клапана 27. Диапазон регулирования регулятора 23 расхода согласно изобретению устанавливается таким образом, что приблизительно 8090% общего количества тепла, подводимого через трубопровод 28 в форме соответствующего теплоносителя^ подводится через трубопровод 22 и клапан 24 к рибойлеру 18. Остальное количество тепла достигает обводного трубопровода 29 в форме используемого теплоносителя. В обводной трубопровод 29 встраивается регулятор 30 расхода с клапаном 31. Регулятор 30 расхода посредством импульсного провода 32 связан с измерительным прибором 33. При этом точка измерения 3 4 расположена на. одной из верхних тарелок экстракционной перегонной колонны 1. Как из сказанного, в качестве тельного прибора 33 может ваться прибор, измеряющий туру, или газовый хроматограф. Температура жидкости, измеренная на контрольной тарелке 35, или при использовании хроматографа концентрация экстрагируемого вещества передается на регулятор 30 расхода посредством импульсного провода 32 как регулируемая величина.Регулятор 30 расхода посредством клапана 31 регу45 лирует поток теплоносителя, проходящий через обводной трубопровод 29 к рибойлеру 18, таким образом осуществляется управление меньшей частью общего количества тепла, подводимого к экстракционной колонне 1.

Дополнительно регулятор 30 расхода и регулятор 23 расхода могут быть соединены между собой посредством импульсного провода 36. Благодаря этому создается дополнительная возможность регулирования, при которой регулирующее воздействие регулятора 30 расхода посредством импульсного провода 36 смещается пропорционально (в сильно ослабленной форме) заданному значению регулятора 23 расхода. Благодаря этому тонкое регулирование осуществляется всегда в оптимальном диапазоне регулирования. Например, регулятор 30 65 расхода может настраиваться таким образом, что включается регулирующий импульс, когда количество тепла, определяемое регулятором 30 расхода, превысит определенное предельное значение, например 20% суммарного количества тепла. В таком случае этот регулирующий импульс передается на регулятор 23 расхода через импульсный провод 36 и обусловливает там соответствующее повышение подвода тепла к рибойлеру 18 через трубопровод 22. При необходимости регулирование такого вида можно осуществлять и в обратном направлении. В таком случае при превышении определенного предельного значения в регуляторе 23 расхода соответствующий регулирующий импульс передается на регулятор 30 расхода.

Кроме того, для обеспечения постоянного соотношения количеств экстрагента и исходного продукта посредством измерителя 26 расхода можно управлять подводом экстрагента к экстракционной колонне 1 через трубопровод 3. При этом значение, измеряемое посредством расходомера 26, дополнительно передается на регулятор расхода 37 через импульсный провод 38, причем регулятор расхода воздействует на клапан 39.

В данном случае рафинат отводится из экстракционной колонны 1 через трубопровод 40, а экстракт - через трубопровод 41. Их дальнейшая переработка осуществляется по известным методам.

Количество тепла, подводимое через трубопровод 22, может быть настроено на определенное нерегулируемое значение, так что в этом случае может отсутствовать регулирование, осуществляемое в зависимости от значения, измеренного расходомером 26. Это возможно, в частности, при пуске установки или в том случае, когда разделяемая смесь веществ не имеет значительных колебаний подводимых количеств, температур и химического состава. Кроме того, количество тепла, подводимое через обводной трубопровод 29, может подаваться в специальный рибойлер, причем этот трубопровод и этот специальный рибойлер могут работать с другим теплоносителем, отличным от теплоносителя рибойлера 18. На практике в обычном случае вместо одного единственного рибойлера может быть расположено несколько на нижней части экстракционной колонны, причем они могут регулироваться аналогичным способом. Измерение температуры может осуществляться на двух различных контрольных тарелках вместо измерения на одной измерительной тарелке 35, причем определяемая разность температур используется в качестве регулируемой величины, которая передается на регулятор 30 расхода.

График, представленный на фиг.2показывает, какое влияние оказывает температура экстракционной колонны на состав рафината. При этом толуол должен отделяться от неароматических составляющих в виде экстракта, в то время как последние должны обогащаться в рафинате. Эффективность экстракционной перегонки тем больше, чем меньше содержание толуола в рафич нате. В этом случае экстракционная перегонка осуществляется в колонне, имеющей 60 тарелок, причем экстрагент (формилморфин -N) вводится в головной части, а исходный продукт вводится в колонну на 33-й тарелке сверху. Чтобы исследовать связь между температурой жидкости, имеющейся на верхней тарелке колонны, и соответствую щим содержанием толуола в рафинате постепенно увеличивается количество тепла, подводимого к нижней части экстракционной перегонной колонны. Одновременно каждый раз измеряется температура жидкости на восьмой та-’ релке сверху и соответствующее содержание толуола в жидкости (в фазе рафината). Кривая показывает, что при увеличении температуры жидкости очень круто возрастает содержание толуола в жидкости (в фазе рафината/. В диапазоне температур 145-152,5°С содержание толуола в рафинате увеличивается только приблизительно с 2 вес.% приблизительно до 4 вес.%. В диапазоне 164-165°С _t содержание толуола увеличивается, напротив с приблизительно 17 вес.% приблизительно до 26 вес.%. На основании этого можно сделать вывод о том, что на успешное проведение экстракционной перегонки решающее влияние оказывает точное регулирование подводимого количества тепла, способствующее поддержанию температур в верхней части экстракционной перегонной колонны в таком диапазоне, в котором температурный градиент имеет наибольшее значение, т.е. велико изменение температуры, необходимое для изменения содержания толуола в рафинате на 1% : Напротив, если будет превышено определенное значение температуры, то температурный градиент уменьшается настолько, что содержание толуола в рафинате едва ли может·· изменяться вследствие изменения температуры на контрольной тарелке.

Применительно к данному примеру это означает, что для максимизации выхода содержание толуола в рафинате должно поддерживаться в диапазоне

2-4 вес.%·, вследствие чего количество тепла, подводимого к нижней части экстракционной перегонной колонны, должно регулироваться таким образом, чтобы температура жидкости на контрольной тарелке поддерживалась в диапазоне 145-152,5°С.

Для получения сравнительных данных температура жидкости, измеренная 5 на контрольной тарелке (восьмая тарелка сверху), использовалась в качестве регулируемой величины общего количества тепла, подводимого к нижней части экстракционной перегонной 10 колонны. Несмотря на использование обычных регуляторов и оптимальной настройки системы регулирования не удалось, однако, поддерживать температуру жидкости на контрольной тарел-15 ке внутри указанного диапазона. Боль ше того, появились синусоидальные колебания температуры, в результате которых содержание толуола в рафинате колебалось в диапазоне 2-9 вес.%» После этого, в зависимости от темпе ратуры жидкости, измеренной на контрольной тарелке, регулировалось лишь только 10-11% общего количества тепла, подводимого к экстракционной ^5 колонне, в то время как оставшаяся основная часть подводимого количест ва тепла устанавливалась как постоянное значение. При такой настройке содержание толуола в рафинате в течение длительного периода времени подцержйвалось в диапазоне 2,43.6 лес.%.

Claims (2)

1. охладитель 2 и трубопровод 3. Охлаждаквдее средство, необходимое дл  охлаждени  экстрагента, например вода, подводитс  к охладителю 2 через трубопровод 4 и вновь отводитс  через трубопровод 5. При этом в трубопроводе 3 может быть установлен измеритель б температуры, которы определ ет температуру экстрагента, протекающего через экстракционную колонну 1, причем полученное измерен ное значение может передаватьс  через импульсный провод 7 на регул тор 8 расхода, который посредством вентил  9 регулирует расход охлаждающего средства, протекающего через трубопровод 4. В некоторых случа х охлаждение экстрагента может осуществл тьс  также посредством воздуш ного радиатора. В таком случае измер тель 6 температуры регулирует охлажт дающее воздействие соответствующего вентил тора, так что экстрагент подаетс  в экстракционную, колонну 1 также с требуемой температурой. Раздел ема  смесь веществ (исходный продукт) вводитс  в среднюю часть экстракционной перегонной колонны 1 через нагреватель 10 и трубопровод 11. Теплоноситель, требуемы дл  подогрева смеси веществ, подводит с  к нагревателю 10 через трубопровод 12 и вновь отводитс  через трубопровод 13. Аналогично системе регу лировани  экстрагента в данном случае в трубопровод 11 также встраивае с  измеритель 14 температуры, измеренное значение которой передаетс  через импульсный трубопровод 15 на регул тор 16 расхода. Последний посредством клапана 17 управл ет подводом тепла в трубопроводе 12. Дл  обогрева экстракционной перегонной колонны 1 в ее нижней части предусмотрен рибойлер 18, который может включатьс  как пр моточный рибойлер и/или как циркулирующий рибойлер нижней части колонны. Экстрагент , содержащий экстрагируемое вещество/ отводитс  при этом, например от крайней нижней тарелки или от одной из нижних тарелок экстракционной колонны 1, причем отвод осуществл етс  через трубопровод 19, и отво димое вещество подаетс  в шланг 20 рибойлера 18, в котором оно подвергаетс  требуемому нагреванию. После этого нагретый продукт через трубопровод 21 возвращаетс  назад в экстракцио .нную перегонную колонну 1, при чем продукт вводитс  вновь под глухой тарелкой. Подвод теплоносител  к рибойлеру 18 экстракционной перегонной колонны 1 регулируетс  следующим образом. В трубопроводе 22, через который к рибойлеру 1В подводитс  требуемый теплоноситель, устанавливаетс  регул тор 23 расхода с клапаном 24. Регул тор 23 расхода посредством импульсного провода 25 св зан с расходомером 26, который встраиваетс  в трубопровод 11. Количество смеси веществ ( исходного продукта j протекающей через этот провод к экстракционной перегонной колонне 1, в данном случае определ етс  расходомером 26 и  вл етс  регулируемой величиной регул тора 23 расхода , который воздействует на клапан 24, причем количество исходного продукта может устанавливатьс  посредством клапана 27. Диапазон регулировани  регул тора 23 расхода согласно изобретению устанавливаетс  таким образом, что приблизительно 8090% общего количества тепла, подводимого через трубопровод 28 в форме соответствующего теплоносител  подводитс  через трубопровод 22 и клапан 24 к рибойлеру 18. Остальное количество тепла достигает обводного трубопровода 29 в форме используемого теплоносител . В обводной трубопровод 29 встраиваетс  регул тор 30 расхода с клапаном 31. Регул тор 30 расхода посредством импульсного провода 32 св зан с измерительным прибором 33. При этом точка измерени  34 расположена на. одной из верхних тарелок экстракционной перегонной колонны 1. Как видно из сказанного, в качестве измерительного прибора 33 может использоватьс  прибор, измер ющий температуру , или газовый хроматограф. Температура жидкости, измеренна  на контрольной тарелке 35, или при использовании хроматографа концентраци  экстрагируемого вещества передаетс  на регул тор 30 расхода посредством импульсного провода 32 как регулируема  величина.Регул тор 30 расхода посредством клапана 31 регулирует поток теплоносител , проход щий через обводной трубопровод 29 к рибойлеру 18, таким образом осуществл етс  управление меньшей частью общего количества тепла, подводимого к экстракционной колонне 1. Дополнительно регул тор 30 расхода и регул тор 23 расхода могут быть соединены между собой посредством импульсного провода 36. Благодар  этому создаетс  дополнительна  возможность регулировани , при которой регулирующее воздействие регул тора 30 расхода посредством импульсного провода 36 смещаетс  пропорционально (в сильно ослабленной форме) заданному значению регул тора 23 расхода. Благодар  этому тонкое регулирование осуществл етс  всегда в оптимальном диапазоне регулировани . Например, регул тор 30 расхода может настраиватьс  таким образом, что включаетс  регулирующий импульс, когда количество тепла определ емое регул тором 30 расхода превысит определенное предельное значение, например 20% суммарного количества тепла. В таком случае этот регулирующий импульс передаетс  на регул тор 23 расхода через импульсный провод 36 и обусловливае там соответствующее повышение подво да тепла к рибойлеру 18 через трубо провод 22. При необходимости регули рование такого вида можно осуществл ть и в обратном направлении. В таком случае при превышении определенного предельного значени  в ре гул торе 23 расхода соответствующий регулирующий импульс передаетс  на регул тор 30 расхода. Кроме того, дл  обеспечени  посто нного соотношени  количеств экс рагента и исходного продукта посред ством измерител  26 расхода можно управл ть подводом экстрагента к экстракционной колонне 1 через трубопровод 3. При этом значение, измер емое посредством расходомера 26, дополнительно передаетс  на регул тор расхода 37 через импульсный провод 38, причем регул тор расхода воздействует на клапан 39. В данном случае рафинат отводитс из экстракционной колонны 1 через трубопровод 40, а экстракт - через трубопровод 41. Их дальнейша  перер ботка осуществл етс  по известным методам. Количество тепла, подводимое через трубопровод 22, может быть настроено на определенное нерегулируемое значение, так что в этом слу чае может отсутствовать регулирование , осуществл емое в зависимости от значени , измеренного расходомером 26. Это возможно, в частности при пуске установки или в том случае , когда раздел ема  смесь вещест не имеет значительных колебаний под водимых количеств, температур и химического состава. Кроме того, коли чество тепла, подводимое через обво ной трубопровод 29, может подаватьс  в специальный рибойлер, причем этот трубопровод и этот специальный рибойлер могут работать с други теплоносителем, отличным от теплоно сител  рибойлера 18. На практике в обычном случае вместо одного един ственного рибойлера может быть расположено несколько на нижней части экстракционной колонны, причем они могут регулироватьс  аналогичным способом. Измерение темпера-туры может осуществл тьс  на двух различных контрольных тарелках вместо измерени  на одной измерительной тарелке 35, причем определ ема  разность температур используетс  . в качестве регулируемой величины, котора  передаетс  на регул тор 30 расхода. График, представленный на фиг.2показывает , какое вли ние оказывает температура экстракционной колонны на состав рафината. При этом толуол должен отдел тьс  от неароматических составл ющих в виде экстракта , в то врем  как последние должны обогащатьс  в рафинате. Эффективность экстракционной перегонки тем больше, чем меньше содержание толуола в рафинате . В этом случае экстракционна  перегонка осуществл етс  в колонне, имеющей 60 тарелок, причем экстрагент (формилморфин -N) вводитс  в головной части, а исходный продукт вводи-тс  в колонну на 33-й тарелке сверху. Чтобы исследовать св зь между температурой жидкости, имеющейс  на верхней тарелке колонны, и соответствую щим содержанием толуола в рафинате постепенно увеличиваетс  количество тепла, подводимого к нижней части экстракционной перегонной колонны. Одновременно каждый раз измер етс  температура жидкости на восьмой тарелке сверху и соответствующее содержание толуола в жидкости (в фазе рафината). Крива  показывает, что при увеличении температуры жидкости очень круто возрастает содержание толуола в жидкости (в фазе рафината. В диапазоне температур 145-152,5°С содержание толуола в рафинате увеличиваетс  только приблизительно с 2 вес.% приблизительно до 4 вес.%. В диапазоне 164-165°С содержание толуола увеличиваетс , напротив с приблизительно 17 вес.% приблизительно до 26 вес.%. На основании этого можно сделать вывод о том, что на успешное проведение экстракционной перегонки решающее вли ние оказывает точное регулирование подводимого количества тепла, способствующее поддержанию температур в верхней части экстракционной перегонной колонны в таком диапазоне, в котором температурный градиент имеет наибольшее значение, т.е. велико изменение температуры , необходимое дл  изменени  содержани  толуола в рафинате на 1% Напротив, если будет превышено определенное значение температуры, то температурный градиент уменьшаетс  настолько что содержание .толуола в рафинате едва ли может-- измен тьс  вследствие изменени  температуры на контрольной тарелке. Применительно к данному примеру это означает, что дл  максимизации выхода содержание толуола в рафинате должно поддерживатьс  в -диапазоне 2-4 вес.%-, вследствие чего количество тепла, подводимого к нижней части экстракционной перегонной колонны. должно регулироватьс  таким образом чтобы температура жидкости на контрольной тарелке поддерживалась в диапазоне 145-152,. Дл  получени  сравнительных данны температура жидкости, измеренна  на контрольной тарелке (восьма  тарелка сверху, использовалась в качестве регулируемой величины общего количества тепла, подводимого к нижней части экстракционной перегонной колонны. Несмотр  на использование обычных регул торов и оптимальной настройки системы регулировани  не удалось, однако, поддерживать температуру жидкости на контрольной тарел ке внутри указанного диапазона. Боль ше того, по вились синусоидальные колебани  температуры, в результате которых содержание толуола в рафинате колебалось в диапазоне 2-9 вес.% После этого, в зависимости от температуры жидкости измеренной на контРОЛЬНОЙ тарелке, регулировалось лишь только 10-11% общего количества тепла, подводимого к экстракционной колонне, в то врем  как оставша с  основна  часть подводимого количества тепла устанавливалась как посто н ное значение. При такой настройке содержание толуола в рафинате в течение длительного периода времени поддерживалось в диапазоне 2,43 .6 .%. Формула изобретени  1.Способ регулировани  процесса раз делени  смесив экстракционной перегон ной колонне путем изменени  потока теплоносител , подводимого к кип тильнику колонны, и поддержани  соотношени  расходов ИСХОДНОЙ массы и растворител  , отличающийс  тем, что, с целью повышени  качеств разделени  смеси за счет увеличени  точности регулировани , поток тепло носител  байпасируют, при этом расход основного потока теплоносител  регулируют в зависимости от расхода исходной смеси, а расход байпасного потока - в зависимости от параметра, Хсфактеризующего состо ние продукта в колонне. 2. Способ по П.1, отличающийс  тем, что в качестве параметра , характеризующего состо ние продукта в колонне, используют температуру , разность температур или состав продукта, замеренных в верхней части колонны. 3.Способ по П.1, отличающийс  тем, что основной поток теплоносител  составл ет 80-90%, преимущественно 90%, а байпасный поток - 10-20%, преимущественно 10%, от общего потока теплоносител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Голуб тников В.А. и др. Автоматизаци  производственных процессов и АСУП в химической промышленности. М., Хими , 1978, с.156.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 753442, кл. В 01 D 3/42, 1978.

   ,л

   «Э 4, 9и/1знпфо11 д rofiirtJj

   NJ