Способ автоматического управления процессом приготовления углеводородной шихты в производстве синтетического каучука
Использование: в области автоматизации технологических процессов, например производства низкомолекулярного дивинилпипериленового каучука СКДП - Н. Сущность изобретения заключается в управлении процессом путем контроля состава шихты, измерения расходов мономеров и возвратной фракции на приготовление шихты, уровня шихты в промежуточной емкости, расхода шихты на полимеризацию, регулирования расходов мономеров и возвратной фракции на приготовление шихты, определения заданного расхода шихты в промежуточную емкость и изменения управляющих воздействий регуляторам расходов мономера и возвратной фракции в зависимости от уровня очищенной возвратной фракции в буферной емкости и состава шихты, при котором дополнительно измеряют уровень шихты в промежуточной емкости, расход шихты на полимеризацию, измеряют и регулируют расход растворителя на приготовление шихты, определяют заданное значение расхода шихты в промежуточную емкость в зависимости от расхода шихты на полимеризацию и уровня шихты в промежуточной емкости, определяют соотношение концентраций мономеров в шихте и соотношение концентраций растворителя и мономеров в шихте, соотношение расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость и соотношение расходов растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, определяют также заданное значение соотношения расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, заданное значение соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, заданное значение соотношения расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, а также заданное значение соотношения растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость и формируют управляющие воздействия регулятору расхода очищенной возвратной фракции на приготовление шихты, регулятору расхода первого мономера на приготовление шихты регулятору расхода второго мономера и регулятору расхода растворителя на приготовление шихты. Технический результат: повышение точности автоматического регулирования состава шихты (соотношения концентраций мономеров в шихте и соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте) и снижение затрат на получение тонны каучука 1 ил.
Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов получения синтетических каучуков и может быть использовано в химической промышленности, например, в производстве низкомолекулярного дивинилпипериленового каучука СКДП-Н.
Известен способ автоматического управления процессом приготовления углеводородной шихты в производстве синтети- ческого каучука путем измерения концентрации мономера в шихте, расхода шихты, регулирования расходов мономера в возвратной фракции на приготовление шихты, определения по заданной концентрации мономера в шихте заданного соотношения расходов мономера и возвратной фракции на приготовление шихты, коррекции указанного соотношения по отклонению фактической концентрации мономера в шихте от заданного значения и воздействия на расходы мономера и возвратной фракции в зависимости от расхода шихты и скорректированного заданного соотношения расходов мономера и возвратной фракции. В данном способе при формировании управляющих воздействий регуляторам расхода мономера и возвратной фракции на приготовление шихты не учитывается и не регулируется уровень шихты в промежуточной емкости для хранения шихты и уровень возвратной фракции в буферной емкости. Известный способ не предусматривает также регулирование соотношения мономеров в шихте, а предусматривает воздействие на расход только одного мономера. В известном способе не предусмотрена также корректировка заданного соотношения концентрации мономеров в шихте и заданного соотношения концентрации растворителя и мономеров в шихте, что ухудшает точность регулирования состава шихты при подаче на приготовление шихты двух или более мономеров. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ автоматического управления процессом приготовления углеводородной шихты в производстве синтетического каучука путем автоматического контроля состава шихты, измерения расхода мономера и возвратной фракции на приготовление шихты, уровня очищенной возвратной фракции в буферной емкости, регулирования раcходов мономеров и возвратной фракции на приготовление шихты, изменения управляющих воздействий регуляторам расходов мономера и возвратной фракции в зависимости от уровня очищенной возвратной фракции в буферной емкости и состава шихты. В известном способе при формировании управляющих воздействий не учитывается и не регулируется уровень шихты в промежуточной емкости, а также не предусматривается регулирование соотношения мономеров в шихте. В известном способе предусмотрено воздействие на расход только одного мономера и не предусмотрена корректировка заданного соотношения концентрации мономеров в шихте и заданного соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте, что ухудшает точность регулирования состава шихты при подаче на приготовление шихты двух или более мономеров и в конечном итоге отрицательно сказывается на качестве получаемого каучука. Известный способ управления не предусматривает измерение и регулирование расхода растворителя на приготовление шихты, формирование управляющего воздействия регулятору расхода растворителя на приготовление шихты. Кроме того, в тех случаях, когда на приготовление шихты подают не один, а два или более мономеров, то целесообразно в качестве промежуточной регулируемой величины использовать не соотношение расходов мономера и возвратной фракции, а соотношение расходов каждого из потоков и расхода шихты, т. е. соотношение расходов возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость и соотношение расходов растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость. Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу автоматического управления процессом приготовления углеводородной шихты в производстве синтетического каучука, например низкомолеку- лярного дивинилпипериленового каучука СКДП-Н, заключающемуся в автоматическом контроле состава шихты, измерении расходов мономеров и возвратной фракции на приготовление шихты, уровня очищенной возвратной фракции в буферной емкости, регулировании расходов мономера и возвратной фракции на приготовление шихты, изменении управляющих воздействий регуляторам расхода мономера и возвратной фракции в зависимости от уровня очищенной возвратной фракции в буферной емкости и состава шихты, дополнительно измеряют уровень шихты в промежуточной емкоcти, измеряют и регулируют расход растворителя на приготовление шихты, определяют заданное значение расхода шихты в промежуточную емкость в зависимости от расхода шихты на полимеризацию и уровня шихты в промежуточной емкости, определяют соотношение концентрации мономеров в шихте, определяют соотношение концентраций растворителя и мономеров в шихте. Определяют по расходам очищенной возвратной фракции, первого мономера, второго мономера и растворителя на приготов- ление шихты соотношение расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточ- ную емкость и соотношение расходов растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость. Определяют заданное значение соотношения расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежу- точную емкость по начальному значению этого соотношения и уровню очищенной возвратной фракции в буферной емкости. Формируют управляющее воздействие регулятору расхода второго мономера в зависимости от значения соотношения расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, заданного значения этого соотношения и заданного значения расхода шихты в промежу- точную емкость. Корректируют заданное значение соотношения концентраций мономеров в шихте и заданное значение соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте в зависимости от отклонений их текущих значений от заданных оператором-технологом. Определяют заданное значение соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость по скорректированному заданному значению соотношения концентраций мономеров в шихте и скорректированному заданному значению соотношения концентрации растворителя и мономеров в шихте. Определяют заданное значение соотношение расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежу- точную емкость по скорректированному заданному значению соотношения концентраций мономеров в шихте, скорректиро- ванному заданному значению соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте и заданному значению соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость. Определяют заданное значение соотношения расходов растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость по скорректированному заданному значению соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте, заданному значению соотношения расходов возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость. Формируют управляющее воздействие регулятору расхода очищенной возвратной фракции на приготовление шихты в зависимости от значения соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, заданного значения этого соотношения и заданного значения расхода шихты в промежуточную емкость. Формируют управляющее воздействие регулятору расхода первого мономера на приготовление шихты в зависимости от значения соотношения расходов первого мономера на приготовления шихты и шихты в промежуточную емкость, заданного значения этого соотношения и заданного значения расхода шихты в промежуточную емкость. Формируют управляющее воздействие регулятору расхода растворителя на приготовление шихты в зависимости от значения соотношения расходов растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость и заданного значения этого соотношения и заданного значения расхода шихты в промежуточную емкость. Совокупность новых приемов регулирования, в сочетании с известными, обеспечивает повышение точности автоматического регулирования состава шихты (соотношения концентраций мономеров в шихте и соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте) и снижение затрат на получение тонны каучука. Это происходит по следующим причинам. Измерение и регулирование уровня шихты в промежуточной емкости дает возможность системе управления оперативно реагировать на изменение этого уровня и не допускать больших отклонений уровня шихты в ту или другую сторону. Это, с одной стороны, обеспечивает запас по управлению, т. е. возможность изменения расходов очищенной возвратной фракции, мономеров, растворителя, расхода шихты на полимеризацию как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. С другой стороны, поддерживанием уровня в заданных пределах достигается исключение таких ситуаций, когда происходит переполнение или опорожнение емкости. Такие ситуации приводили бы к резким изменениям указанных расходов или к останову процесса полимеризации. И то, и другое отрицательно скажется на точности регулирования состава шихты и приведет к увеличению затрат на получение тонны каучука. Предлагаемый способ автоматического управления предусматривает корректировку заданного соотношения концентрации мономеров в шихте и заданного соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте, что существенно улучшает точность регулирования состава шихты при подаче на приготовление шихты двух или более мономеров и в конечном итоге положительно сказывается на качество получаемого каучука. Это происходит потому, что в этом случае при отклонении от заданного значения соотношения концентраций мономеров в шихте произойдет изменение (см. формулу 19 и 20) заданного значения соотношения расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость (Sдшз), а также заданного значения соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость (Sвшз). А так как определение соотношений Sдшз, Sвшз осуществляется на основе материального баланса узла приготовления шихты, то выполнение корректировки приведет к устранению отклонения, причем это произойдет оптимальным образом. Аналогичным образом осуществляется корректировка заданного соотношения концентраций растворителя (Sтшз) и мономеров в шихте. В этом случае изменение коснется не только соотношения Sтшз, но и Sвшз, Sдшз(формулы 19, 20, 21). Предлагаемый способ управления предусматривает также измерение и регулирование расхода растворителя на приготовление шихты и формирование управляющего воздействия регулятору расхода растворителя на приготовление шихты, что и обеспечивает возможность изменения соотношения Sтшз. В качестве промежуточной величины в предлагаемом способе управления используется не отношение расходов мономера и очищенной возвратной фракции, а соотношения расходов каждого из потоков и расхода шихты, т. е. соотношение расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость, соотношение расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость и соотношение расходов растворителя на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость. Эти соотношения более стабильные, чем, например, соотношение расходов мономера и очищенной возвратной фракции, и в большей степени зависят от регулируемых величин - от соотношения концентраций мономеров в шихте и соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте. Сущность изобретения поясняется примером его выполнения и чертежом, на котором изображена система, реализующая данный способ автоматического управления. На схеме показаны: смеситель 1, промежуточная емкость 2 для хранения шихты, насос 3, технологический узел 4 полимеризации и дегазации, ректификационная колонна 5, буферная емкость 6 для хранения возвратной фракции, насос 7, управляющий вычислительный комплекс (УВК) 8, датчик 9 уровня шихты в промежуточной емкости 2, датчик 10 расхода шихты на полимеризацию, хроматограф 11, датчик 12, регулятор 13 и клапан 14 для регулирования расхода возвратной фракции на приготовление шихты, датчик 15, регулятор 16 и клапан 17 для регулирования расхода растворителя на приготовление шихты, датчик 18, регулятор 19 и клапан 20 для регулирования расхода первого мономера (дивинила) на приготовление шихты, датчик 21, регулятор 22 и клапан 23 для регулирования расхода второго мономера (пиперилена) на приготовление шихты и датчик 24 уровня возвратной фракции в буферной емкости 6. На приготовление шихты подают четыре потока: поток возвратной фракции (неочищенной) от узла полимеризации и дегазации 4, поток первого мономера (дивинила), поток второго мономера (пиперилена), поток растворителя (толуола). Очищенную возвратную фракцию, первый мономер и растворитель подают на безобъемный смеситель 1. Второй мономер подают в ректификационную колонну 5. В эту колонну подают также возвратную фракцию от узла полимеризации и дегазации, В колонне 6 происходит очистка (регенерация) возвратной фракции и очистка второго мономера. Очищенную возвратную фракцию, содержащую растворитель, первый и второй мономеры, небольшое количество примесей, подают из колонны 5 в буфеpную емкость 6. Очищенную возвратную фракцию из буферной емкости 6 насосом 7 подают в смеситель 1, в который подают также первый мономер и растворитель. В отдельных случаях может быть применена схема, в которой предусмотрена подача второго мономера не в ректифика- ционную колонну 5, а в безобъемный смеситель 1. Предлагаемый способ автоматического управления может быть применен при этом без изменений. Приготовленная углеводородная шихта поступает из смесителя 1 в промежуточную емкость 2, откуда насосом 3 ее подают на узел 4 полимеризации и дегазации, где получают готовую продукцию - синтетический каучук. Способ автоматического управления процессом приготовления углеводородной шихты в производстве синтетического каучука осуществляют следующим образом. С помощью хроматографа 11 осуществляют хроматографический анализ углеводородной шихты. Отбор пробы на хроматографических анализ производят после смесителя 1. По результатам хроматографического анализа шихты определяют концентрации мономеров в шихте и концентрацию растворителя в шихте. Измеряют расходы мономеров и очищенной возвратной фракции на приготовление шихты, уровень очищенной возвратной фракции в буферной емкости 6, расход шихты на полимеризацию. Регулируют расходы мономера и возвратной фракции на приготовление шихты. Дополнительно измеряют уровень шихты в промежуточной емкости 2, расход шихты на полимеризацию, измеряют и регулируют расход растворителя на приготовление шихты. Определяют заданное значение расхода шихты в промежуточную емкость 2 (Fшзi) в зависимости от расхода шихты на полимеризацию и уровня шихты в промежуточной емкости 2: E2i = H2i - H2з (1) Fшзi=![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996023.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996024.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996025.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996026.gif)
Sвшi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996027.gif)
Sдшi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996028.gif)
Sпшi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996029.gif)
Sтшi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996030.gif)
Fдi - текущее значение расхода первого мономера (дивинила) на приготовление шихты, кг/ч;
Fпi - текущее значение расхода второго мономера (пиперилена) в ректификационную колонну (на приготовление шихты), кг/ч; Fтi - текущее значение расхода растворителя (толуола) на приготовление шихты, кг/ч. Определяют заданное значение соотношения расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежу- точную емкость по начальному значению этого соотношения и уровню очищенной возвратной фракции в буферной емкости 6;
H6 зi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996031.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996032.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996033.gif)
Sпшзi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996034.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996035.gif)
Н6min1, H6max1 - минимальное и максимальное допустимые значения уровня, при нарушении которых включается регулятор уровня в буферной емкости, % ; E6i - рассогласование между значением уровня возвратной фракции в буферной емкости 6 и его заданным значением, % ; Snшзо, Snшзi - начальное и заданное значение соотношений расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость 2; К5, К6, К7 - настроечные параметры. Причем второй мономер, необходимый для приготовления шихты, подается в большинстве случаев не в безобъемный смеситель 1, аналогично другим компонентам шихты, а на вход ректификационной колонны 5. Формируют управляющее воздействие регулятору расхода второго мономера в зависимости от значения соотношения расходов второго мономера на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость 2, заданного значения этого соотношения и заданного значения расхода шихты в промежуточную емкость 2:
Fпзi= Sпшзi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996036.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
Fшзi - заданное значение расхода шихты в промежуточную емкость 2, кг/ч; К8, К9 - настроечные параметры;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
Kсдпзi= Kдпзо+K10(Kдпi-Kопдпз)+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996037.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
Kстмзi= Kтмзо+K12(Kтмi-Kоптмз)+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996038.gif)
Кдпзоп - заданное оператором-технологом значение соотношения концентраций мономеров в шихте;
Кдпзо - начальное заданное значение соотношения концентраций мономеров в шихте; Кдпзic - скорректированное заданное значение соотношения концентраций мономеров в шихте, К10, К11, К12, К13 - настроечные параметры. Определяют заданное значение соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость по скорректированному заданному значению соотношения концентраций мономеров в шихте, скорректированному заданному значению соотношения концентрации растворителя и мономеров в шихте:
Sвшзi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996039.gif)
Сх - концентрация примесей в углеводородной шихте, масс. доли. Определяют заданное значение соотношения расходов первого мономера на приготовление шихты и шихты в промежу- точную емкость по скорректированному заданному значению соотношения концентраций мономеров в шихте, скорректи- рованному заданному значению соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте, заданному значению соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость:
Sдшзi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996040.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996041.gif)
Сдв - концентрация первого мономера в очищенной возвратной фракции (принимается постоянной), масс. доли. Определяют заданное значение соотношения расходов растворителя (толуола) на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость 2 по скорректированному заданному значению соотношения концентраций растворителя (толуола) и мономеров (дивинила и пиперилена) в шихте, заданному значению соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приго- товление шихты и шихты в промежуточную емкость 2:
Sтшзi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996042.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Fтi + Fвi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
Fдi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
Fвi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
Стi + Cдi + Cпi + Схi = 1, (25)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996043.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996044.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996045.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996046.gif)
Sтшi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996047.gif)
Sвшi=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996048.gif)
Формируют управляющее воздействие регулятору расхода очищенной возвратной фракции на приготовление шихты в зависимости от значения соотношения расходов очищенной возвратной фракции на приготовление шихты и шихты в промежуточную емкость 2 заданного значения этого соотношения и заданного значения расхода шихты в промежуточную емкость 2:
Fвзi= Fвшзi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996049.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
Fдзi= Fдшзi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996050.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
Fтзi= Fтшзi
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/299/2996051.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
(32) где К18, К19 - настроечные коэффициенты. Экспериментальная проверка предлагаемого способа автоматического управления, проведенная в производстве низкомо- лекулярного дивинилпипериленового каучука СКДП-Н подтвердила его эффективность. На данном объекте объем (вместимость) промежуточной емкости 2 для хранения шихты составляет 4м3, а объем буферной емкости для хранения возвратной фракции равен 10м3. Соотношение концентраций мономеров в шихте задавалось на уровне 0,5, в соотношение концентраций растворителя и мономеров в шихте - на уровне 0,2. Концентрация дивинила в потоке дивинила изменялась в пределах 92-95 % . Содержание дивинила, пиперилена и толуола в возвратной фракции колебалась соответственно в пределах: 5-10% , 57-73% , 16-30% . Пределы измерения расходов: дивинила (0-1552 кг/ч), пиперилена (0-1403 кг/ч), толуола (0-390 кг/ч), возвратной фракции (0-2350 кг/ч). Точность автоматического регулирования соотношения концентраций мономеров в шихте и соотношения концентраций растворителя и мономеров в шихте повысилась соответственно с
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1