Разработка функциональной схемы автоматизации узла изомеризации пентана в изопентан (стр. 4 из 6)
Если температура наверху колонны выше нормы, необходимо увеличить подачу флегмы в колонну. При этом, однако, прежнего количества подводимого тепла в кубе будет недостаточно и избыток флегмы не испарится в кубе, а перейдет в остаток. Поэтому одновременно с увеличением подачи флегмы надо увеличить подвод тепла, чтобы температура внизу колонны не стала ниже нормы.
Подачу флегмы регулируют изменением отбора дистиллята: при частичной конденсации путем регулирования количества подаваемой в дефлегматор воды, при полной конденсации при помощи вентиля на линии отбора дистиллята. Подвод тепла в кубе регулируется изменением подачи греющего пара.
Регулирование процесса ректификации производится также путём изменения количества и состава подаваемой смеси. При изменении количества смеси меняется производительность установки и соответственно должно быть отрегулированы подвод тепла в кубе и подача флегмы. Существенное влияние оказывает изменение состава смеси. Для сохранения требуемого состава дистиллята надо уменьшить его отбор.
Отбор остатка регулируется обычно так, чтобы уровень жидкости в кубе был постоянным. Если, вследствие увеличения подачи смеси уровень жидкости в кубе повышается, следует увеличить отбор остатка.
В колоннах непрерывного действия наиболее целесообразно применять автоматическое регулирование, например, по следующей схеме:
1) отбор дистиллята управляется регулятором температуры верхней части колонны;
2) подача пара управляется регулятором температуры нижней части колонны;
3) отбор остатка управляется регулятором уровня жидкости в кубе.
Использование сложных колонн позволяет получить несколько фракций продуктов в одной ректификационной системе. Отпарные колонны предназначены для отделения низкокипящих компонентов из фракций нефтепродуктов, и для их нормальной работы необходимо создать паровое орошение. Нагревание кубового продукта отпарных колонн в печи приводит к ряду проблем. Происходит частичное термическое разложение продуктов и ухудшается качество продукции. Требуется усложнение конструкции основной печи или установка дополнительной печи. При использовании теплообменников-испарителей также требуется печь и высокотемпературный промежуточный теплоноситель, что существенно усложняет систему и увеличивает энергозатраты. Возможно использование в испарителях в качестве теплоносителя горячих потоков, например кубового продукта основной колонны. Однако коэффициент теплопередачи при передаче тепла от органической жидкости к кипящей органической жидкости сравнительно невелик и требуется теплообменник с большой поверхностью теплообмена. Кубовый остаток основной колонны используют для нагрева сырья или других потоков, и экономия тепла в отпарной колонне приводит к увеличению энергозатрат в других частях установки. Тепловой поток в печах или теплообменниках достаточно сложно регулировать. В куб основной колонны подают перегретый водяной пар, который обычно перегревают в основной печи. Использование этого пара в отпарных колоннах не требует дополнительного теплообменного оборудования, расход водяного пара сравнительно просто регулируется, водяной пар конденсируется в конденсаторах основной колонны и вода достаточно просто отделяется от нефтепродуктов, водяной пар взрыво- и пожаробезопасен. Поэтому в большинстве случаев для создания парового орошения в отпарных колоннах используют подачу перегретого водяного пара.
Процесс перегонки нефтепродуктов имеет ряд особенностей. Отметим, что существует большая разность температур между верхом и низом основной колонны, расход паров и жидкости существенно изменяется по высоте колонны от тарелки к тарелке. Снизу вверх по колонне расход пара и жидкости увеличивается. Часть жидкости отбирают в отпарные колонны, а из отпарных колонн в основную колонну поступают дополнительные потоки пара. Меняется соотношение между расходом пара и жидкости, что влияет на эффективность процесса ректификации. Для уменьшения расхода пара и увеличения расхода жидкости используют промежуточное циркуляционное орошение. Для повышения эффективности разделения целесообразно использовать множество циркуляционных орошений, но на практике обычно используют циркуляционные орошения только в местах отбора жидкости в отпарные колонны. Использование водяного пара для создания парового потока в отпарных колоннах имеет ряд недостатков. Повышаются энергозатраты на перегонку и конденсацию, увеличивается нагрузка по пару в колоннах, снижается производительность колонн, образуется большое количество загрязненных сточных вод. В условиях колонны водяной пар не конденсируется и практически не растворяется в нефтепродуктах , то есть он является инертным агентом. Наличие инертного агента существенно влияет на тепломассообмен и снижает качество фракционирования. Количество подаваемого пара в колоннах атмосферной перегонки нефти может достигать 3,5% на исходное сырье, а объемная доля водяного пара в верху основной колонны часто превышает 50%. В основной колонне конденсация происходит при наличии водяного пара, а жидкость, подаваемая в отпарные колонны, практически не содержит воду. Чтобы достичь температуры кипения и обеспечить достаточно высокую долю отгона, отношение расхода водяного пара к расходу жидкости в отпарной колонне должно быть не ниже, чем в основной колонне. Долю отгона можно увеличить также за счет перегрева водяного пара, но теплоемкость водяного пара невелика, а перегрев водяного пара требует дополнительных затрат. Поэтому для достижения высокой доли отгона и обеспечения требуемого качества фракционирования расход водяного пара должен быть достаточно большим. Существует оптимальный расход водяного пара, превышение которого перестает давать ощутимый результат. То есть доля отгона, достигаемая при подаче водяного пара, ограничена, и это ограничивает возможность повышения качества фракционирования в отпарных колоннах.
Технический результат достигается также тем, что для регулирования производительности испарителя используют изменение расхода конденсата из межтрубного пространства испарителя.
2.4 Выбор и обоснование средств регулирования
Необходимость регулирования расхода возникает при автоматизации практически любого непрерывного процесса. АСР расхода, предназначенные для стабилизации возмущений по материальным потокам, являются неотъемлемой частью разомкнутых систем автоматизации технологических процессов. Часто АСР используют как внутренние контуры в каскадных системах регулирования других параметров. Для обеспечения заданного состава смеси или для поддержания материального и теплового балансов в аппарате применяют системы регулирования соотношения расходов нескольких веществ в одноконтурных или каскадных АСР.
Объектом при регулировании расхода является участок трубопровода между точкой измерения расхода, например местом установки служащего устройства 1 и регулирующим органом 2 (рисунок 6).
Рисунок 6 - Принципиальная схема объекта при регулировании расхода
1 — измеритель расхода
2 — регулирующий клапан
Для регулирования расхода используем регулятор расхода жидкости РРЖ(М) 65-210 (рисунок 7). Данный регулятор предназначен для регулирования потока жидкости. Предназначен преимущественно для нефтяного производства и также имеется автоматизированный режим регулирования процессом. Характеристики данного регулятора приведены в таблице 8.
Рисунок 7 - Регулятор расхода жидкости РРЖ(М) 65-210
Таблица 8
| Рабочее давление, кгс/см² | 160, 210, 320 |
| Установочное положение | любое |
| Управление регулятором | ручное, автоматизированное |
| Рабочая среда | вода, солёная вода, нефтепродукты, пар, газ |
| Циклов срабатывания:- с ручным управлением- с автоматическим | до 10000до 300000 |
Для регулирования температуры будем использовать регулятор температуры дистанционный РТС-ДО(ДЗ). Регулятор температуры прямого действия типа РТС-ДО(ДЗ), предназначен для автоматического поддержания температуры регулируемой среды путём изменения расхода пара, жидких и газообразных сред (рисунок 8). Технические характеристики регулятора указаны в таблице 9.
Рисунок 8 - Регулятор температуры дистанционный РТС-ДО(ДЗ)
Таблица 9
| Диапазоны настройки регулируемой температуры, °С | 0-100; 100-200 |
| Температура регулируемой среды, °С | от 0 до + 225 |
| Условная пропускная способность, Kv, М3/Ч | 2,5; 4; 6,3; 10; 16,0; 25,0; 40,0; 63,0; 100; 160; 250; |
| Условное давление, МПа | 1,6; 1,0 |
Поддержание постоянного уровня жидкости в емкости является не менее важным параметром регулирования в узле изомеризации пентана в изопентан. В качестве регулятора будем использовать регулятор уровня жидкости EKC 347 (рисунок 9).
Рисунок 9 - Регулятор уровня жидкости EKC 347
Данный контроллер используется для регулирования уровня жидкости в насосных резервуарах, сепараторах, промежуточных охладителях, экономайзерах, конденсаторах, ресиверах. Принцип работы заключается в следующем: датчик сигнала постоянно регистрирует уровень хладагента в резервуаре. Контроллер получает этот сигнал и затем открывает и закрывает вентиль, так что уровень хладагента всегда поддерживается в заданных границах. Технические характеристики данного регулятора приведены в таблице 10.