DD299268A5 - Verfahren zur automatischen aktualisierung des sollwertes fuer die regelung von destillationsprozessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Rektifikationsprozessen zur Trennung von Stoffen mit eng benachbarten Siedepunkten vorzugsweise des Stoffsystems Styren/Ethylbenzen in Vakuumkolonnen, wobei an Kopf und Sumpf hohe Reinheitsforderungen zu erfuellen sind. Zur Regelung wird eine Mehrgroeszenregelung nach dem Stand der Technik eingesetzt, deren Stellgroeszen Heizleistung und Ruecklauf sind, wobei erfindungsgemaesz eine Regelgroesze die Summe einer Temperatur aus der Obersaeule und einer Temperatur aus der Untersaeule bildet, als zweite Regelgroesze die Konzentrationsdifferenz von Sumpfprodukt im Kopf und Kopfprodukt im Sumpf verwendet und der Sollwert der ersten Regelgroesze fortlaufend Zulaufaenderungen gemaesz einem einmal ermittelten Zusammenhang nachgefuehrt wird.{Rektifikation; Regelung; Regelguete; Qualitaetsregelung; Energieeinsparung; Mehrgroeszenregelung; Temperatursumme}

Description

Ausführungsbeispiele

1. Vergleichsbeispiel

Betrachtet wird die Regelung einer Kolonne zur Trennung von Styren und Ethylbenzen nach dem fortgeschrittenen Stand der Technik (Differenz der Verunreinigungen in Kopf und Sumpf regeln Rücklauf). Die Kolonne hat 80 Böden, einen Zulauf von ca. 7 mVh eines Gemisches von etwa 42% Styron und 58% Ethylbenzen. Die Fbinheitsforderungen bind: Ethylbenzen im Kopf größer als 99%, im Sumpf kleiner als 0,8%. Diese Forderungen liegen an der Auslegungsgrenze der betrachteten Kolonne. Das Rücklaufverhältnis liegt dann bei 6. Der Kopfdruck wird separat konstant gehalt' n. Die folgenden Aussagen über die Regelung beruhen auf Simulationsrechnungen mit dem dynamischen Modell einer existierenden Kolonne.

Die Sumpfheizleistung wird stabilisiert, jedoch verzögert Änderungen im Zulauf nachgeführt, so daß im stationären Fall ein vorgegebenes Rücklaufverhältnis eingehalten wild. Bei geringen und langsamen Änderungen des Zulaufs arbeitet diese Regelung zur Zufriedenheit. Boi schnellen Änderungen ergeben sich dagegen relativ breite Toleranzbänder für Kopf- und Sumpfkonzentrationen. Bleibende Soll-Wert-Abweichungen gibt es bei diesen Konzentrationen, wenn der Zulauf stark gestört ist.

2. Die Kolonne des 1. Beispiels wird erfindungsgemäß geregelt. Basierend auf dynamischen Simulationsrechnungen für sprungförmige Stellgrößenänderungen wurde eine Mehrgrößenregelung nach Jumar (msr, Berlin 28 [19851, S.302-305) eingesetzt. Mit Hilfe eines stationären Kolonnonberechnungsprogrammes wurde einmalig in Form einer Regressionsgleichung der Zusammenhang zwischen der Summe der Temperaturen der Böden 18 und 46 und dem'Zulauf ermittelt, wenn sowohl Kopfais auch Sumpfkonzentration ihron geforderten Werten entsprechen: dT, = f(dF). Dieser Zusammenhang zwischen der Änderung der Temperatursumme dT, und der verursachenden Zulaufänderung dF läßt sich mit ausreichender Genauigkeit durch die Beziehung

dT, = f(dF) = a · dF + b · (dF)²

beschreiben.

Stellgrößen des Mehrgrößenreglers sind Rücklauf und Heizlei lung, als erste Regelgröße wird die Summe der Temperaturen von Boden 18 bzw. 46 verwendet, als zweite Regelgröße die Differenz der Konzentrationen der Verunreinigung in Kopf und Sumpf. Während der Soll-Wert der zweiten Regelgröße konstant bleibt, wird der Soll-Wert der ersten Größe kontinuierlich gemäß der einmal ermittelten Beziehung f(dF) dem aktuellen Zulauf nachgeführt.

Durch simultane Verstellung beider Stellgrößen lassen sich Zulaufstörungen deutlich besser ausregeln, sonst übliche bleibende Regelabweichungen bei großen Änderungen des Zulaufs treten praktisch nicht mehr auf.

Claims (1)

1. Verfahren zur automatischen Aktualisierung des Soll-Wertes für die Regelung von Destillationsprozessen zur Trennung von Styren und Ethylbenzen, die in bekannten Kolonnen durchgeführt worden und hohe Reinheitsforderungen sowohl bezüglich der Leicht- als auch der Hochsieder zu erfüllen haben unter niedrigem Druck, der durch Heizleistungsänderungen in nicht vernachlässigbarer Weise beeinflußt wird, mittels einer bekannten Mehrgrößenregelung für die * Stellgrößen Heizleistung und Rücklauf, gekennzeichnet dadurch, daß als erste Regelgröße die Summe je einer Temperatur aus der Ober- und einer Temperatur aus der Untersäule der Kolonne und als zweite Regelgröße die Differenz der Konzentration des Sumpfproduktes im Kopf und die des Kopfproduktes im Sumpf verwendet und der Soll-Wert für die Temperatursumme in Abhängigkeit von der Zulaufmengenänderung mit Hilfe einer einmal in bekannter Weise ermittelten Beziehung, die quantitativ den Zusammenhang zwischen Zulaufänderung und damit verbundener Änderung der Temperatursumme beschreibt, fortlaufend korrigiert wird.

   Anwendungsgebiet

   Dm Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Aktualisierung des Soll-Wertes für dio Regelung von Lestillationsprozessen zur Trennung von Styren und Ethylbenzen, die in bekannten Kolonnen durchgeführt werden und hohe Reinheitsforderungen sowohl bezüglich der Leicht- als auch der Hochsieder zu erfüllen haben unter niedrigem Druck, der durch Heizleistungsänderungen in nicht vernachlässigbarer Weise beeinflußt wird.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Üblicherweise werden Destillationskolonnen mit Hilfe voneinander unabhängiger einschleifiger Regelkreise betrieben (siehe u.a. P.B. Desphande „Destillation Dynamics and Control", Instrument Society of Amerika 1985 und L.M.Rose .Distillation Design in Practice" Elsevier 1985). Da es sich oft um räumlich sehr ausgedehnte Apparate handelt, führt die Verwendung einschleifiger Regelkreis? zu relativ langen Übergangsvorgängen bei Störungen. Damit verbunden sind größere Toleranzen für die Qualitäten auf längere Zeit. Eine wesentliche Verkürzung dieser Zeiten ist möglich durch den Einsatz von Mehrgrößenregelungen, die beim Auftreten von Störungen durch gleichzeitige koordinierte Nutzung aller Stellgrößen in optimalerWeise reagieren. Ein sehr praktikables Verfahren für Mehrgrößenregelungen mit tuning-Eigenschaften ist bereits mehrfach praktisch eingesetzt worden (msr, Berlin 28 {19851, S. 302-305). Es beruht auf der Auswertung von Sprungantwortfunktionen, d. h., man verstellt sprungartig eine Stellgröße und registriert die resultierenden Regolgrößenänderungen. Bei der simulativen Erprobung des Konzeptes für die Regelung eine" Kolonne zur Trennung von Styren und Ethylbenzen ergeben sich jedoch ernsthafte Probleme. Die Regelgrößenänderungen hängen in diesem Fall stark asymmetrisch von der Stellgrößenänderung ab, d.h., eine Reglerauslegung auf Basis positiver Stellgrößenänderungen führt zu einem völlig anderen Regler als wenn man negative Stellgrößenänderungen zugrunde legt. Theoretisch hängt das damit zusammen, daß Auslegungsverfahren für Mehrgrößenregler lineare Systeme voraussetzen und gegen Abweichungen von diesor Voraussetzung nicht sehr robust sind. Für Trennprobleme, die sich durch eng benachbarte Siedepunkte und gleichzeitig niedrigen Druck auszeichnen, ist jedoch diese Linearität nicht einmal näherungsweise gegeben.

   Ziel der Erfindung

   Es ist das Ziel der Erfindung, die Destillation von Zweistoffgemischen mit eng benachbarten Siedepunkten in energetischer Hinsicht zu verbessern.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Aktualisierung des Soll-Wertes für die Regelung von Destillationsprozessen zur Trennung von Styren und Ethylbenzen zu entwickeln, die in bekannten Kolonnen durchgeführt werden und hohe Reinheitsforderungen sowohl bezüglich der Leichtsieder als auch der Hochsieder zu erfüllen haben unter niedrigem Druck, der durch Heizleistungsänderungen in nicht vernachlässigbarer Weise beeinflußt wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem als erste Regelgröße die Summe je einer Temperatur aus der Ober- und einer Temperatur aus der Untersäule und als zweite Regelgröße die Differenz der Konzentration des Sumpfproduktes im Kopf und die des Kopfproduktes im Sumpf verwendet und der Soll-Wert der Temperatursumme in Abhängigkeit von der Zulaufmengenänderuno mit Hilfe einer spezifischen, einmal ermittelten Beziehung, die quantitativ den Zusammenhang zwischen Zulaufänderung und damit verbundener Änderung der Temperatursumme beschreibt, fortlaufend korrigiert wird.