DD299517A5

DD299517A5 - Verfahren zur automatischen aktualisierung des sollwertes fuer die regelung von destillationsprozessen

Info

Publication number: DD299517A5
Application number: DD32860889A
Authority: DD
Inventors: Klaus Damert; Ronald Voigt
Original assignee: Buna Ag,De
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1992-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Destillationsprozessen zur Trennung von Styren und Ethylbenzen mit hoher Reinheitsforderung fuer den Leichtsieder und niedriger Reinheitsforderung fuer den Hochsieder unter niedrigem Druck, der durch Heizleistungsaenderungen in nicht vernachlaessigbarer Weise beeinfluszt wird, bei automatisch dem Zulauf nachgefuehrtem Ruecklauf. Erfindungsgemaesz wird der Regelung der Heizleistung die Differenz zwischen einer zeitverzoegerten Temperatur in der Untersaeule und der Kopftemperatur zugrunde gelegt, wobei der Sollwert laufend in Abhaengigkeit von Zulaufaenderungen aktualisiert wird.{Destillation; Regelung; Regelguete; Qualitaetsregelung; Energieeinsparung; Zweistoffsystem; Siedepunkt; Ruecklauf; Heizleistung; Kopftemperatur; Styren; Ethylbenzen}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Es ist bekannt (z. B. Ulimanns Encyclopädie der technischen Chemie, Bd. 2, S. 534 ff.), daß in einem solchen Fall ein einschleifiger Regelkreis verwendet werden kann, wobei als Stellgröße sinnvollerweise die Heizleistung und als Regelgröße eine Temperatur

im unteren Teil der Kolonne genutzt wird. Ein solches Vorgehen hat sich in vielen Jahren bewährt, ist aber im energetischen Sinn noch nicht optimal.

Das betrifft insbesondere den Druckeinfluß. Wird der Soll-Wert für die Regelgröße nicht entsprechend den tatsächlichen Druckverhältnissen nachgeführt, kommt es zu Qualitätsabweichunyen in Kopf und Sumpf. Es ist bekannt (Rose, L. M. ,Destillation Design in Practice" Elsevier, 1985, S. 176), daß die Druckabhängigkeit durch Verwendung

einer Temperaturdifferenz eliminiert werden kann. Die damit leider verbundene Problematik („inverse response") ist dort diskutier die Wirkungsrichtung der Regelung kann sich umkehren.

In der Praxis verfährt man so, daß der Soll-Wert so hoch angesetzt wird, daß die Kolonne fast an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit betrieben wird. Die hohen Qualitätsanforderungen an die Leichtsieder werden so meist übertroffen, mit Sicherheit aber eingehalten. Für die Hochsieder ergibt sich jedoch eine relativ stark schwankende Qualität, im Mittel wird mehr Energie als notwendig für die Trennung aufgewendet. Der wesentliche Nachteil der bisherigen Regelung ist, daß nicht jederzeit für die Regelgröße der Soll-Wert zur Verfügung steht,

mit dessen Hilfe sich die Qualitätsanforderungen mit geringstem Energieaufwand realisieren lassen.

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 bezüglich des Leichtsieders und niedrige bezüglich des Hochsieders zu erfüllen haben, unter niedrigem Druck, dor durch Heizleistungsänderungen in nicht vernachlässigbare Weise beeinflußt wird, und der Rücklauf dem Zulauf nachgeführt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der Soll-Wert in Abhängigkeit von der Zulaufmengenänderung AF mit Hilfe einer spezifischen, einmal ermittelten Beziehung, die quantitativ den Zusammenhang zwischen Zulaufänderung und damit verbundener Temperaturänderung in der Kolonne beschreibt, um ΔT, = f (AF) fortlaufend korrigiert und als Regelgröße für die Heizleistung die Differenz T„(t) - T\ verwendet wird, wobei T\ = T\(t) = oT_k (t) + (1 - a)T_k(t - At) gilt, T_k(t) bzw. T_u(t) die aktuell zur Zeit t gemessenen Temperaturen am Kopf bzw. in der Untersäule sind und der Parameter α (0 < α < 1) die Zeitverzögerung vom Kopf der Kolonne bis zur Meßstelle T₁₁ beinhaltet.

Bei großer Zeitverzögerung (experimentell oder über Modell ermittelbar) ist α eine kleine Zahl nah 3 Null, bei geringer Zeitverzögerung dagegen eine Zahl nahe 1.

-2- 299 517 Ausfuhrungsbelsplele

LVerglelchsbeieplel Betrachtet wird die Trennung eines Ethylbenzen/Styrengemlsches in einer Kolonne mit 52 Böden. Die Einlaiifkonzentration von Ethylbenzen ist 60%, im Sumpf soll sie 25%, im Kopf mindestens 98% betragen. Nach dem Stand der Technik erfolgt eine

ungeregelte Fahrwelse der Kolonne: die Heizleistung wird vorgegeben, der Rücklauf wird von Hand verstellt, wenn

Konzentrationsmessungen an Kopf oder Sumpf zu große Abweichungen ergeben. Auf diese sehr robuste Art läßt sich die Kopfkonzentration Im gewünschten Bereich halten, für die Sumpfkonzentration ergeben sich allerdings beträchtliche · Schwankungen.

2. Die Kolonne nach Beispiel 1 wird erfindungsgemäß geregelt. Der Rückstand wird verzögert dem Zulauf nachgeführt, sodaß im

Mittel das Rücklaufverhältnis konstant bleibt. Mit Hilfe eines speziellen Rechenprogramms zur stationären Durchrechnung einer Kolonne, wobei die Änderung des Druckverlustes jedes Bodens in Abhängigkeit von der Gasbelastung explizit berücksichtigt

wird, wird für unterschiedliche Zuläufe F bei konstantem Rückiaufverhältnis die Temperatur an der unteren Meßstelle T_U(F) (hier

Boden S von unten gezählt) berechnet. Im allgemeinen ist für die Abhängigkeit von F die Beschreibung durch ein einfaches Polynom ausreichend. Steht ein solches Programm nicht zur Verfügung, lassen sich die T₁₁(F) auch experimentell direkt an der Kolonne bestimmen: für vorgegebenen Zulauf gewünschtes Rücklaufverhältnis einstellen und Heizleistung so lange variieren,

bis an den Kopf und Sumpf die gewünschten Qualitäten erreicht sind.

Bezogen auf den mittleren Zulauf FO stellt man die gewünschte Soll-Temperatur T,(F) in der Form T,(F) = T(FO) + b1 · AF + b2 · AF · AF

dar. Als Regelgröße für die Heizwertregelung wird nun T_u(t) -T*_k verwendet, wobei T^# _k = T^# _k(t) = aT_k(t) + (1 - a)T_k(t -At) gilt, T_k(t) die aktuelle Kopftemperatur, T_u(t) die aktuelle Temperatur auf Boden 5 ist und der Soll-Wert der Regelung T,(F) gemäß obiger Vorschrift fortlaufend der gemessenen Abweichung A F(t) des Zulaufs von seinem stationären Wert nachgeführt wird. Der Wert von α hängt von der Kolonnengröße und der Abtastzeit At ab, im konkreten Fall wurde für At = 2sa = 0,001 gewählt. Mit dieser Regelung wird die Kopfreinheit mit nur geringer Toleranz eingehalten, auch die Sumpfkonzentration weist nur noch geringfügige Schwankungen auf, was von besonderem Vorteil ist, da das Sumpfprodukt gleichzeitig Einlauf einer anderen Kolonne ist. Der Heizdampfeinsatz wird auf das unbedingt notwendige Maß reduziert.

Claims

Verfahren zur automatischen Aktualisierung des Soll-Wertes für die Regelung von Destillationsprozessen zur Trennung von Styren und Ethylbenzen, die in bekannten Kolonnen durchgeführt werden und hohe Reinheitsforderungen bezüglich des Leichtsieders und niedrige bezüglich des Hochsioders zu erfüllen haben, unter niedrigem Druck, der durch Heizleistungsänderungen in nicht vernachlässigbarer Weise beeinflußt wird, und der Rücklauf dem Zulauf nachgeführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Soll-Wert in Abhängigkeit von der Zulaufmongenänderung ΔΡ mit Hilfe einer spezifischen, einmal ermittelten Beziehung, die quantitativ den Zusammenhang zwischen Zulaufänderung und damit verbundenerTemperaturänderung in der Kolonne beschreibt, um AT₁ = f(AF-) fortlaufend korrigiert und als Regelgröße für die Heizleistung die DifferenzT_u(t) - T\verwendetwi;d,wobeiT*_k = T*_k(t) = aT_k(t) + (1 - a)T_k(t - At) gilt, T_k(t) bzw. T_u(t) die aktuell zur Zeit t gemessenen Temperaturen am Kopf bzw. in der Untersäule sind und der Parameter α (0 < α < 1) die Zeitverzögerung vom Kopf der Kolonne bis zur Meßstelle T_u beinhaltet.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Aktualisierung des Soll-Wertes für die Regelung von Destillationsprozessen zur Trennung von Styren und Ethylbenzen, die In bekannten Kolonnen durchgeführt werden und hohe Reinheitsforderungen bezüglich des Leichtsieders und niedrige bezüglich des Hochsieders zu erfüllen haben, unter niedrigem Druck, der durch Heizleistungsänderungen in nicht vernachlässigbarer Weise beeinflußt wird und der Rücklauf dem Zulauf nachgeführt wird.