ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Управление на основе математических моделей

Активный поиск «на процессе» оптимальных пара­метров технологического режима получения карбамида оказался недостаточно эффективным из-за значительной длительности про­цедуры поиска и необходимости при этом сравнительно частой отработки промежуточных режимов, включая и явно нежелатель­ные, т. е. далекие от оптимального. Поэтому были разработаны алгоритмы оптимизации производства карбамида по математи­ческим моделям 18, 23—25].

Основу математической модели агрегата получения карбамида как сложной химико-технологической системы (ХТС) составляют балансовые уравнения агрегата в целом и математические описа­ния технологических процессов, протекающих в отдельных узлах системы. Указанный математический аппарат позволяет рассчи­тывать состав всех материальных потоков агрегата получения карбамида.

К числу показателей, существенно влияющих на работу всех узлов технологической схемы, прежде всего относится степень превращения С02. При постоянной нагрузке колонны синтеза по С02 и фиксированных значениях температуры и давления величина зависит от L и W. Возможность расчетного определе­ния состава и количества рециркулируемого раствора позволяет решать задачу стабилизации значений L и W. Величина L стабили­зируется УВМ изменением подачи жидкого NH3 в колонну синтеза. Для стабилизации W можно использовать несколько приемов: изменение подачи орошающей воды в промывную колонну или в конденсатор II ступени дистилляции, изменение содержания паров воды в газах десорбции, направляемых в конденсатор II сту­пени, за счет управления режимом работы дефлегматора, устанав­ливаемого в узле десорбции и др. В АСУТГІ производства карба­мида значения W стабилизируются изменением с помощью УВМ нормы подачи воды, в рецикл 123].

Эксплуатация АСУТП показала, что, как и следовало ожидать, при L < 4,5 максимальное значение соответствует минималь­ным удельным энергетическим затратам в производстве.

Рассмотрим задачи автоматического регулирования процесса дистилляции плава синтеза карбамида. Степень отгона NH3 из плава синтеза в аппаратах дистилляции 1 ступени при прочих равных условиях находится в обратной зависимости от величины избыточного давления Рд1. С другой стороны, степень конденсации отогнанного NH3 при температуре конденсации устанавливае­мой для каждого производства в соответствии с конкретными условиями обеспечения взрывобезопасной эксплуатации узлов конденсации и абсорбции, увеличивается с повышением Рд;. В соответствии со способом 124] выбор оптимального значения отвечающего всем требуемым условиям, осуществляет УВМ.

Значение величины РА[ (в МПа) определяется как сумма парциаль­ных давлений аммиака и инертов в сдувочных газах из выражения:

0,<Шк-0,7 +

Где qCo2, — соответственно нагрузка колонны синтеза по газообразному С02 и заданное количество NH3 в сдувочных газах, т/ч; Ыич — объемная доля инертных газов в С02, доли ед.; 0,0981 (0,41 f,. — 0,7) — эмпирическое уравнение для расчета пар­циального давления NH3 в сдувочных газах, МПа.

Таким образом, независимые переменные в правой части урав­нения — Ясо2> Л'ин и їк> значения которых измеряются соответ­ствующими датчиками, например, дифманометром в комплекте с измерительной диафрагмой, хроматографом и термопарой.

Оптимальные значения температур дистилляции I и II ступеней t, a и /дИ выбираются так, чтобы расчетная величина концентрации NHg в плаве на выходе из системы дистилляции каждой ступени не превышала бы допустимых значений.

Наконец, математическую модель процессов синтеза и дистил­ляции можно использовать для регулирования подачи охлаждаю­щей воды в первый по ходу газа конденсатор возвратного NH3 с тем, чтобы сжижать в нем такое количество NH3 (загрязненная фракция), которое необходимо для орошения промывной колонны.

Расчет материального баланса агрегата позволяет непрерывно получать удобную для оперативного использования информацию о составе потоков между аппаратами. Управление параметрами рецикла приводит к снижению масштаба рецикла и повышает хв. Это, с одной стороны, обусловливает, как было отмечено выше, снижение энергозатрат на выделение и рекуперацию непрореаги­ровавших веществ, а с другой стороны, дает возможность увели­чить объем производства за счет повышения ритмичности работы, лучшего использования и более полной загрузки оборудования.

Управление двухступенчатой выпаркой состоит в поддержании концентрации карбамида в растворе, поступающем на грануляцию, не ниже 99%. Для обеспечения этого необходимо знать связь температуры раствора /в!1 (в °С) с остаточным давлением РвЧ (в Па) в выпарном аппарате II ступени и концентрацией Хк (моль­ная доля) упариваемого раствора. Такая связь была установлена путем обработки на ЭВДМ данных [261 по равновесию в системе CO(NH2)2—Н20 и выражается в виде уравнения (V.2). УВМ рас­считывает необходимое значение tWA по поступающему от датчика значению РвП при заданной Хк. При этом паровой эжектор второй ступени работает на полную мощность, т. е. вакуум в этой ступени определяется нагрузкой и нерегулируемой температурой охлаж­дающей воды. Вычисленное значение /в11 выдается регулятору в качестве задания, что и обеспечивает при управлении постоян­ство величины Хи.

Отметим некоторые другие — кроме возможности решения задач управления технологическим режимом — преимущества использования в цехе карбамида АСУТП применительно к зада­чам, которые раньше ставились и решались традиционными сред­ствами. С применением УВМ для сбора и переработки информации о ходе технологического процесса полностью или частично отпала необходимость регистрации в журнале дежурным персоналом показаний многочисленных приборов, при этом обеспечивается синхронность фиксирования показателей технологического режима и состава материальных потоков, а при нарушениях режима срабатывает сигнализация; резко снизилась потребность в отборе проб на анализ; существенно возрос объем информации за счет определения расчетным путем показателей, недоступных для прямого измерения. Наконец, УВМ обеспечила автоматический учет пробега оборудования и одновременно с показателями режима определение также технико-экономических показателей, что позво­лило осуществлять оперативный контроль за эффективностью работы производства.