книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

цы раздела фаз в дву* хранилищах предусмотрено па случай остановки одного из них на ремонт или чистку.

Обычно регулирование границы раздела осуще­ ствляется в том хранилище, из которого забирают смо­ лу на дальнейшую переработку. Такое решение принято вследствие недостаточной емкости сборника для надсмолыгой воды и ограничений со стороны цеха улавли­ вания по приему ее на переработку в аммиачно-обес- феноливающее отделеиие.

Автоматический контроль температуры смолы осу­ ществляется термопарами 17а, 18а и 19а, подключенны­ ми к многоточечному прибору 96. Для измерения влаж­ ности смолы применяют нестандартный датчик 23а, принципиальная схема которого дана' на рис. 19; реги­ стрируется влажность на вторичном приборе ЭПР-09МЗ 236. Для оперативного контроля влажности смолы, передаваемой на переработку, предусмотрена световая сигнализация превышения максимально допу­ стимого предела по содержанию в ней влаги (Л4).

Общий расход пара и количество смолы, передавае­ мой в отделение дистилляции, учитываются диафраг­ мами 21а, 22а, дифманометрами 216, 226 и вторичными регистрирующими приборами 21в и 22в.

Установка датчиков и размещение приборов

Термопары 9а, 10а, 17а, 18а и 19а устанавливают в защитных чехлах из нержавеющей стали на расстоя­ нии 3 м от верхней кромки хранилищ смолы. Датчики уровня общей массы монтируют в хранилищах с таким расчетом, чтобы чувствительный элемент (мембрана) располагался на высоте 3—4 м от пода. Датчики поло­ жения границы раздела фаз смола—вода крепят на верхних люках хранилищ, используя для этого направ­ ляющие, обеспечивающие вертикальное перемещение поплавка в пределах не менее 3 м.

Местные приборы для измерения границы раздела фаз и уровня общей массы в емкостях Іа —7а, На—16а и 20а устанавливают в утепленных шкафах вблизи объ­ ектов.

Дифманометры 216, 226 монтируют на местных щи­ тах в помещении насосной и подключают к диафрагмам через мембранные разделители, предназначенные для защиты приборов от агрессивных сред и повышенных температур. Датчик влагомера устанавливают в поме­

61

щении насосной на байпасе трубопровода, по которому смола^перекачивается в отделение дистилляции. Элект­ ронный блок влагомера монтируется на местном щитке вблизи датчика.

Вторичные приборы 1г, 4в, 6в, 7в, 96, 14в—16в, 21в—23в, пиевмотумблеры и сигнальные лампы разме­ щают на центральном щите склада смолы, установлен­ ном в специальном помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Пневмореле, функцио­ нальные блоки, регуляторы и электрооборудование мон­ тируют на специальных панелях за щитом КИП.

III ДИСТИЛЛЯЦИИ СМОЛЫ

1.СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТОВ

Процессы, протекающие в аппаратах отделения дис­ тилляции, как указывалось ранее, можно классифици­ ровать на гидродинамические, термодинамические, теп­ ловые и диффузионные. Такие процессы под влиянием управляющих воздействий и воздействий со стороны ка­ чественных изменений исходного сырья, а также огра­ ничений, накладываемых на режим конструктивными особенностями аппаратуры и требованиями основных и смежных участков, представляют собой совокупность сложных взаимосвязанных превращений, объединенных технологической схемой.

Исследование статических характеристик таких процессов затруднительно, так как практически не всег­ да удается выделить из совокупности влияния взаимо­ связанных факторов влияние какого-либо одного фак­ тора. Поэтому изучать статику процесса фракциони­ рования каменноугольной смолы следует сначала в условиях максимального упрощения (активным мето­ дом), а затем для сравнения — в условиях нормальной работы всех аппаратов технологической схемы (пассив­ ным методом).

Для исследования статических характеристик ак­ тивным методом определяют влияние отдельных факто­ ров на технологический режим при сохранении осталь-

62

Ных параметров по возможности постоянными. При установившихся режимах фиксируют значения техноло­ гических параметров по контрольно-измерительным приборам и одновременно анализируют качественный состав исходных, промежуточных и конечных продуктов, после чего вносят возмущение по одному из исследуе­ мых факторов на величину + 1 0 -4-2 0 % от его номиналь­ ного значения. Для астатических объектов (не обладаю­ щих свойством самовыравнивания) опыт считается за­ конченным, когда возмущаемый параметр начинает изменяться с постоянной скоростью, а для объектов, об­ ладающих свойством самовыравнивания (статических), опыт считается законченным, когда возмущаемый пара­ метр достигает нового установившегося значения.

Пассивный метод исследования статических харак­ теристик заключается в накоплении и последующей об­ работке информации о состоянии технологического про­ цесса при помощи методов математической статистики, в частности методов множественной корреляции [7—9]. Этот метод дает возможность обработкой статистиче­ ского или экспериментального материала получить уравнение множественной регрессии, описывающее из­ менение среднего значения функции при изменении од­ ного или нескольких аргументов. Надежность такого уравнения зависит’от объема и достоверности получен­ ной информации.

Для статистических уравнений, описывающих про­ цессы фракционирования каменноугольной смолы, мож­ но принять линейную форму стохастической связи, так как диапазон изменения входных параметров не превы­ шает 5—10% от их номинального значения и, следова­ тельно, в рабочих интервалах характеристики зависи­ мостей без больших погрешностей могут быть аппрокси­ мированы прямыми.

Уравнения множественной регрессии следует рассчи­ тывать в двух формах:

а) в стандартизованном масштабе, ■ б) в натуральном масштабе.

Введение стандартизованного масштаба дает воз­ можность оценить стохастическую связь между исследу­ емыми величинами и проследить влияние технологиче­ ских параметров на ход процесса, поскольку все пере­ менные выражены в сравнимых единицах (сигмах). В таких уравнениях величина коэффициентов регрессии

63

при аргументах характеризует силу влияния каждой переменной па функциональный признак, а знак коэф­ фициента указывает па наличие прямой или обратной связи.

Ниже в общем виде даны формулы перевода уравне­ ний множественной регрессии из натурального'масштаба в стандартизованный:

натуральный масштаб

стандартизованный масштаб

где

tхі — средиестандартизованные значения функции и ар­ гумента;

Уравнения, представленные в натуральном масштабе, позволяют подстановкой текущих значений параметров технологического процесса (аргументов) вычислять значения выходных параметров (функции).

Ниже приведены статические характеристики аппа­ ратов двухколонных и одноколонных трубчатых агрега­ тов, полученные при исследовании процесса фракциони­ рования каменноугольной смолы активным и пассивным методами. Статистические материалы обработаны на вычислительной машине.

Д ВУХК О ЛО Н Н Ы Е ТРУБЧ А ТЫ Е А ГРЕГА ТЫ .

ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ

Активный метод исследования

Для получения статических и динамических харак­ теристик трубчатой печи активным методом в качестве возмущающих воздействий были выбраны входные па­ раметры: а) расход коксового газа; б) расход смолы на I и II ступени; в) величина тяги; г) расход водяного пара.

64

В период переходных процессов и в установившихся режимах регистрировались следующие параметры:

температура: смолы до I ступени; после I секции I ступени; после I ступени на переходном колене, после лобового экрана II ступени; отходящих газов на пере­ вале печи; водяного пара; до пароперегревателя и пос­ ле пароперегревателя;

расход: коксового газа; смолы, поступающей на I и II ступени; водяного пара на пароперегреватель;

величина тяги в боровах трубчатой печи.

При изменении тяги дополнительно регистрировали температуру дымовых газов в боровах и отбирали про­ бы отходящих дымовых газов для определения коэффи­ циента избытка воздуха.

Каждым из выбранных параметров вносился ряд возмущений, величина которых соответствовала; ±10;

рис. 23—26 приведены статические характеристики трубчатой печи.

Статические характеристики, как видно из графиков, в исследованных интервалах прямолинейны, а угол на­ клона прямых характеризует степень чувствительности выходных величин трубчатой печи от возмущающих воздействий. Анализ данных, приведенных на рис. 23, показывает, что наибольшее повышение температуры нагрева смолы с увеличением расхода коксового газа происходит в трубах потолочного экрана змеевика II ступени.

Исследование влияния тяги на температуру нагрева смолы и водяного пара в элементах змеевиков трубча­ той печи (рис. 24) показало, что при увеличении тяги температура нагрева смолы во II ступени t3 снижается, температура нагрева смолы в I ступени и температу­ ра дымовых газов в боровах трубчатой печи t%увеличи­ ваются. Влияние величины тяги на температуру водяно­ го пара после пароперегревателя И незначительно и для практики им можно пренебречь.

Величина тяги особенно сильно влияет па коэффици­ ент избытка воздуха. Из рис. 24 видно, что самый эко­ номичный режим горения наблюдается при тяге, вели­ чина которой составляет 8 мм вод. ст. Следовательно, существует оптимальное значение тяги, зависящее от теплоты сгорания коксового газа, атмосферных усло­ вий (так как тяга естественная) и других неучтенных факторов, соответствующих определенному расходу коксового газа для заданного в каждом конкретном случае температурного режима печи.

На рис. 25 представлены данные, характеризующие влияние расхода смолы на выходные параметры труб­ чатой печи. Из этих данных следует, что изменение расхода смолы в I ступени в основном влияет на темпе­ ратуру ее нагрева в змеевике I ступени и незначительно влияет на нагрев смолы в змеевике II ступени, а также на нагрев водяного пара.

Изменение расхода смолы во II ступени влияет толь­ ко на температуру ее нагрева в змеевике II ступени.

Результаты опытов по изучению влияния расхода водяного пара на температуру его перегрева приведены на рис. 26. Из этих данных видно, что температура пере­ гретого водяного пара не зависит от его расхода, так как в новых установившихся состояниях температура практически оставалась неизменной. Это объясняется незначительным количеством пара, подаваемого на пе­

66

регрев, по сравнению с величиной поверхности паропе­ регревателя.

Вследствие того, что невозможно внести скачкооб­ разные возмущения по каналам: а) влажность смолы —

Расход смолы, м 3/ч

+

t-

§475|- &•

температура нагрева смолы в I ступени; .6) температура смолы во II ступени — температура размягчения пека в испарителе II ступени, эти зависимости определяли расчетом при математической обработке статистических данных.

Пассивный метод исследования

В качестве зависимых и независимых переменных приняты следующие параметры:

Хі — температура смолы после I ступени;

Процессы нагрева смолы в I и II ступенях печи в об­ щем виде можно представить уравнениями:

где Х\ и Ха — зависимые переменные; х3—х7— независимые переменные.

Процесс, происходящий в испарителе II ступени, выра­ жается уравнением

*8 = / (*2, Л'э) ,

где х8— зависимая переменная; 2 и х9— независимые переменные.

Для определения численных значений коэффициен­ тов регрессии в уравнениях и вероятностной стохастиче­ ской связи между зависимыми и независимыми пере­ менными применен метод множественной корреляции.

Ниже приведены статистические уравнения множе­ ственной регрессии, характеризующие взаимосвязь за­ висимых и независимых переменных в процессах нагре­ ва смолы в трубчатой печи и отделения фракций от пека в испарителе II ступени:

Для определения степени влияния каждого парамет­

68

В рассматриваемых уравнениях коэффициенты при переменных выражены в сравнимых единицах и показы­ вают, как менялась бы функция в зависимости от рас­ сматриваемого признака при закреплении остальных параметров па постоянном уровне. Например, в уравне­

1)основное влияние на температуру нагрева смолы

вI и II ступенях трубчатой печи оказывает коксовый газ;

2)величина тяги больше влияет на температуру на­ грева смолы в I ступени;

3)заметное влияние на температуру нагрева смолы

вI ступени оказывает влажность смолы;

4)температура размягчения пека в испарителе II ступени в основном зависит от температуры нагрева смолы после II ступени (при условии, что в испаритель не подается перегретый водяной пар).

Анализ статистических уравнений множественной регрессии подтверждает, правильность полученных ак­ тивным методом статических характеристик трубчатой печи и дополнительно дает возможность определить

69

нагрева смолы в змеевике II ступени [уравнения (III-7), (НМО)].

АНТРАЦЕНОВАЯ (П ЕКО ВА Я) КОЛОННА

Активный метод исследования

Исходя из физико-химических основ процесса и тех­ нологического режима, в качестве возмущающих воз­ действий были выбраны количество орошения, подавае­ мого на верх колонны, и количество отбора I антрацено­

*іо~*із— отгон до 360° С и отгон до 300° С I и II антра­ ценовых фракций соответственно.

Пробы I и II антраценовых фракций отбирали через каждые 15 мин и анализировали их качество в соответ­ ствии с ТУ. Исследование проводили скачкообразным изменением выбранных величин в установившихся ре­ жимах при выдержке остальных параметров по возмож­ ности постоянными. Статические характеристики антра­ ценовой колонны по основным каналам представлены на рис. 27—30.

Влияние на режим расхода рефлюкса. Изменение ко­ личества рефлюкса, подаваемого на верх колонны, в ос­ новном оказывает влияние на качество I антраценовой фракции. Эти зависимости приведены на рис. 27, из ко­ торых видно, что с увеличением расхода рефлюкса по­ вышается количество отгонов до 300 и 360° С I антраце­ новой фракции, а качество II антраценовой фракции при этом заметно не меняется. Кривая 2 на рис. 27 име­ ет больший угол наклона по сравнению с кривой 4. Это

70