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Dokumentenidentifikation DE69120799T2 09.01.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0503173
Titel Anlageaktivierungsanzeigegerät
Anmelder Information Service, International Dentsu, Ltd., Tokio/Tokyo, JP;
Technosystems K.K., Tokio/Tokyo, JP;
Naka, Yuji, Yokohama, Kanagawa, JP
Erfinder Naka, Yuji, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, JP;
Takiyama, Hiroshi, Kanagawa, JP
Vertreter Kohler Schmid + Partner, 70565 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 69120799
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 04.03.1991
EP-Aktenzeichen 913017687
EP-Offenlegungsdatum 16.09.1992
EP date of grant 10.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.01.1997
IPC-Hauptklasse G05B 23/02

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung, die geeignet ist zur Verwendung in einer realen Einheit, von der man erwartet, daß sie Anlagevorgänge ruhig und sicher durchführt, beispielsweise Anlauf-, Abschalt- und Notfallabschaltvorgänge einer chemischen Anlage, oder zur Anlageaktivierungsberechnung durch simulierte Anlagevorgängen.

Viele chemische Anlagen weisen eine sehr große Anzahl von Anlagekomponenten auf, einschließlich Kolonnen und Gefäße, beispielsweise Reaktoren, Destillationskolonnen, Wärmetauscher etc., und Transportvorrichtungen, beispielsweise Pumpen, ein hochentwickelten Rohrnetz, Ventile und dergleichen. Die Anlageoperationen am Ort einer chemischen Anlage, die bis ins kleinste Detail geprüft werden, sind in Standardbetriebsverfahren oder dergleichen beschrieben. Der allgemeine Anlagenbetrieb wird üblicherweise in Übereinstimmung mit den folgenden drei Arten von Informationen überprüft. Die erste Information betrifft die Struktur der chemischen Anlage. Diese Information schließt die Arten der die Anlage bildenden Einheiten, die Höhe und Anordnung jeder Einheit, die Zustände der Verbindung zwischen den Einheiten, die Ausrüstung, die erforderlich ist, um einen nicht stationären Betrieb, beispielsweise einen Anlaufbetrieb, durchzuführen, die Anfangs- und Endzustände in der Anlage etc. ein. Die zweite Information betrifft die Verfahrensschritte zum Betreiben der Einheiten, und die dritte Information betrifft das Ausführungstiming für das Ausführen jedes Schrittes des Verfahrens.

Herkömmlich beginnt beim Entwerfen einer Anlage das Anlagebetriebsverfahren für den Anlaufvorgang mit der Überprüfung, wenn das einfache Fließschema fertiggestellt ist, Dies ist unten mit Bezug auf Fig. 29 beschrieben. Zuerst bestimmt ein Entwerfer, der das Betriebsverfahren im Kopf hat, die erforderliche Leitungsnetzanordnung und die Anordnung von Pumpen, Hauptventilen etc. Dann untersucht der Entwerfer die Schritte des Anlaufbetriebsverfahrens. Die Beziehung zwischen der Absicht des Entwerfers, die Anlage zu betreiben, und der Anlagenstruktur ist oft für einen anderen Entwerfer schwierig zu verstehen. Üblicherweise ist ein Anlagenentwerfer kein Bediener, so daß der Bediener oft die Absicht des Entwerfers bzgl. des Betriebsverfahrens nicht völlig verstehen kann oder der Entwerfer nicht verstehen kann, was dieser Bediener erwartet, wie das Betriebsverfahren sein soll.

Diese Probleme tragen zu der Tatsache bei, daß es keine bestimmten Methoden gibt, den Verfahrensentwurf, sein Betriebsverfahren und das Timing für seine Ausführung trotz der unmittelbaren Beziehung zwischen ihnen eindeutig zu verbinden. Es ist insbesondere wünschenswert, daß das Ausführungstiming sowie die herkömmlichen Steuersysteme in einem Verteilungssteuersystem (DCS) registriert werden und aufeinanderfolgend auf dem Anzeigeschirm einer Betriebsunterstützvorrichtung angezeigt werden. Verschiedene Probleme werden durch eine unbestimmte Darstellung der Beziehungen zwischen den in Fig. 29 gezeigten vier Elementen verursacht, nämlich dem Anlagenaufbau, dem Betriebsverfahren, dem Ausführungstiming und der Betriebsunterstützungsvorrichtung.

Sogar wenn zum Beispiel das PFD (Verfahren-Fließschemadiagramm) und das P & ID (Rohrleitungsnetz- und Meßgeräteausrüstungs-Diagramm) in der Entwurfsphase fertiggestellt sind, erfordert das Beschreiben des Anlaufverfahrens des Abschaltverfahrens etc. in den Handbüchern viel Zeit. Die Ausarbeitung von Handbüchern ist bisher noch nicht systematisiert worden, und jeder leitende Entwerfer oder Entwerferin bestätigt seine oder ihre geplanten Schritte des Verfahrens an den fertiggestellten Fließschemata einen nach dem anderen, was viel Zeit erfordert. Da es wahrscheinlich ist, daß Fehler gemacht werden, und es wahrscheinlich ist, daß das zu beschreibende Verfahren in verschiedenen Ausdrücken beschrieben wird, wird es sehr schwierig sein, daß das Verfahren von den Benutzern (insbesondere von den Bedienern) verstanden wird. Der Vorgang, um die Beschreibung des Verfahrens in den computerunterstützten Betriebsunterstützungsschirm zu konvertieren, ist, wie man glaubt, eine unabhängige Arbeit, die ebenfalls viel Zeit und Arbeit erfordert.

Chemische Anlagen werden oft modifiziert oder auf Vordermann gebracht, wobei dabei das Betriebsverfahren und das Ausführungstiming gleichzeitig modifiziert werden sollten. Herkömmlicherweise sind jedoch modifizierte Abschnitte der Anlage und die damit verbundene Modifikation des Betriebsverfahrens nicht deutlich beschrieben, so daß eine genaue Modifikation sehr viel Zeit und Arbeit erfordert. In diesem Fall sollte der Betriebsunterstützungsbildschirm ebenfalls modifiziert werden, was ebenfalls sehr viel Zeit erfordert.

Da die Beziehung zwischen dem Betriebsverfahren und dem Ausführungstiming nicht deutlich in der Entwurfsphase dargestellt wird, ist es wahrscheinlich, daß die Ventile etc. an den falschen Stellen positioniert werden. Eine derart entworfene Anlage erfordert große Anstrengungen, um die Ventile etc. zu betreiben, sowie komplizierte Vorgänge.

Beim Verkürzen der Anlaufzeit ist es außerdem sehr schwer, sich mit den erforderlichen Eingangsvorrichtungen oder -ausrüstung vertraut zu machen oder zu wissen, wie das Betriebsverfahren und das Ausführungstiming zu modifizieren sind.

Wenn eine chemische Anlage eine kombinierte Einheit umfaßt, die einige Einheiten integriert, ist der Unterschied zwischen dem Betriebsverfahren, um die einzelnen zusammengestellten Einheiten getrennt zu betreiben, und dem, um die kombinierte Einheit zu betreiben, nicht klar. Es ist daher oft schwierig zu bestimmen, ob das Betriebsverfahren, um die einzelnen Einheiten getrennt zu betreiben, auf den kombinierten Einheitentyp angewandt werden kann.

Herkömmlich bekannt sind einige Studien bezüglich der Darstellung des Anlagenbetriebsverfahrens, obwohl sie bislang nicht zufriedenstellend sind. Diese Studien stellen die folgenden Entscheidungsmethoden von Betriebsverfahren bereit:

(1) Ein auf der Annahme beruhendes Verfahren, daß der Ventilbetrieb das Betriebsverfahren für eine chemische Anlage kontrolliert, wenn er so entworfen ist, daß ein Zielfluß von dem Einlaß der Anlage zu dem Auslaß gebildet wird (J.R. Rivas und D.F. Radd, AIChE J., Vol. 20 (2), 320-325 (1974); O'Shima, J. Chem. Eng. Japan, Vol. 11 (5), 390-395 (1978)).

(2) Eine sogenannte automatische Anlaufverfahren-Synthesemethode, bei der die Definitionen der Funktionen der eingesetzten Einheiten streng hierarchisch sind und die Funktionen nacheinander verbunden sind, indem eine Wissens-Engineerings-Näherung verwendet wird (Hwang Kue Suku, Shigeyuki Tomita, Eiji O'shima, Chem. Eng. Reports Vol. 14 (6), 728-738 (1988)).

(3) Eine Methode zum Bestimmen des Anlagenbetriebsverfahrens, indem Schritte des Verfahrens durchgeführt werden, die mit dem Anlagenbetrieb als Wissensgrundlage strukturiert sind (R. Lakshamanan und G. Stephanopoulos, Comput. Chem. Engng Vol 12 (9/10), 985-1002 (1988); R. Lakshmanan und G. Stephanopoulos, Comput. Chem. Engng, Vol 12 (9/10), 1003-1021(1988); R.H. Fusillo und G.J. Powers, Comput. Chem. Engng. Vol 12 (9/10), 1023-1034 (1988)).

Diese Verfahren, um das Anlagebetriebsverfahren zu bestimmen, sind alle ausgebildet, das Betriebsverfahren auf der Basis einer gegebenen Anlagenstruktur zu bestimmen, und sind in den Text durch einfache Bezugnahme aufgenommen. Daher gibt es eine Schwierigkeit beim Beschreiben paralleler Betriebe. Da die Anlagenstruktur in Verbindung mit dem Betriebsverfahren nicht klar beschrieben ist, wenn die Anlagenstruktur sich ändert, ist es schwierig, die Korrelation zwischen der Modifikation der Struktur und der resultierenden erforderlichen Modifikation des Betriebsverfahrens zu verstehen. In diesem Fall sollte das Betriebsverfahren von Anfang an neu überdacht werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung bereitzustellen, die eine klare Darstellung der Beziehung zwischen dem Verfahrensdesign, den Operationen und dem Ausführungstiming sicherstellen kann und die es auch zuläßt, daß die Anzeige als ein Bildschirm verwendet werden kann, um den Anlagenbetrieb zu unterstützen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung zur Verwendung in einer Anlage bereitgestellt, bei der verschiodene Punkte von Anlagekomponenten durch Knoten dargestellt werden, einschließlich wenigstens eines Systemeingangsknotens, durch den ein Fluid extern zu der Anlage geliefert wird, und wenigstens eines Systemausgangsknotens, durch den ein Fluid aus der Anlage herausfließt, wobei die benachbarten Knoten miteinander über Fluiddurchgänge verbunden sind, wobei eine Transporteinrichtung und/oder eine Ventileinrichtung, die einen Fluidfluß in einer bestimmten Richtung erzeugen, in der Mitte jedes der Fluiddurchgänge an gewünschten Positionen vorgesehen sind. Die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfmdung ist gekennzeichnet durch:

eine Ausgabeeinrichtung, um alle durch die Fluiddurchgänge fließenden Fluide entsprechend dem Typ und der Phase der Fluide zu kategorisieren, um nacheinander jedes der kategorisierten Fluide mit einer bestimmten Phase von dem Systemeingangsknoten zu dem Systemausgangsknoten zu verfolgen und um sequentiell die Anordnungen der verfolgten Knoten in einer Richtung anzuzeigen;

eine Speichereinrichtung, um Betriebsbedingungen für die Transporteinrichtung und/oder die Ventileinrichtung vorher zu speichern;

eine Sensoreinheit zum Erfassen von Daten, um zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen für die Transporteinrichtung und/oder die Ventileinrichtung erfüllt sind oder nicht;

und eine Steuereinrichtung, um nacheinander zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen für die Transporteinrichtung und/oder die Ventileinrichtung erfüllt sind oder nicht, indem von der begonnen wird, die an der Systemeingangsknotenseite angeordnet ist und um zu bewirken, daß die Ausgabeeinrichtung eine deutliche Anzeige macht, daß die in Frage stehende Transporteinrichtung und/oder Ventileinrichtung betrieben werden sollten, wenn die entsprechenden Betriebsbedingungen erfüllt sind, und daß eine deutliche Anzeige von nur den Fluiddurchgängen zwischen solchen Knoten gemacht wird, durch die auf Grund des Betriebs der Transporteinrichtung und/oder der Ventileinrichtung Flüsse bewirkt werden.

Falls erforderlich, können die Anlagekomponenten eine Wärme austauschende Komponente aufweisen. In diesem Fall ist wenigstens einer der Knoten mit einem Knoten der Wärme austauschenden Komponente durch Energieübertragung verbunden, wobei die Wärme austauschende Komponente an der Ausgabeeinrichtung in der Nahe der Energie übertragenden Knoten in einer Parallelbeziehung angezeigt wird. Die Fluide, die durch die Fluiddurchgänge fließen, welche mit demjenigen Knoten verbunden sind, der Energie mit dem Knoten der Wärme austauschenden Komponente austauscht, werden als identisch kategorisierte Fluide angesehen, wenn die Fluide ihren Phasenzustand um den in Frage stehenden Knoten herum ändern. Falls erforderlich, weisen die Anlagekomponenten eine Puffereinrichtung auf, die als ein Knoten angezeigt werden soll.

Anlagevorgänge, beispielsweise der Anlaufbetrieb, sollen im wesentlichen Flüsse eines Fluids in einem gewünschten Zustand zwischen den Knoten der Anlagekomponenten erzeugen, indem eine "Flußsteuerung" zwischen den Knoten und, falls erforderlich, eine "Puffersteuerung" bewirkt werden. Folglich basiert die vorliegende Erfindung auf dem Verständnis, daß das Anlagebetriebsverfahren und das Ausführungstiming in Verbindung mit der Leitungskonfiguration der Anlage angezeigt werden können, indem nacheinander jedes der kategorisierten Fluide mit einer bestimmten Phase von dem Systemeingangsknoten zu dem Systemausgangsknoten verfolgt wird und indem die Anordnungen der verfolgten Knoten in einer Richtung angezeigt wird. Das Anlagebetriebsverfahren und das Ausführungstiming, die an der Ausgabeeinrichtung auf die oben genannte Weise angezeigt werden, d.h. die Ablaufdiagramme der Anlage, werden entlang der Fluidflüsse oder in Verbindung mit der Leitungskonfiguration dargestellt.

Ein automatischer Betrieb wird ermöglicht, indem die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Transporteinrichtung und/oder der Ventileinrichtung aufweist, so daß die Antriebseinrichtung veranlaßt wird, die Transport- und/oder Ventileinrichtung anzutreiben, wenn die Betriebsbedingungen erfüllt sind.

Die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann als eine Simulationsunterstützvorrichtung oder als ein Entwurfunterstützwerkzeug verwendet werden, indem die Sensoreinrichtung durch eine Simulationssignal-Ausgabeeinrichtung ersetzt wird, um ein simuliertes Signal auszugeben, damit die Betriebsbedingungen an der Transporteinrichtung und/oder der Ventileinrichtung gleichzeitig erfüllt werden. In dieser Anordnung wird nacheinander bestimmt, ob die Betriebszustände für die Transporteinrichtung und/oder die Ventileinrichtung erfüllt sind oder nicht, indem von der einen, die an der Systemeingangsknotenseite angeordnet ist, gestartet wird in Abhängigkeit von der Präsenz des Simulationssignals der Simulationssignal-Ausgabeeinrichtung. Die Ausgabeeinrichtung wird veranlaßt, eine deutliche Anzeige zu machen, daß die betreffende Transporteinrichtung und/oder Ventileinrichtung betrieben werden sollten, wenn die entsprechende Betriebsbedingung erfüllt ist, und eine deutliche Anzeige von nur den Fluiddurchgängen zwischen solchen Knoten zu machen, durch die Flüsse als durch den Betrieb der Transporteinrichtung und/oder der Ventileinrichtung bewirkt angesehen werden.

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden lediglich beispielhaft beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Destillationskolonnensystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, auf welches eine Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung angewandt wird;

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung zeigt, die auf das Destillationskolonnensystem angewandt wird;

Fig. 3 ist ein Fließschema, das eine Leitungskonfiguration einer Destillationskolonne in einem stationären Zustand zeigt;

Fig. 4 ist ein Fließschema, das besonders die Fluidtransporteinrichtung zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das notwendige Pumpen und Ventile zeigt, die dem Fließschema der Fig. 4 hinzugefügt werden;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Anordnung für den Puffer zeigt;

Fig. 7 ist ein Fließschema, das eine für einen stationären Übergangsbetrieb erforderliche Leitungskonfiguration mit einem Gesamtrückfluß zum Zeitpunkt eines Anlaufbetriebes zeigt;

Fig. 8 ist ein Fließschema, das eine für einen stationären Übergangsbetrieb erforderliche Leitungskonfiguration mit einer Zirkulation zu dem Zeitpunkt des Anlaufbetriebes zeigt;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Knotenkonfiguration des Destlllationskolonnensystems der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das auf einer in Fig. 2 gezeigten Anzeigeeinrichtung 44 angezeigt wird;

Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens des Anlaufbetriebes darstellt, der mit Hilfe einer in Fig. 2 gezeigten elektronischen Steuereinrichtung 40 ausgeführt wird;

Fig. 12 ist ein Blockbild, das eine Konfiguration einer Wärmepumpe zeigt, die mit einem Destillationskolonnensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform verbunden ist, auf welche die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung angewandt wird;

Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine Knotenkonfiguration auf der Destillationskolonnenseite gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;

Fig. 14 ist ein Diagramm, das eine Knotenkonfiguration auf der Wärmepumpenseite gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;

Fig. 15 ist ein Ablaufdiagramm, das den Fall darstellt, in welchem nur die Destillationskolonnenseite der zweiten Ausführungsform aktiviert wird;

Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm, das den Fall darstellt, in welchem nur die Wärmepumpenseite der zweiten Ausführungsform aktiviert wird;

Fig. 16A ist ein Ablaufdiagramm, das einen Eingangsbetrieb für die Injektion eines Arbeitsfluids in der Wärmepumpe darstellt;

Fig. 16B ist ein Ablaufdiagramm, das einen Eingangsbetrieb für die Zirkulation eines Wärmetauscher-Arbeitsfluides in der Wärmepumpe darstellt;

Fig. 16C ist ein Ablaufdiagramm, das einen Eingangsbetrieb für eine Zirkulationsleitung eines Kompressors der Wärmepumpe darstellt;

Fig. 16D ist ein Ablaufdiagramm, das einen Eingangsbetrieb für eine Ablaufleitung der warmepumpe darstellt;

Fig. 16E ist ein Ablaufdiagramm, das einen Eingangszustand für die Ventilation der Wärmepumpe darstellt;

Fig. 16F ist ein Ablaufdiagramm, das einen Eingangsbetrieb für eine Überhitzungsschutzleitung des Kompressors der Wärmepumpe darstellt;

Fig. 17 ist ein Diagramm, das eine Knotenkonfiguration zum Verbinden der Destillationskolonne und der Wärmepumpe darstellt;

Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm, das das Destillationskolonnensystem gemaß der zweiten Ausführungsform darstellt;

Fig. 19 ist ein Timing-Diagramm, das Betriebszeiten für die verwendeten Ventile und dergleichen darstellt, wenn das Destillationskolonnensystem in Übereinstimmung mit dem Ablaufdiagramm der Fig. 18 gestartet wird;

Fig. 20 ist ein Timing-Diagramm, das Betriebszeiten für die verwendeten Ventile und dergleichen darstellt, wenn die Anlaufzeit verkürzt wird;

Fig. 21 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Verdampfers darstellt;

Fig. 22 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, ein Ablaufdiagramm für den Verdampfer darzustellen;

Fig. 23 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Selbstwärmetauschreaktors zeigt; Fig. 24 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, ein Ablaufdiagramm für den Reaktor der Fig. 23 darzustellen;

Fig. 25 ist ein Blockbild, das eine Leitungskonfiguration darstellt, um zwei Arten von Fluiden A und B zu einem Tank 100 zu liefern;

Fig. 26 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, ein Ablaufdiagramm darzustellen, das verwendet wird, wenn die Zufuhr des Fluids B gestartet wird, nachdem eine festgesetzte Menge des Fluids A in den Tank eingeführt ist;

Fig. 27 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, ein Ablaufdiagramm darzustellen, das verwendet wird, wenn die Fluide A und B gleichzeitig zu dem Tank geliefert werden;

Fig. 28 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, ein dem in Fig. 26 gezeigten äquivalentes Ablaufdiagramm darzustellen, das verwendet wird, wenn die Fluide A und B gleichzeitig zu dem Tank geliefert werden; und

Fig. 29 ist ein Blockbild, um den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung darzustellen.

Im folgenden wird eine Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wenn sie auf ein Destillationskolonnensystem angewandt wird. Da diese Anzeigevorrichtung als ein Verfahrensentwurfunterstützungsmittel für eine Anlage dient, wird das Anlageentwurfsverfahren zunächst beschrieben.

Leitungskonfiguration für einen stationären Betrieb

Es wird angenommen, daß eine Hauptleitungskonfiguration für den stationären Betrieb und interne Zustände der Anlage vorher in der Stufe des einfachen Verfahrensentwurfes bestimmt sind. Im Prinzip weist eine Destillationskolonne einen Kolonnenabschnitt, einen Aufkocher und einen Kondensor auf, wobei die beiden letzten als Wärme austauschende Elemente dienen. Fig. 3 zeigt die Leitungskonfiguration und Höhe für diese Elemente. In Fig. 3 bezeichnen die Pfeile die Richtungen der Flüsse. Die regelmäßige durchgezogene Linie stellt eine Fluß einer Flüssigkeit, die dicke durchgezogene Linie einen Fluß eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches, die gebrochene Linie einen Fluß eines Gases und die doppelte Linie einen Wärmefluß dar. Ein Kreis (o) bezeichnet den Punkt eines Einlasses, Auslasses oder einer Verzweigung des Fluids. In diesem Fall sind die internen Zustände der Anlage, einschließlich der Flußrate, Zusammensetzung, Druck, Temperatur und der Phase des Fluids, vorher als Simulationsdaten für den stationären Betrieb bestimmt. Weiter wird angenommen, daß die Voraussetzungen für die Auswahl der einzelnen Komponenten, Arbeitsbedingungen, Eingangsbedingungen etc. vorher bestimmt sind und daß die Eigenschaften oder Reaktionsbedingungen des Fluids, beispielsweise die Reaktivität (insbesondere die Polymerisationsfähigkeit), Explosivität, Verbrennbarkeit, Toxizität und Korrosivität sowie andere Bedingungen, einschließlich der Neigung zu Kristallisation, Verfestigung, Verzundern, Aufschlämmung etc. gegeben sind.

(Layout von Pumpen, Ventilen, etc.)

Auf der Basis der obigen Voraussetzungen wird das Layout von für den Anlagenbetrieb erforderlichen Ventilen, Pumpen und so weiter bestimmt. Bei dieser Entscheidung wird das Konzept einer "Flußsteuerung" verwendet, die für die Realisation der vorliegenden Erfindung wesentlich ist.

Das Konzept der "Flußsteuerung" umfaßt zwei Bedeutungen: Die erste bezieht sich auf die Steuerung des Fluidzustandes oder auf die Erzeugung eines Fluidflusses, und die zweite betrifft die Timingsteuerung hauptsächlich für den Ventilbetrieb, um den Fluß zu erzeugen, was unten im Detail beschrieben ist. Für den ersten Steuermodus ist es erforderlich zu untersuchen, wie der Fluß des Fluids im stationären Zustand, wie es in dem Bauplan der Fig. 3 gezeigt ist, erzeugt wird, und eine Einrichtung zu untersuchen, die bewirkt, daß ein Phasenwechsel des Fluids erforderlichenfalls zu einem Wärmeaustausch oder einer großen Druckänderung (Flashverdampfung oder dgl.) führt.

Der schematische Bauplan der Fig. 3 ist daher in der Stufe des PFD-Entwurfes hergestellt. Da die Typen und die Orte eines Materialtanks, eines Kondensors, eines Rückflußtanks, eines Aufkochers, eines unteren Tanks etc. bereits als bekannte Information bestimmt worden sind, werden die Positionen des Einlaßpunktes, des Auslaßpunktes und des Verzweigungspunktes, die jeweils durch (o) angezeigt und in dem Fließschema in Fig. 3 gezeigt sind, neu geschrieben. Und gleichzeitig unterscheiden sich Elemente, beispielsweise Ausstoßeinrichtungen, die externe Kraft verwenden, um einen Fluidfluß zu erzeugen, von denen, die keinen solchen Fluß erzeugen. Fig 4 stellt ein Fließschema dar, das Fluidtransporteinrichtungen unterscheidet. In dieser Ausführungsform sind solche Fluidtransporteinrichtungen, die einen Fluidfluß erzeugen können, ohne externe Kraft zu verwenden, durch Bezeichnungen "G", "S", und "PR" bezeichnet. Die Bezeichnung "G" stellt eine Fluidtransporteinrichtung dar, die das Fluid durch Schwerkraft fördern kann, "S" die Fluidtransporteinrichtung, die das Fluid fördert, indem der Siphon-Effekt verwendet wird, und "PR" die Transporteinrichtung, die das Fluid über einen Druckabfall transportieren kann, welcher aufgrund von Kondensation entsteht.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, benötigen solche Fluide mit Ausnahme von Dampf und den Fluiden, die mit den obigen Symbole versehen sind und die folglich klassifiziert sind, Transporteinrichtungen, die externe Kräfte umfassen. Diese Transporteinrichtungen können Einrichtungen zum Anlegen eines Hochdruckes an das Fluid, um es zu fördern, beispielsweise ein Kompressor, eine Pumpe, eine Ausstoßvorrichtung, und eine Vorrichtung sein, die bewirkt, daß ein Drosselventil mit dem Heizbetrieb zusammenarbeitet, oder eine Einrichtung zum Dekomprimieren des Fluids sein, um es zu fördern, beispielsweise eine Dekompressionspumpe, eine Ausstoßvorrichtung und eine Vorrichtung, die bewirkt, daß ein Drosselventil mit einem Betrieb zusammenarbeitet, um Gas zu kondensieren. Irgend eine Einrichtung kann in Übereinstimmung mit dem Fluidtyp, physikalischen Eigenschaften etc. geeignet gewählt werden.

Gemäß dieser Ausführungsform, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, ist es erforderlich, eine Pumpe P1 zwischen dem Einlaßpunkt für eine Materialzufuhr und der Materialzufuhrstufe der Destillationskolonne, eine Pumpe P2 zwischen dem Rückflußtank des Kondensors und der Spitze der Destillationskolonne, eine Pumpe P3 zwischen diesem Rückflußtank und dem Auslaß für ein Destillat und eine Pumpe P4 zwischen dem unteren Tank und dem Auslaß für ein Destillat (unteres Produkt) an dem Kolonnenboden vorzusehen. Obwohl in Fig. 5 nicht dargestellt, müssen Eingangsvorrichtungen oder Schutzleitungen nur zugefügt werden, wenn es erforderlich ist, indem solche Transporteinrichtungen, die externe Kräfte verwenden, geeignet ausgewählt werden.

Bei dem Destillationskolonnensystem dieser Ausführungsform sollten die Ventile beispielsweise nur gemäß den folgenden Regeln angeordnet werden:

Regel 1: Anordnen eines Ventils auf der Ausstoßseite eirier Pumpe in einer Leitung zur Erhaltung der Pumpe. Es sollte beachtet werden, daß ein Ventil für eine Pumpe, die eine konstante Menge an Fluid hochpumpt, ausgelassen werden kann.

Regel 2: Anordnen eines Ventils auf der Einlaßseite des fleizdampfes für den Aufkocher und eines Entleerungsventils auf der Auslaßseite.

Regel 3: Anordnen eines Ventils an dem Einlaß oder Auslaß des Kühlwassers für den Kondensor.

Regel 4: Anordnen eines Ventils in der ausgehenden Leitung aus dem Tank.

Regel 5: Wenigstens ein Steuerventil (CV) ist erforderlich, wenn mehrere Leitungen aus dem Tank verbunden sind.

Fig. 5 zeigt die Anordnung von Ventilen gemäß den obigen Regeln. Es sollte klar sein, daß die Ventiltypen von ihrer Verwendung und dem Fluidtyp abhängen.

(Anordnung eines Puffers)

Wenn die Anlage in einem stationären Zustand arbeitet, erscheint der Puffer nicht als erforderlich. Hinsichtlich eines nicht stationären Verfahrens, beispielsweise eines Anlauf- oder Abschaltbetriebs, ist der Puffer wichtig beim Bestimmen des Ausführungstimings des Anlagebetriebsverfahrens. Mit anderen Worten wird die oben genannte "Flußsteuerung" ausgeführt, indem der Puffer dort, wo es erforderlich ist, eingerichtet wird und seine Menge gesteuert wird. Insbesondere ist es erforderlich, den Puffer an der stromaufwärtigen Seite einer Pumpe vorzusehen, um einen stabilen Transport des Fluids sicherzustellen. Genau genommen tritt der Wechsel der Fluidphase normalerweise nicht bei einer einheitlichen Geschwindigkeit auf und ist Fluktuationen unterworfen. In dieser Hinsicht wird der Puffer an der Stelle angeordnet, bevor der Phasenwechsel stattfindet, wodurch eine Verweilzeit für den Fluß bereitgestellt wird und Fluidfluktuationen absorbiert werden. Es ist zu beachten, daß der Puffer vorgesehen ist, um die Materialflüssigkeit, das Destillat (unteres Produkt) an dem Kolonnenboden und das Destillat (oberes Produkt) an der Kolonnenspitze zurückzubehalten.

Fig. 6 zeigt die puffer, die auf Grund der obigen Gesichtspunkte angeordnet sind. Ein Materialzufuhrtank H1 ist an dem Punkt, von dem ein Rohmaterial geliefert wird, ein unterer Tank H5 an dem Boden der Destillationskolonne und ein Rückflußtank H8 auf der Destillationsauslaßseite des Kondensors angeordnet. Ein oberer Produkttank H9 ist an der stromabwärtigen Seite des Auslasses für das obere Destillat angeordnet, und ein unterer Produkttank H10 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des Auslasses des unteren Destillats. In Fig. 6 sind diese Tanks durch "0" bezeichnet.

Leitungskonfiguration für den Anlaufbetrieb

Dann wird eine Leitungskonfiguration für den Anlaufbetrieb untersucht, und erforderliche Leitungen werden hinzugefügt. Der sogenannte Gesamtrückflußbetrieb, Zirkulationsbetrieb und Ausflußbetrieb sind als Anlaufbetriebsstrategien bekannt. Vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt sowie hinsichtlich der Verkürzung der Anlaufbetriebszeit ist es jedoch erforderlich, nur die ersten beiden Betriebszustände, d.h. den Gesamtrückflußbetrieb und den Zirkulationsbetrieb, als die Leitungskonfiguration für den Anlaufbetrieb zu untersuchen.

(Leitungskonfiguration für den Gesamtrückflußbetrieb)

Für den Gesamtrückflußbetrieb werden die Materialzuführleitung, die obere Destillatleitung und die untere Destillatleitung unterbrochen, so daß alle Fluide zurückfließen und die Destillate aus dem Rückflußtank H8 bzw. dem unteren Tank H5 Zielzusammensetzungen haben. Ventile V1, V4 und V6 sind an den entsprechenden Leitungen vorgesehen, um sie zu unterbrechen. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, erfordert diese Betriebsstrategie keine zusätzliche Ausrüstung, sondern einfach den offenen/geschlossenen Betrieb der Ventile für den Rückflußzweck.

(Leitungskonfiguration für den Zirkulationsbetrieb)

Der Zirkulationsbetrieb ist eine Betriebsstrategie, bei der das obere und untere Destillat zu dem Materialzufuhrtank H1 zurückgegeben und innerhalb des Betriebs gehalten werden. Für diesen Betrieb ist es wünschenswert, sich zu dem Gesamtrückflußbetrieb zu bewegen, wenn das obere und untere Destillat eine vorbestimmte Zusammensetzung (Temperatur) erreichen. Jedoch kann der Anlaufbetrieb in dem Zirkulationsbetrieb bewirkt werden, bis die Destillate die gewünschte Zusammensetzung (Temperatur) erreichen. Kreislaufleitungen S20 und S21, die von einer oberen Destillatleitung S12 und einer unteren Destillatleitung S14 zurück zu dem Tank H1 verlaufen, sind als vorausgehende Leitungen erforderlich.

Da der Materialzufuhrtank H1, der obere Produkttank H9 und der untere Produkttank H10 alle auf der Erde angeordnet sind, sind Pumpen erforderlich, um die Destillate aus diesen Tanks H9 und H10 zu dem Tank H1 zurückzubringen. Wenn die Schaltventile SV1 und SV2 auf der stromabwärtigen Seite der Ventile V4 und V6 der Destillatleitungen S12 und S14 angeordnet sind und die Kreislaufleitungen S20 und S21 sich von den Ventilen SV1 und SV2 verzweigen, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, werden die Destillate jedoch zurück zu dem Tank H1 über die Pumpen P3 und P4 zirkuliert.

Durch das obige Verfahren ist das einfache Anlagedesign abgeschlossen. Es ist bevorzugt, eine sich ändernde Leitung oder eine Umgehungsleitung für inertes Gas für den Anlaufbetrieb zu untersuchen und darüber hinaus eine Leitungskonfiguration für einen Notfallabschaltbetrieb zu prüfen.

Fig. 9 ist das Fließschema des so ausgebildeten, in Fig. 8 gezeigten Destillationskolonnensystems, wobei Bezugsziffern für die Knoten, das Prozeßfluid und die Ventile vergeben sind. Die Knoten, die die einzelnen Knoten der Anlagekomponenten darstellen, weisen einen Rohrverzweigungspunkt als Teil einer Einheit, eine Einheit wie z.B. einen Wärmetauscher, der keinen Punkt aufweist, um mit anderen Rohren verbunden zu werden, eine Einheit wie z.B. eine Pumpe, die externe Kraft verwendet, einen internen Knoten wie z.B. einen Puffer, einen Systemeingangsknoten, durch den das Prozeßfluid oder Arbeitsfluid extern zu dieser Anlage geliefert wird, und einen Systemausgangsknoten auf, von dem das Fluid aus der Anlage herausfließt. Das Prozeßfluid ist durch die Bezugsziffer "S1" oder dergleichen im Gegensatz zu dem zwischen den benachbarten Knoten fließenden Fluid bezeichnet. Diese Bezugsziffer kann auch als Anzeige des Fluiddurchgangs angesehen werden, durch welchen das Fluid zwischen den Knoten fließt. In einigen Fällen bedeutet der "Fluiddurchgang" nicht nur ein Rohr, sondern auch eine Kolonneneinheit. Folglich liegt ein Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß das Prozeßfluid mit dem Fluiddurchgang in Verbindung gebracht wird.

Eine Zuführleitung S0 zu dem Materialzufuhrtank H1 ist hinzugefügt. Hier bezeichnet "H0" den Systemeingangsknoten, nämlich einen Materialaufbewahrungstank, und "P0" und "V0" bezeichnen jeweils eine Pumpe und ein Ventil, die an der Zuführleitung S0 angeordnet sind. Der Materialaufbewahrungstank 110 weist eine mobile Tankeinheit, beispielsweise einen Tanklastzug, auf.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockbild, das das auf die obige Weise ausgebildete Destillationskolonnensystem zeigt. Dieses System weist eine Destillationskolonne D, einen Aufkocher RB, einen Kondensor CD, Aufbewahrungstanks, Pumpen und Ventile auf. Da gleiche Bezugsziffern verwendet sind, um die Komponenten entsprechend denen des in Fig. 9 gezeigten Fließschemas zu bezeichnen, ist eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten ausgelassen.

Das Destillationskolonnensystem gemäß der ersten Ausführungsform ist mit der in Fig. 2 gezeigten Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung ausgerüstet. Die Anzeigevorrichtung zeigt das Anlagebetriebsverfahren und das Ausführungstiming an, so daß Bediener die Anlagevorgänge, beispielsweise den Anlaufbetrieb ausführen, während überwacht wird, was auf der Anzeige ist.

Konfiguration einer Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung

Die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung weist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40 zum Steuern der Aktivierung der gesamten Vorrichtung, ein Eingabegerät 42, ein Anzeigegerät 44, einen Drucker 46, einen externen Speicher 48, eine I/O-Schnittstelle 50, eine Autriebseinrichtung 52 und einen Sensor 54 auf. Die Eingabeeinrichtung 42 dient dazu, die Anlagekonfiguration und ein Anlageaktivierungs-Befehlssignal einzugeben, wenn ihre Tasten oder Schalter ausgelöst werden. Die Anzeigeeinrichtung 44 zeigt das Ergebnis einer von der elektronischen Steuereinheit 40 oder dergleichen ausgeführten Berechnung auf dem Schirm an. Außerdem druckt der Drucker 46 das Berechnungsergebnis der Steuereinheit 40 aus. Der externe Speicher 48 speichert Berechnungsverfahren (Programm) oder dergleichen, die von der Steuereinheit 40 ausgeführt werden sollen. Die I/O-Schnittstelle 50 steuert die Eingabe/Ausgabe der Steuereinheit 40. Die Antriebseinrichtung 52 öffnet oder schließt Ventile und Antriebspumpen als Reaktion auf ein Antriebssignal, das über die I/O-Schnittstelle 50 der Kontrolleinheit 40 gesandt wird. Der Sensor 54 detektiert den Pufferpegel, die Kolonnentemperatur, den Druck, die Leitungsflußrate etc. und liefert sie an die Kontrolleinheit 40 über die I/O-Schnittstelle 50.

Im folgenden wird die Funktion der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung beschrieben.

Erstellung eines Ablaufdiagramms

Bevor die Funktion der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung beschrieben wird, wird beschrieben, wie ein Ablaufdiagramm erstellt wird, das auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung 44 in der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung angezeigt werden soll, welche das grundlegende technische Konzept der vorliegenden Erfindung ist.

(Darstellung einer Fluidverbindung und Bedingungen für die Flußsteuerung)

Man glaubt, daß das Verfahren der Operationen der chemischen Anlage, besonders das Anlaufbetriebsverfahren, einfach bestimmt wird, indem eine "Flußsteuerung" und eine "Puffersteuerung" durchgeführt werden, während es an die Sicherheitsbedingungen und an die Produktqualität angepaßt wird. Mit anderen Worten basiert das grundlegende technische Konzept der vorliegenden Erfindung auf der Idee von "Flußsteuerung" und "Verweilsteuerung".

Wenn der Anlaufbetrieb ausgeführt wird, um die chemische Anlage von einem Anfangszustand in einen Zielzustand oder stationären Zustand einzustellen, soll die "Flußsteuerung" den Zustand des Fluids in jeder Leitung oder in jedem Fluiddurchgang zwischen den benachbarten Knoten steuern, wobei mit dem Systemeingangsknoten begonnen wird bis zu dem Systemausgangsknoten, um dadurch den Zielflußzustand von dem Aufangszustand auszubilden. Gemaß der vorliegenden Erfindung basiert das, wie der Fluß des Fluids in der Anlage ausgedrückt wird, auf dem Wissen, daß, wobei die Aufmerksamkeit auf den Phasenzustand des Fluids gerichtet wird, das Betriebsverfahren natürlich dargestellt werden kann, wenn das Fluid derselben Phase sequentiell von den Knoten auf der Systemeingangsseite zu denen auf der Systemausgangsseite verfolgt wird.

Wenn das Fluid in demselben Zustand von den Knoten auf der Systemeingangsseite verfolgt wird, verhindert ein Wechsel der Phase des Fluids auf halbem Weg ein weiteres Verfolgen des Fluids ab diesem Punkt. Dieser Phasenwechsel ergibt sich auf Grund des Wärmeaustausches mit dem Fluid oder einer großen Druckänderung an dem Fluid. Wenn ein solcher Wärmeaustausch oder eine wesentliche Druckänderung stattfindet, wird das phasenumgewandelte Fluid als kontinuierlich an dem Umwandlungspunkt betrachtet. In dieser Hinsicht wird das phasenumgewandelte Fluid weiter zu den Knoten auf der Systemausgangsseite verfolgt.

Mit Puffern, die, wo immer erforderlich, in der Anlage vorgesehen sind, ist die "Puffersteuerung" erforderlich, um die Puffermenge für stabile Anlagevorgänge zu steuern, insbesondere um ein stabiles Betriebstiming sicherzustellen. Die "Puffersteuerung" wird angewandt, um Bedingungen des Ventilbetriebs zu starten und zu stoppen, beispielsweise das Starten des Ventilbetriebs, wenn die Puffermenge des in die Puffer einfließenden Fluids einen vorbestimmten Unterscheidungswert erreicht. Dieser Unterscheidungswert kann gemäß dem Anlagenzustand variieren, indem er mehrere geeignete Werte entsprechend annimmt. Zum Beispiel kann ein Unterscheidungswert für einen Pumpenantrieb unterschiedlich eingestellt werden bezüglich des Wertes, nachdem der stationäre Zustand erreicht ist. Mit anderen Worten wird der Unterscheidungswert des Puffers als eine Variable angesehen, die mit der erforderlichen Anlaufbetriebszeit und der Qualitätssteuerung verknüpft ist.

Auf der Basis der oben beschriebenen Idee sind alle möglichen Phasenzustände des Prozeßfluids, das zwischen den benachbarten Knoten in dem in Fig. 9 gezeigten Fließdiagramm fließt, kategorisiert, so daß alle möglichen Fluidverbindungen und -zustände für eine Flußsteuerung in der Tabelle 1 gegeben sind.

Tabelle 1

Im folgenden wird einiges von dem beschrieben, was durch die obige Darstellung der Fluidverbindungen angezeigt wird, nämlich die Zustände und die in Tabelle 1 gezeigte Flußsteuerung.

Das Prozeßfluid S1 ist eine Flüssigkeit L, die zu dem Knoten 3 (Zuführplatte der Destillationskolonne) von dem Knoten 1-H (Materialzufuhrtank H1) fließt. Die Pumpe P1 wird angetrieben, um den Flüssigkeitsfluß zu bilden, der nur startet, wenn das Ventil V1 geöffnet ist.

Das Prozeßfluid S3 - eine Flüssigkeit L, die von dem Knoten 3 zu dem Knoten 4 fließt - läuft ohne irgend eine externe Kraft.

Das Prozeßfluid S6 ist eine Mischung aus Gas und einer Flüssigkeit (L+ V), die von dem Knoten 6 zu dem Knoten 4 fließt. Da die Phase des Fluids S6 sich von der flüssigen Phase L in die gemischte Phase (L+V) vor oder nach dem Knoten 6 ändert, ist eine externe Heizenergie +E2 an dem Knoten 6 erforderlich.

Das Prozeßfluid S10 ist eine Flüssigkeit L, die von dem Knoten 7 zu dem Knoten 8-H (Rückflußtank H-8) läuft. Da das Fluid S10 seine Phase von der Gasphase V zu der Flüssigkeitsphase L um den Knoten 8-H herum ändert, muß eine externe Kühlenergie -E1 an dem Knoten 8-H vorgesehen werden.

Das Prozeßfluid S15 ist eine Flüssigkeit L, die von dem Knoten 17 zu dem Knoten 10-H (unterer Produkttank H-10) läuft. Das Fluid S15 beginnt zu fließen, wenn das Schaltventil SV2 des Knotens 17 auf den Zustand (2) eingestellt wird.

Tabelle 2

Tabelle 2 zeigt voreingestellte Bedingungen, unter denen das Prozeßfluid erzeugt werden kann, oder Betriebsbedingungen für Ventile und Pumpen. Diese Bedingungen sollten im voraus bestimmt sein.

Die Bedingung, daß das Prozeßfluid S0 fließen kann (AN-Bedingung), ist, daß die Puffermenge des Puffers H1 kleiner als ein eingestellter Wert (1-HS) wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Pumpe P0 aktiviert, und das Ventil V0 wird geöffnet. Wenn die Puffermenge des Puffers H1 größer als der eingestellte Wert (1-HS) wird, und wenn die Puffermengen der Puffer H5 und H8 jeweils größer als eingestellte Werte (5-HS) und (8-HS) werden, wird die Pumpe angehalten, um das Prozeßfluid S0 in einen AUS-Zustand einzustellen. Wenn es sehr viel Zeit benötigt, um die Pumpen vorzubereiten, sollte die Pumpe P0 in einem Leerlaufzustand gehalten werden.

Die AN-Bedingung für das Prozeßfluid S1 ist, daß die Puffermenge des Puffers H1 größer als ein eingestellter Wert (1-HS) ist. Wenn die AN-Bedingung erfüllt ist, wird die Pumpe P1 aktiviert, und das Ventil V1 wird geöffnet.

Das Prozeßfluid S3 befindet sich immer in einem AN-Zustand, was bedeutet, daß das Fluid S3, wenn es zu dem Knoten 3 geliefert wird, auf Grund der Schwerkraft fallt, was einen Fluidfluß erzeugt.

Wenn im Hinblick auf das Prozeßfluid 56 die Puffermenge des Puffers H5 größer als ein eingestellter Wert (5-HS) wird, wird bewirkt, daß Dampf zu dem Aufkocher fließt, um den Fluß des Fluids S6 zu erzeugen. Der Aufkocher sollte wanngelaufen sein, so daß der Dampf an den Aufkocher beim Starten des Anlaufbetriebs geliefert wird.

Tabelle 3

Tabelle 3 zeigt Betriebsbedingungen, um von dem Anlaufbetrieb in den stationären Betrieb zu schalten. Wenn die Bedingung für den Übergang in den stationären Betrieb, der durch "#1" angezeigt ist, erfüllt ist, wird das Schaltventil SV2 in den Zustand (2) eingestellt, so daß das Prozeßfluid S15, das von dem Knoten 17 zu dem Knoten 10 fließt, zu AN gemacht wird. Wenn die Bedingung für den Übergang in den stationären Zustand, der durch "#2" angezeigt ist, erfüllt ist, wird das Schaltventil SV1 in den Zustand (2) eingestellt, so daß das Prozeßfluid S13, das von dem Knoten 18 zu dem Knoten 9 fließt, zu AN gemacht wird. Für die Übergangsbedingungen #1 und #2 in den stationären Zustand sollte jede Zusammensetzung (Temperatur) des unteren und oberen Destillates auf einem eingestellten Wert (Zielwert) sein.

Wenn die obigen Fluidverbindungen und Bedingungen für die Flußsteuerung vorbereitet sind, werden diese Informationsteile der elektronischen Steuereinheit 40 über die Tasten der Eingabeeinrichtung 42 eingegeben. Wenn ein Berechnungs-Startbefehls-Signal 40 über die Eingabeeinrichtung 42 der Steuereinheit bei Beendigung der Informationseingabe eingegeben wird, stellt die Steuereinheit 40 ein Ablaufdiagramm auf der Basis der in den Tabellen 1 bis 3 gezeigten Information in Übereinstimmung mit dem gespeicherten Berechnungsverfahren her, und zeigt das Diagramm auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung 44 an. Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm für den Anlaufbetrieb, welches das Ergebnis der von der Steuereinheit 40 ausgeführten Berechnung ist und auf der Anzeigeeinrichtung 44 angezeigt wird.

Ablaufdiagramm

Im folgenden wird beschrieben, wie die Steuereinheit 40 dieses Ablaufdiagramm auf der Grundlage des in Fig. 10 gezeigten Berechnungsergebnisses erstellt.

Für Fachleute ist es leicht, ein Programm herzustellen, damit die Steuereinheit 40 läuft, um das Ablaufdiagramm der Fig. 10 auf der Basis der obigen Fluidverbindungen und -bedingungen für die in den Tabellen 1 bis 3 gezeigte Flußsteuerung zu erhalten. Es gibt verschiedene Wege, das Programm zu erstellen, so daß keine besondere Beschreibung hinsichtlich der Details der Programmerstellung gegeben wird. Das Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt im Anzeigen eines Ablaufdiagramms, welches die entworfene Anlagekonfiguration, Betriebsverfahren und Ausführungstiming in einem einzigen Fließschema ausdrückt, nicht aber darin, wie die Computersoftware hergestellt wird.

Das Ablaufdiagramm der vorliegenden Erfindung zeigt die einzelnen Punkte der Anlagekomponenten durch Knoten an und zeigt ihr Layout entlang des Fluidflusses in einer Richtung auf dem Schirm oder stromabwärts von der Oberseite des Schirms in dieser Ausführungsform, indem nacheinander die Knoten von dem Systemeingangsknoten zu dem Systemausgangsknoten auf der Basis des Phasenzustandes des Fluids verfolgt werden. In dem in Fig. 10 gezeigten Ablaufdiagramm gibt es als den Eingangsknoten des Körpers der Destillationskolonne einen einzelnen Knoten 0-H, der dem Materialaufbewahrungstank H0 entspricht. Als Ausgangsknoten gibt es zwei Knoten 9-H und 10-H, die dem oberen Produkttank H9 und dem unteren Produkttank H10 entsprechen. Es gibt Eingangsknoten 14 und 11 sowie Ausgangsknoten 16 und 13 in dem Aufkocher bzw. dem Kondensor, die einen Wärmetauscher bilden.

Dieses Ablaufdiagramm ist der Inhalt der Tabellen 1 bis 3, die in ein Fließschema gemäß dem unten dargestellten Verfahren umgewandelt sind. Zuerst verfolgt die Steuereinheit 40 das Fluid derselben Phase in der Reihenfolge von dem Systemeingangsknoten zu dem Systemausgangsknoten auf der Basis der in der Tabelle 1 gegebenen Eingabeinformation. Genauer gesagt fließt bezüglich des Prozeßfluids S0 einer flüssigen Phase dieses Fluid einer flüssigen Phase L von dem Knoten 0-H (der Eingangsknoten) und erreicht den Pufferknoten 5-H, tritt durch die Knoten 1-H, 3 und 4 in der genannten Reihenfolge hindurch. Das Fluid verzweigt in zwei Richtungen an dem Knoten 5-H. Ein Teil wird das Prozeßfluid S14 und erreicht den Knoten 17. An dem Knoten 17 oder dem Schaltventil SV2 wird dieses Fluid entweder das Prozeßfluid S15 oder S21 in Übereinstimmung mit dem Schaltzustand des Ventils SV2, und erreicht den Knoten 10-H oder kehrt zurück zu dem Eingangsknoten 1-H.

Das andere an dem Pufferknoten 5-H verzweigte Fluid wird das Prozeßfluid S5, welches den Knoten 6 erreicht. An dem Knoten 6 wechselt das Fluid S5 seine Phase auf Grund der Heizenergie (+ E2) aus dem Aufkocher, wodurch es eine gemischte Phase aus Dampfphase V und Flüssigkeitsphase L hat. Wenn ein Wärmeaustausch auftritt, wird das Prozeßfluid gemäß den obigen Regeln als kontinuierlich angesehen. Das Fluid S6 der gemischten Phase bewegt sich von dem Knoten 6 zu dem Knoten 4. An dem Knoten 4 wird das Fluid S6 in zwei Phasen geteilt. Ein Flüssigkeitsteil wird das oben genannte Prozeßfluid S4, das den Pufferknoten 5-H wieder erreicht. Ein gasförmiger Teil wird das Prozeßfluid S7, welches auf Grund der Schwerkraft (Dichte-Unterschied) aufsteigt und den Knoten 7 des Kondensors erreicht und durch die Knoten 3 und 2 in der genannten Reihenfolge hindurchtritt. Während dieser Dauer hält das Fluid S7 die Dampfphase, und der Fluß wird durch die gebrochene Linie in dem Fließschema angezeigt.

An dem Knoten 7 wird die Wärme (-E1) des Fluids durch das Kühlwasser entfernt, wodurch der Phasenübergang von dem Gas zu der Flüssigkeit bewirkt wird. In diesem Fall wird auch angenommen, daß das Prozeßfluid auf Grund des Wärmeaustausches kontinuierlich ist, so daß es das Prozeßfluid S10 wird, das den Pufferknoten 8-H oder den Rückflußtank H8 erreicht. Das Fluid wird in zwei Teile an dem Knoten 8-H geteilt. Ein Teil wird das Prozeßfluid S11 einer Flüssigkeitsphase L, das zu dem Knoten 3 über den Knoten 2 zurückkehrt, und der andere Teil wird das Prozeßfluid S12, das den Knoten 18 erreicht. Das Fluid S12 wird entweder das Prozeßfluid S13 oder S20 entsprechend dem Schaltzustand des Schaltventils SV1, wobei das erste Fluid den Ausgangsknoten 9-H erreicht und das zweite Fluid zu dem Eingangsknoten 1-H zurückkehrt.

Das Dampffluid S18 einer Gasphase kommt von dem Eingangsknoten 14 des Aufkochers und erreicht den Knoten 15 über das Ventil V5. Dieses Fluid ändert hier seine Phase und erreicht den Ausgangsknoten 16. Das Kühlwasser S16 einer Flüssigkeitsphase von dem Eingangsknoten 11 des Kondensors erreicht den Knoten 12 über das Ventil V3. Nach dem Wärmeaustausch dort erreicht das resultierende Fluid den Ausgangsknoten 13.

Verschiedene Symbole in dem Ablaufdiagramm werden im folgenden erläutert. Die strukturellen Knoten sind durch Kreise (0) einschließlich Ellipsen bezeichnet. Was von den strukturellen Knoten umfaßt wird, ist oben beschrieben (siehe Fig. 9). Die Bedingung für die Puffersteuerung und verschiedene Entscheidungsbedingungen sind in Klammern "[]" eingefaßt. Die Entscheidungsbedingungen können zusätzlich verschiedene Bedingungen, beispielsweise die für den Übergang von dem Anlaufbetrieb in den stationären Betrieb, außerdem die Puffermenge und den Flüssigkeitspegel aufweisen. Es ist zu beachten, daß alle möglichen Entscheidungsbedingungen gemäß dieser Ausführungsform in der Herstellungsstufe der Tabellen 1 bis 3, wie sie oben beschrieben sind, in Betracht gezogen werden.

Obwohl die Ventile normalerweise in dem Anfangszustand geschlossen sind, kann die Betriebsabfolge, geschlossen T offen T geschlossen ..., in Abhängigkeit von der Situation sein. Daher wird das Wort oder Symbol "geschlossen" hinzugefügt, um den geschlossenen Zustand jedes Ventils anzuzeigen. Dieses Symbol kann mit varrierender Helle auf dem Bildschirm angezeigt werden. Es kann beispielsweise dunkel sein, wenn das Ventil geschlossen ist, und hell, wenn das Ventil geöffnet ist.

Die Richtungen des Flusses sind durch die Pfeile in Fig. 10 und die rechtwinklig zu dem Fluß gezeigten, gebrochenen Linien angezeigt, als ob der Fluß, welcher die Aktivierung von Ventilen, Heizungen oder Kühlungen, Pumpen und Kompressoren anzeigt, abgeschirmt wird. Wenn jeder Knoten markiert ist, der einen Fluß aufweist, welcher direkt diese Aktivität und die Entscheidungsbedingung trifft, kann die Aktivierung beginnen. Zum Beispiel zeigt das erste Aktivierungserscheinen, wie es sich aus der Spitze des Flusses in Fig. 10 ergibt, die Aktivierung des Ventils V0 und die Entscheidungsbedingung zum Öffnen dieses Ventils an, ob die Puffermenge gleich oder kleiner als ein eingestellter Wert 1-HS ist. Wenn diese Bedingung mit der vorbereiteten Pumpe P0 erfüllt wird, wird jeder Fluß, der direkt in diese Aktivierung eintritt, markiert, wodurch das Ventil V0 geöffnet werden kann. Besonders wenn der zeitbezogene Ventilbetrieb, beispielsweise die Öffnungsgeschwindigkeit, wichtig ist, kann die Aktivierung durch die doppelt gebrochene Linie angezeigt werden, wobei eine Zeitbedingung zwischen den beiden gebrochenen Linien hinzugefügt wird.

Der obige Fluß schließt den Wärmefluß (angezeigt durch die doppelte Linie, wie oben beschrieben ist) und den Informationsfluß zusätzlich zu dem Materialfluß, beispielsweise ein Fluid einer gemischten Phase, ein. Da die Information das Darstellen der Information, nämlich die Entscheidungsbedingung für die Puffersteuerung, die Entscheidungsbedingung bezüglich des Prozeßflusses etc. einschließt, wird der Informationsfluß durch die gebrochene Linie angezeigt, die die in den Klammern "[]" gegebene Entscheidungsbedingung und die Aktivierung verbindet, wobei die Pfeilspitze die Richtung anzeigt. Obwohl der Materialfluß und der Wärmefluß durch die selben Linienarten angezeigt werden, wie oben (siehe Fig. 3) beschrieben ist, können sie verschiedenfarbig sein oder durch unterschiedliche Linien zum Zweck der Unterscheidung ausgedrückt werden.

Dieses obige Markieren wird derart ausgeführt, daß, wenn die Entscheidungsbedingungen bezüglich eines Knotens mit einem Fluß, der Puffersteuerung und des Prozeßflusses erfüllt sind, dieser Knoten und die Entscheidungsbedingungen mit einer ansteigenden Helligkeit auf dem Schirm, wie oben beschrieben, angezeigt werden. Anstatt die Helligkeit zu verändern, kann die Farbe geändert werden. Wenn ein Ventil geschlossen ist, ist normalerweise der Materialfluß (Wärmefluß) durch dieses Ventil gehindert. Mit anderen Worten verschwindet die Markierung an dem Knoten, der mit dem Materialfluß (Wärmefluß) verknüpft ist und der mit dem Fluß verbunden ist, der durch die Aktivierung dieses Ventils erzeugt wird. Wenn eine Kreislaufschleife eines Materialflusses auf der stromabwärtigen Seite der mit dem geschlossenen Ventil verbundenen Aktivierung vorhanden ist, kann der Materialfluß in der Schleife in einigen Fällen fortfahren. In diesem Fall verschwindet die Markierung an dem Knoten in der Schleife nicht.

Der oben genannte Sensor 54 überwacht und prüft immer, ob die Entscheidungsbedingung bezüglich der Puffersteuerung und des Zustandes des Prozeßflusses erfüllt ist oder nicht. Genauer gesagt detektiert der Sensor 54 immer den Flüssigkeitspegel eines Puffers oder der Puffermenge, die Temperatur oder den Druck an jedem Punkt in der Destillationskolonne, die Zusammensetzung eines Destillats etc. und sendet ein Detektionssignal über die I/O-Schnittstelle 50 zu der Steuereinheit 40. Auf Grund dieses Detektionssignals bestimmt die Steuereinheit 40, ob die Entscheidungsbedingungen, die mit der Puffersteuerung und dem Prozeßfluß verbunden sind, erfüllt sind oder nicht.

Im folgenden wird beschrieben, wie der Anlaufbetrieb der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung durchgeführt wird und wie das Ausführungstiming bestimmt wird, während das Ablaufdiagramm überwacht wird. Als die Anfangsbedingung wird ein Material in dem Materialaufbewahrungstank H0 aufbewahrt, und die Puffermenge der anderen Puffer ist Null. Zusätzlich ist der Eingangsbetrieb für den Anlauf der Pumpen und des Aufkochers RB bereits beendet, und die Schaltventile SV1 und SV2 sind auf den Zustand (1) gesetzt worden. Ebenso können die Pumpen und Ventile ferngesteuert als Reaktion auf ein AN-Antriebsbefehlssignal betrieben werden, das zu der Antriebseinrichtung 52 von der Steuereinheit 40 über den Schalt- oder Tastenbetrieb der Eingabeeinrichtung 42 der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gesandt wird. Es ist jedoch zu beachten, daß die Pumpen und Ventile auch manuell betrieben werden können, wenn dies von den Bedienern benötigt wird, oder manuell für den AN-Betrieb betrieben werden können und automatisch von der Steuereinheit 40 zum Zeitpunkt des AUS-Betriebs oder eines Notfallabschaltbetriebs außer Stand gesetzt werden.

Wenn weiter der Aktivierungsschalter des Destillationskolonnensystems auf AN gestellt wird, werden der Puffer 0-H und die Steuerbedingung [< 1-HS] in dem Ablaufdiagramm auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung 44 markiert. Die Knoten 14 und 11 werden ebenfalls markiert und deutlich angezeigt. Ein Bediener setzt den Betriebsschalter der Pumpe P0 auf AN, nachdem die Markierungsanzeige in dem Ablaufdiagramm bestätigt ist. Das Ventil V5 des Aufkochers RB wird geöffnet, wenn die Puffermenge des unteren Tanks H5 einen eingestellten Wert erreicht. Wenn dann das Ventil V3 geöffnet wird, werden die Knoten 11 bis 13 des Kondensors CD alle markiert. Diese Ventile V3 und V5 können in einer Eingangsbetriebsstufe aktiviert werden, falls ein solcher Betrieb sicher ist und keine Probleme an der Vorrichtung mit sich bringt.

Das Aktivieren der Pumpe P0 markiert auch den Pumpenknoten P0. Im Ergebnis ist jeder Fluß markiert worden, der die Aktivierung zu dem Ventil V0 bringt, wodurch alle Entscheidungsbedingungen für das Ventil V0 erfüllt sind, so daß das Ventil V0 geöffnet werden kann. Die Steuereinheit 40 sendet das AN-Antriebssignal über die Antriebseinrichtung 52 zu dem Ventil V0 und öffnet das Ventil. Folglich fließt ein Materialfluid von dem Aufbewahrungstank H0 zu dem Materialzufuhrtank H1, wobei der Pufferknoten 1-H auf dem Anzeigeschirm hervorgehoben oder markiert wird.

Die Aktivierung bezüglich des Ventils V1 wird gehalten, bis eine vorbestimmte Menge des Materialflusses zu dem Zufuhrtank H1 geliefert ist. Zu dem Zeitpunkt ist die Pumpe P1 im Leerlauf und wird daher markiert. Wenn die Puffermenge des Tanks H1 einen eingestellten Wert erreicht, wird die Entscheidungsbedingung markiert, und jeder Fluß, der durch die Aktivierung geht, ist markiert worden. Folglich sendet die Steuereinheit 40 das AN-Antriebssignal über die Antriebseinrichtung 52 zu dem Ventil V1 und öffnet das Ventil. Im Ergebnis wird ein Fluß zu der nächsten Aktivierung gebildet, und jeder Knoten bis zu jeder mit den Ventilen V6, V4 und V2 verbundenen Aktivität ist markiert. Gerade weil im wesentlichen kein Fluß des Prozeßfluids 56 durch den Aufkocher RB auftritt, außer die Puffermenge des unteren Tanks H5 erreicht die Nähe eines eingestellten Wertes, wird das in den unteren Tank H5 der Destillationskolonne sinkende Fluid dort aufbewahrt.

Wenn die Puffermenge des unteren Tanks H5 den eingestellten Wert erreicht, wird die Entscheidungsbedingung markiert. Indem diese Marke bestätigt wird, aktiviert der Bediener die Pumpe P4, wobei jeder Fluß der zu jeder mit den Ventilen V2 gehenden Aktivität markiert wird und das Ventil V6 geöffnet wird. Wenn das Ventil V6 geöffnet wird, bleibt das Schaltventil SV2 in dem Zustand (1), da das Destillationskolonnensystem noch nicht den stationären Zustand erreicht hat. Das Fluid aus dem unteren Tank H5 kehrt daher zu dem Zufuhrtank H1 über die Rückflußleitung S21 zurück.

Wenn die Puffermenge des Bodens H5 den eingestellten Wert erreicht, wird das Ventil V6 des Aufkochers RB geöffnet, und das Erwärmen des Prozeßfluids durch den Dampf beginnt. Die Destillationskomponente erreicht dann den Knoten 7, passiert die Knoten 4, 3 und 2 in der genannten Reihenfolge und wird dort gekühlt und kondensiert durch Kühlwasser. Das resultierende Fluid fließt in den Rückflußtank H8.

Die mit den Ventilen V4 und V2 verbundene Aktivierung wird gehalten, bis die Puffermenge des Tanks H8 einen eingestellten Wert [8-HS] erreicht. Wenn die Puffermenge diesen eingestellten Wert erreicht, wird die Pumpe P3 aktiviert und das Ventil V4 geöffnet. Im Ergebnis kehrt ein Teil des Destillats in dem Rückflußtank H8 zurück in den Zufuhrtank H1 über das Schaltventil SV1, das in den Zustand (1) gebracht ist. Die Pumpe P2 wird aktiviert, und das Ventil V2 wird geöffnet, wodurch es einem Teil des Destillats des Tankes H8 ermöglicht wird, nach oben zurückzukehren. Wenn die Puffermenge des Tanks H8 den eingestellten Wert erreicht und alle Entscheidungsbedingungen, nämlich daß die Puffermengen 5-H und 1-H gleich oder größer als ihre jeweiligen eingestellten Werte sind, erreicht sind, wird das Ventil V0 geschlossen, und die Vorrichtung ist bereit, in den stationären Betrieb in dem Zirkulationssystem zu schalten.

Der Sensor 54 überwacht immer die Zusammensetzungen, Temperatur etc. des oberen und unteren Destillats. Wenn die Zusammensetzungen (Temperatur oder dergleichen) des Destillats Zielwerte erreichen und die Bedingungen #1 und #2 für den stationären Betrieb erfüllt sind (YES), werden die zugeordneten Schaltventile SV1 und SV2 in den Zustand (2) geschaltet. Als Ergebnis beginnen das obere und das untere Destillat, die zu dem Pufferknoten 1-H zirkulieren, in dem jeweiligen Tank H9 und H10 zurückgehalten zu werden, und der Modus verschiebt sich in den stationären Betrieb.

In der Anfangsstufe des Anlaufbetriebs wird das Prozeßfluid durch die Zirkulationsbetriebsstrategie zirkuliert, bis die Zusammensetzungen des unteren und oberen Destillats der Pufferknoten 5-H und 8-H die Zielwerte (Temperatur) erreichen, was die Anlaufbetriebszeit verkürzt.

Um die Anlaufbetriebszeit weiter zu verkürzen, können die Ventile V1, V4 und V6 abgeschaltet werden, wenn der Sensor 54 detektiert, daß die Zusammensetzungen (Temperatur etc.) des unteren und oberen Destillats die eingestellten Werte erreicht haben, wodurch ein Kreislauf der Destillate der unteren und oberen Puffer H5 und H8 mit der Gesamtrückflußbetriebsstrategie sichergestellt wird. Auch in diesem Fall werden, wenn die Zusammensetzungen (Temperatur etc.) des unteren und oberen Destillats die Zielwerte erreichen, die Ventile V1, V4 und V6 erneut geöffnet, und die Schaltventile SV1 und SV2 werden auf den Zustand (2) eingestellt, was den Übergang in den stationären Betrieb sicherstellt.

Wenn weiter Produkte in den oberen und unteren Puffer H8 und H5 vor dem Start des Anlaufbetriebs gebracht werden und wenn der Anlaufbetrieb entsprechend dem Gesamtrückflußsystem gestartet wird, kann die Anlaufbetriebszeit weiter verkürzt werden.

Das Anlaufbetriebsverfahren kann mit Bezug auf das Fließschema der Fig. 11 kurz beschrieben werden. Verschiedene Präparationsarbeiten und die Initialisierung der Steuereinheit 40 werden durchgeführt (Schritt 1). Dann wird bestimmt, ob die erste Entscheidungsbedingung Ci des Ablaufdiagramms erfüllt ist oder nicht, und das Verfahren stoppt, bis die Bedingung erfüllt ist (Schritt 2). Wenn die Entscheidungsbedingung Ci in Schritt 2 erfüllt ist, wird die Aktivierung Ai ausgeführt (Schritt 3).

Die Ausführung der Aktivierung Ai erzeugt einen Fluß zu der nächsten Aktivierung Ai+1, und die einzelnen Knoten bis hin zu der Aktivierung Ai+ 1 in dem Ablaufdiagramm werden markiert und hervorgehoben. Dann wird die Steuervariable i um "1" in Schritt 4 erhöht. Es wird dann bestimmt, ob einen vorbestimmten Wert Ni erreicht hat oder nicht (Schritt 5), und der Betrieb kehrt zurück zu Schritt 2, um zu bestimmen, ob die Entscheidungsbedingung für die nächste Aktivierung erfüllt ist oder nicht. Die einzelnen Aktivierungen werden aufeinanderfolgend auf diese Weise ausgefülrrt. Wenn die Ausführung der (Ni - 1)ten Aktivierung beendet ist, schreitet der Betrieb weiter zu einem Schritt 6, um zu warten, bis die Übergangsbedingungen #1 und #2 des stationären Zustandes erfüllt sind. Wenn diese Bedingungen # 1 und #2 erfüllt sind, wird der Betrieb für den Übergang in den stationären Zustand ausgeführt (Schritt 7), was den Anlaufbetrieb beendet.

Ablaufdiagramm für den Abschaltbetrieb

Wenn der Abschaltbetrieb des Destillationskolonnensystems nach dem stationären Betrieb durchgeführt wird, kann das oben genannte Ablaufdiagramm für den Anlaufbetrieb so, wie es ist, verwendet werden. Was für den Abschaltbetrieb berücksichtigt werden sollte, sind Sicherheit und die Qualität des als Puffer zurückbleibenden Fluids. Der Abschaltbetrieb dient dazu, einen Teil der Flußbedingungen für den stationären Betrieb zu verhindern, der in dem Ablaufdiagramm für den Startbetrieb eingeschlossen ist. Da die für den Anlaufbetrieb erforderliche Ausrüstung direkt verwendet werden kann, braucht es nicht erforderlich zu sein, eine besondere Ausrüstung für den Abschaltbetrieb bereitzustellen, d. h., die Struktur der Ausrüstung für den Abschaltbetrieb ist dieselbe wie die, die für den Anlaufbetrieb erforderlich ist.

Daher sollte das Abschaltbetriebsverfahren nur aufeinanderfolgend entsprechend dem Ausführungstiming ausgeführt werden, das auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung 44 angezeigt wird, indem das für den Anlaufbetrieb verwendete Ablaufdiagramm verwendet wird. In einigen Fällen erzeugt das Abschaltbetriebsverfahren, anders als das Anlaufbetriebsverfahren, nicht den Fluß "von der Materialzufuhr zum Produkt".

Bei dem Destillationskolonnensystem dieser Ausführungsform wird das Ventil V1 geschlossen, und die Pumpe P1 wird aktiviert, um die Zufuhr des Rohmaterials zu stoppen. Dann wird das Ventil V5 geschlossen, um den Dampf abzuschalten, der zu dem Aufkocher RB geliefert worden ist. Gleichzeitig werden die Schaltventile SV1 und SV2 auf den Zustand (1) eingestellt, um das obere und untere Produkt zu unterdrücken und um die Rückflußmenge zu erhöhen. Wenn das Prozeßfluid ausreichend abgekühlt ist, wird das Ventil V3 zum Liefern von Kühlwasser geschlossen, wodurch das Abschaltverfahren beendet wird.

Das Betriebsverfahren und das Ausführungstiming können nacheinander dem Bediener angezeigt werden, wenn die nachfolgenden Aktivierungen sequentiell aufbunken, indem dasselbe Ablaufdiagramm verwendet wird, wie es für den Anlaufbetrieb verwendet wird.

Ablaufdiagramm für den Notfallabschaltbetrieb

Da die Sicherheit die höchste Priorität in dem Notfallabschaltbetriebsverfahren hat, wird im allgemeinen die für die Notfallabschaltung ausgebildete Ausrüstung der Anlage aus Sicherheitsgründen hinzugefügt, und das Betriebsablaufdiagramm wird in Übereinstimmung mit der hinzugefügten Leitungskonfiguration erstellt. Die zusätzliche Ausrüstung kann eine sein, um das Fluid aus der Hauptanlagenkomponente auszulassen, oder eine sein, um ein Dichtgas für eine Explosionsprävention zu liefern. Obwohl das Notfallabschaltungbetriebsverfahren im Gegensatz zu dem Anlaufbetrieb niemals den Fluß "von der Materialzufuhr zum Produkt" erzeugt, kann es durch dieselbe Methode für den Abschaltbetrieb dargestellt werden. Obwohl eine Leitung für einen Fluidtransport zu der Hauptverfahrensleitung hinzugeführt werden sollte, um ein zusätzliches Fluid zu liefern oder um das Prozeßfluid zu eliminieren, kann die zusätzliche Leitung einfach auf dieselbe Weise ausgedrückt werden, wie sie für den Anlaufbetrieb verwendet wird, was die Erstellung des Ablaufdiagramms vereinfacht. Um es zu ermöglichen, daß die zusätzliche Ausrüstung das Verfahrensfluid schnell ausläßt, wird bevorzugt besondere Aufmerksamkeit auf die Unterscheidung zwischen dem Knoten, an dem die Hauptverfahrensleitung mit der Auslaßausrüstung verbunden ist, und den anderen Knoten mit Hilfe von angebrachten Spezialsymbolen, Färbungen oder dergleichen gerichtet.

Die oben genannte Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung kann vollautomatische Anlauf- und Abschaltbetriebe sicherstellen, wenn alle Pumpen und Ventile mit Hilfe der Steuerung der elektronischen Steuereinheit 40 angetrieben werden. Das heißt, die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann als eine automatische Betriebsvorrichtung verwendet werden.

Verwendung als Simulationsunterstützungsvorrichtung

Die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wenn sie auf ein Destillationskolonnensystem angewandt wird, nicht nur effektiv als eine Vorrichtung, um einen Bediener über das Anlauf-, Abschalt- oder Notfallabschaltungbetriebsverfahren und über das Ausführungstimings eines realen Modells zu informieren, sondern auch als ein Entwurfunterstützungswerkzeug, um eine Anlage im Hinblick auf das Betriebsverfahren und das Ausführungstiming auszubilden. Diese Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung ist auch effektiv als eine Simulationsunterstützungsvorrichtung, um Bediener zu trainieren, wie der reale Modus zu bedienen ist.

Um die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung als eine Simulationsvorrichtung zu verwenden, sollte der Sensor 54 der in Fig. 2 gezeigten Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nur durch einen Simulationssignalgenerator ersetzt werden, welcher Pseudosignale erzeugt, die die Zustandsmengen, beispielsweise die Flußrate, den Druck, die Temperatur, die Zusammensetzung etc. des Prozeßfluids an verschiedenen Punkten in der Destillationskolonne, in dem Aufkocher RB und dem Kondensor CD oder in den Puffern anzeigt, wobei der Generator mit der Steuereinheit 40 über die I/O-Schnittstelle 50 verbunden ist. Wenn die Pumpen und Ventile im Betrieb sind, werden Änderungen in den Zustandsmengen des Prozeßfluids, die durch den Betrieb verursacht werden, abgeschätzt und an die Steuereinheit 40 nacheinander geliefert.

Auch wenn die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung als Simulationsvorrichtung verwendet wird, wie in dem oben genannten Fall, wo sie auf das reale Modell angewandt wird, können die Berechnung der Aktivierungsdurchführung, beispielsweise der Betriebseffizienz der entwickelten Anlage, und das Studium oder Lernen des Anlagebetriebs vereinfacht werden, indem die Ablaufdiagramme auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung 44 angezeigt werden und indem die Vorrichtung gemäß den Anweisungen der hervorgehobenen Aktivierungen betrieben wird.

Zweite Ausführungsform

Das Ablaufdiagramm, das auf dem Schirm der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung angezeigt wird, kann auch auf eine kombinierte Einheit angewandt werden, welche aus einer Mehrzahl von Einheiten gebildet ist. Wenn die einfachen Einheiten insbesondere von hoher Modularität sind, kann das Diagramm sehr einfach angewandt werden. Da die Struktur der Anlage dem Betriebsverfahren entspricht, können geänderte Teile des Betriebsverfahrens entsprechend in Ordnung gebracht werden, indem die modifizierten Strukturteile, die für die Verbindung von zwei Einheiten erforderlich sind, ermittelt werden. Im folgenden wird ein Destillationskolonnensystem mit einer Wärmepumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform als ein Beispiel der obigen Anordnung beschrieben. In Fig. 12 betreffen gleiche Bezugszeichen, die verwendet werden, um die Leitungen (Fluiddurchgänge) der ersten Ausführungsform zu bezeichnen, entsprechende Fluide.

Leitungskonfiguration der Wärmepumpe

Das Destillationskolonnensystem der zweiten Ausführungsform ist ein kombiniertes System, das sich ergibt, indem eine Wärmepumpe HP, die Wasser als Arbeitsfluid (Wärmeübertragungsmedium) verwendet, mit dem Destillationskolonnensystem der ersten Ausführungsform verbunden wird. Fig. 12 zeigt eine Leitungskonfiguration einer Wärmepumpeneinheit, die auf dieses Destillationskolonnensystem angewandt wird.

Die Wärmepumpe HP weist zwei Wärmetauscher (Seitenkühler und Seitenwärmer) SC und SH auf, die rieselfilmartige Wärmetauscher sind. Der Seitenkühler SC entfernt Kondensationswärme aus einem Prozeßfluid und gibt die Wärme an das Wasser, das als Arbeitsfluid verwendet wird, wodurch das Wasser verdampft. Der Seitenwärmer SH gibt Kondensationswärme von dem Arbeitsfluid an das Prozeßfluid ab, wodurch ein Teil des Prozeßfluids verdampft. Puffer H55 und H54 zum Sammeln des flüssigen Arbeitsfluids sind an den unteren Abschnitten des Seitenkühlers SC bzw. des Seitenwärmers SH angebracht. Die Wärmepumpe HP weist Kompressoren C1 und C2 zum Erhöhen der Temperatur des verdampften Arbeitsfluids und einen Dekompressor V51 neben den Wärmetauschern auf.

Um die nasse Fläche der Wärmeübertragungsoberflächen des Seitenwärmers SH und des Seitenkühlers SC zu vergrößern, weisen diese jeweils eine Prozeßfluid-Zirkulationsleitung S44 und Arbeitsfluidzirkulationsleitungen S52 und S53 auf. Jede Kombination einer Zirkulationspumpe und eines Ventils P41, V41 und P50, V52 und V53 ist in der entsprechenden Zirkulationsleitung angeordnet.

Eine Leitung zum Einführen des Arbeitsfluids (Wasser) ist als Eingangsausrüstung für den Betrieb der Wärmepumpe HP erforderlich. Zum Beispiel ist ein Fluideinspritzrohr S51 an dem Seitenkühler SC angebracht. Das Arbeitsfluid wird erhitzt, damit es mit Hilfe des Prozeßfluids in dem Seitenkühler SC verdampft wird, und wird dann dem Seitenwärmer SH durch die Kompressoren C1 und C2 zugeführt. In dem Seitenwärmer SH wird das Arbeitsfluid kondensiert und in dem Puffer H54 gesammelt. Ein Rohr S60 zum Reduzieren der Anfangsbelastung ist für eine ruhige Aktivierung der Kompressoren C1 und C2 erforderlich. Das Rohr S60 weist ein Ventil V54 auf, welches das Rohr S60 während des stationären Betriebs verschließt. Ablaufleitungen S65, S66 und S67 werden verwendet, um das Arbeitsfluid, das um die Kompressoren C1 und C2 herum kondensiert ist, zu entfernen. Außerdem vorhanden sind Auslaßleitungen S61, S62 und S63, um Luft, die in die Wärmepumpe HP eingeführt wird, zu entfernen, und ein Arbeitsfluid-Sprühzerstäuber (S64, V53), um ein Überhitzen zu verhindern.

Modifikation von Leitungskonfigurationen, Destillationskolonne und Wärmepumpe

Die Wärmepumpe HP ist in einer Zwischenstufe zwischen dem Kondensor CD und der Destillationskolonne D der ersten Ausführungsform angeordnet, so daß die beiden Wärmetauscher SC und SH einzeln in Kontakt mit dem kolonnenseitigen Prozeßfluid über ihre jeweiligen Wärmetransferoberflächen stehen. Daher erfordern die Destillationskolonne D und die Wärmepumpe HP eine strukturelle Modifikation für die Verbindung zwischen ihnen. Tabelle 4 zeigt zusammengefaßt die Details von Verbindungen zwischen der Destillationskolonne D und der Wärmepumpe HP.

Tabelle 4

In Anbetracht der Beziehungen zwischen den jeweiligen Höhen der beiden gegenüberliegenden Enden jeder Verbindungsleitung ist es nur erforderlich, daß eine Pumpe P42 und ein Ventil V43 in einer Leitung S47 auf der Ausgangsseite des Seitenkühlers SC angeordnet werden, und daß eine Pumpe P40 und ein Ventil V40 in einer Leitung S41 auf der Prozeßfluid-Eingangsseite des Seitenwärmers SH angeordnet werden und daß Hauptleitungen für verbundene Einrichtungen zur Verwendung als erforderliche Transportvorrichtungen zugefügt werden.

Leitungskonfiguration für den Anlaufbetrieb

Im folgenden wird eine erforderliche Leitungskonfiguration für den Anlaufbetrieb des Destillationskolonnensystems mit der Wärmepumpe beschrieben. Zuerst wird das in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebene Zirkulationssystem verwendet, und in diesem Fall ist eine Rohrleitung erforderlich, um die Produkte von der Spitze und dem Boden der Kolonne zu einem Materialzufuhrtank H1 zurückzubringen.

Ein Puffer 33-H ist zwischen der Spitze der Kolonne und dem Knoten 7 zusätzlich zu der Verzögerung des Destillationskolonnensystems gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen. Der Puffer 33-H wird verwendet, um das von der oberen Seite der Destillationskolonne fließende Prozeßfluid aufzunehmen, und liefert es an die Seite der Wärmepumpe HP.

Auf der Grundlage dieser Situation zeigt Fig. 13 eine strukturelle Darstellung eines Destillationskolonnensystems, das für die Verbindung der Wärmepumpe HP modifiziert ist, und Fig. 14 zeigt eine strukturelle Darstellung der Wärmepumpe HP. In diesen Figuren betreffen gleiche Bezugszeichen, die verwendet werden, um die Komponenten des Destillationskolonnensystems gemäß der ersten Ausführungsform zu bezeichnen, gjeiche oder entsprechende Komponenten.

Erstellung eines Ablaufdiagramms (Darstellung von Fluidverbindungen und Bedingungen für eine Flußsteuerung in der Destillationskolonne)

Tabelle 5 zeigt Fluidverbindungen und -zustände für den Anlaufbetrieb und eine Flußsteuerung während des Anlaufbetriebs auf der Destillationskolonnenseite, die ähnlich den in Tabelle 1 gezeigten sind und auf dieselbe Weise wie die angeordnet sind, die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben ist.

Tabelle 5

Tabelle 5 unterscheidet sich von Tabelle 1 nur darin, daß Fluide S7', S7", S7"', S3', S9 und S9' hinzugefügt oder modiftriert sind.

(Übergang in den stationären Betrieb)

Das Schalten von dem Anlaufbetrieb in den stationären Betrieb auf der Destillationskolonnenseite wird folgendermaßen erreicht.

Wenn alle Puffer ihre eingestellten Werte während des Anlaufbetriebs erfüllen, wird das Ventil V1 geschlossen, um die Materialzufuhr zu stoppen, und werden gleichzeitig die Ventile V4 und V6 geschlossen, so daß die Übergangsbedingungen # 1 und #2 in den stationären Zustand in Übereinstimmung mit dem gesamten Rückflußsystem erfüllt sind. Wenn die Bedingungen #1 und #2 erfüllt sind, wird der in Tabelle 6 gezeigte Vorgang ausgeführt.

Tabelle 6

Genauer gesagt werden die Leitungen S13 und S15 geöffnet, während die Leitungen S20 und S21 geschlossen werden. Die Übergangsbedingungen #1 und #2 in den stationären Zustand können alternativ so eingestellt werden, daß ein Überschreiten der Kolonnenboden- und -spitzentemperaturen über ihre jeweiligen eingestellten Werte (T17 > T17S, T18 > T18S) dadurch unterschieden werden kann.

(Darstellung von Fluidverbindungen und Bedingungen für eine Flußsteuerung in der Wärmepumpe)

Im folgenden werden Eingangsvorgänge für den Betrieb der Wärmepumpe HP beschrieben.

Eingangsvorgang 1 (Einspritzen eines Arbeitsfluids):

In diesem Vorgang wird ein Ventil V50 einer Leitung S51 geöffnet, und das Arbeitsfluid wird in einen Puffer H55 eingespritzt. Wenn das Arbeitsfluid sich in einer erforderlichen Menge angesammelt hat, wird das Ventil V50 geschlossen (siehe Fig. 16A).

Eingangsvorgang 2 (Wärmetauscherkreislauf):

In diesem Vorgang wird die Pumpe P50 aktiviert, und das Ventil V52 wird geöffnet, damit das Arbeitsfluid in dem Puffer H55 des Seitenkühlers SC zirkulieren kann. Die Pumpe P41 wird ebenfalls aktiviert, und das Ventil V41 wird geöffnet, damit das Arbeitsfluid in dem Puffer H54 des Seitenwärmers SH zirkulieren kann. Wenn das Arbeitsfluid auf diese Weise zirkuliert, vergrößert sich die Benetzbarkeit auf den Wärmeübertragungsflächen, so daß die Wärmeübertragungseffizienz des Systems verbessert wird (siehe Fig. 16B).

Eingangsvorgang 3 (Aufbau der Kompressorkreislaufleitung):

Dieser Vorgang sollte vor der Aktivierung der Kompressoren durchgeführt werden. Das Ventil V54 wird geöffnet, die Auslaßseite des Kompressors C2 steht in Verbindung mit der Einlaßseite des Kompressors C1, und die Belastung zum Starten der Kompressoren wird verringert (siehe Fig. 16C).

Eingangsvorgang 4 (Aufbau der Abflußleitung):

Dieser Vorgang sollte ebenfalls vor der Aktivierung der Kompressoren durchgeführt werden. Ein Ventil V56 auf der Auslaßseite des ersten Kompressors C1 und ein Ventil V55 auf der Auslaßseite des zweiten Kompressors C2 werden geöffnet, um das Arbeitsfluid (Wasser) aus den Kompressoren in den Puffer H55 (siehe Fig. 6D) zu entleeren.

Eingangsvorgang 5 (Ventilation):

Dieser Vorgang sollte ebenfalls vor der Aktivierung der Kompressoren durchgeführt werden. Die Ventile V57 und V58 werden geöffnet, und Luft in der Wärmepumpe HP wird mit Hilfe einer Ausstoßvorringung EJ (siehe Fig. 16E) ausgelassen.

Eingangsvorgang 6 (Aufbau der Überhitzungsschutzleitung):

Dieser Vorgang wird ausgeführt, wenn die Auslaßtemperatur des Kompressors C2 eine bestimmte Temperatur überschreitet. Ein Ventil V53 wird geöffnet, und das Arbeitsfluid (L) in dem Puffer H55 wird in die Leitung zwischen die Kompressoren C1 und C2 durch die obige Kreislaufleitung des Seitenkühlers SC gesprüht. Somit wird das Arbeitsfluid davor bewahrt, überhitzt zu werden (siehe Fig. 16F).

Diese Eingangsbetriebs-Ablaufdiagramme sowie das in Fig. 16 gezeigte (siehe unten) können auf dem Bildschirm der Anzeigevorrichtung 44 angezeigt werden, und, falls erforderlich, können diese Eingangsvorgänge als Entscheidungsbedingungen für die Aktivierung in die Ablaufdiagramme eingefügt werden. Allgemein ist es ratsam, viele der Eingangsvorgänge zu vollenden, bevor die erste mit der Wärmepumpe HP verbundene Aktivierung auftritt, wie in dem Ablaufdiagramm der Fig. 16 gezeigt ist.

Tabelle 7 zeigt Fluidverbindungen und Bedingungen für die Flußsteuerung während des Anlaufbetriebs in der Wärmepumpe sowie Hilfsleitungen, die auf dieselbe Weise wie in Tabelle 1 angeordnet sind.

Tabelle 7 (Prozeßfluid in der Wärmepumpe HP und Flußbedingungen in den Hifsleitungen)
Tabelle 7 (Arbeitsfluid in der Wärmepumpe HP und Flußbedingungen in den Hilfsleitungen)

(Bedingungen für den Übergang in den stationären Betrieb der Wärmepumpe)

Der Betriebsmodus der Wärmepumpe HP wird von dem Anlaufbetrieb in den stationären Betrieb geschaltet, da das Ventil V54 der Zirkulationsleitung S60 allmählich geschlossen wird, wenn die Arbeitsfluid-Temperaturen in den Puffer H54 und H55 eingestellte Werte T54S bzw. T55S (T54 > T54S, T55 > T55S) überschreiten.

Wenn die elektronische Steuereinheit 40 mit den Fluidverbindungen und Bedingungen für die Flußsteuerung, die in den Tabellen 4 bis 7 gezeigt ist, geliefert wird, erzeugt sie Ablaufdiagramme für die Destillationskolonne und für die Wärmepumpe auf dieselbe Weise wie oben. Die Fign. 15 und 16 zeigen die Ablaufdiagramme für die Destillationskolonne D bzw. die Wärmepumpe HP.

Fig. 17 zeigt einen Leitungsaufbau des kombinierten Systems, das sich ergibt, indem zwei Verbindungen der Wärmetauscher, die in den Fign. 13 und 14 gezeigt sind, überlagert werden. Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm für dieses kombinierte System, welches dadurch dargestellt werden kann, daß die Verbindungen überlagert werden, wie in dem Fall der Überlagerung der Leitungskonfigurationen. Dieses Ablaufdiagramm, das die Ablaufdiagramme der Fign. 16A bis 16F für den Eingangsbetrieb der Wärmepumpe HP enthält, stellt das Verfahren und das Ausführungstiming für den Anlaufbetrieb des gesamten Systems dar.

Daher entsprechen die Ablaufdiagramme der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Leitungskonfigurationen bei dem Betriebsverfahren und dem Ausführungstiming. Folglich können das Modifizieren der Leitungskonfigurationen und das Kombinieren der Einheiten sehr leicht bewirkt werden.

In dem Anlaufbetrieb des kombinierten Systems, wie es oben mit Bezug auf Fig. 11 beschrieben ist, ist es nur erforderlich, daß Aktivierungen nacheinander von der Einlaßknotenseite ausgeführt werden wie bei der ersten Ausführungsform. Der Anlaufbetrieb der Wärmepumpe HP wird beendet, indem die Zirkulationsleitung S60 geschlossen wird. In diesem Fall beginnt der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid und dem Prozeßfluid, bevor die Leitung S60 geschlossen ist. Folglich kann die Zielfunktion oder der Kompressionseffekt der Wärmepumpeneinheit erfüllt werden, indem die Zirkulationsleitung S60 abgetrennt wird, wenn das Arbeitsfluid auf eine bestimmte Temperatur vorerhitzt wird. Das Ablaufdiagramm der Fig. 18 stellt die Schritte des Betriebsverfahrens vor dem Übergang in den stationären Betrieb der Wärmepumpe HP und deren Timing dar sowie die Reihenfolge des Betriebstimings auf der Wärmepumpenseite und auf der Destillationskolonnenseite. In den Ablaufdiagrammen der Fign. 15, 16, 16A bis 16F und 18 ist die Anzeige der bestimmten Entscheidungsbedingungen für die Ausfuhrung der Aktivierung ausgelassen. Jedoch sollen alle erforderlichen Entscheidungsbedingungen in den Klammern [] beschrieben sein.

In den Ablaufdiagrammen der Anlageaktivierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechen die Flußrichtungen der Zeitachse. Die Geschwindigkeit des zwischen den Knoten fließenden Prozeßfluids und die verstrichene Zeit, bevor die Puffermengen die eingestellten Werte erreichen, können durch einfache Arbeitsausdrücke oder empirische Werte abgeschätzt werden. Das Abkürzen der Zeit, die flir den Anlaufbetrieb verstreicht, kann erleichtert werden, indem die Schritte des Verfahrens und das Ausfuhrungstiming für den Anlaufbetrieb in einer Zeitsene auf der Basis der Ablaufdiagramme angeordnet werden. Wenn die Betriebszeiten für die Ventile und die Pumpen in den Ablaufdiagrammen geholt und auf der Zeitserienbasis neu angeordnet werden, kann zum Beispiel die Zeit, die für einzelne Schritte des Anlaufbetriebs verstreicht, klarer angezeigt werden.

Fig. 19 zeigt die Betriebszeiten der Ventile nach der Startzeit für den Anlaufbetrieb einer positiven Pilotanlage auf der Basis des Ablaufdiagramms der Fig. 18, d. h. die Zeiten für den Start der einzelnen Aktivitäten und Übergänge in den stationären Betrieb, die auf der Zeitserienbasis angeordnet sind.

Die Konfiguration und die Betriebsbedingungen dieser positiven Pilotanlage sind die folgenden.

Die Destillationskolonne D ist eine gepackte Kolonne (Kolonnenabschnitt) mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Höhe von 5000 mm, und ein Minikaskadenring von 1 inch wird als Abdichtung verwendet, dessen Abdichtungshöhe 4000 mm beträgt. Das in der Kolonne zu trennende Prozeßfluid ist eine Mischung aus Ethanol und Wasser. Als ein Ergebnis eines Experiments wird ermittelt, daß die theoretische Anzahl von Stufen, die einer Plattenkolonne der gepackten Zielkolonne entspricht, einschließlich des Aufkochers RB, 11 beträgt.

Das Material wird einer siebten Stufe, gezählt von der Kolonnenspitze als einer ersten Stufe, zugeführt. Eine Seitenstromplatte zum Zuführen des Prozeßfluids zu dem Seitenwärmer SH der Wärmepumpe HP entspricht der achten Platte der Destillationskolonne D. Der Aufkocher RB der Kolonne D hat eine Wärmeübertragungsfläche von 2,0 m², und ein Dampf von 2,0 kgfG/cm² wird als Heizmedium verwendet. In dem Aufkocher RB findet ein Wärmeaustausch von etwa 40 kW bzw. 16 kW während des Anlaufbetriebs bzw. des stationären Betriebs statt.

Der Kondensor CD der Destillationskolonne D, dessen Wärmeübertragungsfläche 4 m² beträgt, verwendet Wasser als eine Kühleinrichtung Tabelle 8 zeigt die prinzipiellen Spezifikationen der Destillationskolonne der Pilotanlage.

Tabelle 8

Die Wärmepumpe HP, die von einem indirekten Kompressionstyp ist, verwendet Wasser als ein Arbeitsfluid. Die Kompressoren C1 und C2 sind Drehkompressoren, die zueinander in Reihe verwendet werden, was einen großen Unterschied in der Kompressionstemperatur ergibt. Weiterhin weist jeder Kompressor einen Inverter für eine Lasteinstellung auf.

Die beiden Wärmetauscher, d.h. der Seitenwärmer SH und der Seitenkühler SC, die einen Abschnitt bilden, durch den Wärme zu oder von der Destillationskolonne D geliefert wird, sind von einem Rieselfilmtyp. Daher können diese Wärmetauscher ausreichend Wärmeenergie austauschen trotz einer relativ kleinen Temperaturdifferenz des Prozeßfluids. Tabelle 9 zeigt die prinzipiellen Spezifikationen der Wärmepumpe der Pilotanlage.

Tabelle 9

Diese Pilotanlage wurde in einen stationären Zustand für den Übergang in den stationären Betrieb der Destillationskolonne gebracht, wenn die Wärmepumpe HP in den stationären Betrieb geschaltet wurde, d.h. 246 Minuten nach dem Beginn des Anlaufbetriebs. Das gesamte System trat in den stationären Betrieb nach 376 Minuten nach dem Start des Anlaufbetriebs ein.

Indem daher die Anlage in Übereinstimmung mit den Ablaufdiagrammen, die mit Hilfe der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gemaß der vorliegenden Erfindung angezeigt werden, betrieben wird, war es möglich, daß die Anlage stabil und sicher in einen Zielzustand aktiviert wurde.

In der oben beschriebenen, ersten und zweiten Ausführungsform besteht das Anlaufbetriebsverfahren aus den Ideen einer "Flußsteuerung" und einer "Puffersteuerung" als die einfachen Konzepte sowie, falls erforderlich, "Betriebsmodus-Modifikationszustände" und "Übergangszustände in den stationären Zustand". In vielen Fällen ist es zu bevorzugen, daß das Ausführungstiming eingestellt wird, indem Variable zusätzlich oder unterstützend verwendet werden, beispielsweise die Temperatur, der Druck und die Zusammensetzung des Prozeßfluids in einer geeigneten Position, anstatt allein von dem Pufferzustand abhängig zu sein. Weiter kann eine Betriebsbedingung, um risikoreiche Betriebsbedingungen zu vermeiden, zusätzlich verwendet werden. In jedem Fall kann der Anlagebetrieb flexibel gemacht werden, indem diese Bedingungen den Entscheidungsbedingungen flir die Aktivierung hinzugefügt werden.

Gemäß der zweiten Ausführungsform wurde bestätigt, daß die Verwendung der Pilotanlage einen sichereren Anlagebetrieb ermöglichte. Da der Abschluß des Anlaufbetriebs 376 Minuten betrug, war jedenfalls ausreichend Raum für eine Verbesserung in dieser Anordnung. Somit wurde das Betriebsverfahren verbessert. Tabelle 10 zeigt die verstrichene Zeit, um gewünschte Puffermengen nach den Ventilbetriebszeiten, die in Fig. 19 gezeigt sind, anzusammeln.

Tabelle 10

Die Zeit, die für die Fluidzuführ in den unteren Tank H5 an dem Kolonnenboden verstreicht, kann verkürzt werden, indem einleitend der Tank H5 mit dem unteren Produkt vor dem Beginn des Anlaufbetriebs versorgt wird. In diesem Fall ist es erforderlich, zusätzlich eine Leitung zu verwenden, um dem unteren Tank H5 das untere Produkt zu liefern.

Die Zeit, die zum Vorheizen der Wärmepumpe HP verstreicht, kann verkürzt werden, wenn die Pumpe HP vorgewärmt wird, während das Arbeitsfluid in den Seitenkühler SC als ein einieitender Vorgang für die Pumpe eingeführt wird. In diesem Fall sollte der Seitenkühler SC zusätzlich eine Dampfzuführleitung aufweisen.

Die Zeit, die für die Fluidzufuhr in den Rückflußtank H8 an der Kolonnenspitze verstreicht, kann verkürzt werden, indem einleitend dem Tank H8 das obere Produkt vor dem Beginn des Anlaufbetriebs zugeführt wird. Auch in diesem Fall ist es erforderlich, zusätzlich eine Leitung zu verwenden, um dem Rückflußtank H8 das obere Produkt zuzuführen.

Wenn die oben genannte positive Pilotanlage nach diesen Verbesserungen in der Leitungskonfiguration und im Betriebsverfahren gestartet wurde, war es möglich, die Anlaufsbetriebszeit, die vor dem Beginn des stationären Betriebs erforderlich ist, auf 168 Minuten zu reduzieren.

Fig. 20 zeigt deutlich das Betriebstiming für jedes Ventil. Wenn die Ventile nicht durch eine Fernsteuerung, sondern durch Bediener am Arbeitsplatz betrieben werden, kann das Plazieren der Bediener, die Ventilanordnung etc. leicht in Anbetracht der Effizienz der Ventiloperationen an Ort und Stelle erreicht werden. Genauer gesagt werden die Zeittabelle der Fig. 20 und die Leitungskonfiguration miteinander verglichen für die Verteilung der einzelnen Ventiloperationen für die Bediener oder für eine optimale Anordnung der Ventile für den Fall eines Ein-Mann-Betriebs. Diese Operationen können leicht durchgeführt werden, weil das Anlagendesign dem Anlagenbetrieb und dem Timing definitiv entspricht auf der Basis der Ablaufdiagramme der Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung.

(Ablaufdiagramm für den Abschaltbetrieb)

Das Abschaltbetriebsverfahren für das Destillationskolonnensystem mit der Wärmepumpe HP kann auch auf der Grundlage des Ablaufdiagramms der Fig. 18 bestimmt werden.

Beim Durchführen des Abschaltbetriebs werden zuerst die Materialzufuhr und die Zuführ von Dampf zu dem Aulkocher RB gestoppt. Da die Dampfzufuhr auf diese Weise gestoppt ist, hört die Dampferzeugung durch den Aufkocher RB auf. Falls die Wärmepumpe HP in Betrieb ist, kann jedoch das Prozeßfluid auch zirkulieren, so daß die Pumpe HP schließlich gestoppt wird.

Das Abschaltbetriebsverfahren und -timing (Betriebsabfolge) kann auf dieselbe Weise wie in dem Fall der ersten Ausführungsform eingestellt werden. Alternativ können diese Faktoren jedoch dargestellt werden, indem allmählich die Helligkeit der Aktivierung verringert wird, die auf dem Bildschirm der Anzeigevorrichtung 44 angezeigt wird, die das Ablaufdiagramm für den Anlaufbetrieb verwendet.

(Ablaufdiagramm für den Notfall-Abschaltbetrieb)

Auch kann in der zweiten Ausführungsform eine Einrichtung, die für eine Notfallabschaltung, beispielsweise ein Dichtgaszufuhrsystem, eine Notfall-Enfleerungsleitung für das Prozeßfluid etc. auf die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebene Weise hinzugefügt werden, wenn es für die Sicherheit der Anlage erforderlich ist. Es ist nur erforderlich, daß eine Betriebsabfolge in Anbetracht der zugefügten Einrichtung wie bei der ersten Ausführungsform eingestellt wird. Auch in diesem Fall kann die Aktivierung auf dem Schirm der Anzeigevorrichtung 44 auf dieselbe Weise wie bei dem Abschaltbetrieb angezeigt werden. Wenn die Notfall-Abschalteinrichtung hinzugefügt wird, erfordert ihr Betrieb nur Notfall-Abschaltbedingungen und sein Betriebsablauf Aktivierungsentscheidungsbedingungen.

Anderenfalls wird der Betrieb auf dieselbe Weise wie der Abschaltbetrieb durchgeführt.

Es ist zu beachten, daß die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Destillationskolonnensysteme der hier beschriebenen, ersten und zweiten Ausführungen beschränkt ist und daß die Erfindung auch auf verschiedene andere chemische Anlagen angewandt werden kann. Es gibt mehrere Methoden, um Ablaufdiagramme für andere, im folgenden beschriebene Anlagekomponenten darzustellen.

Fig. 21 zeigt einen Verdampfer, bei dem ein Prozeßfluid erhitzt wird, damit es mit Hilfe eines Wärmetauschers HEX1 verdampft wird, der Dampf als Leistung verwendet. Das verdampfte Prozeßfluid fließt von dem Verdampfer zu einer Leitung S80, während eine in dem Verdampfer gesammelte Flüssigkeit in eine Leitung S81 herausfließt. Fig. 22 zeigt das Ablaufdiagramm für den Verdampfer.

Fig. 23 zeigt eine Konfiguration eines Selbstwärmeaustauschreaktors, in dem ein reaktives Prozeßfluidgemisch reagiert und Reaktionswärme erzeugt. Der Reaktor R weist zwei Wärmetauscher HEX2 und HEX3 auf. Der Wärmetauscher HEX2 verwendet Dampf als ein Wärmeübertragungsmedium, um das Prozeßfluid vorzuerhitzen, welches in dem Reaktor R reagiert. In dem Wärmetauscher HEX3 erhitzt das Prozeßfluid, das auf hohe Temperaturen durch die in dem Reaktor R erzeugte Reaktionswärme erhitzt wird, das Prozeßfluid selbst, welches in den Reaktor R fließt. Fig. 24 zeigt ein Ablaufdiagramm für den Selbstwärmetauschreaktor.

Im folgenden wird der Weg dargestellt, Fluidverbindungen und Bedingungen für die Flußsteuerung darzustellen, die sich ergeben, wenn Phasenumwandlungen an Knoten durch Kristallisation, Druckverminderung, Verflüssigung unter Druck oder Sedimentationstrennung verursacht werden. Kristallisation

Tabelle 11

Tabelle 11 zeigt, daß ein Prozeßfluid S90 in der flüssigen Phase L gekühlt wird, damit es teilweise an einem Knoten N2 kristalliert, wodurch ein Prozeßfluid S91 gebildet wird, das Teile in der festen Phase 5 und in der flüssigen Phase L enthält. Druckverminderung

Tabelle 12

Tabelle 12 zeigt, daß ein Prozeßfluid S92 in der flüssigen Phase L dekomprimiert wird, damit es teilweise an einem Knoten N6 verdampft, wodurch ein Prozeßfluid S94 in der Gasphase V und ein Prozeßfluid S93 in der flüssigen Phase L gebildet werden. Verflüssigung unter Druck

Tabelle 13

Tabelle 13 zeigt, daß ein Prozeßfluid S96 in der Gasphase V unter Druck gesetzt wird, damit es an einem Knoten N11 kondensiert, wodurch ein Prozeßfluid S97 in der flüssigen Phase L gebildet wird. Sedimentationstrennung

Tabelle 14

Tabelle 14 zeigt, daß ein Fluid S88 in einen Knoten N15 in der Form eines Schlamms eintritt, woraufhin es in zwei Phasen, nämlich in die flüssige Phase L und in die Schlammphase (L+S), geteilt wird. Diese beiden Teile kommen aus dem Knoten N15 in der Form eines Fluids S89 und eines Fluids S90 hervor.

Zufuhr von Prozeßfluiden A & B

Eine chemische Anlage kann auf verschiedenen Wegen betrieben werden, ohne ihre Konfiguration zu ändern. Wenn Prozeßfluide A und B einem Tank 100 zugeführt werden, wie es in Fig. 25 gezeigt ist, können die folgenden verschiedenen Verfahren in Abhängigkeit von den auszuführenden Prozessen verwendet werden.

Bei dem ersten Zufuhrverfahren wird das Prozeßfluid A zuerst dem Tank 100 zugeführt. Wenn die resultierende Puffermenge einen eingestellten Wert [> 100-HS] erreicht, wird das Prozeßfluid B dem Tank 100 zugeführt. Fig. 26 zeigt ein Ablaufdiagramm für diesen Fall, bei dem eine Puffermengen-Bedingung [> 100-HS] einer Aktivierungsbedingung für ein Ventil V102 hinzugefügt wird.

Bei einem zweiten Zufuhrverfahren werden werden die Prozeßfluide A und B gleichzeitig dem Tank 100 zugeführt. Fig. 27 zeigt ein Ablaufdiagramm für diesen Fall, bei dem die Bedingung, daß beide Eingangsvorgänge für die Fluide A und B beendet sind, den Aktivierungsbedingungen für Ventile V101 und V102 hinzugefügt werden. In dem Moment, in dem die Eingangsvorgänge für die Prozeßfluide A und B beide beendet sind, werden die Ventile V101 und V102 gleichzeitig geöffnet. Das Ablaufdiagramm der Fig. 27 kann in das in Fig. 28 gezeigte umgeschrieben werden gemäß eines herkömmlichen Verfahrens einer Ablaufdiagrammdarstellung. Dieses Ablaufdiagramm zeigt auch an, daß die Ventile V101 und 102 synchron zueinander geöffnet werden.

Obwohl die Ablaufdiagramme auf dem Schirm der Anzeigevorrichtung 44 in den oben beschriebenen Ausführungsformen angezeigt werden, können sie mit Hilfe des Druckers 46 ausgedruckt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann die Aktivierungsanzeigevorrichtung alternativ im einzelnen mit einem Verteilungssteuersystem (DCS) 49 für jede Anlage verbunden sein, so daß die oben genannten Ablaufdiagramme erforderlichenfalls von der zentralen elektronischen Steuereinheit 40 der Anzeigevorrichtung in der Anlage geliefert werden, was einen Teil des Steuersystems bildet.


Anspruch[de]

1. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung zur Verwendung in einer Anlage, in der verschiedene Punkte von Anlagekomponenten (H0, H1, D, H5, R8, CD, H9, H10) durch Knoten (0-H, 1-H; 2, 3, 4, 5-H, 6 ... 10-H) dargestellt werden, einschließlich wenigstens eines Systemeingangsknotens (0-H, 11, 14), durch welchen ein Fluid extern der Anlage zugeführt wird, und wenigstens eines Systemausgangsknotens (10-H, 9-H, 13, 16), durch welchen ein Fluid aus der Anlage herausfließt, wobei die benachbarten Knoten (1-H, 3; 2, 3; ...) miteinander mittels Fluiddurchgängen (S1; S2, S2; ...) über Transporteinrichtungen (P1, P4, ...) und/oder Ventileinrichtungen (V1, V6, SV2, ...) verbunden sind, die in der Mitte jedes der Fluiddurchgänge an gewünschten Positionen vorgesehen sind, um einen Fluidfluß in einer bestimmten Richtung zu erzeugen,

gekennzeichnet durch

eine Ausgabeeinrichtung (40, 44, 46, 48), um alle Fluide, die durch die Fluiddurchgänge (S1, S2, ...) fließen, in Übereinstimmung mit dem Typ und der Phase der Fluide zu kategorisieren, indem jedes der kategorisierten Fluide mit einer bestimmten Phase von dem Systemeingangsknoten (0-H, 11, 14) zu dem Systemausgangsknoten (9-H, 10-H, 13, 16) verfolgt und aufeinanderfolgend die Anordnungen der verfolgten Knoten in einer Richtung anzeigt werden;

eine Speichereinrichtung (40, 48), um Betriebsbedingungen für jede der Transporteinrichtungen (P1, P4, ...) und/oder Ventileinrichtungen (V1, V6, SV2, ...) vorher zu speichern;

eine Sensoreinrichtung (54) zum Ermitteln von Daten, um zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen für jede der Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen erfüllt sind oder nicht; und Kontrolleinrichtungen (40) für die Ausgabeeinrichtung, um nacheinander zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen für die Transporteinrichten (P0, P1, ...) und/oder Ventileinrichtungen (V1, V6, ...) erfüllt sind oder nicht, indem von dem einen, der auf der Systemeingangsknotenseite angeordnet ist, begonnen wird und indem die Ausgabeeinrichtung (40, 44, 46, 48) veranlaßt wird, eine deutliche Anzeige zu machen, daß die in Frage stehenden Transporteinrichtungen (P0, P1, ...) und/oder Ventileinrichtungen (V0, V1, V6, ...) betrieben werden sollten, wenn die entsprechende Betriebsbedingung erfüllt ist, und daß eine deutliche Anzeige von nur den Fluiddurchgängen (S1, S2, S3,...) zwischen solchen Knoten gemacht wird, durch die hindurch Flüsse durch den Betrieb der Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen verursacht werden.

2. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung zum Berechnen der Anlageaktivierung durch simulierten Betrieb einer Anlage, in der verschiedene Punkte von Anlagekomponenten durch Knoten dargestellt sind, einschließlich wenigstens eines Systemeingangsknotens, durch den ein Fluid extern der Anlage zugeführt wird und wenigstens eines Systemausgangsknotens, durch den ein Fluid aus der Anlage herausfließt, wobei die benachbarten Knoten miteinander über Fluiddurchgange verbunden sind, wobei Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen zum Erzeugen eines Fluidflusses in einer bestimmten Richtung in der Mitte jedes der Fluiddurchgänge an gewünschten Positionen vorgesehen sind,

gekennzeichnet durch:

eine Eingabeeinrichtung (42), um ein Datensignal durch einen externen Eingabevorgang zu erzeugen; eine Ausgabeeinrichtung (44, 46), um als Reaktion auf das von der Eingabeeinrichtung gelieferte Datensignal alle Fluide, die durch die Fluiddurchgänge fließen, entsprechend dem Typ und der Phase der Fluide zu kategorisieren, indem nacheinander jedes der kategorisierten Fluide mit einer bestimmten Phase von dem Systemeingangsknoten zu dem Systemausgangsknoten verfolgt wird und indem aufeinanderfolgend die Anordnungen der verfolgten Knoten in einer Richtung angezeigt werden;

eine Speichereinrichtung (48), um Betriebsbedingungsdaten an jeder der Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen als Reaktion auf die von der Eingabeeinrichtung (42) gelieferten Datensignale vorher zu speichern;

eine Simulationssignal-Ausgabeeinrichtung, um ein simuliertes Signal auszugeben, damit als Simulation die Betriebsbedingungen an jeder der Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen erfüllt sind; und

eine Ausgabeeinrichtung-Steuereinrichtung (40), um nacheinander zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen für die Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen erfüllt sind oder nicht, indem von dem, der auf der Systemeingangsknotenseite angeordnet ist gestartet wird in Abhängigkeit von der Anwesenheit des Simulationssignals der Simulationssignal-Ausgabeeinrichtung und indem die Ausgabeeinrichtung veranlaßt wird, eine deutliche Anzeige, daß die in Frage stehenden Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen betrieben werden sollten, wenn die entsprechende Betriebsbedingung erfüllt ist, und eine deutliche Anzeige von nur den Fluiddurchgängen zwischen solchen Knoten zu machen, durch die Flüsse als durch den Betrieb der Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen verursacht angesehen werden.

3. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, die eine Befehlseinrichtung zum Ausgeben eines Pseudobefehlssignals aufweist, um die bestimmten Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen durch Handbetrieb zu aktivieren oder zu stoppen, und worin die Ausgabeeinrichtung-Steuereinrichtung die Ausgabeeinrichtung veranlaßt, eine deutliche Anzeige von nur den Fluiddurchgängen zwischen solchen Knoten zu machen, durch welche neue Flüsse verursacht werden, wenn bestimmte Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen aktiviert oder gestoppt werden als Reaktion auf das Pseudobefehlssignal der Befehlseinrichtung, und eine deutliche Anzeige zu machen, daß die in Frage stehenden Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen entsprechend betrieben werden sollten, wenn sich die Betriebsbedingungen auf Grund der Änderung der Flüsse ändern.

4. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Anlagekomponenten eine Wärmetauschkomponente aufweisen und worin wenigstens einer der Knoten mit einem Knoten der Wärmetauschkomponente über eine Energieübertragung verbunden ist, wobei die Wärmetauschkomponente auf der Ausgabeeinrichtung in der Nähe der Energie übertragenden Knoten parallel dazu angezeigt wird.

5. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, worin die Fluide, die durch die mit dem Knoten verbundenen Durchgänge fließen, welcher Energie mit dem Knoten der Wärmetauschkomponente austauscht, als identisch kategorisierte Fluide angesehen werden, wenn die Fluide um den in Frage stehenden Knoten herum die Phase ändern.

6. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anlagekomponenten eine Verzögerungseinrichtung aufweisen, die als ein Knoten anzuzeigen ist.

7. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Ausgabeeinrichtung eine Bildanzeigeeinrichtung (44) aufweist.

8. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Ausgabeeinrichtung einen Drucker (46) aufweist.

9. Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anlage eine Mehrzahl von Anlageeinheiten aufweist.

10. Automatische Anlagebetriebsvorrichtung, die die Anlageaktivierungsanzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Antriebseinrichtung (52) aufweist, um die Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen anzutreiben, wodurch die Antriebseinrichtung veranlaßt wird, die Transporteinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen anzutreiben, wenn die entsprechende Betriebsbedingung erfüllt ist.







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