Изобретение относится к автоматическому управлению процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена и может быть использовано в химической промышленности.
Известен способ управления процессом синтеза гликолей путем некаталитической гидратации оксида этилена (Технический регламент производства окиси этилена и гликолей N 104-85 Дзержинского ПО "Капролактам", Дзержинск, 1985, хранится в отраслевой библиотеке ГОСНИИХЛОР ПРОЕКТА, Москва), заключающийся в стабилизации соотношения расходов раствора оксида этилена и обессоленной воды на смешение, что при стабильной концентрации оксида этилена в водном растворе, поступающем на смешение, обеспечивает стабильную селективность по целевому продукту.
Недостатком этого способа является отсутствие информации о концентрации оксида этилена, в потоке поступающем на смеситель и соответственно на реактор, что не позволяет точно стабилизировать уровень селективности по целевому продукту.
Наиболее близким по совокупности признаков, т. е. прототипом, является способ управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена (авт. св. 1581716 А1 СССР, МКИ C 07 C 31/20, G G 05 D 27/00) путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена, в котором дополнительно измеряют концентрацию моноэтиленгликоля, температуру реакционной массы на входе в реактор и температуру в трех расположенных последовательно зонах реактора зоне разгона, зоне протекания реакции и зоне стабилизации температуры, определяют оптимальное значение концентрации оксида этилена на входе в реактор, при котором значение селективности процесса по моноэтиленгликолю принимает максимальное значение, рассчитывают текущее значение концентрации оксида этилена на входе в реактор и корректируют расходы обессоленной воды и водного раствора оксида этилена в зависимости от соотношения значений оптимальной и текущей концентрации оксида этилена на входе в реактор. Кроме того, дополнительно измеряют значение температуры на выходе из реактора и регулируют температуру входной смеси в зависимости от текущих значений температуры в зоне стабилизации и температуры целевого продукта на выходе из реактора путем воздействия на расход греющего пара, подаваемого в подогреватель.
Недостатком прототипа является то, что предложенный способ управления направлен на обеспечение максимальной селективности только одного продукта -моноэтиленгликоля, в то время как целевыми продуктами могут являться и высшие гликоли или их совокупность. Кроме того, к недостаткам можно отнести необходимость многократного численного интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих процесс, с целью идентификации математической модели, с помощью которой определяется текущая концентрация оксида этилена на входе в реактор, а затем путем итерационной поисковой процедуры устанавливаются оптимальная концентрация и оптимальная температура смеси на входе в реактор, что снижает быстродействие системы управления и соответственно качество управления.
Изобретательская задача состояла в разработке достаточно простого и быстродействующего способа управления процессом синтеза гликолей некаталитической гидратацией оксида этилена, обеспечивающего оптимальное распределение продуктов на выходе из реактора при заданных технологических ограничениях и минимум энергозатрат, а также динамическую стабилизацию объекта.
Поставленная задача достигается тем, что в способе управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена по измеренной разности температур на выходе и входе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, потом по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор и затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, а оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации. Кроме того, необходимо отметить, что текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по формуле
Xовх = β•ΔT0,
где ΔT0 разность температур на выходе и входе реактора;
X0вх концентрация оксида этилена на входе в реактор;
β теплофизический коэффициент.
На чертеже представлена блок-схема системы управления процессом синтеза гликолей, которая состоит из смесителя 1, где смешиваются раствор оксида этилена, обессоленная вода и гликоль, подаваемый с помощью рецикла со 100%-ной концентрации после разделения для получения определенных соотношений. Реакционная смесь подогревается до определенной температуры в системе теплообменников 2 для обеспечения практически полной конверсии оксида этилена в трубчатом адиабатическом реакторе 3. На чертеже показаны также регулятор температуры смеси на входе в реактор 4, регуляторы расходов воды, раствора оксида этилена и гликоля 5-7 соответственно, получающие задания от вычислительного устройства 8. Регуляторы и вычислительное устройство получают информацию от первичных преобразователей 9-13. Контуры регулирования снабжены исполнительными устройствами 15-18.
Общий расход на реактор измеряется с помощью первичного преобразователя 12. Вся информация поступает в вычислительное устройство 8, которое работает в супервизорном режиме с локальными регуляторами.
Способ управления осуществляют следующим образом.
Приняв для трубчатого реактора синтеза гликолей модель идеального вытеснения и приняв равными тепловые эффекты всех стадий реакции:
1) Рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор по формуле
X0вх = β•ΔT0,
где ΔT0 разность температур на выходе и входе реактора, измеряемая первичными преобразователями 13 и 14;
X0вх концентрация оксида этилена на входе в реактор;
β теплофизический коэффициент.
2) Рассчитывают оптимальные концентрации окисла этилена X
При этом учитывают практически полное превращение оксида этилена в реакторе.
3) Рассчитывают оптимальные расходы U
4) Рассчитывают минимальную температуру подогрева реакционной смеси на входе в реактор T
5) Корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения задания локальным регуляторам 4-7 согласно полученным оптимальным значениям T
При этом выходной регулируемой переменной является температура на выходе реактора, а регулирующими переменными будут расходы оксида этилена и обессоленной воды, поступающие в смеситель.
Таким образом, разработан способ оптимального управления процессом синтеза гликолей, в котором в отличие от прототипа, обеспечивается не максимальная селективность по моноэтиленгликолю, а оптимальное распределение продуктов на выходе, поскольку целевыми продуктами могут являться и высшие гликоли или их совокупность. Кроме того, предложены беспоисковая процедура определения концентрации оксида этилена на входе в реактор и определение оптимальной концентрации по заданному распределению продуктов на выходе, что значительно снижает объем вычислений и повышает быстродействие системы статической оптимизации. Кроме системы статической оптимизации, которая рассматривается в прототипе, предложена система динамической стабилизации процесса с обратной связью, которая удерживает процесс вблизи оптимального статического режима.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ управления процессом синтеза гликолей гидратацией окиси этилена | 1987 |
|
SU1581716A1 |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА ГЛИКОЛЕЙ ГИДРАТАЦИЕЙ ОКСИДА ЭТИЛЕНА | 1999 |
|
RU2151762C1 |
ОТВЕРДИТЕЛЬ-АНТИПИРЕН ДЛЯ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1996 |
|
RU2144928C1 |
54,56-ИНДИЙ(III)ХЛОР: 58,60-КОБАЛЬТ(II)ОКСО-6,11:19,24:32,37:45,50-ТЕТРАИМИНО- 5,52:13,18:20,31:39,44-ТЕТРАНИТРИЛООКТАБЕНЗО [C, G, E, P, U, Y, D, H] (1,10,19,28- ТЕТРААЗАЦИКЛОГЕКСАТРИАКОНТИН, ОБЛАДАЮЩИЙ БАКТЕРИОСТАТИЧЕСКИМ ДЕЙСТВИЕМ НА СТАФИЛОККОК И КИШЕЧНУЮ ПАЛОЧКУ | 1995 |
|
RU2135500C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНООБРАЗУЮЩЕГО ПОЛИКАПРОАМИДА | 1996 |
|
RU2119928C1 |
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 1994 |
|
RU2087501C1 |
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНИЛАЦЕТАТА НА ОСНОВЕ ЭТИЛЕНА | 2001 |
|
RU2184725C1 |
ЭЛЕКТРОЛИТ БРОНЗИРОВАНИЯ | 1997 |
|
RU2130513C1 |
МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСЫ ДИПИРИДИН-ДИ(ТРЕТ.-БУТИЛБЕНЗО)ПОРФИРАЗИНА | 1995 |
|
RU2134268C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИБРЫ | 1995 |
|
RU2083747C1 |
Использование: химическая промышленность. Сущность изобретения: путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена по измеренной разности температур на входе и выходе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, после чего по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор, а затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации. Текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по математическому выражению. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Xовх = β•ΔT0,
где Хо в х текущая концентрация оксида этилена на входе в реактор;
ΔT0 - разность температур на выходе и входе реактора;
β - теплофизический коэффициент.
SU, авторское свидетельство, 1581716, кл | |||
Способ восстановления хромовой кислоты, в частности для получения хромовых квасцов | 1921 |
|
SU7A1 |
Авторы
Даты
1997-12-27—Публикация
1995-10-06—Подача