СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ СУСПЕНЗИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ СТИРОЛА Российский патент 2018 года по МПК C08F112/08 

Изобретение относится к области систем автоматического управления. Оно может быть использовано при автоматизации работы полимеризационных реакторов, имеющих один или несколько контуров управления, подключаемых в зависимости от динамических характеристик объекта и особенностей возмущающего воздействия.

Процессы радикальной полимеризации являются одной из типовых технологий получения полимеров различного назначения. Данные процессы являются экзотермическими реакциями с явно выраженными нелинейными зависимостями, что приводит к возникновению различных проблем при управлении данными процессами.

Полимеризация стирола, протекающая по радикальному механизму инициирования, является типичным примером таких процессов. Характерной нелинейностью данного процесса является наличие гель-эффекта, который проявляется уже при степени конверсии равной 60%, что приводит к пиковому выделению тепла, которое может вывести реактор из устойчивого состояния, а также приводит к изменению параметров объекта управления (реактор-полимеризатор), которые также меняются при возникновении гель-эффекта.

Известен способ автоматического управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции в зависимости от величины отклонения значения измеренной температуры от заданного значения подачей теплоносителя и хладагента в рубашку реактора (Патент RU №93012620 А от 20.09.1996, МПК C08F 112/0).

Недостатком данного способа является отсутствие возможности воздействия на температуру с помощью изменения гидродинамического режима внутри реактора.

Способ управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи теплоносителя и/или хладагента в рубашку реактора, за счет изменения заданной скорости вращения мешалки реактора в дополнительном канале управления, которая корректируется в зависимости от рассчитанных по модели свойств реакционной среды (Патент RU №2534365 С2 от 24.04.2012, МПК G05B 15/00, C08F 10/00).

Недостатком указанного способа является необходимость построения адекватной математической модели изменения свойств реакционной среды.

В связи с вышеизложенным предлагается ввести канал упреждения, который в зависимости от изменения токовой нагрузки на асинхронный электродвигатель (АЭД) будет вырабатывать сигнал упреждения.

Цель предлагаемого изобретения - улучшение качества управления системы автоматического управления температурой процесса полимеризации за счет введения канала упреждения.

Система автоматического управления процессом радикальной полимеризации стирола с использованием канала упреждения изображена на фигуре 1.

Система состоит из основного контура управления и канала упреждения. В основном контуре управления системой, заданная температура реакционной среды Т_ЗД сравнивается с текущим значением температуры Т реакционной среды в элементе сравнения 5. Ошибка рассогласования ε_Т=(Т_ЗД-Т) поступает на вход регулятора 6 (R_T), стабилизирующего температуру реакционной смеси внутри реактора Т. Регулятор 6 (R_T) вырабатывает управляющее воздействие U_T, которое подается на технологический объект управления (ТОУ) 7 в виде расхода хладагента, необходимого для поддержания заданной температуры реакционной среды внутри реактора Т. Текущее значение температуры реакционной среды внутри реактора Т в виде обратной связи поступает в элементе сравнения 5, тем самым замыкая основной контур управления.

Канал упреждения включает блок питания (БП) 2 асинхронного электродвигателя (АЭД) 4, который обеспечивает заданную скорость вращения мешалки реактора-полимеризатора, а также блоки математической модели (ММ) 1 и блок корректирующего устройства (КУ) 3.

Блоки 1 и 3 работают следующим образом: в момент, когда вязкость реакционной среды начинает значительно возрастать, токовый сигнал I на выходе 2 (БП) начинает значительно увеличиваться и в этот момент включается в работу блок 1 (ММ), который рассчитывает скорость изменения сигнала I и если он превышает заданное значение, то в блоке 3 (КУ) вырабатывается сигнала S_K, который подается на элемент сравнения 5 основного контура с целью обеспечения увеличения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, избежав тем самым резкого возрастания температуры реакционной смеси Т, которая начинает увеличиваться за счет увеличения диссипации механической энергии на перемешивание.

Отличительной особенностью данного способа управления является отслеживание изменения токовой нагрузки на 4 (АЭД) и на основании этого выработка корректирующего воздействия, в основной контур системы, что позволяет улучшить качество управления технологическим объектом и, как следствие, качество получаемого продукта.

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к автоматическим системам регулирования, и может быть использовано для поддержания температуры реакционной смеси химических реакторов-полимеризаторов. Система состоит из основного контура управления и канала упреждения. Основной контур обеспечивает стабилизацию температуры реакционной смеси внутри реактора-полимеризатора с помощью регулятора. Канал упреждения вырабатывает сигнал упреждения зависимости от изменения токовой нагрузки на асинхронный электродвигатель. Сигнал упреждения подается на элемент сравнения основного контура с целью обеспечения увеличения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, избежав тем самым резкого возрастания температуры реакционной смеси, которая начинает увеличиваться за счет увеличения диссипации механической энергии на перемешивание. Технический результат заключается в улучшении качества управления технологическим объектом за счет изменения динамических свойств канала управления в зависимости от состояния объекта управления. 1 ил.

Способ управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, отличающийся тем, что используется информация об изменении токовой нагрузки на асинхронный электродвигатель привода мешалки реактора для организации сигнала упреждения на регулятор основного канала управления, который рассчитывается с помощью математической модели динамики реактора.