СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ СУСПЕНЗИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ Российский патент 2021 года по МПК C08F2/18 G05D23/19 

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

Одним из распространенных методов синтеза полимеров является процесс суспензионной полимеризации, протекающий в реакторе периодического действия. Для получения полимера с набором необходимых свойств необходимо точно поддерживать температурный режим в реакторе, что осложняется ввиду явно выраженного экзотермического характера протекания процесса суспензионной полимеризации. Это связано с наличием внутренних неконтролируемых возмущений, действующих на процесс, главным из которых является гель-эффект. Данное явление проявляется при синтезе многих полимеров при определенной степени конверсии мономера. Например, при синтезе поливинилацетата гель-эффект проявляется при 80% степени конверсии, при синтезе полистирола - при 60%, а при синтеза полиметилметакрилата - уже при 30% степени конверсии.

Известны способы 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/или хладагента в рубашку реактора-полимеризатора (RU №93012620 А от 20.09.96 г.). При данном способе управления процессом отсутствует возможность воздействия на температуру с помощью изменения гидродинамического режима внутри реактора-полимеризатора. Учитывать это воздействие необходимо, так как при применении аппаратов с мешалками увеличение их оборотов при значительной вязкости реакционных сред приводит как к значительному росту мощности, потребляемой мешалкой, так и к опасности локального перегрева самой реакционной массы за счет трения слоев вязкой среды, что снижает качество получаемого продукта.

Способ управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи теплоносителя и/или хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, отличающийся тем что, используется дополнительное воздействие на температуру реакционной массы путем изменения гидродинамического режима внутри реактора-полимеризатора за счет изменения заданной скорости вращения мешалки реактора-полимеризатора в дополнительном канале управления, которая корректируется в зависимости от рассчитанных по модели свойств реакционной массы (RU №2534365 С2 от 24.04.2012). При данном способе необходимо построить адекватную математическую модель процесса с учетом изменения вязкости реакционной массы, что не всегда возможно.

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-полимеризатора для организации сигнала упреждения на регулятор основного канала управления, который рассчитывается с помощью математической модели динамики реактора-полимеризатора (RU №2649039 С1 от 30.01.2017). При данном способе необходимо построить адекватную математическую модель изменения вязкости реакционной массы, что не всегда возможно.

Способ управления реактором суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора и изменения скорости вращения мешалки, заключающийся в том, что при изменении выходного сигнала регулятора управления скоростью вращения мешалки вырабатывается упреждающее воздействие в контур стабилизации температуры реакционной массы в реакторе-полимеризаторе, а при изменении температуры реакционной массы вырабатывается упреждающее воздействие в контур управления скоростью вращения мешалки реактора-полимеризатора (RU №2 669 791 С1 от 16.10.2018). При данном способе управления необходимо спроектировать 2 корректирующих устройства, а также реализовать 2 контура управления, что существенно усложняет синтез системы управления.

Способ управления реактором суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, отличающийся тем, что отслеживается изменение выходного сигнала регулятора скорости вращения мешалки и на его основании вырабатывается упреждающее воздействие в контур стабилизации температуры реакционной массы в реакторе-полимеризаторе (RU №2 679 221 С1 от 06.02.2019). При данном способе необходимо построить адекватную математическую модель изменения вязкости реакционной массы, что не всегда возможно.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества управления температурой реакционной смеси во время проведения процесса суспензионной полимеризации.

Поставленная задача решается путем введения одного канала упреждения, который вырабатывает сигнал упреждения по заданному алгоритму функционирования в зависимости от текущей информации о состоянии процесса, полученной с выходного сигнала регулятора, обеспечивающего стабилизацию скорости вращения мешалки реактора-полимеризатора.

Система управления процессом суспензионной полимеризации с использованием канала упреждения изображена в виде блок-схемы на фигуре 1. Система состоит из двух контуров управления температурой - инерционного и быстродействующего с одной регулируемой координатой Т. Быстродействующий контур регулирования обеспечивает стабилизацию температуры реакционной массы Τ внутри реактора-полимеризатора с помощью регулятора 2 (R_N), Инерционный контур регулирования обеспечивает стабилизацию температуры реакционной массы Τ внутри реактора-полимеризатора с помощью регулятора 6 (R_T).

Заданное значение температуры реакционной массы Т_ЗД сравнивается с текущим значением температуры реакционной массы Т в элементе сравнения 1, после чего ошибка рассогласования ε=(Т_ЗД-Т) одновременно поступает на инерционный и быстродействующий контуры управления.

В быстродействующем контуре регулирования ошибка рассогласования ε поступает на вход регулятора 2 (R_N), стабилизирующего температуру реакционной массы Τ внутри реактора-полимеризатора. Регулятор 2 (R_N) вырабатывает управляющее воздействие U_N, которое подается на технологический объект управления (ТОУ) 4 в виде мощности, необходимой для вращения мешалки реактора-полимеризатора.

На вход регулятора 6 (R_T), стабилизирующего температуру реакционной массы Τ внутри реактора-полимеризатора, поступает скорректированное значение ошибки рассогласования ε^K=(ε+S_K). Регулятор 6 (R_T) вырабатывает управляющее воздействие U_T, которое подается на ТОУ 4 в виде расхода хладагента, необходимого для поддержания заданной температуры реакционной массы T внутри реактора-полимеризатора.

В инерционный контур регулирования, как показано на фигуре 1, введен канал упреждения, который включает блок 3 корректирующего устройства (КУ), вырабатывающий сигнал упреждения S_K, а также сумматор 5, в котором складывается значение ошибки рассогласования ε и сигнала упреждения S_K, получая скорректированное значение ошибки рассогласования ε^K с целью дополнительного увеличения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, избежав тем самым резкого возрастания температуры реакционной массы Т, которая начинает увеличиваться за счет увеличения диссипации механической энергии на перемешивание.

Блок 3 (КУ) в течение процесса суспензионной полимеризации отслеживает состояние объекта управления, используя быстродействующий канал регулирования, что позволяет определить момент увеличения диссипации энергии на перемешивание. Когда в быстродействующем контуре регистрируется значение, превышающее заданный предел, блок 3 КУ начинает вырабатывать сигнал упреждения S_K по определенному заранее алгоритму функционирования. Сигнал S_K подается на элемент сравнения 5 контура стабилизации температуры реакционной массы Τ

Отличительной особенностью данного способа управления является отслеживание изменения выходного сигнала U_N с регулятора 2 (R_N) и, на его основании, выработка упреждающего воздействия S_K в контур стабилизации температуры реакционной массы Τ в реакторе-полимеризаторе, что позволяет улучшить качество управления технологическим объектом и, как следствие, качество получаемого продукта.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для поддержания температуры реакционной массы химических реакторов-полимеризаторов. Способ регулирования включает использование быстродействующего и инерционного контуров регулирования с одной регулируемой координатой - температурой реакционный массы. В результате работы быстродействующего контура вырабатывается управляющее воздействие (U_N), подаваемое на технологический объект управления (ТОУ) 4 в виде мощности, необходимой для вращения мешалки. Затем в результате работы блока 3 корректирующего устройства (КУ) и регулятора 6 (R_T) вырабатывается управляющее воздействие (U_T), которое подается на технологический объект управления (ТОУ) 4 в виде расхода хладагента, Технический результат заключается в улучшении качества управления температурой реакционной смеси во время проведения процесса суспензионной полимеризации. 1 ил.

Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации путем использования быстродействующего и инерционного контуров регулирования с одной регулируемой координатой - температурой реакционной массы (Т), на которые одновременно поступает ошибка рассогласования (ε), полученная в элементе сравнения 1 путем сравнения заданного и текущего значений температуры реакционной массы, при этом в быстродействующем контуре ошибка рассогласования (ε) поступает на вход регулятора 2 (R_N), который вырабатывает управляющее воздействие (U_N), подаваемое на технологический объект управления (ТОУ) 4 в виде мощности, необходимой для вращения мешалки, и выходной сигнал, поступающий в блок 3 корректирующего устройства (КУ), который при определении момента увеличения диссипации энергии перемешивания на основе полученного выходного сигнала вырабатывает сигнал упреждения (S_K), который поступает в сумматор 5 инерционного контура регулирования и складывается с ошибкой рассогласования (ε) для получения скорректированного значения ошибки рассогласования (ε^K) с целью дополнительного увеличения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора, затем скорректированное значение ошибки рассогласования (ε^K) поступает на вход регулятора 6 (R_T), вырабатывающего управляющее воздействие (U_T), которое подается на технологический объект управления (ТОУ) 4 в виде расхода хладагента.