Устройство для автоматического регулирования процесса синтеза этилэтоксисиланов Советский патент 1983 года по МПК C07F7/16 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования температурно-временной программо синтеза этилэтяксисиланов и может быт использовано при автоматизации производства полидиэтилфенилсилрксанов и лаков на их основе и других проиэводс1в химической промышленности. Процесс синтеза этилэтоксисиланов является одной из осно1вных стадий в производстве полидиэтилфенилсилоксановых лаков. Синтез этилзтоксисиланов осуществляется в реакторах-стальных аппаратах, снабженных пароводяной рубашкой и мешалкой. В реактор загружа ют магний в виде стружки, и, подавая пар в рубашку, нагревают аппарат до 30-50 С. Из мерника-дозатора в реакт подают немного реакционной смеси (толуол, хлористый этил и этиловый эфир) для вызова реакции. За сче тепла, выделяющегося вследствие экзотермичности реакции, температура реакционной массы повышается до 80llO C, что указывает на начало реакции. Для понижения температуры реакционной смеси в рубашку реактора подают ВОДУиз магистрали и одновремен но реакционную смесь из мерника-доаа тора. Заданная температура синтеза регулируется скоростью ввода реакционной смеси и интенсивность охлаждения водой, подаваемой в рубашку, реактора. После ввода всей реак- ционной смеси масса в реакторе постепенно С за 2-3 ч подогревается паром, подаваемым в рубашку аппарата, и выдерживается при работакяцей мешалке в течение 2-3 ч. Образовавшуюся смесь этилэтоксисиланов (этильную пасту) охлаждают водой, подаваемой в рубашку реактора. Операция синтеза этилэтоксисиланов закончена. Регулирование процесса синтеза этилэтоксисиланов в настоящее время проводят вручную, что требует напряженного внимания и высокой квалификации оператора,и в реальных условиях производства неизбежно, приводит к снижению точности поддержания параметров, удлинению цикла процесса синтеза, к нарушению требуемых характеристик готЬвого продукта. Известно устройстве для автоматического регулирования реактора синтеза диметилдиоксана, содержащее регулятор температуры угяеводородной фракции, выход которого связан с клапаном на линии подачи пара в теплообменник, а вход подключен к датчику температуры углеводородной фракции, регулятор температуры в реакторе с элементом сравнения, релейный элемент с зоной .нечувствительности, вход которого соединен с датчикам температуры углеводородной фракции, а выход - с управлягои1им входом логического блока, связанного выходом с регулятором т.емпературы конденсата через последовательно соединен ные интегратор и сумматор, а входом - с элементом сравнения регулятора температуры в реакторе, подключенного к регулятору температуры углеводородной фракции EI. Данное устройство не обеспечивает высокого качества выходного продукта Известно также устройство для ав тематического регулирования процесса синтеза, например лаковых смол в реакторе с вводом реакционной смеси из мерника-дозатора, содержащее регулятор температуры, связанный входом переменная с датчиком температуры реакционной смеси в реакторе, а входом задани - с программным задатчиком температуры, исполнительный механизм на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора и корректирующий блок t 3Корректирующий блок в известном устройстве предназначен для автоматического изменения параметров настройки регулятоЬа температуры в зави симости от участка температурно-временной программы синтеза. Исследования переходных характеристик процесса синтеза этилэтоксисиланов показали, что выбранные оптимальные настройки регулятора температуры обеспечивают требуемое качество процесса регулирования для всех участков температурно-временной программы. Поэтс му для условий синтеза этилзтокси силанов необходимость в блоке, корректирующем во времени настройку регулятора температуры, отпадает. Недостаток данного устройства зак лючается в том, что оно не обеспечивает высокого качества регулирования температурного режима процесса, что приводит к повнщенным энергозатратам и непроизводительным потерям сырья и продукта. Это объясняется как характером температурно-временной программы синтеза, так и необходимостью регули рования и переключения в автоматичес ком режиме реакционной смеси в реактор, энергетических потоков пара, воды, конденсата, верхнего и нижнего слива. На различных стадиях процесса синтеза этилэтоксисиланов температурный режим в реакторе необходимо регулировать изменением подачи реакционной смеси, охлаждающей воды или теплоносителя, что также не реализуется в известном устройстве. Кроме этого, известное устройство не обеспечивает согласованного регулирования уровня и давления в мернике-дозаторе с процессом синтеза в реакторе. Целью настоящего изобретения является улучшение качества получаемого продукта, снижение энергозатрат и непроизводительных потерь сырья и продукта за счет повьшения качества регулирования температурного режима. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее регулятор температуры, связанный входом переменная с датчиком температуры реакционной смеси в реакторе, а входом задание - с программным задатчиком температуры, исполнительный механизм на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора, дополнительно введены сигнализатор уровня в мернике-дозаторе, командный блок, позиционный регулятор температуры реакционной смеси в реакторе, реле, триггеры, элементы сравнения И, пускатель, исполнительные механизмы на линиях азота и воздуха в мерник-дозатор, реакционной смеси в реактор, охлаждающей воды в рубашку реактора, конденсата, верхнего и нижнего слива из рубашки реактора, при этом выход сигнализатора уровня в мернике-дозаторе соединен с первым входом первого триггера, с первым входом первого элемента И, с исполнительными механизмами на линиях азота и воздуха в мерник-дозатор, второй вход первого триггера соединен с первым входом второго элемента сравнения И и выходом пускателя, а выход первого триггера соединен с первым входом первого реле, второй вход первого реле соединен с выходом регулятора температуры, вторым входом второго элемента сравнения И и первым входом командного блока, а выход первого реле соединен с исполнительным механизмом на линии подачи реакционной смеси в реактор, второй вход первого элемента сравнения И соединен со. входом программного задатчика -/ температуры, со входом второго реле и выходом второго триггера, а выход первого элемента сравнения И соединен со вторым входом командного блока, выход второго элемента сравнения и соединен с первым входом второго триггера и третьим входом командного блока, второй вход второго триггера соединен с выходом третьего элемента сравнения И, выход эторого реле соединен с первым входом третьего реле, первый вход третьего элемента сравнения И соединен со входом задание регулятора температуры и выходом программного задатчика, второй вход третьего элемента сравнения И соединен со.вторым входом третьего реле и выходом позиционного регулятора температуры, вход позиционного регулятора температуры соединен с датчиком температуры реакционной смеси в реакторе, выход командного блока соединен с испЗлнительными механизмами на линиях теплоносителя в рубашку реактора, конденсата, верхнего и нижнего слива из рубашки реактора, а также с третьим входом третьего реле, выход третьего реле соединен с исполнительным механизмом на линии подачк охлаждающей воды в.рубашку реактора. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - диаграмма тем пературно-временной программы синтез этилэтоксиланов -и циклограмма работы исполнительных механизмов. В реактор 1 реакционная смесь пос тупает из мерника- дозатора 2 через измеритель 3 расхода. Устройство содержит датчик 4 температуры реакционной смеси в реакторе 1, сигнализатор 5 уровня, команд,ный. блок 6, регулятор 7 температуры программный задатчик 8 температуры, позиционный регулятор 9 температуры реле 10-12, триггеры 13 и 14 , элементы 1 17 сравнения Н, пускатель 18, исполнительные механизмы 19 - 26, установ ленные соответственно на линиях азота, воздуха, реа,кционной смеси, теп.лоносителя, верхнего слива, охлаждаю щей воды, конденсанта и нижнег слива. На фиг.2 диаграмма температурновременной программы синтеза этилэтокс силанов показывает, как изменяется температурный режим реактора по стадням процесса. Из диаграммы следует что поднятие температуры в реакторе до начала реакции и разгрузку редуктора проводят при ручном управлении а понижение температуры, ее регулирование при вводе реакционной смеси подогрева, выдержке и озспаждении про водят, с помощью данного устройства, в-автоматическом режиме. Циклограмма работы исполнительных механизмов показывает порядок и д-пительность их включения на различных стадиях процес7а синтеза. Затушеванная часть указывает, что соответствующая технологическая или энергетическая линия открыта. В начале технологической операции мерник-дозатор 2 заполнен реакционной смесью. Выходной сигнал сигнализатора 5 уровня поступает на исполнительные механизмы 19 и 20,, установленные, Ьоответственно, на линиях азота и воздуха в мерник-дозатор 2. При этом азот поступает в мерйикдозатор, Создавая в нем подпор давления 0,7 ати, и перекрывается линия воздуха, т.е. линия, соединяющая по-, лость мерника-дозатора с атмосферой. Начальная стадия процесса - пг,зов реакции (поднятие температуры до 110 С подачей реакционной смеси осуществляется оператором вручную по месту или дистанционно со цнта контрольно-измерительных приборов и автоматики. Когда вызов реакции произошел, осуществляется пуск устройства для автоматического регулирования температурно-времениой программой синтеза этилэтоксисиланов. Устройство работает следующим образом. При нажатии пускателя 18сигнал .поступает на элемент 16 сравнения И и триггер 13. На второй вход элеlyieHTa 16 сравнения И сигнал поступает от регулятора 7 температуры только в том случае, если температура в реакторе будет не менее 110 С, При наличии двух сигналов - от пускател 18 и регулятора 7 - на выходе элемента 16 сравнения И формируется сигнал 1, который поступает на командный блок 6, включая его, и на триггер 14, ставя его в положение, при котором на его выходе формируется сигнал 1, Выходной сигнал триггера 14 поступает: на реле 11, подающее сигнал через реле 12 на исполнительный механизм24, который открывает при этом подачу охлаждающей воды в рубашку реактора} на программный задатчик 8 температуры, включая его, на элемент 15 сравнения И, подготавливая тем самым схему повторного.включения командного блока 6.. Сигнал, поступивший от. пускателя 18 на триггер 13, формирует на его выходе сигнал О. Выходной сигнал триггера 13 поступает на реле 10 и ставит его в состояние, при котором выход регулятора 7 температуры поступает, на исполнительный Механизм 21 ,уста- .. новленный на линии подачи реакционной смеси в реактор 1.Таким образом,контур регулирования температуры подачей реакционной смеси включен. Одновременное включение программного задатчика 8 и схемы автоматического регулирования температуры необходимо для улучшения качества регулирования и исключения ложного срабатывания исполнительного механизма 21. При снижении температуры реакционной смеси в реакторе 1 со 110 до 70°С командный блок 6 отключается, а на регулятор 7 температуры поступает сигнал постоянного задания от программного з-адатчика 8, т.е. началась стадия ввода реакционной смеси. При температуре в реакторе ниже 65°С, 4VO возможно в конце стадии ввода реакционной смеси из-за реакционной способности массы, на выходе

позиционного регулятора 9 (/настроенного на формируется сигнал 1, который поступает на реле 12 и прерывает сигнал, идущий от реле 11 к исполнительному механизму 24. При этом исполнительный механизм24 отоёкает подачу охлажда1шцей води в рубашку реактора 1.

При опорожнении, мерника-дозатора 2 срабатывает сигнализатор 5 уровня и его выходной сигнал поступает: на элемент 15 сравнения .И, который при .наличии сигнал 1 с триггера 14 фор|мирует на свбем выходе сигнал 1 . и повторно включает командный блок б на триггер.13, формируя на его выход сигнал 1, который поступает на реле 10 и переводит его в состояние, когда сигнал с выхода регулятора 7 на исполнительный механизм 21 отсекается и последний перекрывает линию подачи реакционной смеси в реактор 1; на исполнительные- механизмы 19 и 20, которые, соответственно, перекрывают подачу азота в мерник-дозатор 2 и соединяют его полость с атмосферой,

Дальнейшее управление процессом ведется по командам от командного блока б путем воздействия на исполнительные механизмы в соответствии с циклограммой, представленной на фиг,2, На стадии подогрева реактора 1 в соответствии с залох енной програмой блок 6 соединяет выход регулятора 7 температуры с исполнительным механизмом 22, установленным на лиНИИ подачи теплоносителя в рубашку реактора 1, т.е. на этой стадии: регулирование температуры реакционной смеси в реакторе осуществляется по программе от задатчика 8 подачей теп лоносителя,

В конце стадии подогрева реактора по сигналам от командного блока б исполнительные механизмы 22 и 25 пе.рекрывают линии подачи пара и кон- денсата, В стадии выдержки температуры нагретая реакционная масса выдерживается в течение 2 ч без подачи пара и охлаждающей воды. На этой стадии в соответствии с циклограммой работы исполнительных механизмов (фиг.2) по сигналам от командного блока б исполнительные механизмы 23 и 26 открывают линии верхнего и нижнего слива. Происходит слив кЬнден-f сата На рубашки реактора 1, после чего исполнительный механизм 26 перекрывает линию нижнего слива..

По окончании стадии вьщержки температуры командный блок 6 через . реле 12 выдает сигнал на исполнитель ный механизм 24 на открытие подачи охлаждающей воды в рубашку реактора. Началась стадия охлаждения. Командный блок 6 отключается. При снижении температуры в реакторе ниже поз

ционный регулятор 9 выдает сигнал Ч на реле 12, которое закрывает сигнал, идущий на исполнительный механизм 24. При этом исполнительный механизм перекрывает подачу охлаждающей воды в рубашку реактора 1; на элемент 17 сравнения И, .«а которы уже поступил сигнал от программного задатчика 8, На выходе элемента 17 сравнения И появляется сигнал , который поступает на триггер 14 и формирует на его выходе сигнал О При этом становится в исходное состояние реле 11, т,е, перекрывается сигнал на открытие подачи охлаждающей воды, и программный задатчик 8 отключается. При отключении задатчика 8 снимается сигнал задание с регулятора 7 температуры, на выходе которого формируется сигнал, равный Суслов ному нулю, при котором исполнительный механизм 21 перекрывает линию подачи реакционной, смеси. Процесс синтеза этилэтоксисиланов закончен. Устройство регулирования находися в исходном состоянии и готово после разгрузки реактора 1 к проведению следующей операции.

Использование данного устройства для автоматического регулирования ,тёмпературно-времен,ной программы .динтеза эти.лэтоксисиланов обеспечивает по сравнению с существующими устройствами более высокое качество регулирования процесса и, как следствие :

-улучшает качество получаемого продукта;

-снижает энергозатраты на процес синтеза;

-уменьшает потери с.ырья и готового продукта.

Формула изобретения

Устройство для автоматического, регулирования процесса синтеза / этилэтоксисиланов в реакторе с вводом реакционной смеси из мерника-дозатора содержащее регулятор температуры, связанный входом переменная с датчиком температуры реакционной смеси в реакторе, а входом задание - с программным задатчиком температуры, исполнительный механизм на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора, отличающеес я тем, что, с целью повышения качества получаемого продукта, снижения энергозатра т и непроизводительных потерь сырья и продукта за счет повышения качества -ре -улирования температурного режима, оно дополнительно содержит сигнализатор уровня В мерни.ке-дозаторе, командный блок, позиционный регулятор температуры реакционной смеси в реакторе, реле.

триггеры, элементы сравнения И, пускатель, исполнительные механизмы на линиях азота и воздуха в мерник-дозатор, реакционной смеси в реактор, охлаждающей воды в рубашку реактора, конденсата, верхнего и нижнего елива из рубашки реактора, при этом выход сигнализатора уровня в мернике-дозаторе соединен с первьам входом первого триггера, с первым входом первого элемента сравнения И, с исполнительными механизмами на линиях азота и воздуха в мерник-дозатор, второй вход перБо:Ро триггера соедине с первым входом второго элемента сравнения И и выходом пускателя, а выход первого триггера соединен с первым входом первого реле, второй вход первого реле соединен с выходом регулятора температуры, вторым входом второго элемента сравнения И и первым входом командного блока, а выход первого реле соединен с исполнительным механизмом на линии подачи реакционной смеси в реактор,, второй вход первого элемент сравнения И . соединен с входом программного задатчика температуры, с входом второго реле и выходом второго триггера, а выход первого элемента сравнения И соединен с вторым входом командног блока, выход второго элемента сравнения И соединён с первым входом второго триггера и третьим входом командного блока, второй вход второго триггера соединен с выходом третьегЭ элемента сравнения И, выход второго реле соединен с первым входом третьего реле, первый вход третьего элемента сравнения И соединен с входом задание регулятора температуры и выходом программного задатчика, второй вход третьего элемента сравнения И соединен с вторым входом третьего реле и выходом позиционного регулятора температуры, вход позиционного регулятора температуры соединен с датчиком температуры реакционной смеси в реакторе, выход командного блока соединен с исполнительными механизмами на линиях теплоносителя в рубашку реактора, конденсата, верхнего и нижнего слива из рубашки реактора, а также с третьим входом третьего реле, выход третьего реле соединен с исполнительным механизмом на линии подачи охлаждаквдей воды в рубашку реактора .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 409726, кл. 01 J 1/00, 1974.

2,Манусов Е.Б. Контроль и регулирование технологич-ских процессов лакокрасочных производств, М,, Химия, 1977, с. 50. Ti гНлАзот Воз дик Реакционн JL2/смеси rv носитель пг п «сИ Конденсат Xh« ej-t }Нижний с/гиб 26

II

fJ

/4

{5

//

/5

18