Способ автоматического управления процессом полимеризации этилена в трубчатом реакторе Советский патент 1983 года по МПК C08F110/02 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации процессов полимеризации и може быть использовано в производстве полиэтилена методом высокого давления в трубчатом реакторе. Известен способ автоматического управления процессом полимеризации этилена в трубчатом реакторе, заключающийся в изменении расхода инициатора на входе в трубчатый реактор в зависимости от величины температуры в .наиболее интенсивной зоне реакции 1 1. Однако известный способ не может обеспечить качественное управление процессом, так как он не учитывает колебания входных параметров процесса. Наиболее близким к предлагаемому является способ автоматического упр ления процессом полимеризации этиле в трубчатом реакторе, заключакяцийся в стабилизации температуры реакцион ной смеси в трубчатом реакторе в точке, где температура достигает максимального значения, путем возде ствия на.расход инициатора, поступа ющего JB трубчатый реактор 2 . Однако известный способ управления также не обеспечиваем стабильность индекса расплава. Это объясняется гем,чт изменение режима работы трубчатого реактора С давление в трубчатом реакторе расход инициатора на входе в трубча тый реактор, температуры по длине трубчатого реактора) может вызвать увеличение амплитуды колебаний температуры реакционной смеси в трубча том реакторе в точке, характеризую. цей температурный режим, а это,в свою очередь приведет к колебаниям индекса расплава получаемого полиэтилена. При этом стабилизация индек расплава осуществляется путем стабилизации температуры в наиболее ин тенсивной зоне реакции или (максимально температуры реакционной смеси по дл не трубчатого реактора. Индекс расп лава, определяемый лабораторным путем с интервалом дискретности 1 ч., при выводе трубчатого реактора на стабильный режим работы повторяет колебания температур в указанных точках, характеризукщих температурный режим трубчатого реактора. I Цель изобретения - повышение стабильности индекса расплава получаемого полиэтилена. . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом полимеризации этилена,, в трубчатом реакторе, заключающемуся в стабилизации температуры реакционной смеси в труб чатом реакторе в точке, где .температура достигает максимального значения, путем воздействия на расход ини ора, поступающего в трубчатый тор, дополнительно измеряют расинициатора на входе в трубчатый тор в момент переключения регулятемпературы на автоматический м работы после стабилизации проа, находят коэффициент усиления лятора температуры, соответствую- оптимальной настройке регулятора ературы в момент переключения : на автоматический режим работы, дят по показаниям датчиков темтур по длине реактора расстояние ачала трубчатого реактора до и, где температура достигает макльного значения, определяют врег апаздывания движения инициатора атчика расхода инициатора до исй точки, определяют коэффициент ения трубчатого реактора и в замости от полученного значения ектируют расход инициатора. ри этом расход инициатора рассчиется по формуле. ,-) - . ) м„)Я, ИО ИОП CJ, иоп о - расход инициатора на входе в трубчатый реактор в момент переключе ния регулятора температуры на автоматический режим работы; Т - заданное значение регу, лируемой температуры реакционной смеси в , трубчатом реакторе в точке, где температура достигает максимального значения; pU(-t) - регулйрующее воздействие, вырабатываемое регулятором температуры; К - коэффициент усиления регулятора температуры., соответствующей опти. мальной настройке регулятора температуры в / момент переключения его на автоматический режим работы; T(t)-T К jjiС - коэффициент уси0 (t-e)ti ления трубчатого реактора; T(-t) - значение регулируемой температуры реакцион«ой смеси в точке, где температура.достигает .макс имапьного значения; i t - момент времени выработ. ки регулирующего воздействия относительно МОг мента переключения регулятора температуры на автоматический режим работы; е -н- бц - время запаздывания движения инициатора от датчика расхода инициатора до точки, где температура достигает максимального значения; е - расстояние от начала трубчатого реактора до . точки, где температура достигает максимального значения; V - скорость движения реакционной смеси в. трубчатом реакторе; 8 - время запаздывания двит жения инициатора от дат чика расхода инициатора до входа в трубчатый реактор; постояннее коэффициенты При этом в качестве регулируемой температуры можно использовать не только температуру реакционной смеси в трубчатом реакторе, где температура достигает максимального значения, но и температуру в наиболее интенсив ной зоне реакции. Для выработки регулирующего воздействия на расход инициатора можно использовать ПНД-регулятор, а при определении расхода инициатора на даходе в трубчатый реактор можно ввес ти задержку в виде интегро-дифференцирующего звена. На фиг.1 показана блок-схема системы управления, реализующей предлагаелмй способ; на фиг.2 - расчетная зависимость коэффициента усиления от температуры и расхода инициатора. Произведение коэффициента усиления трубчатого реактора на расход инициатора на входе в трубчатый реактор меняется в очень широких пределах на порядок ) при изменении в рабочей области давления в трубчатом реакторе и расхода инициатора на входе в трубчатый реактор. Причем это произведение зависит только от темпер атуры реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реак|ТОра, и его можно аппроксимировать ломаной линией. На каждом прямоли;нейном участке ломаной линии указанное произведение прямо пропорциональ но разности между температурой реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора, и постоянной величиной. 4;;;чио «1т-г). (2; де ci,T - постоянные коэффициенты. оэффицй-ент К Q усиления трубчатого еактора равен отношению разности межу температурой Т реакционной смеси в рубчатом реакторе в точке, характеизующей температурный режим трубатого ipeaKTOpa, и постоянной велииной, к расходу инициатора на ходев трубчатый реактор Эти соотнсмдения подтверждаются асчетами по модели трубчатого реак;ора, а также экспериментальными даными. Для сечений трубчатого реакто а в нёшболее интенсивной зоне рекции Т„ и в зоне с максимальной емпературой Т„ (фиг.1) объект управ ения можно аппроксимировать следуюими уравнениями + T{tbT,,lt. (- ст (Plt)-iooo)T т„ j г..н-« auu +T.tt)(t)), (4) в е T{t) - температура реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризующей теьтературный режим трубчатого реактора, fpT (t) - температура стенки трубчатого реактора в точке характеризующей темпера..турный режим трубчатого реактора; ) - давление в трубчатом реакторе; . Рэсход инициатора на входе в трубчатый реактор;T(t) - температура теплоносителя в рубашке трубчатого Реактора в точке, характеризующей температурный режим трубчатого режима; в - запаздывание объекта управления; («U«ir функция от расхода 9- nfJ,,f) :Ш коЯ6ра а входе в трубчатый реактор, расхода , , c|,Q инициатора на входе в трубчатый реактор, температуры TQ реакционной смеси на входе в трубча тый реактор, давления Рв трубчатом реакторе и температуры Т теплон сителя в рубашке трубча тогр реактора; M,4V,a,C,Cij- постоянные коэффициенты Результаты расчетов коэффициента усиления трубчатого реактора по управлениям статики при ) -О (Г; : c5f в рабочем диапазоне изменения Р 1100-3000 атм с шагом 100 атм и расхода инициатора Я,ио о liaroM. приведены на OHr.v. Использование для регулирования температуры реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризую щей температурный режим трубчатого реактора, ПИД-регулятора с постоянным коэффициентом усиления может привести .к недопустимо большим нарушениям температурного режима трубчатого реактора при изменении управляющих воздействий, давления в трубчатсм реакторе и расхода инициатора на вхо де в трубчатый реактор. ПИД-регулятор, оптимально настроенный при одни значениях управляющих воздействий, при других значениях ( в случае скач кообразных их изменений) может дать переходные процессы ведущие к большому перерегулированию или медленному затуханию. Для выравнивания качества регулирования во всей области изменения управляющих воздействий регулирующее воздействие, вырабатываемое регулятором температуры, следует корректировать так,чтобы коэффициент усиления раз сомкнутой цепи системы автоматичес кого регулирования был бы постоянен, т.е. необходимо реализовать формулу (1). При этом постоянную времени интег рирования ПИД-регулятора можно оставить без изменений вследствие незначительного изменения динамических свойств трубчатого реактора на разны режимах его работй. Система автоматического управления трубчатым реактором 1 состоит из датчика 2 расхода инициатора, регулятора 3 расхода инициатора, исполнительного устройства 4 на линии подачи инициатора (показана пунктирной чертой), датчиков 5-8 температуры (количество которых определяется конкретными технологическими особенлостями процесса) по длине трубчатог реактора 1, блока 9 определения вели чины регулируемой температуры, блока 10 определения координаты регулиру емой температуры, блока 11 вычисления транспортного запаздывания, регулятора 12 температуры, блока 13 умножения, блока 14 чистого запаздывания, интегро-дифференцирующего звена 15 и- блока 16 деления , Система работает следующим образом. Регулируют расход инциатора на входе трубчатый реактор 1 с помощью датчика 2 расхода инициатора, регулятора 3 расхода инициатора и исполнит ельного устройства 4. Измеряют температуру реакционной смеси по длине трубчатого реактора 1 датчиками 5-8 температуры и с помощью блока 9 определения величины регулируемой температуры и блока 10 определения координаты регулируемой температуры находят, соответственно, ве,пичину температуры в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора 1, и расстояние этой точки от начала трубчатого реакто-. ра 1. Находят в блоке 11 транспортное запаздывание, при движении инициатора до точки, характеризующей температурный режим трубчатого реактора 1, как величину,зависящую линейно от координаты точки, характеризукадей температурный режим трубочатого реактора I. С помощью регулятора 12 температуры регулируют температуру в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора 1, путем изменения через блок 13 задания регулятору 3 расхода инициатора. Корректируют регулирующее воздействие, вырабатываемое регулятором 12, с помощью t5лoкэ, 14 чистого запаздывания, интегро-дифференцируиадего звена 15, блока 16 деления корректирующего воздействия на температуру в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора 1, и блока 13 умножения. Использование предлагаемого способа позволяет компенсировать значительные изменения коэффициента усиления трубчатого реактора (при изменении режима работы, трубчатого реактора), которые могут привести к нестабильности температурного режима и индекса расплава получаемого полиэтилена,

.

Fl

8

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ЭТИЛЕНА В ТРУБЧАТОМ РЕАКТОРЕ, заключающийся в стабилизации температуры реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, где температура достига-. ет максимального значения, путем воздействия на расход инициатора, пост пакмего в трубчатый реактор, о т л йчающийся тем, что, с целью повышения стабильности индекса расплава получаемого полиэтилена измеряют расход инициатора на входе в трубчатый peeiKTOp 9 момент переключения регулятора температуры на asTciматический режим работы после стабилиэации процесса, находят коэффициент усиления регулятора температуры, соответствующий оптимальной настройке регулятора температуры в момент переключения его на автоматический i режим рабоуы, находят по показаниям f датчиков температуры по длине реактора расстояние от начала трубчатого реактора до точки, где температура достихает максимального значения, определяют время запаздывания дЬижения инициатора от датчика расхода инициатора до искомой точки, опре|Деляют коэффициент усилени.я трубчатого реактора и в зависимости от полученного значения корректируют расход инициатора. СП со О :о