Способ автоматического управления химическим полунепрерывным реактором для жидкофазных экзотермических процессов Советский патент 1986 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

« , 1

изобретение относится к автомати-- ческому управлению процессами химической технологии и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-фармацевтической промьшшенности при автоматизации реакторов полунепрерьтного действия,

Цель изобретения - повьшение ка- честна регулирования температуры з реакторе и обеспечение безаварийного проведения процесса.

На фиг. 1 представлена структурная реализации способа управления полунепрерьшным реактором; на фиг. 2 - семейство динамических зависимостей параметра для адиабатического режима при постоянных значениях расхода приливаемого реагента; на фиг, 3 - графики изменения температуры Т. и расхода G;. на фиг с 4 - графики изменения текущего О и заданного ©з значения регулируемого параметра.

Схема реализации способа (фиг,1) содержит реактор 1 смешения с теплообменником, адиабатический микрореактор 2 смешения, на входе и выходе которого установлены термопреобразователи 3, 4 и 5, блок 6 обработки сигналов, сумматор 7, регулятор 8 с элементом 9 сравнения, исполнительный механизм 10 и линию 11 подачи второго.реагента.

Управляемость экзотермического процесса определяется возможностью изменения скорости тепловыделения процесса за счет реакций

214-190 .2

где V,, G - объем и расход микрореактора соответственно ;

Ср - теплоемкость, 5 К - константа.

Значение & можно получить путем обработки сигналов с термопреоб- раэователей микрореактора. На основании уравнения теплового баланса 10 микрореактора можно написать

.. Цм. + (т - т

с„ dt т;,

где Tf, - температура на в ыходе мик- ts рореактора;

Т - температура на входе микрореактора (она равна температуре в реакторе). Таким образом, сигнал & , исполь- 20 зуемый для управления процессом,

определяется согласно уравнению (2) перепад температуры на микрореакторе cyм мpyeтcя с производной выход- . ной температуры микрореактора, ум- 25 ноженной на время пребывания в микрореакторе

t - (5fi

30

35

Расход рециркуля.ционной массы (G) через микрореактор постоянньм. Объем -1Икрореактора Vf до 1% от объема реактора. За счет меньшего времени пребывания микрореактора по сравнению с реактором (t 2 с) увеличивается быстродействие и точность регулирования процессом.

быд

Ч

40

где q. - тепловой эффект - i-й реакции ,

R; - скорость i-й реакции, п - количество реакций в системе.

Прямое измерение величины Б реальном масштабе времени позволяет судить о скорости протекания процесса и изменять ее в нужном направлении.

Параметр микрореактора, используемый, в системе управления и-обозначаемый & , пропорционален скорости тепловьщеления процесса за счет реакций, т.е.

,Д

Расход рециркуля.ционной массы (G) через микрореактор постоянньм Объем -1Икрореактора Vf до 1% от объема реактора. За счет меньшего времени пребывания микрореактора по сравнению с реактором (t 2 с) увеличивается быстродействие и точность регулирования процессом.

Способ осуществляется следующим образом.

Реактор 1 заполняют до некоторого объема одним из реагентов.По линии 11 в реактор подают второй реагент. Реакционная смесь поступает по реци куляштонной линии в адиабатический микрореактор 2 смешения, В микрореаторе 2 происходит выделение некото- рог о количества теплоты за счет -продолжающихся в нем химических ре- , На входе и выходе микрореактора дифференциально вкл oчeны термопреобразователи .3 и 4, определяющие перепад (т - Т). Сигнал с термопреобразователя 5 поступает в блок 6 обработки сигналов, где проходит электронные .преобразую1чие це- ni-i для получения сигнала о. dTv

(где

м

м

и далее на сумматор 7,

где суммируется с сигналом о перепаде температур. Полученный на сумматоре 7 сигнал (0) подают на элемент 9 сравнения регулятора 8, определяют отклонение текущего значения 0 от заданного значения Qj , соответствующего заданной скорости теп- ловьщеления. Сигнал, соответствующи этому отклонению, преобразуют в регуляторе 8 в сигнал управления расходом приливаемого реагента, воздействующий на исполнительный механизм 10.

На фиг.- 2 представлено семейство динамических характеристик параметра Q , пропорционального скорости тепловьщеления, полученных путем моделирования на ЭВМ полунепрерывного процесса с экзотермической реакцией 2-го порядка. Один из компонентов реакции залит в реактор предварительно. Второй реагент- подают с постоянным расходом без системы тепло- отвода - адиабатический режим реактора (характеристики с системой теплоотвода аналогичны, но как бы замедлены по времени). Начальная температура процесса 30°С. Подача реагента прекращалась при достижении температуры в реакторе 60 С (пунктиром показано изменение 0 после отсечки). Особенностью харак- теристик рассматриваемых процессов является экстремальность скорости тепловьщеления, т.е. наличие точек резкого возрастания скорости теп14190

ловьщеления (даже после отсечки), что ведет к значительному увеличению температуры процесса (и может привести к тепловому взрыву). При

5 регулировании же по данному способу величина & (скорость тепловыделения) ограничивается в заданных пределах изменением расхода приливаемого реагента.

10 На фиг. 3 представлены графики изменения текущего 6 и заданного значения Q регулируемого параметра. Задание на величину Q переменное в зависимости от текущей температуt5 ры процесса. Стадии нагрева и дозировки совмещены, т.е. химический процесс начинается при Т 120 С. За счет вьоделенного в ходе химических реакций тепла скорость вьщеле20 ния которого регулируется изменением приливаемого расхода G, температура повышается до , что соответствует температуре ведения процесса. При регулировании по дан25 ному способу, как видно и из графиков, характер изменения температу ры плавный, с минимальной (меньше 1°) величиной перерегулирования.

30

35

Данный способ обеспечивает ведение процесса С высокой интенсивностью , осуществляет автоматически защиту процесса; не требует приборов для измерения других параметров процесса (концентраций компонентов и т. д.).

«.

и Jf Sy

TO

r:c

30

- 50

20

- 4Q

Ю

30

20

0

W BO 30 фиъ.З

120

150 1BO

20

W

0

30b OBO120 150

фиг.

Составитель Г.Огаджанов Редактор Л.Авраменко Техред М.Надь Корректор Л,Пилипенко

818/10.

Тираж 527Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4