Способ управления контактным аппаратом с неподвижным слоем катализатора Советский патент 1986 года по МПК B01J19/00 C01B17/74 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, проводимых в химических аппаратах с неподвижным зернистым слоем катализатора в режимах пуска и нормальной эксплуатации, и может быть использовано в химической промышленности для управления контактным аппаратом в серно-кислотном производстве.

Целью изобретения является повышение производительности аппарата за счет стабилизации однородности слоя катализатора.

На чертеже представлена схема автоматизации, реализующая данный способ управления контактным аппаратом с неподвижным слоем зернистого катализатора в режиме нормальной эксплуатации и пусковом режиме разогрева. ..

Автоматическая система содержит контактньй аппарат 1 с неподвижным слоем 2 катализатора, датчики 3-5 температуры соответственно по. высоте слоя катализатора, в поперечном сечении и на входе контактного аппарата, датчик 6 расхода газа, теплообменник 7,регуляторы 8 и 9 расхода и температуры газа на входе контактного аппарата, первый логический блок 10, источник 11 высокого напряжения, регулирующие клапаны 12 и 13 подачи газа в контактный аппарат и теплоносителя в теплообменник,нормально открытые клапаны 14 и 15, нормально закрытые запорные клапаны 16 и 17, первьй и второй вычислительные блоки 18 и 19, решетка 20 слоя, электрод 21, первый и второй блоки 22 и 23 сравнения, второй и третий логически .блоки -24 и 25, первьй и второй мультивибраторы 26 и 27.

Способ осуществляют следующим образом.

Датчиком 4 измеряют температуру веточках на выходе слоя, например, с помощью многозонных термопар,которые устанавливают в поперечном сечении аппарата. На вькоде датчика 4

устанавливают сигналы т (j 1,2,

)j .

Количество точек п и т, в кото) рых измеряют температуру, назначают из условия определения температурных градиентов, каршстеризующих состояние слоя с требуемой точностью (задается из одыта). Температурные градиенты Г7Т и Т соответственно по высоте слоя и на выходе из слоя определяют в вычислит ельньгх блоках 18 и 19 по сигналам Т и Т (,

2,...,п, j 1,2,...,m)

3 и 4, например, по формуле

N

от датчиков

VT--I: (т,-т|

К: 1

(1)

5

0

5

где vT

vT

В

. -{

6

тМ J J

температур- ньй градиент;

к-тый сигнал датчика температуры;

средняя температура;число сиг- ; налов от датчика.

Логические блоки 24 и 25 реализуют операцию Запрет, т.е. формируют

N Т С

К:1

N

(п, т)

выходные сигналы

мости от выходных сигналов

4 1 Рг

i К i В зависи5

0

5

Газ (перерабатываемый в режиме нормальной эксплуатации, греющий в пусковом режиме разогрева) подают через теплообменник 7 в слой 2 неподвижного катализатора контактного аппарата 1. Подачу газа стабилизируют регулятором В по сигналам от датчика 6 расхода и задания с помощью регулирующего клапана 12 на линии газа.

Температуру газа на входе в аппарат стабилизируют регулятором 9 по сигналам от датчика 5 температуры и задания изменением подачи теплоносителя в теплообменник 7 с помощью- регулирующего клапана 13 на линии теплоносителя;

Однородность слоя определяют по значениям температурных градиентов

V.T и /Т на выходе из слоя и по высоте слоя соответственно. Дпя

В

этог.о градиент vT вычисляют в блоке 1В по формуле (1) по сигналам Т. (i 1,2,...,п) от датчика 3. Градиент чТ вычисляют по формуле

(1)

в блоке 19 по Сигналам Т,(j ,..., m) от датчика 4, Чем

однороднее состояние

ше значения величин

Однородность состояния слоя в режиме нормальной эксплуатации и пусковом режиме разогрева не остается неизменной.

Нестационарность состояния слоя- контролируют по изменению значений температурных градиентов уТ и рт. Так как при ухудшении однородности состояния слоя значения величины

7 Т и vl возрастают. Признаком недопустимых нарушений однородности состояния . от требуемого уровня, который задается граничными значениями vT, и vT значений градиентов vl

служат

в

за заданные граничные значения у Т и V ij соответственно, сигналы vl с

в

Для этого

выхода

вычислительных блоков 18 и 19 подают соответственно на входы блоков 22 и 23 сравнения, также и

подают

тП

7Т

, На вход этих блоков

о

задания vT и В блоках 22 и 23 входные

сигналы сравнивают и формируют на выходе дискретные сигналы управлени соответственно $ и S. которые принимают значения, О и 1. Формируют управления по следующим формулам:

где

§ О,

8- 1.

S(S,

если

V т

vT,

если V Т

(6) (7)

,/.,

.т;}и

5,

управление; граничные значения.

направляют на

Сигналы

логический блок 10, которьй реализует операцию ИЛИ. Выходной сигнал f блока 10 принимает значение

0или 1. Единичный сигнал f форми- руют при появлении на входе блока 10 хотя бы одного единичного сигнала, иначе О, С учетом (6) и (7)

1при отклонении хотя бы одного из температурных градиентов за.границы значения, что означает недопустимое нарушение однородности состояния слоя.

Сигнал ( с выхода блока 10 направляют на первые входы логических блоков 24 и 25. Одновременно на вто- рые входы логических блоков 24 и 25 подают сигналы PI | 0; 1j и i {О , lf соответственно. С помощью Р,

и назначают способ псевдоожмения слоя (подача газа под слой катализа- торра или(и) наложение электрического поля на слой катализатора) для . перемешивания катализатора. Единич-. ный сигнал ( при отсутствии сигналов -1 и («2 на входах блоков 24 и 25 вызывает, согласно (2), срабатывание этих блоков, т.е. на выходе блоков 24 и 25 возникают единичные сигналы V и V соответственно.Эти сигналы запускают мультивибраторы 26 и 27 с настраиваемой длительностью к 1.,, выходных единичных сигналов и, и и соответственно.На выходе мультивибраторов 26 ные сигналы U , и U

и 27 единич- ,сохраняются за

20

25

я 30

35

40

45

55

данное время i, и 1

Единичный сигнал U, вызывает срабатывание запорных клапанов 14-17. Нормально открытые клапаны 14 и 15 закрываются, а нормально закрытые 16 и 17 открываются.Это изменяет место .ввода газа в аппарат и вывода его из-аппарата. Так при U О газ вводится в надслой (клапан 14 открыт, а клапаны 16 и 17 закрыты) и выводится из-под слоя (клапан 15 открыт). При и, 1, наоборот, газ вводится под слой, а выводится из надслоя.

При изменении направления потока газа в слое катализатора возникает один из трех гидродинамических режимов: фильтрации, псевдоожижения, пневмотранспорта.Характер режима зависит при прочих неизменных условиях (размеры слоя и частиц ката.пи- затора, форма, и дисперсность катализатора) от нагрузки аппарата по га-зу и может быть установлен расчетным путем по известным формулам. Из всех зтих режимов целесообразным является режим псевдоожижения, который, как известно, обеспечивает интенсивное и равномерное перемешивание твердой фазы. Режим .пневмотранспорта недопустим и его легко исключить. Для зтого достаточно устано- 50 вить единичное значение сигнала f, на входе блока 24. .Тогда при любом согласно (3) и (4), Ц, на выходе мультивибратора 26 отсутствует.

По истечении времени t от момента запуска мультивибратора 26 сигнал и сбрасьшается (U., 0), запорные клапаны 14-17 устанавливаются в исходное положение и газ подается

в надслой, т.е. перемешивание катализатора в слое завершено.

При единичном сигнале и включа- ется источник 11 высокого напряжения и разность потенциалов U с его выхода подводится к слою 2 с помощью решетки 20 и электрода 21. В слое возникает электрическое поле, под действием которого слой псевдо- ожижается.Перемешивание слоя длится в течение времени i: .после истечения которого мультивибратор 27 сбрасывает сигнал иJ,источник 11 отключается и электрическое поле снимается с слоя катализатора.

Перемепшвание слоя под действием сил электрического, поля может быть использовано самостоятельно, когда подача газа под слой катализатора недопустима (в слое возникает пнев- мотранспорт), или в сочетании с подачей газа под слой (когда нагрузка по газу обеспечивает только режим фильтрации).

Рассмотренная часть системы уп- равления осуществляет перемешивани катализатора при ухудшении однородности состояния слоя. Перемешивание разрушает образующиеся в объеме слоя горячие и холодные пятна,ко ку катализатора, образукщуюся, как показывает практика, на поверхности слоя из-за спекания частиц катализа тора их уплотнения. Корка увеличивает гидравлическое сопротивление

Составитель Г.Огаджанов Редактор Н.Слободяник Техред В.Кадар Корректор В.Синицкая

4047/9

.Тираж 527 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

слоя, что снижает производительность аппарата, повышает энергетические затраты на проведение процесса и может привести к аварийной остановке аппарата. Поэтому перемешивание слоя стабилизирует однородность состояния слоя в процессе его эксплуатации. Результатом стабилизации является вьфавнивание активности катализатора в объеме слоя в режиме нормальной эксплуатации и температуры катализатора по объему в пусковом режиме разогрева, что обеспечивает интенсификацию процессов химических превращ(гний и теплообмена. Способствует интенсификации процессов тепло- и массообмена в слое, электродинамический характер псевдоожижения (перемешивания) катализатора.

Использование в данном способе управления нового регулирующего пара метра-перемешивание слоя катализатора в режиме нормальной эксплуатации и пусковом режиме разогрева, которое осуществляют псевдоожижением слоя путем подачи газа под слой катализатора и (или) наложением ца слой электрического поля,обеспечивает по сравнению с прототипом, стабилизацию однородности состояния слоя на требуемом уровне, и как следствие, интенсификацию процессов в режиме нормально эксплуатации и пусковом режиме разогрева.