Способ автоматической защиты процесса жидкофазного окисления изопропилового спирта Советский патент 1987 года по МПК C07B33/00 G05D27/00 

ры в зоне реакции (при достижении текущим значением своего допустимого значения): датчик 3 температуры, блок .15, клапан 14, САР содержит также контур регулирования подачи изопро- пилового спирта (ИПС) (прекращает подачу горячего и осуществляет подачу холодного ИПС) в зависимости от первого граничного значения ПАС: дат1

Изобретение относится к способам автоматического предотвращения аварийной ситуации при осуществлении потенциально опасных технологических процессов и может быть использовано в химической и нефтехимической про- мышпенности в процессе жидкофазного окисления изопропилового спирта .кислородом воздуха с целью получения парекиси водорода.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности защиты.

На чертеже схематически показана блок-схема системы, реализующей данный способ.

Система содержит реактор 1 окисления изопропилового спирта (ИПС) со встроенным теплообменником, подогреватель 2 ИПС, подаваемого на реакцию датчик 3 температуры в зоне реакции, датчик 4 концентрации кислорода в отходящем газе, датчики 5 и 6 расхода ИПС и воздуха, подаваемых в реактор, датчик 7 содержания перекиси водорода в реакционной смеси, отсчет ные клапаны 8-14, вычислительное устройство 15. Выходные сигналы с датчиков: температуры в зоне реакции, концентрации кислорода в отходящем газе расхода ИПС, расхода воздуха, концентрации перекиси водорода в реакционной смеси подключены к входам вычислительного устройства 15. Первый выход устройства t5 соединен с отсечными клапанами 8 и 9 на линиях горячего и холодного ИПС. Второй выход вычислительного устройства 15 соединен с отсечными клапанами 12 и 13 на линиях прямой и обратной охлаждающей воды и с клапанами 10 и 11

чик 5, блок 15, клапаны 8 и 9. ЛАС рассчитывают в блоке 15 в зависимости от величины скорости изменения температуры в зоне реакции (датчик 3), концентрации кислорода в отходящих газах (датчик 4), расходов ИПС и воздуха (датчики 5, 6) и содержания перекиси водорода в реакционной смеси (датчик 7). 1 ил.

5

0

25

30

35

40

греющего пара и конденсата. Третий выход устройства 15 соединен с отсечным клапаном 14 на линии подачи дистиллированной воды в реактор.

Процесс окисления ИПС осуществляют в реакторе непрерьшного действия колонного типа при давлении 1-1,2МПа и температуре, которая может изменяться от 110 до в зависимости от требуемой производительности и других условий процесса. Компоненты, участвующие в процессе, проходят противотоком друг к другу: спирт, поступающий в верхнюю часть реактора, движется вниз, в то время как воздух, диспергированньш внизу реактора, в виде пузырьков поднимается вверх, пронизывая жидкий поток и взаимодействуя с ним. Реакционная смесь, содержащая 8-10% перекиси водорода, непрерьгоно отбирается от реактора; отработанный воздух, содержащий 3-6% кислорода (отходящий газ), сбрасывается на очистку от паров органических примесей.

Контурами автоматического регулирования (не показаны) поддерживаются на заданном уровне следующие основные переменные процессы: уровень жидкости в реактору, расход и температура ИПС, температура и давление в реакторе, расход воздуха.

В зависимости от планового задания, наличия сырья, а также условий работы других технологических аппаратов, связанных с реактором, возможны следующие режимы ведения процесса: о.- режим обеспечения максимальной производительности при ограничении на выход перекиси водорода, который должен быть не ниже некото31

рой величины; 6- режим обеспечения максимального выхода перекиси водорода по, отношению к теоретически возможному при ограничении на скорость процесса; 6 - режим обеспечения мак симально допустимой концентрации перекиси водорода в реакционном растворе.

Режим а характеризуется максимално допустимыми нагрузками по ИПС (Q ) и воздуху (Q gg), повьшенно температурой в зоне реакции (Т) и пониженной концентрацией перекиси водорода (С „ ) в реакционной смеси,

например:

г

,0-4,5 Q 1600-1900 м /ч; Т 125-128°С; 8,0-8,5%.

Потенциальной опасностью при проведении процесса в данном режиме является лабильность перекиси водорода как химического соединения, склонность к разложению, особенно в условиях повышенной температуры и возможного присутствия каталитически активных веществ. Разложение пере- киси водорода прежде всего сопровождается дальнейшим ростом температуры в зоне реакции, что может привести к неуправляемому развитию реакции.

Режим & характеризуется понижен

ными нагрузками потоков MIC и воздуха и более низкой температурой в зоне реакции, например:

Q 2,0-2,5 мЗ/ч;

О

S 900-1100 мУч;

Т ПО-ПЗ С; С 9,5-10%.

пв

Ведение процесса окисления ИПС в 45 данном режиме чревато опасностью достижения максимума содержания пере- кисных соединений в реакционном растворе, при котором начинается их интенсивное расходование на развитие процессов более глубокого окисления ИПС. При этом технологический процесс переходит в стадию образования нового продукта - уксусной кислоты.

50

f (С„ ) b Коэффициенты а ,

N

0

(2 (3 bi.

определяются при моделировании режимов работы реактора.

Формирование управляющих воздействий по данному способу осуществляют в зависимости от величины показателя I, характеризующего опасную тенденцию, таким образом, чтобы пред отвратить ее дальнейшее развитие на начальной стадии. Это достигается тем, что при ведении процесса окисления ИПС в области режима а повышается значимость информативного пара- dT

„ --- -- - - - -- -- „ метра -г- (скорость изменения темпе- Накопление ее, так же как и накоплеdt

ние других продуктов реакций, носит автоускоренный характер. Этот нежелательный побочный процесс отрицательно влияет на качество конечного продукта и другие технологические и экономические показатели. О начавшемся процессе более глубокого окисления ИПС можно судить по падению концентрации кислорода (С) в отходящем газе. Параметры режима S окисления,, обеспечивающего максимальный

Ю

fi;

0

выход целевого продукта, являются промежуточными по отношению к указанным.

Данньй способ предотвращения аварийной ситуации позволяет учесть фи- зико-кимическую обстановку протекания реакции окисления и сформировать про- тивоаварийные воздействия наиболее оптимальным образом. Для этого вычисляют значение показателя, характеризующего потенциально опасную тенденцию изменения хода технологического процесса по формуле

-i- фс.,

(О

где Т - температура в зоне реакции, ° С; С - концентрация кислорода в

отходящем газе, об.%; с - время, мин.

Весовые коэффициенты ct, и , определяющие значимость информативных параметров, вxoдяш ix в показатель, при различных условиях осуществления процесса, определяют на основании уравнений вида

0

..a „n),-Q

f (С„ ) b Коэффициенты а ,

8oi3

+a.Q

+ b -С

ne

N

0

ИПС

(2) (3) bi.

определяются при моделировании режимов работы реактора.

Формирование управляющих воздействий по данному способу осуществляют в зависимости от величины показателя I, характеризующего опасную тенденцию, таким образом, чтобы предотвратить ее дальнейшее развитие на начальной стадии. Это достигается тем, что при ведении процесса окисления ИПС в области режима а повышается значимость информативного пара- dT

метра -г- (скорость изменения темпе- dt

ратуры в зоне реакции). При ведении процесса в области режима В соответственно повьшается значимость инфорdC.. , мативного параметра -т- (скорость

изменения концентрации кислорода в .отходящих газах). Этим обеспечивается необходимая величина предварения при выявлении опасной ситуации и принятии необходимых мер по ее ликвидации.

Система автоматического предотвращения аварийной ситуации по предлага-jg безопасности ( ) на третьем выемому способу работает следующим образом.

Сигналы (в В ) от датчиков 3-7 температуры в зоне реакции, концентрации кислорода в отходящем газе, расхода ИПС, расхода воздуха и концентрации перекиси водорода поступают на входы вычислительного устройства 15.

В вычислительном устройстве 15 через заданные промежутки времени (например, t 2 мин) производится вычисление величины показателя 3 по формулам (1)-(3) и формирование сигходе устройства 15 формируется сигнал BQJ 1, по которому открывается отсечной клапан на линии подачи дистиллированной воды в реактор. При этом

J5 в результате резкого разбавления раствора и понижения его температуры реакция гасится и дальнейшее развитие аварийной ситуации прекращается. Всшичины показателя I, при достиже20 НИИ которых формируются управляющие противоаварийные воздействия на процесс, и коэффициенты а, а , а., Ь ,

Ь, подбирают таким образом, чтобы обеспечить своевременное выявление нала, пропорционального величине это-25 опасной тенденции изменения хода тех- го показателя.нологического процесса и избежать

На основании исследования динамики воздействия .на процесс по третьей развития аварийной ситуации установ- уставке, так как в результате подачи лены два уровня величины показателя дистиллированной воды внутрь реакто- 3 и, соответственно, два уровня ве- зо Р происходит, обводнение раствора.

личины сигнала, пропорционального величине этого показателя. Дополнительно установлена предельная величина сигнала от датчика температуры в зоне реакции. Все три величины в качестве уставок срабатывания внесены в блок памяти устройства 15.

При достижении величиной показателя Т значения первого уровня 1 4

что приводит к остановке процесса и значительному усложнению работы последующих стадий в период переработки обводненного реакционного раствора и э к потере времени для выведения процесса на режим.

Как показали проведенные испытания на модел:ирующей установке, применение способа позволяет осущестна первом входе устройства формирует- Q влять процесс окисления ИПС в наи- ся управляющий сигнал В, 1, кото- более благоприятном режиме при обес- рый обеспечивает закрытие отсечного печении его безаварийности, клапана 8 на линии горячего ИПС и Пример, Для режима обеспече- открытие отсечного клапана 9 на ли- ния максимальной производительности НИИ холодного ИПС. Если это противо- 5 (режима) с параметрами:

1800м /ч; Q

4,5 мУч; С„ 8 вес.%

аварийное воздействие является недостаточным и значение показателя 3 продолжает возрастать, то при достижении им значения второго уровня I q формируется управляющий сигнал Вд2 1 на втором выходе устройства 15, в результате чего закрьгоа- ются отсечные клапаны 10 и 11 на ли 1800м /ч; Q

4,5 мУч; С„ 8 вес.%,

П 8

предельно допустш гым значением скорости изменения температуры в зоне

1 ГП

50 реакции будет -г 0,3°С/мин при

ь о,

dt

ниях подачи греющего пара в теплоДля режима обеспечения максимально допустимой концентрации перекиси

обменник реактора и отвода конденса- 55 водорода в реакционном растворе (ре- та и открываются отсечные клапа Ш 12 жим В.) с параметрами: Q 900м/ч; и 13 на линии подачи охлаждающей во- Qvinc 2,25 м /ч; С 10 вес.%, ды. В результате указанных воздейст- предельно допустимым значением ско- вий снижается температура в зоне ре- рости изменения концентрации кисло18256

акции и происходит понижение концентрации перекиси водорода в реакционном объеме ПО мере отвода реакционной смеси. Если же и эти противоаварий- ные управляюпц е воздействия на про- цесс не обеспечивают предотвращения дальнейшего развития аварийной ситуации, то при достижении величиной температуры Т в зоне реакции уставки q

ходе устройства 15 формируется сигнал BQJ 1, по которому открывается отсечной клапан на линии подачи дистиллированной воды в реактор. При этом

в результате резкого разбавления раствора и понижения его температуры реакция гасится и дальнейшее развитие аварийной ситуации прекращается. Всшичины показателя I, при достижеНИИ которых формируются управляющие противоаварийные воздействия на процесс, и коэффициенты а, а , а., Ь ,

Ь, подбирают таким образом, чтобы обеспечить своевременное выявление опасной тенденции изменения хода тех- нологического процесса и избежать

что приводит к остановке процесса и значительному усложнению работы последующих стадий в период переработки обводненного реакционного раствора и э к потере времени для выведения процесса на режим.

Как показали проведенные испытания на модел:ирующей установке, применение способа позволяет осуществлять процесс окисления ИПС в наи- более благоприятном режиме при обес- печении его безаварийности, Пример, Для режима обеспече- ния максимальной производительности (режима) с параметрами:

1800м /ч; Q

4,5 мУч; С„ 8 вес.%,

П 8

предельно допустш гым значением скорости изменения температуры в зоне

1 ГП

50 реакции будет -г 0,3°С/мин при

ь о,

dt

J p

рода в отходящих газах будет ---

dT

+0,3 об,%/мин при -- 0. -at

Коэффициенты а , Ь- для рассматриваемого реактора имеют, например, значения: а 20,2; а, 0,006; а2 15,31; Ь,, -200; Ь 30. Тогда весовые коэффициенты . имеют значения для режима а: , 100;

5 - +0; для режима 6: -) 60;

d, 100.

Величины уставок срабатывания системы защиты будут, например, (Ijq.) q 30; q iS. Значение уставки безопасности Ч .

Из примера видно, что значимость информативных параметров, задействованных в системе автоматической защиты реактора окисления ИПС по данному способу, в зависимости от параметров ведения технологического режима может изменяться примерно в 2 раза, что обеспечивает существенное повышение быстродействия функционирования системы защиты.

Формула изобретения

Способ автоматической защиты процесса жидкофазного окисления изопро- пилового спирта путем регулирования подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата из теплообменника и формирования противо- аварийных управляющих воздействий в зависимости от величины скорости изменения температуры в зоне реакции, отлич ающийся тем, что, с

Редактор С.Пекарь Заказ 1190/25

Составитель Г.Огаджанов

Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Тираж 372Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

10

15

3018258

.целью повышения быстродействия и надежности защиты, дополнительно измеряют расходы изопропилового спирта и воздуха в реактор, концентрацию кислорода в отходящем газе и содержание перекиси водорода в реак1щонной смеси на выходе реактора, определяют скорость изменения концентрации кислорода в отходящих газах, рассчитывают текущее значение показателя ава-- рийной ситуации в зависимости от величины скоростей изменения температуры в зоне реакции и концентрации кислорода в отходящих газах, расходов изопропилового спирта и воздуха и содержания перекиси водорода в реакционной смеси, сравнивают текущее значение показателя аварийной ситуации со своими граничными значениями и текущее значение температуры в зоне реакции - со своим допустимым значением, и при достижении текущим значением показателя аварийной ситуации своего первого граничного значения прекращают подачу горячего и осуществляют подачу холодного изопропилового спирта, при достижении текущим значением показателя аварийной ситуации своего второго граничного значения прекращают подачу греющего пара в теплообменник реактору и отвод конденсата из теплообменника и осущестт вляют подачу охлаждающей воды в теплообменник реактора и её отвод из 35 теплообменника, а при достижении текущим значением температуры в зоне реакции своего допустимого значения осуществляют подачу дистиллированной -ВОДЫ в реактор.

20

25

30

Изобретение относится к способу автоматической защиты процесса жидко фазного окисления изопропилового спирта, может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности и позволяет повысить быстродействие и надежность защиты. Способ реализуется системой автоматического регулирования (САР), включающей в себя контур регулирования подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата из теплообменника в зависимости от значения показателя аварийной ситуации (ПАС) (при достижении его второго граничного значе- . ния): клапан 10 подачи пара, клапан 11 вывода конденсата, вычислительный блок 15. САР включает в себя контур регулирования подачи дистиллированной воды в зависимости от температу- ffmjtodflmuu газ а 1О (Л (jO о 00 ю ел