Устройство автоматического управления экзотермическим процессом Советский патент 1989 года по МПК G05D27/00 B01J3/00 

315

лью изобретения является повьппение динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в реакторе„ В состав устройства автоматического управления экзотермическим процессом входят реактор I, содержащий рубаш- . ify 2, змеевик 3, мешалку 4, клапан 5 выгрузки, патрубки 6, 7 подачи исходных компонентов, переток 8 реакционной массы, патрубки 9, 10 подачи и выхода хладагента, дополнительный патрубок 1 вспомогательной подачи хладагента через рубашку, вытяжную систему 12 отвода газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь 13 и вторичньй

74

измерительный преобразователь 14 с регулятором и блоком уставок температуры реакционной массы в реакторе, первичный измерительный преобразователь I5 и вторичный измерительный преобразователь 16 расхода хладагента через рубашку реактора, с блоком уставок, логический элемент И 17,

регулирующие клапаны 18, 19 соответственно с обратным и прямым принципами действия на линиях подачи хладагента через змеевик и- рубашку реактора и отсечной клапан 20 на до-

полнительной линии вспомогательной подачи хладагента через рубашку реактора о 6 ил„

Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и касается, в частности, вопросов регулирования температуры экзотермических процессов, проводимых в реакторах периодического и непрерывного действия. Оно может найти применение в химической, лакокрасочной, химико-фармацевтической, нефтехимической, витаминной, пищевой и других отраслях промышленности при синтезе полупродуктов, лекарственных препаратов и витаминов. Целью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в реакторе. В состав устройства автоматического управления экзотермическим процессом входят реактор 1, содержащий рубашку 2, змеевик 3, мешалку 4, клапан 5 выгрузки, патрубки 6, 7 подачи исходных компонентов, переток 8 реакционной массы, патрубки 9, 10 подачи и выхода хладагента, дополнительный патрубок 11 вспомогательной подачи хладагента через рубашку, вытяжную систему 12 отвода газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь 13 и вторичный измерительный преобразователь 14 с регулятором и блоком уставок температуры реакционной массы в реакторе, первичный измерительный преобразователь 15 и вторичный измерительный преобразователь 16 расхода хладагента через рубашку реактора, с блоком уставок, логический элемент И 17, регулирующие клапаны 18, 19 соответственно с обратным и прямым принципами действия на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку реактора и отсечной клапан 20 на дополнительный линии вспомогательной подачи хладагента через рубашку реактора. 6 ил.

Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и касается, в частности, регулирования температуры экзотер - мического процесса, проводимого в реакторах смешения периодического (РПД), полунепрерывного (РПНД) и непрерывного действия (РИД), содер- жаш;их в качестве теплообменньгх устройств змеевик и рубашку, и может найти широкое применение в химической, лакокрасочной, химико-фармацевтической, нефтехимической, вита- минной, пищевой, и других отраслях промьшшенности при синтезе полупродуктов, лекарственных препаратов и витаминов о

Целью изобретения является повы- шение динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в ре- акторео

На фиг о 1 показана функциональна схема системы стабилизации температурного режимаэкзотермического процесса в РИД; на фиг. 2-5 - диаграммы системы регулирования температур на фиг о 6 - расходные характеристик хладагента через змеевик и рубашку в зависимости от типа установленных регулирующих на их входных линиях.

На фиг о 1 представлен реактор 1, содержащий рубашку 2, змеевик 3, мещалку 4, клапан 5 выгрузки, патруки 6,7 подачи исходных компонентов переток 8 реакционной массы, патрубки подачи 9 и вьпсода 10 хладагента

через теплообменники реактора, дополнительный патрубок 11 вспомогательной подачи хладагента через рубащку, вытяжную систему 12 отвода газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь (ПИП) 13 и вторичный измерительный преобразователь (ВИП) 14 с регулятором и БУ температуры реакционной массы Для контроля расхода хладагента через рубашку реактора .используется ПИП 15о ВИП 16 с блоком установки (БУ)о Дискретные выходы с ВИП 14 по температуре реакционной массы и с ВИП 16 по расходу хладагента поступают на вход логического элемента И 17, реализующего функцию логического умножения. Аналоговый выход с регулятора ВИП 14 связан параллельно с регулирующим клапаном (РК) 18, имеющим обратный принцип действия (ОПД) он же нормально открытый или нормально закрытьй (НЗ), установленным на входной линии змеевика, и с РК 19 типа ППД (он же НЗ или ВО), установленным нА входной линии рубашки о Дискретный выход с элемента И 17 соединен с отсечным клапаном (ОК) 20 типа ОПД, размещенным на дополнительной линии вспомогательной подачи хладагента через рубашку реактора

На фиг о 2,3 показаны диаграммы системы регулирования температуры, полученные в переходном режиме стабилизации на РИД объемом 0,5 дм, На фиг. 2 показана диаграмма регулирования температуры при использоваНИИ на входных линиях змеевика и рубашки клапанов одного принципа действия, на фиг. 3 - клапанов разного принципа действия, Т - заданное знчение температуры, ЛТ/ и Tj - максимальное отклонение температуры, ЛТ-1 и ЛТц - статическая точность систем регулирования температуры, (и время запаздьтвания систем при отработке скачкообразного изменения задания регулятору, и -г время регулирования

На фиг. 4 показана динамика изменения температуры в реакторе при полностью открытом клапане на входной линии змеевика и полностью закртом клапане на входной линии рубашк (кривая 1), а также при полностью закрытом клапане на входной линии змеевика и полностью открытом клапане на входной линии рубашки (кривая 2), где - время запаздьгааниЯ

На фиг о 5 приведены экспериментальные данные, полученные на РИД объемом 250 дм, где показана динамика регулирования температуры в реакторе при установке на входной линии змеевика и рубашки клапанов одного принципа действия (кривая 1) и разного (кривая 2)j Т и лТ - отклонение температур в динамическом стационарном режиме.

На фиг о 6 показан график изменения расхода хладагента через змеевик и рубашку при установке на входной линии клапанов одного принципа действия -1 и разного - 2, а также изменение расхода хладагента через змеевик - 3 и рубашку - 4 в зависимости от величины управляющего сигнала

Предлагаемая система работает следующим образом с,

При повышении температуры реакционной массы в реакторе 1 сигнал от ПИП 13 через ВРШ 14 с регулятором, РК 18 и 19 воздействует на них таким образом, что клапан 18 типа ОПД на входной линии змеевика начнет открываться и тем самым увеличивать расход хладагента через змеевик, а клапан 19 типа ППД на входной линии рубашки станет одновременно закрываться и тем самым уменьшать расход хладагента через рубашку Мощность теплосъема возрастет, и температура реакционной массы начнет понижаться

10

20

25

30

35

40

45

50

55

7376

Как только температура реакционной массы станет ниже заданной, командный сигнал, вырабатываемый регулятором ВИЛ 14, уменьшится и клапан 18 на входной линии змеевика прикроется, снизив расход хладагента через змеевик, а клапан 19 на входной линии рубашки откроется, увеличив расход хладагента через рубашкуоТеп- лосъем в итоге уменьшится, и температура реакционной массы начнет возрастать При аварийном повьппении температуры реакционной массы, когда возможности по теплосъему полностью исчерпаны, что определяется по отсутствию расхода хладагента через рубашку, с ПИП 15 через БИТ 16 с БУ поступает дискретный сигнал на один из входов элемента И 17. Одновременно с ПИП 13 через ВИП 14 с БУ.поступает дискретный сигнал на другой из входов элемента И 17 Выходной командный сигнал с элемента И 17 поступает на отсечной клапан 20, открывая его Через патрубок 11 поступает вспомогательный хладагент от автономного источника, благодаря чему температура реакционной массы начнет снижаться

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при установке на входны х линиях змеевика и рубашки клапанов разного принципа действия качество регулирования температуры в реакторе значительно улучшается по сравнению с тем, когда на входных линиях змеевика и рубашки установлены клапаны одного принципа действия:

ЛТ, ЛТз, ЛТ 7 ДТ4, 1, (фиг. 2,3), ЛТ, 7 лт (фиго5).

Из фиг.4 видно, что при полностью открытом клапане на входной линии змеевика и закрытом клапане на входной линии рубашки температура в реакторе понижается и со временем стабилизируется на значительно меньшем значении (кривая 1).

При полностью закрытом клапане на входной линии змеевика и открытом на входной линии рубашки температура , в реакторе повьш1ается и со временем стабилизируется на значительно большем значении (кривая 2). Это указывает на то, что мощность теплосъема со стороны змеевика больше мощности тепла, выделяемого в реакторе, а мощность теплосъема со стороны рубашки недостаточна для обеспечения необходимого теплоотвода, что подтверждает

принципиальную возможность использования предложенного технического решения для стабилизации температурного режима с более высокой точностью быстродействием,, При установке на входных линиях змеевика(фигоб) зависимость 1 и рубашки (зависимость 2) клапанов разного принципа действия расход хладагента через змеевик уда- ется повысить до более высокого значения - 1,6 м /ч (зависимость 3), в то время как при установке на входных линиях змеевика и рубашки клапанов одного принципа (зависимость А) действия максимальньш расход хладагента через змеевик не превышает 0,9 Это указывает на то, что суммарная мощность теплосъема в первом случае будет выше, чем во втором, обеспечивая лучшее качество регулирования „

Использование предложенного технического решения позволяет на 25% уменьшить максимальное отклонение температуры, в 2-А раза повысить статическую точность систем регулирования, в 2,5 раза сократить время запаздывания, в 1 ,-8 раза уменьшить время регулированияо Это дает возмож- ность исключить аварийное отклонение температуры реакционной массы, снизить энергетические затраты на подачу хладагента через теплообменники реактора, увеличив выход целевого продукта в среднем на 10-15%.При использовании данного техниче- ского решения на дeйcтвyюшJix реакторах, содержащих в качестве теплооб- менных устройств змеевик и рубашку, достигаемое улучшение качества регулирования тeмпepaтypь не сопровождается усложнением, а следовательно, и удорожанием всей системы. Формула изобретения

Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в ре

5 0

5 0 5

0 5

акторе с мешалкой, содержащее параллельно соединен.ные змеевик и рубашку реактора, клапан выгрузки, вытяжную систему газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь температуры реакционной массы в реакторе, вторичный измерительный преобразователь температуры реакционной массы в реакторе с встроенным регулятором и блоком уставок, элемент И, регулирующие клапаны на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку, аналоговый выход регулятора вторичного измерительного преобразователя соединен с управляю- входами регулирующих клапанов на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку реактора, а дискретный выход блока уставок соединен с первым входом элемента И,.о т л и - чающееся тем, что, с целью повБШ1ения динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в реакторе, дополнительно введены линия вспомогательной, подачи хладагента в рубашку реактора с отсечным клапаном обратного действия, первичный измерительный преобразователь расхода хладагента через рубашку реактора и вторичный измерительный преобразователь расхода хладагента через рубашку реактора с встроенным блоком уставок, а также регулирующие клапаны на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку реактора соответственно обратного и прямого действия, причем дискретный выход блока уставок вторичного измерительного преобразователя расхода хладагента через рубашку реактора соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом отсечного клапана на линии вспомогательной подачи хладагента в рубашку реактора.

зц

Фиг .2

Фиг. 3

J5JB Т:-Ю,с

Фиг.

333

.у-/

Gx

/,0

55

/

б

Фиг.6

8 Ру Щ мпа