Способ управления реакторов для жидкофазных экзотермических периодических процессов Советский патент 1989 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

1

(21)4331А32/31-26

(22)20.11.87

(46) 07.12.89. Бкш. № 45

(71)Ленинградский технологический институт им. Ленсовета

(72)Г.Н.Балабанович, Н.Б.Евстигнеева и Ю.Н.Макаров

(53)66.012-52 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 539598, кл. В 01 J 1/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 1214190, кл. В 01 J 19/00, 1984.

(54)СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ Д)1Я ЖИДКОФАЗНЬД ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

(57)Изобретение относится к способам автоматического управления жид- кофазными процессами с большим тепловыделением за счет реакций, проводимых методом межфазного катализа, применяемых в химической и фармацевтической промышленности, и позволяет повысить точность регулирования температуры процесса и обеспечения безаварийного протекания процесса за счет уменьшения общей интегральной ошибки регулирования. Способ заключается в измерении перепада температуры в рециркуляционной линии на входе и выходе, адиабатического микрореактора, по величине которого изменением температуры хладагента регули- руют температуру процесса в реакторе и определяют скорость тепловыделения реакции, по величине отклонения ко- торой от заданной пропорционально корректируют регулируемые температуру хладагента и скорость перемешивания реакционной массы. 4 ил.

i

СЛ

Изобретение относится к способам автоматического управления жидкофазными процессами с большим тепловыделением за счет реакций, проводимых методом межфазного катализа, применяемых в химической и фармацевтической промышленности, и позволяет повысить точность регулирования температуры процесса и обеспечения безаварийного протекания процесса за счет уменьшения общей интегральной ошибки регулирования. Способ заключается в измерении перепада температуры в рециркуляционной линии на входе и выходе адиабатического микрореактора, по величине которого изменением температуры хладагента регулируют температуру процесса в реакторе и определяют скорость тепловыделения реакции, по величине отклонения которой от заданной пропорционально корректируют регулируемые температуру хладагента и скорость перемешивания реакционной массы. 4 ил.

Изобретение относится к способам автоматического управления жидкофаз- ными процессами с большим тепловыделением за счет реакций, проводимых методом монофазного катализа, и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности.

Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры процесса и обеспечение безаварийного протекания процесса за счет уменьшения общей интегральной ошибки регулирования.

На фиг.1 представлена структурная схема реализации способа; на фиг.2 - график зависимости констант скорости реакции от скорости перемешивания; на фиг.З - характеристики

процесса при управлении по известному способу; на фиг.4 - характеристики процесса при управлении по предлагаемому способу.

Температурная устойчивость процесса может быть обеспечена за счет влияния скорости перемешивания в некотором диапазоне на определяемую константу скорости реакции. Для процессов межфазного катализа характерным является нулевая скорость реакции при отсутствии перемешивания и приблизительное линейное увеличение константы скорости реакции от скорости перемешивания в некотором диапазоне, т.е. существует зависимость

,(1)

где К - константа скорости реакции,

;

а - коэффициент пропорциональности, ; W - скорость перемещивания,

об/с.

Скорость тепловыделения определяется из уравнения теплового баланса микрореактора, составленного аналогично тепловому балансу реакционной зоны реактора смешения:

CpV4r T-Tj , (2)

де С - скорость реакции,

моль/лс; V - объем микрореактора, л,

const;

Тд - температура на выходе из микрореактора. С; Т - температура на входе

микрореактора, температура процесса, °С; С, - удельная теплоемкость,

Дж/град- л;

С„- расход реакционной смеси через микрореактор, л/с, const; R - скорость реакции,

моль/л-с;

К - константа скорости реакций, С - концентрация реагента,

моль/л; q - тепловой эффект реакции,

Дж/моль, const.

Уравнение (2) можно записать слеующим образом:

-« 1:зЬ5;(3)

Обозначив () - через 9 , м VMq- const через oi , получают зави м

симость

0 ci-R oi Kf(c)-- QR,

Ьд«

(4;

R - скорость тепловьделения, Дж/с; 9 - информационный параметр;

- коэффициент (const); (() - концентрационная

функция скорости реакции.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Используя зависимости (1) и (4), получают связь информационного параметра 9 , характеризующего скорость тепловыделения, с управляющим воздействием:

0 F(w).(5)

Схема реализации способа (фиг.1) содержит адиабатический микрореактор 1 смешения, на входе и выходе которого установлены температурные датчики 2 и 3, реактор А с теплообменником, вычислительный блок 5, регуляторы 6 и 7 и исполнительные механизмы 8 и 9.

Способ реализуется следующим образом.

В рециркуляционной линии управляемого реактора 4 устанавливают адиабатический микрореактор 1 смешения. В микрореакторе 1 происходит выделение некоторого количества теплоты за счет взаимодействия компонентов смеси. Сигналы с термоприемников 2 и 3 поступают в вычислительный блок 5. В блоке 5 вычисляют по зависимостям (2-4) скорость тепловыделения Q- и сравнивают ее с заданной. По величине отклонения текущей скорости тепловыделения от заданной блок 5 вычисляет по зависимости (5) информационный сигнал Q, коротый используется в качестве корректирующего в регуляторе 6 скорости вращения мешалки и регуляторе 7 температуры процесса.

Из графика, приведенного на фиг.2 виден широкий диапазон изменения управляющего воздействия, при котором имеет место изменение константы скорости реакции, т.е. существует возможность компенсации изменения скорости реакции. Характер зависимости в управляемом диапазоне близок к линейному. Из графика видно также, что при остановке мешалки реакция прекращается, что гарантирует надежность защиты процесса.

Графики, представленные на фиг.3 и 4, иллюстрируют работу систем управления для процесса цианирования хлористого бензила методом межфазно- 1го катализа. На фиг.З приведены графики, полученные методом математического моделирования, изменения параметров процесса при использовании известного способа. Т - температура процесса, G - скорости приливаемого реагента, С - концентрации компонен

51

та реакции (хлористого бензила) , Q - скорости тепловыделения. Регулирование температуры носит колебательный характер, имеются выбеги температуры, что при реально действующих на объекте возмущениях может привести к нежелательным последствиям. Способ реализуется на реакторе полунепрерывного действия.

На фиг.4 представлены графики изменения аналогичных параметров и переменных при управлении по предлагаемому способу. При этом способ реализуется на реакторе периодического действия, что значительно облегчает технологическую оснастку процесса.

При работе по этому способу регулирования осуществляется высокая степень стабилизации температуры. Введение нового контура облегчает работу инерционного по своему воздей (грвию на температуру процесса (Т) контура теплообменника.

Сравнение способов показывает на низкую параметрическую чувствительность температуры процесса к ходу протекания процесса, т.е. повышенную устойчивость при управлении по предлагаемому способу.

Способ обеспечивает уменьшение отклонения регулируемого параметра

(в 2-3 раза), а также общую интегральную ошибку по сравнению с известным способом. Возможность управления параметром (константа скорости) , непосредственно влияющим на химизм процесса, исключает возникновение аварийной ситуации в реакторе.

Формула изобретения

Способ управления реактором для жидкофазных экзотермических периодических процессов путем измерения перепада температуры в рециркуляционной линии на входе и выходе адиабатического микрореактора, по величине которого изменением температуры хладагента регулируют температуру процесса в реакторе и определяют скорость тепловыделения реакции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры процесса и обеспечения безаварийного протекания процесса за счет уменьшаения общей интегральной ошибки регулирования, дополнительно корректируют регулируемые температуру хладагента и скорость перемешивания реакционной массы пропорционально отклонению скорости тепловыделения от заданной величины.

Фиг. 2

Л

нкая