Устройство автоматического управления реактором полунепрерывного действия Советский патент 1991 года по МПК G05D23/19 B01J19/00 C07B43/02 

Изобретение относится к области управления процессами нитрования, осуществляемыми в реакторах полунепрерывного действия (РПНД), когда по условиям технологии требуется одновременная синхронная подача двух и более компонентов в строго заданном стехиометрическом соотношении,

и может найти широкое применение в химической, нефтехимической, химико-фармчцез- тической, лакокрасочной, витаминной, пищевой я других офаслях промышленности для синтеза лекарственных трепаратов унифицирующих добавок к топливам, лэков красок, ингибиторов и других веществ

Цель изобретения - повышение производительности за счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства автоматического управления РПНД; на фиг. 2 - диаграмма динамики регулирования температуры реакционной массы в установившемся режиме при размещении на входной линии теплообменников регулирующих клапанов разных принципов действия; на фиг. 3 - фазовый портрет работы адаптивной системы регулирования переменной структуры.

Устройство (фиг. 1) состоит из реактора 1 и двух мерников 2 и 3. Реактор содержит параллельно соединенные рубашку 4 и змеевик 5, мешалку 6 с двигателем 7, вытяжную систему 8 для отвода газообразных продуктов реакции и клапан 9 аварийного сброса. Через входной патрубок 10 трехходового регулирующего клапана 11 поступает хла- доагент в теплообменники реактора. Выход хладоагента с пониженной энтропией осуществляется через общий патрубок 12. Перед началом дозировки компонентов реактор через загрузочный патрубок 13 заполняется до отметки 14 тем минимальным количеством буферного раствора (как правило, нитрующим компонентом), которым обеспечивается одновременно и погружение мешалки в реакционную массу и создание первоначальной поверхности теп- лосьема. По окончании дозировки обоих компонентов в реактор уровень реакционной массы повышается до отметки 15.

В мерник 2 через патрубок 16 заливается нитрующий компонент до отметки 17, а в мерник 3 через патрубок 18 - нитруемый компонент до отметки 19.

Температура в РПНД измеряется первичным измерительным преобразователем (ПИП) 20, соединенным последовательно через вторичный измерительный прибор (ВИП) 21, адаптивный регулятор 22 с приводом трехходового регулирующего клапана.

Адаптивный регулятор 22 реализован на базе системы переменной структуры, функционирующей в скользящем7режиме, поддерживаемом за счет изменения угла наклона плоскости скольжения, осуществляемого по сигналу с ВИП контроля уровня в мернике в соответствии с изменением динамических характеристик РПНД по управляющему каналу.

Регулируемая подача компонентов из мерников в реактор реализуется посредством многокомпонентного дозировочного

агрегата 23 переменной производительности, управляемого блоком 24.

Для регулирования скорости вращения двигателя мешалки служит прибор 25 управления, Контроль уровня дозируемого компонента в мернике 2 осуществляется с помощью ПИП 26 с ВИП 27, снабженным унифицированным нормирующим преобразователем.

0 Для контроля текущего значения уровня в мернике 3 служит ПИП 28 с ВИП 29.

Для контроля расхода компонентов, подаваемых из мерников в реактор, служат соответствующие ПИП 30, 31 и ВИП

5 32.33.

Контроль аварийного повышения температуры реакционной массы осуществляется с помощью ПИП 34 с ВИП 35, снабженным блоком уставок на два диск0 ретных значения выработки противоава- рийных управляющих воздействий: меньшее из них предназначено для отсечки подачи компонентов через логический элемент ЗАПРЕТ 36, а большее - аварийного

5 сброса реакционной массы.

Устройство функционирует следующим образом.

Температуру реакционной массы регулируют по сигналу с адаптивного регулятора

0 22 воздействием на привод трехходового регулирующего клапана 11, управляющего перераспределением хладоагента между змеевиком и рубашкой таким образом, что при понижении температуры увеличивает5 ся расход хладоагента через рубашки с одновременным уменьшением расхода хладоагента через змеевик, а при повышении температуры, наоборот, возрастает расход хладагента через змеевик и одно0 временно падает расход хладагента через рубашку.

Управляемая подача дозируемых компонентов из мерников осуществляется с помощью двух компонентов дозировочного

5 агрегата 23 с коррекцией его производительности в сторону увеличения расхода посредством прибора 24 управления в функции количества сдозированного компонента по сигналу с ВИП 27 - контроля уров0 ня в мернике 2.

Регулирование скорости вращения двигателя 7 мешалки 6 осуществляется с помощью блока 25 управления, представляющего собой тиристорный преобразова5 тель частоты. В качестве задающего воздействия системы регулирования скорости вращения двигателя мешалки служит текущее значение уровня дозируемого компонента в мернике, замеряемого ВИП 27.

При аварийном повышении температуры, когда она достигает значения первой уставки, с ВИП 35 поступает команда логическому элементу ЗАПРЕТ 36 на отсечку подачи компонентов в реактор.

При достижении текущим значением температуры второй уставки с ВИП 35 поступает команда на клапан 9 аварийного сброса реакционной массы из реактора.

На фиг. 2 представлена диаграмма отклонения температуры реакционной массы в динамическом стационарном режиме: для одного общего регулирующего клапана - 1, для двух регулирующих клапанов противоположных принципов действия - 2 и для трехходового регулирующего клапана - 3. Как следует из диаграммы, минимальное отклонение температуры обеспечивает установка трехходового регулирующего клапана (АТз АТ2 ATi).

На фиг. 3 приведен фазовый портрет отклонения температуры с учетом изменения угла наклона а плоскости переключения регулятора переменной структуры. Поскольку РПНД, как объект управления, характеризуется значительным дрейфом параметров передаточных функций, то не исключена потеря регулятором в некоторый момент времени скользящего режима, при котором возрастающее положительное отклонение температуры реакционной массы приводит к появлению аварийного режима в реакторе.

В этом случае, чтобы сохранить скользящий режим работы регулятора переменной структуры во всем диапазоне иаменения динамических характеристик РПНД, целесообразно по мере слива компонентов увеличивать угол плоскости скольжения.

1, 2, 3 - переходной процесс по фазовым траекториям соответственно в начале, середине и конце дозировки.

Оценка эффективности САУ представлена в таблице.

а (начало дозировки) az (середина дозировки)«з (конец дозировки).

Из таблицы следует, что разработанная САУ вызывает сокращение норм расхода исходного сырья, повышение выхода целевого продукта, понижение содержания примесей, сокращение длительности дозировки и уменьшение интегрального модульного критерия оценки качества регулирования температуры реакционной массы.

Интегральный модульный критерий оценки качества регулирования температуры определяется по формуле

FCO- r/(lT(r)-T3|-l)dr,

г где Т(г) - текущее значение температуры реакционной массы, К;

Тз заданное значение температуры, К; Тд - длительность дозировки,с;

АН - зона нечувствительности регулятора, К.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволит повысить точность стабилизации температурного режима реакционной массы до ±0,25°С, сократить длительность процесса дозирования компонентов в 1,5-2 раза, уменьшить нормы расхода исходных компонентов в 1,4 раза и полностью устранить

получение бракованной продукции

Формула изобретения Устройство автоматического управления реактором полунепрерывного действия, содержащее параллельно соединеннее змеевик и рубашку, привод мешалки, клапан аварийного сброса, регулирующий клапан на общей входной линии подачи хладоагента через змеевик и рубашку, первичный и вторичный измерительные преобразователи контроля температуры реакционной массы, адаптивный регулятор температуры, мерники исходных компонентов с системой дозирования их в реактор,

снабженной прибором управления, первичные и вторичные измерительные преобразователи контроля уровней дозируемых компонентов в мерниках, причем выход с первичного измерительного преобразователя температуры реакционной массы последовательно через его вторичный измерительный преобразователь и первый выход адаптивного регулятора температуры соединен с приводом регулирующего клапана, выход с первого первичного измерительного преобразователя контроля уровня дозируемого компонента в мернике последовательно через его вторичный измерительный преобразователь соединен с

вторым входом адаптивного регулятора температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности за счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы, оно дополнительно содержит вторые первичный и вторичный измерительные преобразователи контроля температуры реакционной массы, причем последний снабжен блоком уставок на два дискретных значения, логический элемент ЗАПРЕТ, система дозирования компонентов выполнена в виде многокомпонентного дозировочного агрегата переменной производительности, привод мешалки выполнен следящим и снабжен своим блоком управления, а на общей входной линии подачи хладоагента установлен трехходо- аой регулирующий клапан, причем выходе первого вторичного измерительного преобразователя контроля уровня дозируемого компонента в мернике параллельно соединен с блоком изменения производительности многокомпонентного дозировочного агрегата и с блоком управления

следящим приводом мешалки, причем первый дискретный выход с второго вторичного измерительного преобразователя контроля температуры реакционной массы последовательно соединен через логический элемент ЗАПРЕТ с общим приводом многокомпонентного дозировочного агрегата, а второй его дискретный выход связан с приводом клапана аварийного сброса.

Изобретение касается разработки эффективной системы управления реакторами полунепрерывного действия при одновременной и постепенной подаче двух и более компонентов в реактор в строго заданном стехиометрическом соотношении. Целью изобретения является повышение производительности за счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы. Сущность предлагаемого технического решения состоит в регулировании температуры реакционной массы перераспределением расхода хладагента между змеевиком и рубашкой путем установки на общей входной линии подачи хладагента трехходового регулирующего клапана и применения адаптивного регулятора переменной структуры с корректировкой угла наклона плоскости переключения по количеству сдозированного компонента лз меи ника с большей степенью заполнения. Производительность двух компонентного дозатора и скорость вращения мешалки увеличивают с учетом повышения степени заполнения реактора по сигналу с прибора контроля уровня в мернике с большим объемом компонента. При возникновении аварийных режимов, сопровождающихся повышением температуры реакционной массы, по сигналу с прибора контроля аномальных режимов производится отсечка подачи компонентов и аварийный сброс реакционной массы. Использование предлагаемого технического решения обеспечивает сокращение норм расхода исходных компонентов, повышение выхода целевого продукта, снижение содержания примесей, сокращение длительности дозировки компонентов и уменьшение интегрального модульного критерия оценки качества регулирования температуры реакционной массы. 3 ил , 1 табл. Ј со

иг

293

292

о

ОД/2/

d

т

Ь.

9. г

К-С 1

4 AJtK

Фм.Ъ