Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в реакторе полунепрерывного действия Советский патент 1991 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

Изобретение относится к технике управления экзотермическими процессами, реализуемыми в реакторах полунепрерывного действия (РПНД), касается, в частности, стабилизированной и синхронизированной импульсной подачи жидкого и сыпучего компонентов с учетом температуры реакционной массы, и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, лакокрасочной промышленности при производстве промежуточных и целевых продуктов, а также лекарственных препаратов.

Цель изобретения - сокращение длительности ведения процесса, увеличение степени заполнения реактора и повышение надежности устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема управления РПНД; на фиг.2 - структурная схема блока управления импульсной подачей дозируемых компонентов; на фиг.З - циклограмма работы блока управления импульсной подачей (БУНД) дозируемых компонентов; на фиг.4 - график сравнительной длительности дозировки компонентов без использования предлагаемого

о ю о

оо

о

технического решения и при его использовании.

Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в РПНД (фиг.1) включает в себя реактор 1, расходную емкость 2, мерную емкость 3, бункер 4 сыпучего компонента и шнековый питатель 5.

РПНД состоит из рубашки 6, тихоходной якорной мешалки 7, двигателя 8 мешалки и клапана 9 выгрузки.

РПНД снабжен вытяжной системой 10 для отвода газообразных продуктов реакции, патрубками 11 и12 соответственно подачи и отвода хладагента рассола через руоашку реактора, сифоном 13 для эвакуации содержимого реактора по окончании процесса. Через загрузочный патрубок 14 реактор перед началом процесса заполняется одним из исходных компонентов (раствором 4-нитро- толуола в смеси уксусного ангидрида и кислоты) до отметки 15. По окончании дозировки уровень реакционной массы повышается до отметки 16.

На входной линии 17, соединяющей расходную емкость с мерной емкостью, установлен отсечной клапан 18 обратного принципа действия (НО), а на сливной линии 19, соединяющей мерную емкость с реактором, расположен отсечной клапан 20 прямого принципа действия (НЗ),

С помощью воздушной линии 21, обеспечивающей полноту заполнения и слива мерной емкости, последняя соединена с воздушной полостью расходной емкости.

Расходная емкость перед началом процесса заполняется дозируемым компонентом (серной кислотой) до отметки 22. Бункер загружается сыпучим компонентом (бихро- матом натрия - Хромпик) до уровня 23.

В качестве привода шнекового питателя служит двигатель 24.

Для измерения температуры в РПНД предназначен первичный измерительный преобразователь (ПИП) 25 с вторичным измерительным преобразователем (ВИП) 26, снабженным блоком уставок на одно дискретное значение, выход с которого связан с входом БУНД 27.

Управление отсечными клапанами производится с помощью соответствующих электропневматических дискретных преобразователей (ЭДП) 28 и 29 по команде с БУНД.

Включение двигателя шнекового питателя осуществляется по сигналу с магнитного пускателя 30.

Контроль текущего значения уровня жидкого компонента (серной кислоты) в расходной емкости и определения как количества сдозированного компонента в реактор, а следовательно, и стадии протекания процесса дозирования, так и момента ее окончания, реализуется посредством ПИП 31 и

ВИП 32.

БУИД состоит из (фиг.2) установочного импульсного генератора 33 с фиксированной частотой и периодом импульса 5 мин, первого интегратора (элемента задержки)

0 34, связанного с первым усилителем 35 мощности, управляющим ЭДП отсечного клапана НО заполнения мерной емкости, триггера 36, логического элемента ЗАПРЕТ 37, измерительного импульсного генерато5 ра 38 с фиксированной частотой и периодом импульсов 5 с, второго усилителя 39 мощности, управляющего ЭДП отсечного клапана НЗ слива с мерной емкости, второго интегратора 40 и третьего усилителя 41 мощно0 сти, управляющего магнитным пускателем двигателя шнекового питателя,

Обратная связь, охватывающая измерительный импульсный генератор 38 и второй интегратор 40, требуется для отключения

5 генератора импульсов пор истечении времени, необходимого для загрузки в реактор того количества Хромпика, которое определяется длительностью работы шнекового дозатора в течение 15с.

0 Частота импульсов генераторов различна. Первый генератор 33 является установочным и работает с постоянной частотой и периодом 600 с (первые 300 с определяют 1, а вторые 300 с - О). Он состоит из

5 собственно генератора импульсов (Т 3 с) и двух последовательно соединенных десятичных счетчиков (Тоб 5 мин).

Второй генератор 38 является измерительным. Он работает с постоянной часто0 той и периодом ( с) по команде с первого генератора и через второй интегратор 4,0 (Т 15 с) определяет длительность включения шнекового дозатора.

Триггер 36 предотвращает нарушение

5 режима последовательности загрузки в реактор двух компонентов при аварийном повышении температурной реакционной массы.

Если при сливе одного из компонентов

0 температура внезапно поднялась, то с триггера поступает запрещающий сигнал на загрузку другого компонента.

С целью исключения неполноты слива одного из компонентов при наличии разре5 шающего сигнала по температуре реакционной массы при восстановлении ее до регламентного значения переброс триггера в исходное состояние возможен лишь при очередном цикле поступления команды на выдачу доз.

Устройство работает следующим образом.

По команде с БУНД 27 для поочередной и последовательной подачи дозируемых компонентов: жидкого - серной кислоты и сыпучего - Хромпика, заполняется сначала мерная емкость 3 за счет открытия клапана 18 на линии подачи серной кислоты из расходной емкости 2,

При этом установочный импульсный генератор 32 вырабатывает импульсы с определенной частотой, суммируемые на первом интервале 34, и по истечении установленной длительности, равной 2,5 мин, с него поступает командный импульс ( первый усилитель 35 мощности, управляющий через ЭДП 28 приводом клапана 18, открывая последний, и серная кислота заполняет мерную емкость 3 объемом 2 дм3 и часть воздушной линии 21 до уровня ее в расходной емкости 2, Такой объем мерной емкости, а также длительность ее заполнения и слива связаны, с одной стороны, с мощностью теплосъема рубашки реактора, а с другой стороны, величиной статического напора жидкости в мерной и расходной емкостях, что, в конечном итоге, предотвращает возникновение аварийных режимов по повышению температуры реакционной массы.

Сигнал с первого интегратора 34 через 300 с (О) поступает на триггер 36, который выдает командный импульс второму усилителю 39 мощности, управляющему через ЭДП 29 приводом клапана 30, установленного на сливной линии из мерной емкости 3. Клапан открывается, и серная кислота сливается в реактоо.

Одновременно сигнал с триггера 36 запускает и второй измерительный генератор 38 импульсов. Импульсы суммируются на втором интеграторе 40, который по истечении 15 с выдает командный сигнал третьему усилителю 41 мощности, управляющему магнитным пускателем 30 двигателя 24 шне- кового питателя, который в течение 15 с производит загрузку в реактор потребного количества Хромпика.

При аварийном повышении температуры реакционной массы с ВИП 26 поступает дискретный сигнал на логический элемент ЗАПРЕТ 37. По сигналу последнего триггер 36 запирается, блокируя таким образом открывание отсечного клапана 20 на сливной линии 19 и включение двигателя 24 шнеко- вого питателя 5.

Если в течение этих 2,5 мин температура реакционной массы снижается до регламентного значения и на триггер 36 поступает разрешающий сигнал на слив и

загрузку компонентов в реактор, то пере ключение триггера происходит не сразу, а лишь при наступлении следующего цикла поступления команды на подачу компонен- 5 тов в реактор.

На фиг.З представлена циклограмма работы БУНД при дозировке жидкого (VK) и сыпучего (Сб) компонентов, где на оси абсцисс представлены длительности: Гз - за0 полнения серной кислотой мерной емкости; гс- слива серной кислоты из мерной емкости в реактор;гш- включения шнекового дозатора подачи Хромпика в реактор, а нз оси ординат: VK - объем сливаемой единичной

5 дозы серной кислоты в реактор Сб - весовое количество Хромпика, подаваемого в реактор за 15 с работы шнекового дозатора.

Использование предлагаемого технического решения позволяет в 1,5 раза увели0 чить загрузку исходных компонентов и сократить длительность дозировки с 18 ч (г-|)до4,5ч (та) . На фиг.4 представлены: Gx - суммарная загрузка Хромпика в реактор без 1(1) и при 3(1) использовании изо5 бретения; VK - суммарный объем серной кислоты, подаваемой в реактор без 2(2) и при 4(2) использовании предлагаемого устройства.

Кроме того, это позволяет поднять вы0 ход целевого продукта и повысить его чистоту; уменьшая количество примесей и устраняя наличие смол в продукте.

Реализация предлагаемого технического решения не потребует разработки специ5 альных приборов и может быть выполнена на базе серийных средств автоматизации, а БУИД собран на основе интегральных микромодулей серии Логика - И, отличающейся широкими функциональными воэможностя0 ми, низкой стоимостью и достаточной надежностью.

Формула изобретения Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в реакторе полунепрерывного действия, содержащее реактор с рубашкой, мешалкой, донным клапаном, патрубками подачи и вывода хладагента в рубашку, патрубками подачи

материальных потоков, расходную емкость, датчики температуры в реакторе и уровня в расходной емкости, отсечные клапаны под- ачи компонентов в реактор, преобразователи, два генератора импульсов, элемент

ЗАПРЕТ, два усилителя, измерители температуры и уровня, регулятор температуры, о- тличающееся тем, что, с целью сокращения длительности ведения процесса, увеличения степени заполнения реактоpa и повышения надежности устройства, оно дополнительно содержит вторую расходную емкость со шнековым питателем, мерную емкость, два интегратора, триггер, третий усилитель, причем частота первого установочного генератора импульсов выше частоты второго измерительного генератора импульсов, а выход с первой расходной емкости последовательно через первый отсечной клапан обратного принципа действия, мерную емкость, второй отсечной клапан прямого принципа действия соединен с первым патрубком материального потока в реактор, выход второй расходной емкости через шнековый питатель направлен к второму патрубку материального потока в реактор, причем выход с первого установочного генератора импульсов последовательно через первые интегратор,

0

5

усилитель, преобразователь связан с приводом второго отсечного клапана прямого принципа действия, а второй выход с первого интегратора соединен с первым входом триггера, выход с которого параллельно через вторые усилитель, преобразователь связан с приводом первого отсечного клапана обратного принципа действия, а через вторые измерительный генератор импульсов, интегратор, третий усилитель соединен с магнитным пускателем двигателя шнеково- го питателя, причем выход с второго интегратора параллельно направлен к второму входу второго измерительного генератора импульсов, выход с датчика температуры последовательно через измеритель температуры с встроенным позиционным регулятором, элемент ЗАПРЕТ соединен с вторым входом триггера.

Изобретение относится к управлению экзотермическими процессами в реакторах полунепрерывного действия и может найти применение в химико-фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Целью изобретения является сокращение длительности ведения процесса, увеличение степени заполнения реактора и повышение надежности устройства. Сущность изобре тения состоит в импульсном синхронизиро- ванном режиме подачи сыпучего компонента в реактор путем кратковременного включения двигателя шнекового дозатора и одновременного слива жидкого компонента из мерной емкости за счет закрытия отсечного нормально открытого клапана на входной линии и открытия отсечного нормально закрытого клапана на сливной линии с блокировкой подачи их по температуре реакционной массы. Соотношение режимов заполнения, загрузки и бло- кировки устанавливается с помощью генераторов импульсов, интеграторов и триггера. 4 ил. СП С

Фиг 4

V

:

1

W

N

0

to о

CO

-fc. о

Л

§

HS

I

ч

I