Способ автоматического управления процессом выделения перекиси водорода Советский патент 1991 года по МПК C01B15/13 G05D27/00 

сл

с

Изобретение относится к способам управления потенциально опасными технологическими процессами, может быть использовано в процессе вакуумной ректификации при выделении перекиси водорода и позволяет повысить надежность и оперативность управления. Способ автоматического управления процессом выделения перекиси водорода заключается в измерении температуры в кубе ректификационной колонны и расходов питающей смеси, греющего пара и дистиллированной воды, формировании показателя аварийной ситуации и воздействии на расходы питающей смеси, греющего пара и дистиллированной воды в зависимости от указанного показателя. 1 ия.

Изобретение относится к способам представления аварийной ситуации при осуществлении потенциально опасных технологических поцессов, в частности процесса вакуумной ректификации, с целью выделения перекиси водорода из реакционной смеси, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ автоматической защиты процесса нитрования, позволяющий обеспечить безопасное ведение процесса в реакторах путем формирования противо- аварийных управляющих воздействий по достижению заданных значений уставок суммарным сигналом, пропорциональным величине электропроводности и ее производной.

Недостатком данного способа является то, что срабатывание системы защиты осуществляется в условиях уже развившихся отклонений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматической защиты процесса выделения перекиси водорода методом вакуумной ректификации путем регулирования подачи пара в кипятильник колонны и формирования противоаварийных управляющих воздействий в зависимости от температуры в кубе колонны.

Недостатком способа является то, что формирование управляющих противоаварийных воздействий осуществляется в усло- виях уже достаточно развившейся предаварийной ситуации. При этом не всегда представляется возможным устранить, нарушение хода технологического процесса на наиболее ранних стадиях его развития за счет своевременного введения мягких проО

N4 vj

тивоаварийных воздействий и избежать крайних воздействий, могущих привести либо к порче целевого продукта, либо к остановке процесса и потери времени.

Цель изобретения - повышение оперативности действия и надежности в период подавления системой автоматического регулирования роста параметров, определяющих ход технологического процесса до того, как они приобретут значения, отличные от номинальных,

Указанная цель достигается тем, что дополнительно измеряют расходы питающей смеси, греющего пара и дистиллированной воды, определяют скорость изменения отношений расхода греющего пара к расходу питающей смеси, расхода дистиллированной воды к расходу питающей смеси, рассчитывают показатель аварийной ситуации, представляющий сумму интегральных значений изменения этих скоростей во времени, и в зависимости от величины показателя осуществляют формирование противоава- рийных воздействий.

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

Схема содержит вакуумную ректификационную колонну 1, кубовый кипятильник 2, датчик 3 температуры, регулятор 4 температуры в кубе, регулирующий Клапан 5 на линии греющего пара, регулятор 6 расхода дистиллированной воды, регулирующий клапан 7 на линии дистиллированной воды, вычислительное устройство 8, датчики расхода пара, дистиллированной воды, питающей смеси 9 - 11, датчик 12 концентрации перекиси водорода в нижнем продукте, отсечные клапаны на линиях греющего пара, питающей смеси и дистиллированной воды 13-15.

Способ реализуется следующим образом.

В колонну 1 подают питающую смесь, основными компонентами которой является изопропиловый спирт 50 - 55%, ацетон 17 - 20%, вода, перекись водорода 9-11%. В питающую смесь добавляют дистиллированную воду в количестве, достаточном для образования в кубе колонны раствора перекиси водорода с м.д. 27,5 - 30% и в дистилляте раствора - изопропилового спирта с м.д. не более 65%. Количество тепла, подводимого к колонне, регулируют расходом греющего пара с помощью регулятора 4 температуры в кубе и клапана 5 на линии пера, Расход дистиллированной воды регулируют в зависимости от расхода питающей смеси регулятором 6 соотношения с помощью клапана

Кроме того, температуру в кубе колонны и расход дистиллированной воды управляющими воздействиями Воз, Вен корректируют в зависимости от концентрации перекиси

водорода в нижнем продукте, а также (не показано) в зависимости от давления в нижней части колонны,атмосферного давления, стоимостных показателей пара и потерь ор- ганизки с нижним продуктом (3,4).

Потенциальной опасностью процесса выделения перекиси водорода является ее склонность к разложению, особенно в условиях высоких температур и возможного присутствия каталитически активных веществ, а

также в результате образования гидропере- кисных соединений в застойных зонах. Кроме того, в процессе разделения питающей смеси происходит переход перекиси водорода из органической среды в водную, где

ее склонность к разложению увеличивается. Исследования динамики развития аварийной ситуации показывают, что при разложении перекиси водорода время от появления первых признаков разложения

до существенных отклонений, например, по температуре в кубе колонны и концентрации перекиси водорода в нижнем продукте, составляет 50 - 60 мин. При этом началу разложения предшествуют определенные

признаки изменения параметров процесса в связи с подавлением системой автоматического регулирования тенденции к изменению параметров, определяющих ход технологического процесса.

Предлагаемый способ предотвращения аварийной ситуации позволяет выявить ее в период подавления системой автоматического регулирования тенденций к росту температуры в кубе колонны и

к падению концентраций перекиси водорода до того, как указанные параметры отклоняются от своих номинальных значений и, таким образом, выявить опасную тенденцию развития технологического

5 процесса на наиболее ранней стадии. Для э того вычисляют показатель аварийной ситуации по формуле

50

(-Ј + (Ј){)

0)

где F - расход питающей смеси;

G - расход греющего пара в кипятильник колонны;

Q - расход дистиллированной воды на разбавление питающей среды;

ti - 12 - время интегрирования

Формирование управляющих воздействий по предлагаемому способу осуществляется в зависимости от величины показателя, характеризующего опасную тенденцию развития технологического процесса.

Начавшееся по тем или иным причинам разложение перекиси водорода в кубе колонны сопровождается значительным выделением теплоты (690 ккал/кг). Системой автоматического регулирования температуры в кубе колонны этот дополнительный приток тепла компенсируются уменьшением подачи пара в кипятильник, что приводит к изменению отношения расхода греющего пара к расходу питающей смеси с определенной скоростью, кроме того, системой автоматического регулирования концентрации перекиси водорода подавляется начавшееся снижение ее концентрации в нижнем продукте уменьшением подачи дистиллированной воды в питающую смесь, что также приводит к изменению с определенной скоростью отношения расхода дистиллированной воды к расходу питающей смеси.

Таким образом, скорость изменения отношения расхода греющего пара к расходу питающей смеси и скорость изменения отношения расхода дистиллированной воды к расходу питающей смеси являются информативными параметрами, свидетельствующими о возможном разложении перекиси водорода, а интегрирование этих параметров за время ti - т.2 и суммирование интегрированных значений позволяют наиболее оптимальным образом выявить монотонно возрастающий характер тенденции к росту температуры в кубе колонны и падению концентрации перекиси водорода.

Введение времени ti (например 5 мин) позволяет отфильтроваться от изменений информативных параметров в переходных режимах в результате воздействия на процесс контуров автоматического управления и оптимизации.

Система автоматического обнаружения и предотвращения аварийной ситуации работает следующим образом.

Сигналы (EH - Bs) от датчиков расхода дистиллированной воды 10, расхода питающей смеси 11, температуры в кубе колонны 3, концентрации перекиси водорода 12 и расхода пара в кипятильник 9 поступают на вход вычислительного устройства 8, где вычисляется значение показателя аварийной ситуации по формуле (1).

На основании исследования динамики развития аварийной ситуации устанавливаются два уровня величины показателя. Дополнительно установлена предельная величина сигнала от датчика 3 тепературы в

кубе колонны. Все три величины в качестве уставок срабатывания внесены в блок памяти устройства 8.

При достижении величиной показателя 5 первого уровня if qi в вычислительном устройстве формируются команда на прекращение работы оптимизирующих контуров автоматического регулирования и период колонны на работу в режим стабили- 10 зации, что позволяет на последующем этапе более точно оценить опасную тенденцию развития технологического процесса. При достижении значения второго уровня /- Q2 формируется управляющий сигнал Вгя на 15 первом выходе устройства 8, в результате чего закрывается отсечной клапан 13 на линии греющего пара в кипятильник колонны. Это приводит как к снижению тенденции к росту температуры в кубе колонны, так и к

0 некоторому снижению ее абсолютного значения, что является свидетельством ликвидации аварийной ситуации.

Если же это противоаварийное управляющее воздействие не способствует предот5 вращению дальнейшего развития аварийной ситуации, то при достижении величиной температуры в кубе колонны уставки дз (Т qa) формируется сигнал Во2 на втором выходе устройства 8, по которому

0 закрывается отсечной клапан 14 на линии подачи питающей смеси и открывается отсечной клапан 15 на линии подачи дистиллированной воды в куб колонны. В результате .резкого разбавления содер5 жимого куба и понижения температуры реакция разложения гасится и дальнейшее развитие аварийной ситуации прекращается.

Величины показателя if, при достиже0 нии которых формируются управляющие противоаварийного воздействия на процесс, подбирают таким образом, чтобы обеспечить своевременное выявление опасной тенденции изменения хода техно5 логического процесса и избежать воздействия на процесс по третьей уставке, так как подача дистиллированной воды в куб колонны приводит к остановке процесса разделения и потере времени, затрачива0 емого на пусковые операции и вывод процесса на режим.

Пример. Для номинального режима процесса выделение перекиси водорода с параметрами: F 10000 кг/ч, Q 1300 кг/ч,

5 G 2500 кг/ч, значения уставок системы обнаружения и предотвращения аварийной ситуации составляют, напри- мер (), qi 3,0, qa 14,5. Значение уставки безопасности qs составляет 89°С. Эти значения уставок обеспечивают

срабатывание системы обнаружения и защиты при достижении скоростью разложения перекиси водорода величин 25 и 100 кг/ч соответственно. При этом за время от начала развития аварийной ситуации до формирования противоаварий- ного управляющего воздействия по второй уставке в кубе колонны разложится около 50 кг перекиси водорода, что привело бы в отсутствие контуров стабилизации к снижению м.д. перекиси водорода в нижнем продукте с 30 до 27%.

Как показывают проведенные испытания предлагаемый способ позволяет своевременно выявить начавшийся процесс разложения и осуществить формирование противоаварийного управляющего воздействия по второй установке за 20 - 30 мин до отклонения тепературы в кубе колонны от номинального значения, что существенно повышает надежность и быстродействие функционирования системы защиты.

Формула изобретения Способ автоматического управления процессом выделения перекиси водорода, заключающийся в измерении температуры в кубе и регулировании подачи пара в кипятильник вакуумной ректификационной коПит смесь

Дистил вода

вог

лонны.отл ичающийся тем, что, с целью повышения надежности и оперативности управления, дополнительно измеряют расходы питающей смеси, греющего пара в кипятильник и дистиллированной воды, определяют скорости изменения расхода греющего пара к расходу питающей смеси и расхода дистиллированной воды к расходу питающей смеси, рассчитывают текущее

значение показателя аварийной ситуации в зависимости от накопленных во времени значений скоростей изменений указанных отношений, сравнивают текущее значение показателя аварийной ситуации со своими

граничными значениями и текущее значение температуры в кубе колонны со своим допустимым значением, стабилизируют измеряемые параметры при достижении текущим значением показателя аварийной

ситуации своего первого граничного значения, прекращают подачу греющего пара в кипятильник при достижении текущим значением показателя аварийной ситуации своего второго граничного значения, а при

достижении текущим значением температуры в кубе колонны своего допустимого значения прекращают подачу питающей смеси и осуществляют подачу дистиллированной воды.