Способ автоматического контроля производства изопренового каучука Советский патент 1993 года по МПК C08F136/08 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано, в частности, для контроля производства изопренового каучука в химической и нефтехимической промышленности.

Цель изобретения - повышение точности определения технико-экономических показателей производства изопренового каучука и снижение потерь изопрена в ходе технологического процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического контроля производства изопренового каучука, заключающемуся в измерении расхода углеводо- родной шихты на полимеризацию, концентрации изопрена в углеводородной шихте, поступающей на полимеризацию, уровня углеводородной шихты в промежуточных емкостях, расхода углеводородной шихты в промежуточные емкости, концентрации изопрена в углеводородной шихте на входе промежуточных емкостей, дополни00

о

V4 О СП

тельно измеряют уровень полимеризата в отстойниках, расход изопрена-ректификата на приготовление углеводородной шихты, концентрацию изопрена в изопрене-ректификате, температуру изопрена-ректификата, уровни раздела фаз в отстойниках полимеризата, количество транспортируемых брикетов каучука за заданные промежутки времени в начале и конце каждого конвейера.

Определяют расход изопрена с изопреном-ректификатом за заданные промежутки времени в зависимости от расхода изопрена-ректификата, концентрации изопрена в изопрене-ректификате и температуры изопрена-ректификата, определяют концентрацию изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях в зависимости от концентрации изопрена в углеводородной шихте на входе промежуточных емкостей, расхода углеводородной шихты в промежуточные емкости, концентрации изопрена в углеводородной шихте, поступающей на полимеризацию.

Определяют количество изопрена в промежуточных емкостях в зависимости от концентрации изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях и уровней углеводородной шихты в промежуточных емкостях.

Определяют суммарную концентрацию остаточного изопрена и полимера в полиме- ризате в отстойниках полимеризата в зависимости от расхода углеводородной шихты на полимеризацию и концентрации изопрена в углеводородной шихте, подаваемой на полимеризацию.

Определяют суммарное количество полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата в зависимости от суммарной концентрации полимера и остаточного изопрена в полимеризате, уровней полимеризата в отстойниках полимеризата и уровней раздела фаз в отстойниках полимеризата.

Определяют фактический расход изопрена на получение каучука за заданные промежутки времени в зависимости от расхода изопрена с изопреном-ректификатом за заданные промежутки времени, изменения количества изопрена в промежуточных емкостях, изменения суммарного количества полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата.

Определяют производительность по товарному каучуку за заданные промежутки времени в зависимости от измеренного количества транспортируемых брикетов и формируют предупреждающий сигнал на устройство индикации о неисправности датчика количества транспортируемых брикетов по информации о количестве транспортируемых брикетов в начале и конце каждого конвейера.

Определяют расходные коэффициенты по изопрену за заданные промежутки времени в зависимости от фактического расхода изопрена на получение каучука за заданные промежутки времени и производительности по товарному каучуку за заданные промежутки времени.

Сравнивают полученные значения расходных коэффициентов с допустимыми и формируют предупреждающий сигнал на

устройства сигнализации, индикации и регистрации в случае превышения расходным коэффициентом его допустимого значения. Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения показателей.

производства изопренового каучука и снизить потери изопрена в ходе технологического процесса получения изопренового каучука. Это достигается за счет повышения уровня автоматического контроля техникоэкономических показателей производства изопренового каучука. Полученная информация может быть использована для анализа сложившейся ситуации, выявления причины и места потерь изопрена в процессе производства, анализа исправности приборов контроля и принятия оперативных решений о необходимости наладки приборов, изменении технологического режима и т.д.

Сущность изобретения иллюстрируется примером его выполнения и чертежом, на котором изображена система, реализующая способ автоматического контроля производства изопренового каучука.

В связи с агрессивностью, токсичностью используемого сырья и взрывоопасно- стью производства, а также высокой стоимостью изопрена необходимо оперативно, с достаточной точностью контролировать технико-экономические показатели производства изопренового каучука.

Важнейшими технико-экономическими показателями производства изопренового каучука являются: фактический расход изопрена на получение каучука за час, смену, сутки, месяц; производительность производства по товарному каучуку за час, смену, сутки, месяц; расходные коэффициенты по изопрену за смену, сутки, месяц.

Технологическая схема производства включает отделение 1 приготовления углеводородной шихты, промежуточные емкости 2, 3, отделение 4 полимеризации изопрена, отстойники полимеризата 5, б, отделение 7 дегазации полимеризата, отделение 8 сушки, формовки и брикетирования каучука, конвейеры 9, 10, склад 11 товарного каучука.

Система автоматического контроля, реализующая предлагаемый способ включает датчик 12 расхода изопрена-ректификата, датчик 13 концентрации изопрена в изопрене-ректификате, датчик 14 температуры изопрена-ректификата, датчик 15 расхода углеводородной шихты в промежуточные емкости, датчик 16 концентрации изопрена в углеводородной шихте на входе промежуточных емкостей, датчики уровня 17, 18 углеводородной шихты в промежуточных емкостях, датчик 19 концентрации изопрена в углеводородной шихте, поступающей на полимеризацию, датчик 20 расхода, датчики 21, 22 уровня полимеризата, датчики 23, 24 уровня раздела фаз, датчики 25, 26, 27, 28 количества транспортируемых брикетов каучука, вычислительный комплекс 29, устройство сигнализации 30, устройство индикации 31, устройство регистрации 32.

Способ автоматического контроля производства изопренового каучука осуществляется следующим образом.

С помощью ЭВМ 29 определяют расход изопрена с изопреном-ректификатом за час, смену, сутки, месяц в зависимости от расхода-ректификата (датчик 12), концентрации изопрена в изопрене-ректификате (датчик 13) и температуры изопрена-ректификата (датчик 14). Для этого с дискретностью опроса датчиков (At) определяют: :

. F|T C CU|-102Fi: VI-/J(Ti -Tp ) , (1) Fj,T c Fji-iT C + 1 |(F,T ° - ) (2)

где FI - текущее значение расхода изопрена-ректификата, измеряемое датчиком 12, кг/ч;

i - номер цикла опроса датчиков, I 3600

1-2..., Int

At

Р - средний коэффициент объемного расширения изопрена в рабочем интервале температуры, °С ;

Тр - температура расчетная, на которую рассчитан датчик 12 расхода, °С;

Ti - текущее значение температуры изопрена-ректификата, измеряется датчиком 14 температуры, °С;

FI

т.с

расход изопрена-ректификата с

учетом температуры и концентрации, кг/ч; Cui - концентрация изопрена в изопрене-ректификате, измеряемая датчиком 13, %:.

F i-iTlC - среднечасовое значение расхода изопрена-ректификата с учетом температуры и концентрации на предыдущем (1-1) цикле опроса, кг/ч;

FJI

т,с

среднечасовое значение расхода изопрена-ректификата с учетом температуры и концентрации,кг/ч.

Далее с дискретностью 1 час определяют расход изопрена за час, с начала смены, с начала суток, с начала месяца:

Fj-1 FiiT C тг(3)

F|j Fij-i + Fj,T-c. (4)

FkJ Fkj-1 + FJT C(5)

Fni Fnj-i + FJIT C(6) где Fj-i - расход изопрена за час (предыдущий), кг;

FH- расход изопрена с начала смены, кг;

FKJ-I - расход изопрена с начала суток за предыдущий час, кг; Fkj - расход изопрена с начала суток, кг;

Fnj - расход изопрена с начала месяца, кг;

j - номер текущего часа, j 1,2...24;

FIJ-I - расход изопрена с начала смены за предыдущий час, кг;

Fnj-1 - расход изопрена с начала месяца, за предыдущий час, кг.

По окончании смены, суток, месяца определяют расход изопрена за смену, сутки, месяц (Fi-i, Fk-1, Fn-i) путем переприсвоения значений расхода изопрена за смену, сутки, месяц расходу изопрена с начала смены, суток, месяца (Fi-i FIJ...). После этого значения расхода изопрена с начала смены, с начала суток, с начала месяца обнуляются.

Концентрацию изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях 2 и 3 определяют в зависимости от концентрации изопрена в углеводородной шихте на входе в промежуточные емкости (датчик 16), расхода углеводородной шихты в промежуточные емкости (датчик. 15), концентрации изопрена в углеводородной шихте (датчик 19), поступающей на полимеризацию:

C2,3j «1 Ci6j + (1 - «i)Ci9j;(7)

en a0 + aiFi5jt;

(8)

где C2.3J - концентрация изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях, мас.%;

Ftsji - расход углеводородной шихты в промежуточные емкости (от датчика 15), кг/ч;

СП - коэффициент, зависящий от расхода;

ao,ai - коэффициенты (ао 0,5, ai ж 0,0031),

коэффициенты а0, ai могут быть изменены в процессе отладки и эксплуатации системы, реализующей предлагаемый способ контроля.

Определяют количество изопрена в промежуточных емкостях 2 и 3 в зависимости от концентрации изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях и уровней углеводородной шихты в этих емкостях (датчики 17, 18):

Vuirmln, HujJ Hiunln; Viurmax. Ншг Нщтах

Vuirj:

Vurnn-M-Vu

(Ншг - Ншгт); - Ншг Ншгт-И. (9)

Ншгт+1 - Ншгт

v2

(Ю)

WMrj Vurj Ca.ar рш 10, где г - номер емкости;

m - номер точки перегиба тарировочной характеристики емкости (т 0,1 ...М);

Ншг - уровень углеводородной шихты в емкости г, %:

Huirmin, Ншгтах - МЙНИМЭЛЬНЫЙ И МЭКСИмальный уровни углеводородной шихты в промежуточных емкостях %;

Vmr - объем углеводородной шихты в емкости г, м3;

Vmrmln, Vmrmax Минимальный И МЭКСИмальный объем углеводородной шихты в промежуточных емкостях, м ;

Wnrj - количество изопрена в емкости г, кг;

рш - плотность углеводородной шихты (принята постоянной) кг/м .

Определяют суммарную концентрацию полимера и остаточного изопрена в полимеризате в отстойниках полимериза- та 5 и 6 в зависимости от расхода углеводородной шихты на полимеризацию (датчик 20) и концентрации изопрена в углеводородной шихте (датчик 19), подаваемой на полимеризацию:

.6j «2 C19J +(1 - 02 ),6j-i;(11)

02 a0 + aiF20ji;(12)

где ,6j - суммарная концентрация полимера и остаточного изопрена в полимеризате в отстойниках полимеризата, %;

eta коэффициент зависящий от расхода углеводородной шихты на полимеризацию;

Faoji - расход углеводородной шихты на полимеризацию, кг/ч.

Определяют суммарное количество полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата в зависимости от суммарной концентрации полимера и оста- 5 точного изопрена в полимеризате, уровней полимеризата в отстойниках полимеризата (датчики 21, 22) и уровней раздела фаз в отстойниках полимеризата (датчики 23, 24):

10 W5j (V5 H5j - V5p.H5pj),6j. А, Ю 2, 03)

где Wsj - количество изопрена в отстойнике 5 полимеризата, кг;

Vs - максимальный объем отстойника 5 15 полимеризата, м3;

HSJ - уровень полимеризата измеряемый датчиком 21, %;

Hspj - уровень раздела фаз в отстойнике 5 полимеризата, измеряемый датчиком 23, 20 %;

Vsp - часть обьема отстойника 5 полимеризата, соответствующая значению уровня раздела фаз равному 100%, м3;

РП - плотность полимеризата, кг/м3. 25 Количество изопрена в отстойнике 6 полимеризата определяют аналогично.

После отстойников полимеризата 5, 6 полимер проходит отделение дегазации 7, где происходит формирование крошки кау- 30 чука и отгонка остаточного изопрена в отделение приготовления шихты 1. Крошка каучука подается в отделение сушки, формовки, брикетировки каучука 8.

Определяют фактический расход изо- 35 прена на получение каучука за час. смену, сутки, месяц в зависимости от расхода изопрена с изопреном-ректификатом за час, смену, сутки, месяц, изменения количества изопрена в промежуточных емкостях 2 и 3, 40 изменения суммарного количества полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата 5 и 6. Для этого с дискретностью 1 час определяют фактический расход изопрена на получение каучука за час: 45

AWj-i ZWrj- Z Wrj-i;

г 1 г 1

(14)

50

F -i-AWj;

(15)

с дискретностью 1 смена определяют фактический расход изопрена на получение каучука за смену:

AWi-i 2Wrj- 2 Wri-i;

FM- AWi-i;

(16)

(17)

с дискретностью 1 сутки определяют фактический расход изопрена на получение каучука за сутки:

ZWrj- 2Wrk-i:

г 1 г 1

(18)

Fk-i - AWk-i:

(19)

с дискретностью 1 месяц определяют фактический расход изопрена на получение каучука за месяц:

AWn-i 2Wrj- 2Wrn-i;

г 1 г 1 Fn-1 - AWn-i;

где - фактический расход изопрена на получение каучука за прошедший час, кг;

, . - фактические расходы изопрена на получение каучука, соответственно, за прошедшую смену, сутки, месяц, кг;

AWj-1, AWi-i, AWk-1, AWn-i изменение количества изопрена в промежуточных емкостях, а также количества полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата за прошедший час, за прошедшую смену, сутки, месяц, кг.

и

После отделения 8 готовый каучук поступает на конвейеры 9, 10 и в зависимости от измеренного количества транспортируемых брикетов каучука за час в начале каждого конвейера 9, 10 и количества транспортируемых брикетов каучука за час в конце каждого конвейера 9, 10, подающего брикеты каучука на склад товарного каучука 11 (т.е. по информации от датчиков количества брикетов 25,26,27, 28), определяют производительность по товарному каучуку за час, смену, сутки, месяц.

Определение производительности по товарному каучуку осуществляется в конце каждого часа следующим образом:

N25, N25J S

Ni|

(22)

N26j, N26 N25J; N27, N27 N28);

N2j

(23)

N28, N28 N27JI

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Nkj-Nkj-i + Nj;(26) Nnj Nnj-1 + NJ; (27) где N25, N26j, N2, N28 - количество транспортируемых брикетов каучука за час по информации от датчиков, соответственно. 25, 26, 27, 28, шт.;

NIJ. N2 - количество транспортируемых брикетов каучука за час, соответственно, конвейером 9 и конвейером 10, шт.;

N - производительность по товарному каучуку за час, шт.;

NIJ; Nkj, Nnj - производительность по товарному каучуку с начала смены, суток, месяца;

NIJ-I. Nkj-1, Nnj-1 - производительность по товарному каучуку с начала смены, суток, месяца, за j-1 час, шт.

В конце каждого часа происходит переприсвоение значений количества брикетов каучука:

NIH NIJ;(28) Nkj-1 (29) Nnj-1 Nnj. (30) В конце каждой смены происходит переприсвоение значений с начала смены за прошедшую смену:

NM NIJ.(31) В конце каждых суток происходит переприсвоение значений с начала суток за прошедшие сутки:

Nk-1 Nkj(32) В конце каждого месяца происходит переприсвоение значений с начала месяца за прошедший месяц:

Nn-i Nn. .(33) По информации от датчиков 25, 26, 27, 28 о количестве транспортируемых брикетов в начале и конце каждого конвейера (9 и 10) формируют предупреждающий сигнал на устройство индикации о неисправности датчика количества транспортируемых бри- кеПэв.

Формирование предупреждающего сигнала происходит, если выполняется неравенство:

I N25 - N26JI A N3,(34) lN27j-N28jl AN3, (35) где A N3 - заданная величина, которая устанавливается например в пределах 3-7 шт.

Определяют расходные коэффициенты по изопрену за смену, сутки, месяц в зависимости от фактического расхода изопрена на получение каучука за смену, сутки, месяц и производительности по товарному каучуку за смену, сутки, месяц:

Использование: в области автоматизации технологических процессов и производств, в том числе производства изопренового каучука в химической и нефтехимической промышленности. Сущность изобретения: по информации от датчиков расхода, температуры, концентрации и уровня определяют расход изопрена с изопреном-ректификатом, концентрацию изопрена в углеводородной шихте, количество изопрена в промежуточных емкостях за заданные промежутки времени. Кроме того, определяют суммарную концентрацию остаточного изопрена и полимера в полимери- зате и суммарное количество полимера и остаточного изопрена; определяют фактический расход изопрена на получение каучука за заданные промежутки времени, производительность товарного каучука в зависимости от измеренного количества транспортируемых брикетов; определяют расходные коэффициенты по изопрену за заданные промежутки времени и формируют предупреждающий сигнал в случае превышения расходным коэффициентом его допустимого значения и в случае неисправности датчика количества транспортируемых брикетов; 1 с.п.ф-лы, 1 ил. СО с

Nj Nij + N2jl Nij NIJ + Nj;

(24)

(25)

Хм

F,-,

М NI - 1

(36)

Хы

i-

Fk-1

M Nk - 1

Xn-1

M Nn - 1

где Xi-1 - расходный коэффициент за прошедшую смену;

Xk-i - расходный коэффициент за прошедшие сутки;

Хп-1 - расходный коэффициент за прошедший месяц;

М - масса брикета каучука (М 30 кг), кг.

Сравнивают полученное значение расходного коэффициента за смену с допустимым, и в случае если оно больше допустимого значения, формируют предупреждающий сигнал на устройства сигнализации, индикации и регистрации.

Повышение точности определения технико-экономических показателей производства изопренового каучука, в частности, расхода изопрена на получение каучука за смену, сутки, месяц и расходного коэффициента по изопрену за смену, сутки, месяц, обеспечивает возможность принятия персоналом более правильных и оперативных решений по управлению технологическим процессом производства.

Повышение точности определения указанных технико-экономических показателей позволяет улучшить эффективность управления производством.

Ф о р м у л а и з о б рете н и я

Способ автоматического контроля производства изопренового каучука, заключающийся в измерении расхода углеводородной шихты на полимеризацию, концентрации изопрена в углеводородной шихте, поступающей на полимеризацию, уровня углеводородной шихты в промежуточных емкостях,отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения технико-экономических показателей и снижения потерь изопрена в ходе технологического процесса, измеряют уровень полимеризата в отстойниках, измеряют расход изопрена-ректификата на приготовление углеводородной шихты, концентрацию изопрена в изопрене-ректификате, температуру изопрена-ректификата, расход углеводородной шихты в промежуточные емкости, концентрацию углеводородной шихты на входе промежуточных емкостей, уровни раздела фаз в отстойниках полимеризата, количество транспортируемых брикетов каучука за заданные промежутки времени в начале и конце каждого конвейера, определяют расход изопрена с изопре

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ном-ректификатом за заданные промежутки времени в зависимости от расхода изопрена-ректификата, концентрации изопрена в изопрене-ректификате и температуры изопрена-ректификата, определяют концентрацию изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях в зависимости от концентрации изопрена в углеводородной шихте на входе промежуточных емкостей, расхода углеводородной шихты в промежуточные емкости, концентрации изопрена в углеводородной шихте, поступающей на полимеризацию, определяют количество изопрена в промежуточных емкостях в зависимости от концентрации изопрена в углеводородной шихте в промежуточных емкостях и уровней углеводородной шихты в промежуточных емкостях, определяют суммарную концентрацию остаточного изопрена и полимера в полимеризате в отстойниках полимеризата в зависимости от расхода углеводородной шихты на полимеризацию и концентрации изопрена в углеводородной шихте, подаваемой на полимеризацию, определяют суммарное количество полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата в зависимости от суммарной концентрации полимера и остаточного изопрена в полимеризате, уровней полимеризата в отстойниках полимеризата и уровней раздела фаз в отстойниках полимеризата, определяют фактический расход изопрена на получение каучука за заданные промежутки времени в зависимости от расхода изопрена с изопреном-ректификатом за заданные промежутки времени, изменения количества изопрена в промежуточных емкостях, изменения суммарного количества полимера и остаточного изопрена в отстойниках полимеризата, определяют производительность товарного каучука за заданные промежутки времени в зависимости от измеренного количества транспортируемых брикетов и формируют предупреждающий сигнал на устройство индикации о неисправности датчика количества транспортируемых брикетов по информации о количестве транспортируемых брикетов в начале и конце каждого конвейера, определяют расходные коэффициенты по изопрену за заданные промежутки времени в зависимости от фактического расхода изопрена на получение каучука за заданные промежутки времени и производительности товарного каучука за заданные промежутки времени, сравнивают полученные значения расходных коэффициентов с допустимыми и формируют предупреждающий сигнал на устройства сигнализации, индикации и регистрации в случае превышения расходным коэффициентом его допустимого значения.