Способ автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена Советский патент 1980 года по МПК C07C45/08 

Изобретение отнсжигся к способам автомеигического уттравления ттрсххессом гидроформилирования Т1ропилена. Известен способ автоматического уп равнения реакционными процессами, проводимыми в присутствии катализатора в гомогенных средах в одном реакторе или каскаде реакторов, путём измерения вели чины конверсии в головной части батареи при уменьшении этой величины против номинальной увеличивают подачу окислитель но-восстановительной системы или катали заторнотх) комплекса) а при повышении конверсии против номинальной увеличивают подачу реакционной смеси. При изменении нагрузки изменяют температуру в хвостовой части батареи с коррекцией по текущим значениям конверсии |l . Недостатком указанного способа является то, что не все возмушения, которые могут приходить в систему и вызывать увеличение степени конверсии, могут быть сняты увеличением подачи реакционной смеси (например, изменением температуры реакционной смашг на входе в реактор). PiaMeHeHHe температуры в хвостовой части при изменении нагрузки приведет к . изменению выхода альдепадов нормального строения и изменению соотношения нормальных альдегвдов и изоальдегидов. Известен способ автоматического у1фавления прсадессом в реакторах без газовой фазы путем регулирования тем пературы в зоне реакции изменением расхода каталитического комплекса при стабилизации съема тепла хладагентом через рубашку реактора, причем при изменении температуры в зоне реакции соответственно изменяют соотношение реагентов в подаваемой в эту зону реакционной смеси 2 . Недостатком указанного способа является то, что при регулировании только температурного режима изменением расхода каталитического комплекса при стабилизированном теплосъеме заданная степень преврадения может быть не вьщерсана. Изменение же соотношения мономеров в подаваемой в зону реакционной смеси (чему соответствует, например, изменение расхода пропилена) приводит к изменению нагрузки. Наиболее близкшу техническим решением поставленной задачи является способ автоматического управления реакционным продессом TiyreM стабилизации концентрации, соотношения исходных реагентов и температуры в зоне реакции, где измеряют соотношение непрореагировавших компонентов в выходящей из реактора массе и при отклонении этой ве личины от заданной изменяют подачу в реактор катализатора З , Недостаток указанного способа заключается в том, что не стабилизируется расход исходной реакционной смеси в реактор, а это ведет к изменению времени пребывания реакционной смеси в реакторе и измёцейшо производительности реакционного узла. Последнее приводит к тому, что применение данного способа к тфодессу гидроформилирования пропилена не обеспечивает поддержания заданной степени преврап1ения в кшкдом из реакторов каскада и соотношения альдегидов нормального и изомерного строения. Целью изобретения является поддержа ние заданной степени ,ащения в каждом из реакторов каскада и соотношении альдегидов нормального и изомерного Сггроения. Поставленная цель достигается тем, что автоматическое управление процессом гидроформилирования пропилена, проводимым в каскаде реакторов, осушествпяют путем стабилизации температуры в зоне реакции и наменения подачи в реакторы катализатора, а отличительной особенностью способа является стабилизация расхода ЖИД.КОЙ фазы к концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в первом реакторе каскада путем изменения расхода растворителя и катализатора в систему, а во втором и последующих реакторах каскада изменяют расход катапш затора в зависимости от концентрации йатапизагора в жидкой фазе на входе в реактор с корреляцией по отклонению степени превращения на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реактор о заданного значения.Данный способ автоматического упра ления позволяет поддерживать савпень кфевращения, выход альдегидов нормальн го строения и соотношение альдегидов ормального и изомерного строения на ыходе Ка здого из реакторов каскада, авными заданным, за счет стабилизации емпературного режима процесса, расхоа жидкой фазы и концентрации катализаора на входе в первый реактор, а на выоде из второго и последующего реактоов каскада - за счет стабилизации темературного режима процесса, расхода идкой фазы и концентрации катализатоа на входе в первый реактор, а на выоде из второго и последующего решето- ов каскада - за счет стабилизации темературного режима процесса и подачикатализатора в зависимости от концентрации катализатора на входе с коррекцией по отклонению степени превращения пропилена на выходе из реактора и.расхода жидкой фазы в реактор от заданного значения. Технологическая схема для осушес-голения способа автоматического управления продессом гидроформилирования пропилена с каскадом, состоящим из двух реакторов, изображена на чертеже. Реакционный узел включает два последовательно соединенных реактора 1 и 2 гидроформилирования пропилена с теплосъемом, выносные теплообменники 3 и 4 для охлалодення хладагента и циркуляционные насосы 5 и 6, обеспечивающие подачу хладагента в реакторы. Расход пропилена, растворителя и раствора катализатора измеряют расходомерами 7, 8 и 9, показания расходомеров суммируются в блоке 10 суммирования. Сигнал с блока суммирования, пропорциональный расходу жидкой фазы в первый реактор, поступает в регулятор 11. Заданное значение суммарного потока жидкой фазы в реактор поддерживают регулятором 11 путем изменения расхода растворителя регулирующим органом 12. Значение концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор 1 поддерживают регулятором 13, текущее значение которой формируют вычислительным комплексом 14 по показателям расходомеров 7,8 и 9 и значению концентрации катализатора в растворе, определяемому, например, по результатам анализа на стадии приготовления катализатора и вводимому в вычиспнтельный коьшлекс 14, путей изменения расхода раствора катализатора в реактор регулирующим органом 15. Вычисленне текущего значения концентрации катализатора на входе в реактор осуществляют вычислительным комплексом 14 по следующему алгоритму: ц- чгде С - текущее значение концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор 1, вес.% величины значений расхода раствора катализатора, пропилена и рас7ворителя, соответ ственно измеряемые расходомерами 9,7 и 8, кг/ч; - концентрация катализатора в потоке. Стабилизацию температурного реж11ма в реакторе 1, измеряемого термопапой 16, осуществляют регулятором 17 путем изменения температуры хладагента, подаваемого в выносной теплообменник 3, регужрующим органом 18 и изменением степени открытия байпаса регулирующим органом 19. Таким образом, поддержание заданной степени превращения пропилена, выхода альдегидов и соотношения альдегидов нор мального и изомерного строения на выходе из первого реактора обеспечивают стабилизацией концентрации катализатора в жвдкой фазе, стабилизацией расхода жидкой фазы на входе в первый реактор и температурного режима в реакторе. Степень превращения пропилена, жидкой фазы и концентрацию катализатора на выходе из реактора 1 вычисляют вычислительным комплексом 14 по показаниям расходомеров 7,8 и 9, темпе ратуре в реакторе, измеряемой термопаро 16, и значению концентрации катализатора на входе в реактор 1, вычисленному по выражению (1), по следующему алгоритму - ,.9C,K,pvU-V ,397Х, (2 .,,,,. (3) X - степень превращения пропилена на выязоде из первого реактора; -расзозд жидкой фазы на выходе из первого реактора;;Кд - константа скорости реакции;G,L,L, расход жидкой фазы на входе в первый реактор р - плотность жидкой фазы; -реакционный объем; -величина газосодержа ния для первого реактора, равная 0,2. Степей превращения пропилена, выход альдегидов нормального строения и соотнощение альдегидов нормального и изомерного строения поддерживают во втором реакторе на заданном значении путем стабилизации температурного режима в реакторе, осуществляемого аналогично регулированию температурного режима в первом реакторе, по показаниям термопары 20 регулятором 21, регулирующими органами 22 и 23.и изменением расхода катализатора в зависимости от концентрации последнего в жидкой фазе с коррекцией по отклонению степени ревращения пропилена на выходе из ректора и расхода яищкой фазы в реактор от заданного значения. Изменение расхода раствора катализа-j осуществляют регулятором 24, реулирующим органом 25 по текущему знаению концентрации катализатора в жидкой азе на входе в реактор 2, вычисляемому ычислительным комплексом по показаниям асходомеров 2 6 и 9 потоков раствора атализатора концентрации них по ледующему алгоритму: . . - значение расхода раствора катализатора в реактор 2, с коррекцией -по отклонению степени превращения на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реактор от ; заданного значения, величина которой определяется по следующему выражению илсМж. / - (Ожао- °2 , ) де -количество жндкой фазы в реактор 2 в стационарном режиме;-величина концентрации катализатора в жидкой фазе в реактор 2 в стационарном режиме; -констат а скорости решшип, соответствую- mast заданному т ejvnepaTyp ному режиму; -величина отклонения степени превращения пропилена от заданного зна чения| -заданное значение степени пре вращегшя пропи лена; X - Tesiymee значеьгае степени пре вращения, опре«депяемое из вы ражения: 37K2° - yonVl - v Х.,,397 - -Г-гЛ °, и,(Ч-),1 ( плотность жидкой фа зы, реакционным объем реактора 2 и величина газосодержапия, равная 0,05 соответственно; Q .t,,,-величина отклонения (вскзмущетю) расйода лсидкой фазы в реактор о-т устаповивше гтюя значения, где текущее значение рас хода жидкой фазы на входе в реактор 2; ж-г жи . - ZЗаданием регулятору 24 является величи на концентрации катализатора в установи шемся режиме при заданных значениях степени превращения в канодом из реакто ров каскада и заданном температурном режшле ведения ирсщесса,: Работу схемы удобно прослещ-ггь, рассмотрев отдельно работу первого к вто рого реакторов. Пример. При увеличении нагрузк по пропилену на входе в первый реактор происходит увеличение о&аего расхсща жидкой фазы в реактор В регуляторе 11 сравнивают текущее з 1ачение расхода ЖИДКОЙ фапм в peaicrop 1 с заданным и В за « симости от сигнала рассогласования изменяют степень открытия регулирующего органа 12 на потоке растворителя. Изменение расхода растворителя регулирую:лими органами 12 осуществляют до тех пор, пока нагрузка по жидкой фазе в peaJCTop 1 не станет равной заданной. Регулятором 13 стабилизируют концентрацию катализатора в ;сидкой фазе, вычислительным комплексом 14 по алгоритму (1), путем изменения расхода катализатора регулирующим органом 15, увеличение нагрузки по пропилену при стаби- Ш1зированном расходе жидкой фазы в реактор 1 приводит к увеличению концентрации пропилена во входном потоке, это, в свою очередь, вызывает увеличение температуры в реакторе, увеличе1Лй е степени превращения пропилена, уменьшение выхо-да альдегидов нормального строения и уменьшение соотношения альдегидов нормально1х) и изомерного строения. Зго возму1иение снижают увеличением теплосъе- ма в зоне реакции путем уменьшенЕя,темдтературы хладагента, подаваемого в реактор 1, регулятором 17 и регулирующими органами.18 и 19, т,е, при стабшлизирован ном времени пребывания жидкой фазы в реакторе и коШ1ентрации катализатора заданная степень превращения пропилена в реакторе, выход . альдегидов нормального и изомерного строения и их соотношение определяют температурным режимом ведет1я процесса. В результате реакции в первом реакторе происходит увеличение жидкой фазы щ выходе из него. Увеличение жидкой фазы, всецело определяемое степенью превращения пропилена в первом реакторе, приводит к уменьшению концентрации 1-сатализатора на входе в реактор 2, уменьшению температуры в реакторе и степени превращения на выходе из него, увеличению выхода альдегидов нормально1х строения и соотноиення нормальных и изоальдегидов (считая на прореагировавший пропилен). Поддержание заданной кащентрации катализатора в жидкой фазе на входе в; реактор 2 осуществляют путем изменення расхода катализатора, осуществляемого регулятором 24, регулирующим органом 25, в зависимости от расхода жидкой фазы из реактора 1, определяемого вычислительным комплексом 14 по алгоритмам (2) и (3), и расхода катализатора, нзмеряемогчэ расходомером 26, по алгоритму (4). Заданный температурный режим в реакторе 2 поддер сивают путем изменения температуры хладагента на входе в реактор 2 регулятором 21, регупирующими органами 22 и 23. Поддержание заданного значения кон центрации на входе в реактор 2 и темпера;турного режима в реакторе не обеспечивает поддержание заданной степени превращения на выходе из реактора в виду уменьшения времени пребывания жидкой фазы в реакторе за счет увеличения расхода жидкой фазы из предыдущего реактора и добавки раствора катализатора. Заданной степени превращения на выходе из реактора 2 с учетом изменения времени пребывания достигают или изменением температурного режима в реактор в сторону увеличения температуры (изменение задания регулятору 21 температуры) или увеличением концентрации катализатора в жидкой фазе в реактор 2, Увеличение-температуры неприемлемо в виду того, что уменьшится выход альдегадов нормального строения и соответст венно соотношение альдегидов нормального и изомерного строения. Введение корректирующего сигнала в регулятор 24 по отклонению степени 1 евращения пропилена от заданного значения и расхода жидкой фазы от значения в стационарном режиме позволяет поддерживать на выходе из реактора заданную степень превращения , выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения при условии ст илизедии температурного режима в реакторе. При возмущении на входе в первый рс актор по концентрации катализатора С,во входном потоке изменяют количество катализатора в первый реактор регулятором 13, постоянство расхода жидкой фазы поддерживают регулятором 11, а температурный режим в реакторе стабилизируется регулятором 17 J т.е. как и в первом примере заданную степень превращения пропилена, выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения поддерживеиот на заданном значении стабнлизадией расхода жидкой фазы в реактор, стабилизацией концентрации каталнзатора в жидкой фазе и температурного реяшма в реакторе. Изменение концентрации является возмущением и во второй реактор, так как во втором реакторе осуществляют подпитку катализатора. Изменение концентрации С пргоодит к тому, что регулятор 24 путем изменения пола хения регулирующего органа 25 изменяет расход катализатора во второй реактор, изменится расход ;а1дкой фазы в реактор, одновременно с изменением расхода лсидкой фазы в регулятор 24 введется cantan коррекции(воздействие .по возмущенио). Реакция системы на это возмущение в виде отклонения степени превращения от заданного значения еще раз скорре1сгирует задание регулятору, Температурный режим в реакторе поддерживают в реакторе регулятором 21 регулирующими органди 22 и 23. Формула изобретен Способ автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена, проводимым в каскаде реакторов, путем стабилизации температуры в зоне реакции к изменения подачи в реакторы катализатора, отличающийся тем, что, с целью поддержания заданной степени превращения в каждом из peaKTcvров каскада и соотнощения альдервдов нормального и изомерного строения, в первом реакторе каскада стабилизируют расход жидкой фазы и концентрацию катализатора в жидкой фазе на входе путем изменения расхода растворителя и катализатора в систему, а во второк и последующих реакторах каскада изменяют расход катализатора в зависимости от концент- j л рации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор с коррекцией по отклонению степени превращения на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реактор от заданного значения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авшрское свидетельство СССР № 168441, КЛ..С 08 6 1/09, 1960. 2.Авторское свидетельство СССР № 2339О9, кл. С О7 1/13, 1966, 3.Авторское свидетельство СССР № 24238О, кл. С 07 f 1/13, 1968 (прототип).

Раствор

Котопизатпора

Значение наицентрациа

катализатора и растворе со апатии приготовления катапизатора