Способ управления экзотермическим процессом Советский патент 1980 года по МПК B01J1/00 G05D27/00 

Изобретение относится к управлению экзотермическими процессами (хлорирование, нитрование, сульфирование) в аппаратах полунепрерывного действия и может быть применено в химической, фармацевтической и лакокрасочной промыишенности. Известен способ управления экзотермическим процессом, в котором основной технологический параметр - температура-регулируется по заданной программе 1. Наиболее близок по технической суЦдаости к предлагаемому изобретению способ управления экзотермическим процессом в аппарате полунепрерывного действия, содержащем рубаишу и змеевик, по температуре реакционной массы изменением расхода хладагента путем переключения управляющих контуров при ходе со стадии пуска к стадиям дозирования реагента, вьздержки реакционной массы и выгрузки в зависимости от температуры 12. Однако при таком способе управление процессом на всех стадиях осуществляется одним общим контуром, что не позволяет сделать систему управлен оптимальной для каждой Стадии. Кроме того, момент выхода реактора на режим определяется лишь п0 достижению заданной температуры, что в случае полунепрерывных экзотерлшческих процессов .часто приводит к значительным выбегам температуры в начале стадии дозирования и по окончании ее и возникновению аварийной ситуации. Цель изобретения - обеспеч ие безаварийного проведения процесса путем повышения качества регулирования температуры. Это достигается тем, что переключение со стадии пуска на стадию дозирования осуществляют по отклонению температуры реакционной массы и ее первой производной по времени от заданных значений путем закрытия клапана подачи теплоносителя и открытия клапанов подачи хладагента и реагента, переключаиие со стадии дозирования на стадию вьщержки осуществляют по понижению температуры реакционной массь от заданного значения Путем закрытия клапана подачи реагента и открытия клапана подачи хладагента, переключение со стадии вьщержйи на стадию выгрузки осуществляют по снижению средней

величины температурного перепада на входе и выходе хладагента из змеевика путем открытия клапана выгрузки.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ управления экзотермическим процессом.

Реактор 1 снабжен рубашкой 2, змеевиком 3 и мешалкой 4. Клапан 5 воздействует на подачу реагента, клапан 6 - на расхЩхладагента через змеевик и клапан 7 - н:а расход теплоносителя через рубашку. Клапан 8 служит для выгрузки реакционной массы. Температура в реакторе измеряется датчиком 9 и вторичным прибором 10. Перепад температуры хладагента на змеевике измеряется датчиками 11 и 12 и вторичным прибором 13. Блоки 14-16 служат для сравнения перепада температуры на змеевике, температуры в реакторе и скорости ее изменения с заданными значениями. Блок 17 служит для формирования сигнала о скорости изменения температуры в реакторе Блоки 18-20 осуществляют управление клапанами j7, 5, 6 по температуре в реакторе. Блок 21 осуществляет j управление переключающими реле 22-24 в соответствии с заложенным алгоритмом их работы.

Способ управления экзотермическим процессом осуществляется следующим образом.

Сначала tфи 0°С в реактор загружают один из исходных реагентов до определенного урпъня, затем реактор подогревают до заданной температуры, по достижении которой начинают дозирование в реактор второго реагента Подача реагента сопровождается быстрой экзотермической реакцией. В ходе дозирования уровень реакционной массы увеличивается. На этой стадии процесса и на всех последующих (выдержка, выгрузка) требуется стабилизация температуры в реакторе. По окончании стадии дозирования реакционную массу еще некоторое время выдерживают в реакторе, а затем выгружают. В качестве управляющего воздействия по температуре реактора на стадиях загрузки, вьщержки и выгрузки используют подачу хладагента, на стадии пуска - подачу теплоносителя, а на стадии дозирования - подачу реагента.

Значения коэффициентов передаточных функций W каналов управления для различнь1Х стадий рассчитывались для уравнения вида.

-tp

К

-е

W (Т-РМ)-() к - коэффициент усиления;

т

I- постоянные времени, мин; - время з;шаэдывания, мин; - оператор Лапласа.

Динамические характеристики реактора на различных стадиях процесса существенно отличаются, а на стадии дозирования, кроме того, меняются по ходу подачи, реагента. Это приводит к необходимости использования на каждой стадии регуляторов соответствующей структуры, которые выбирают к настраивают, исходя из свойств объекта и требований к качеству регулирования температуры на кажяой стадии.

После загрузки реактора при пуске процесса, когда температура в реакторе ниже задан,ной и ее нужно как можно быстрее поднять до регламентного значения, на блок 21 поступает сигнал с блока 15. По сигналу Пуск регулирующий блок 18 с ПД - законом регулирования через реле 22 переключения управляет клапаном 7 на подаче теплоносителя в рубащку. Пуск заканчивают, когда температура

реактора попадает в заданный интервал значений, а ее первая производная становится меньше или равна нулю, о чем на блок 21 поступят соответствующие сигналы с блоков 15 и 16.

Реле 22 переключения отключает блок 18 от клапана 7, а управление процессом на стадии дозирования производится рйулирующим блоком 19 с регулятором с переменной структурой (РПС), который через реле 23 воздействует на клапан 5 подачи реагента. На стадии дозирования вследствие изменения и объема и состава реакционной массы реактор обладает нестационарной динамикой, поэтому на этой стадии лучше использовать регулятор

с переменной структурой.

Стадия дозирования реагента заканчивается, когда температура в реакторе будет м«п.ше задания, о чем на блок 21 поступил сигнал с блока 15. Реле 23 отключает блок 19 от

клапана 5, а управление процессом на стадии вьщержки реакционной массы, когда реаквдм химического взаимодействия заканчивается и тепловой эффект уже незначителен, производится блоком 20 с позиционным регулятором, который через реле 24 воздействует на клапан 6 подачи хладагента в змеевик реактора. Когда средняя величина перепада температуры хладагента на змеевике будет меньше заданной величины, чгто свидетельствует о завершении химического взаимодействия в реакторе, на блок 21 поступит сигнал с блока 14 сравнения. Процесс на этом заканчивается и с блока 21 поступает сигнал на клапан 8 выгрузки.

Использование принципа постадийного управления, новых параметров, определяющих переход со стадии пуска к стадии дозирования реагента, затем к вьщержке и последующей выгрузке, приводит к улучшению качества регулирования температуры (интегральная ква ратичная оценка уменьшается в 1,5 - 2 раза устраняет недопустимые выбеги температуры реакционной массы в момент перехода от одной стадни к другой. Формула изобретения Способ упр1авления экзотермическим процессом в аппарате полунепрерывного действия, содержащем рубашку и змеевик, по температу ре реакционной массы изменением расхода хладагента путем переключогая управляющих контуров при переходе со стадю пуска к стадиям дозирования реагента, выдержки реакционной массы и вьп-рузкя в завимимости от температуры, отдача ющ и йся тем, что, с целью обеспечения безаварийного проведения процесса путем повышения качества регулирования температуры, переключение со стадии пуска на стадию дозирования осушест36вляют по отклонению температуры реакционной массы к ее первой производной по времени от заданных значосий путем закрытия клапана подачи теплоносителя и открытия клапанов подачи хладагента и реагента, переключение со стадии дозировашм на стадию выдержки осуществляют по понижению температуры реакционной массы от заданного значения путем закрытия клапана подачи реагента и открытия клапана подачи хладагента, переключение ей стадии выдержки на стадию выгрузки осущест 9ЛЯЮТ по снижению средней величины температурного перепада на входе и выходе хладагента из змее)вшса путем открытия клапана выгрузки. Источники информацш, принятые во внимание при экспертизе 1.,,Химическая промышленность, 1966, N 2, с. 168. 2. Казаков А. В. и др. Основы автоматики и автоматизации .химических производств. .: Машиностроение, 1970, с. 345.

, ;;::,.

.;. .