Способ автоматического управления химическим реактором для жидкофазных экзотермических процессов Советский патент 1981 года по МПК B01J1/00 G05D27/00 

I

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами химической технологии и может быть ис- пользовано также в нефтехимической и химико-фармацевтической промьгашенностях.

Известен способ управления технологическим процессом путем изменения расходов реагентов в основном и вспомогательном аппаратах в зависимости от выходного параметра вспомогательного аппарата с коррекцией по выходному параметру основного ап-. парата р .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ автоматического управления реактором для экзотермических реакций путем поддержания стехиометрического соотношения компонентов изменением их расходов. Для этого определенное количество.rtepBoro реагента поступает в смеситель, куда поступает также прореагировавшая реакционная смесь

ИЗ реактора с избытком второго реагента. По тепловому эффекту, возникающему в смесителе, косвенно определяют величину отклонения молярного соотношения реагентов. В зависимости от величины этого отклонения производится регулирование расхода первого реагента f2j.

Однако известный способ не обесtoпечивает высокую точность и устойчивость процесса регулирования подавляющего большинства экзотермических реак1щй, поскольку применим только для быстропротекающих реакций (на15пример, реакций типа нейтрализации), когда реакция полностью заканчивается в пределах реактора, т.е. осуществляется управление по существу не химической реакцией во времени, а стехи20ометрическим соотношением компонеи- тов исходной реакционной смеси, что не является достаточным условием для получения заданного состава продук3roB реакции при регулировании болъшинством экзотермических процессов. Цель изобретения - получение продуктов реакции заданного состава за счет улучшения качества регулирования . Поставленная цель достигается тем что согласно способу реакционную смесь, вьпсодящун) из реактора, подают в микрореактор смешения с адиабатическим режимом, измеряют температуру реакционной смеси на входе и выходе микрореактора, определяют разность этих температур, находят отклонение этой разности от заданного значения, соответствующего заданному составу целевого продукта, и в зависимости от величины отклонения изм няют расходы реагентов, катализатора хладагента или температуру хладагента. На фиг. 1 представлена структурная схема реализации способа управления химическим реактором; на фиг, график зависимости регулируемого параметра Д Т от соотношения расходов реагентов п , на фиг. 3 - харак теристики работы системы управления при возмущении по каналу регулирования (п 6((52)(предлагаемь|р способ) ; на фиг. 4 - то же, по начальСд известныйной концентрации С способ). Схема для реализации способа соде жит реактор 1 смешения с теплообменником, адиабатический микрор.еактор 2 рмешения на входе и выходе которого установлены термопары 3 и 4, элемент 5 сравнения, регулятор 6 с элементом 7 сравнения и исполнительные механизмы 8. В микрореакторе протекает тот же процесс, что и в реакторе, причем выходные параметру процесса в реакторе, а именно, выходной расход G, концентрации компонентов С и температура Т реакционной массы, являются начальными для микрореактора, в котором выделяется некоторое количество теплоты за счет продолжающейся химической реакции. Перепад температур ДТ на входе и выходе микрореактора определяется начальными условиями процесса для микрореактора и пропорционален скорости реакции в микрореакторе, отнесенной к единице расхода &,т.е. величине, равнозначной значению концентрации продуктов реакции. Следовательно, постоянство 1 Д Т обеспечивает и постоянство концентрации целевого продукта. Исходя из условий теплового баланса в реакторе и микрореакторе, можно определить значение йТ, соответствующее заданной концентрации целевого продукта в реакторе. За счет значительно меньшего объе ма микрореактора и меньшего времени пребывания в нем реакционной массы по сравнению с реактором, а также повьш1енной температуры и адиабатического режима все процессы, происходящие в нем.протекают быстрее и это позволяет обеспечить задаваемое предварение при управлении процессом при любом изменении параметров в реакторе. Способ осуществляется следующим образом. Реагенты по линиям 9 и 10 поступают в реактор I смешения, откуда реакционная смесь поступает в адиабатический мйкрореактор 2 смешения. В микрореакторё 2 реакционная смесь на гревается за счет продолжающейся химической реакции. Температуру реакционной смеси на входе и выходе микрореактора 2 измеряют с помощью термопар 3 и 4, выходные сигналы которых подают на элемент 5 сравнения, определяющий перепад температур лТ. С элемента 5 сравнения сигнал подают на элемент 7 сравнения, определяющий отклонение перепада температур дТ от заданного значения ДТ, соответствующего заданной концентрации целевого продукта. Сигнал, соответствующий этому отклонению, преобразуют в регуляторе 6 в сигнал управления входным параметром реактора 1 смешения, воздействующий на исполнительный механизм 8. Сплощной линией(фиг. 1) показан канал управления (расход хладагентаостальные возможные каналы (расходов реагентов, катализатора, температуры хладагента) показаны пунктиром. Вследствие невозможности получения аналитической зависимости регулируемого параметра лТ от регулирующих на фиг. 2 приведен один из графиков статических характеристик по разньм каналам управления, полученный численным решением на ЭВМ, например, по каналу,.соотношение расходов реягеитов которого ДТ F(n). В переходных процессах (фиг. 3) при управлении по предлагаемому способу величина возмущения по начальной концентрации первого реагента С составляет 25% от номинального значе ния. При изменении СQ2. Увеличивается ЛТ, что вызывает в свою очередь, уменьшение значения параметра G, который определяет параметр п, значение С возврг.щается к заданному. В переходных процессах (фиг. 4) при возмущении по начальным концентрациям реагентов при управлении по известному способу путем стабилизации параметров Т и Gг по С отрабатывают контур стабилизации температуры Т. Концентрация целевого продукта С уменьшается при нарушении эквимолярного соотношения так как скорость реакции уменьшаетс Предлагаемый способ управления обеспечивает по сравнению с известны ми способами стабилизацию состава пр дуктов реакции и обладает следующим преимуществами:а)способ не требует применения приборов анализаторов качества для получения текущей информации о продукте и сырье, тем более, что многие процессы не оснащены такими приборами. Это позволит устранить расходы на их разработку; для многих процессов не требует приборов для из мерения расходов; все это позволит уменьшить капиталовления; б)применим при любом гидродинамическом режиме реактора; в)способ обеспечивает постоянство скорости процесса, что позволяет рекомендовать его для потенциально опасных процессов {значительное тепло- и газовыделениь), что ведет к их интенсификации и снижению потенциальной опасности; г)применим для процессов с неизвестным механизмом реакции, при отсутствии математических моделе Т и требует для расчета САУ минимального обьема экспериментальных исследований. Для, многих процессов, термодинамическиепараметры которых имеются в справочниках, экспериментальные данные вообще не требуются; д) обладает простотой технической реализации на серийно выпускаемых элементах элактропневмоавтоматики (за исключением микрореактора) и незначительными затратами. Формула изобретения Способ автоматического управления химическим реактором для жидкофазных экзотермических процессов путем изменения расходов реагентов, катализатора, хладагента или температуры хлад агента, отличающийся тем, что, с целью получения продуктов реакции заданного состава за счет улучшения качества регулирования, реакционную смесь, выходящую из реактора, подают в микрореактор смешения с адиабатическим режимом, подают в микрореактор смешения с адиабатическим режимом, измеряют температуру реакционной смеси на входе и выходе микрореактора, определяют разность этих температур, находят отклонение этой разности от заданного значения, соответствующего .заданному составу цег левого продукта, ив зависимости от величины отклонения изменяют расходы реагентов, катализатора, хладагентаа или температуру хладагента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 340442, кл. В 01 F 3/08, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 226359, кл. Б- 01 J 1/00, 1967.

3

/.5

С

моль л to

А

г--

,с

т

л.

N

t.c

Си

Фие.З

С |Г«( МОЛЬ т

If...

i/

т i.c

Фuг.f