Способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия Советский патент 1981 года по МПК B01F7/00 G05D27/00 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к автомати эации процессов химической технологии, в частности к способам управления процессом перемешивания в реакторах периодического (РПД) и полунепрерывного (РПНД) действия, когда вязкость реакционной массы меняется в широком диапазоне, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, витаминной и лакокрасочной промышленности при производстве различных полупродуктов лекарственных препаратов и цластических материалов. Известен способ регулирования про|цесса перемешивания в аппарате с мешалкой путем изменения скорости ее араження в зависимости от величины и знака отклонений уровней реакционной массы у стенки аппарата и по оси вала мешалки от установленных значений с коррекцией по глубине вихревой воронки l . Данный способ характеризуется невозможностью его использования для в вязких сред, где отклонение уровней и глубина образующейся воронки изменяется незначительно а применение только одного типа мешалки не дает существенного улучшения условий теплои массообмена в течение всей длительности процесса. Известен способ ,, управления процессом перемешивания, в котором мощность, потребляемую двигателем мешалки, корректируют по вязкости реакционной массы 2 . Недостатком этого способа является потребность в аналитическом приборе для измерения вязкости реакционной массы, отличающийся сложностью и обладающим более низкими надежностньми характеристиками в сравнении с приборами для измерения температ.уры. Известен также способ управления процессом перемешивания посредством использования нескольких разного типа. 38 мешалок, когда вал одной мешалки соосен с валом друг9й З. Недостатком данного способа является низкая интенсивность перемешивания реакционной массы у стенки реактора, когда вязкость ее незначительна. Кроме того, наличие сальникового уплотнения, непосредственно кон тактируемого с реакционной йассой, ограничивает область его применения, а соосность валов усложняет механику привода мешалок, отсутствует диапазон изменения значений вязкости или друго го параметра, по которому регулируется соотношение скоростей вращения каж дои мешалки в отдельности. Наиболее близким к данному изобретению по технической,сущности и дости гаемому результату является способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия путем изменения скорости вращения мешалок в зависимости от вязкости перемешиваемой .среды .4. Данный способ характеризуется невысоким выходом целевого продукта и большой, длительностью ведения процесса, обусловленных недостаточной интенсивностью тепло- и массообмена. Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта и сокращение дли тельности ведения процесса за счет интенсификации тепло- и массообмена; Поставленная цель достигается тем что вязкость перемешиваемой среды контролируют по разности температуры измеренных около внутренней стенки реактора и оси вала якорной мешалки, при этом при значении разности темпе ратур меньшем заданного изменяют ско рость вращения пропеллерных мешалок в Зависимости от указанной разности, скорость же враще шя якорной мешалки стабилизируют на минимальном уровне, при значении разности температур бол ше заданного изменяют скорость враще 1ШЯ якорной мешалки в зависимости от Указанной разности, скорость же вращения пропеллерных мешалок стабили- зируют на номинальном уровне, а момент окончания процессу перемешивания определяют хпри достижении указан ной разностью температур установлен. ного значения. На фиг. 1 представлен график зависимости изм-нения величины температурного перепада (Лт) от вязкости перемешиваемой среды () и скорости 7 вращения мешалки (h) , полученные экспериментально; на фиг. 2 - принципиальная схема системы, реализующей данный способ. Способ осуществляется следующим образом. В качестве перемешиваемой жидкости с различными значениями вязкости используют глицерин разной концентрации (.100%-ный глицерин - кривая А, 70%-ный водный раствор глицерина кривая Б, чис.тая вода - кривая В на фиг. 1). Между вязкостью перемешиваемой жидкости и величиной температурного перепада, замеряемого у стенки аппарата и по оси вала мешалки, существует определенная зависимость. Величина температурного перепада быть использована в качестве параметра, характеризующего переход процесса .в область предаварийных и аварийных релоимов, так как при прекращении работы перемешивающих устройств (поломка мешалок, отключение подачи энергии) или чрезмерном загустевании реакционной массы величина температурного перепада резко возрастает, что требует выработки соответствующих противоаварийных воздействий. К концу процесса, когда вязкость реакционной массы также увеличивается, величина температурного перепада может указывать на момент останова процесса и начало следующей стадии процесса. Система, реализующая данный способ, содержит (фиг. 2) аппарат 1 с рубашкой 2, снабженный тихоходной якорной мешалкой 3, установленной по его центру и быстроходными пропеллерными мешалками 4 и 5, расположенными между валом и вертикальной частью лопасти якорной мешалки. Каждая межалка снабжена индивидуальным электроприводом 6-8, а якорная, кроме того, редуктором 9. В днище аппарата 1 установлен клапан выгрузки ТО. Загрузка исходных компонентов происходит через, штуцера 11 и 12, Б рубашку аппарата по входному штуцеру 13 подается либо хладоагент, либо теп лоно сит ель, котррый вытекает через выходной патрубок 14. Внутри реактора расположены два датчика температуры 15у стенки аппарата 1 и 16 - по оси вала якорной мешалки 3. Прибор 17 служит для измерения величины температурного перепада. Блок 18 предназначен для определения величины отклонения температурного перепада от заданного значения. В блоке 19 происхо дит выработка командного сигнала для управления блоками переключения 20 и 21. Величина задающих воздействий по значению тe шepaтypнoгo перепада для выработки управляющего воздействия по изменению скорости вращения пропеллерных мешалок вырабатьшается бло ком переключения 20, а якорной мешалки - блоком переключения 21. Регу лирование скорости вращения двигателей мешалок осуществляется статическими преобразователями частоты 22 (д пропеллерных мешалок 4 и 5) и 23 (для якорной мешалки 3) . После загрузки исходных компонентов аппарат 1, когда вязкость реакционной массы незначительна, а следовательно температурный-перепад невелик, в качестве основного перемешивающего устройства используют быст роходные пропеллерные мешалки 4 и 5. При этом скорость их вращения меняют в функции текущего значения, величина температурного перепада и блок пе реключения 21 по команде от блока 19 переключает регулируемому блоку 23 задающее воздействие на изменение скорости вращения двигателя мешалки по значению указанного параметра. Скорость вращения якорной мешалки 3 выбирают минимальной и равной заданному значению, которое подают на вход регулирующего блока 23 по команде, поступающей от блока 19. По мере протекания процесса вязкость реакционной массы постепенно возрастает, возрастает и величина тем пературного перепада. При некотором их значении, ко-гда эффективность работы пропеллерных мещалок 4 и 5 резко падает, необходимо по сигналу от блока 18 и команде от блока 19 перейти наиспользование в качестве основного перемащивающего устройства якорной мешалки 3, а скорость вращения пропел лерных мешалок 4 и 5 установить постоянной, равной значениям в момент переключения режимов работы мешалок, или даже несколько снизить до значения, равного номинапьнрму (0)1 что осуществляется по команде блока 19 в блоке переключения 21. В качестве задающего воздействия системы программного регулирования скорости вращения якорной мешалки 3 служит величина температурного перепада, поступающего на вход регулирующего блока 23. С увеличением значения этого параметра скорость вращения якорной мешалки 3 должна пропорционально уменьшаться, чтобы предотвратить поломку мешалки при чрезмерном загустевании реакционной массы. Поскольку величина температурного перепада характеризует и качество перемепшвания и изменение физических свойств реакционной массы, то в случае его резкого увеличения можно зафиксировать появление аномальных отклонений в протекании процесса: прекращение работы мешалок или чрезмерное загустевание реакционной массы. Поэтому целесообразно использовать величину температурного перепада в качестве задающего параметра автоматической системы защиты для выработки соответствующих противоаварийных воздействий. Для многих процессов, осуществляемых в РДЦ и РПНД, момент их окончания сопровождается существенным увеличением вязкости реакционной массы и следовательно температурного перепада. Поэтому целесообразно информацию о значении температурного перепада использовать в автоматической системе останова процесса и по достижении установленного его значения прекратить процесс и переходить iK последующим технологическим операциям. Данный способ позволяет повысить выход целевого продукта и сократить длительность ведения процесса вследствие улучшения условий тепло- и массообмена, когда вязкость реакционной массы меняется в широком диапазоне (1 -10 -lOOJ Па.с. В этих условиях в начале процесса, проводимого в РПД и РПНД, когда гязкость среды изменяется незначительно (I -. -4) Па.с целесообразно использовать с наибольшей эффективностью скоростную мещалку (пропеллерную или турбинную) , а скорость вращения тихоходной мешалки (якорной) устанавливать на минимально допустимом значении. Последняя в этом случае выполняет функции подвижных отражательных перегородок реактора, что способствует дополнительной турбулизации потока жидкости в аппарате и шнимaльнoмy потреблению энергии, необходимой для работы якорной мешалки. Диаметральная установка двух пропечПлерных мешалок способствует созданию более мощных осевых потоков жидкости в аппаратах болього объема. Б дальнейшем, в резул т те изменения соотношения концентраций исходных компонентов и образующихся продуктов реакции, а также изменения свойств реакционной массы просходит существенное увеличение вязкости среды, при которой эффектнаность работы быстроходной мешалки резко падает В этом случае скорость вращения тихоходной мешалки должна быть повьшена до значения, соответствующего увеличению вязкости реакционной массы вьпие 4 Па.с. Скорость же вращения быстроходной мешалки в,дальнейшем остается постоянной, равной моменту достижения верхнего предела значения вязкости области ее работы или может быть, с целью сш-шения энергозатрат на перемешивание, уменьшена до номинального значения. Работа быстроходной мешалки при номинальных или минимальных оборотах препятствует образованию застойных зон при повышенных значениях вязкости реакционной массы. Поскольку вязкость оказывает влияние на значение коэффициента теплоотдачи от стенки реактора к реакционной массе и на значение коэффициента теплопроводности самой реакционной массы, то появляется температурный перепад между значеьшем температуры среды у стенки аппарата и по оси вала тихоходной мешалки. Величина этого перепада определяется в основном значением вязкости среды и интенсивностью перемешивания. Потому при управлении процесс перемешивания в реакторах с мешалками целесообразно использовать в качестве задающего воздействия системы регулирования скорости вращения каждой мешалки величину температурного перепада .

Применение данного способа управления позволяет повысить эффективность перемешивания реакционной массы в РЦЦ и РПНД и увеличить выход целевого продукта за счет создания улучшенной гидродинамики потока в аппарате и существенно сократить длитель, ность процесса в связи с обеспечением более интенсивного процесса теплообмена. Применительно к процессу нитрования пиридона, являющегося промежуточным продуктом синтеза дорогосто. ящего витамина Bg, использование данного способа управления процессом перемешивания позволяет увеличить на 2-3% выход целевого продукта, почти

в два раза сократить длительность процесса и свести ее к 5-8 часам, а также повысить безопасность ведения процесса за счет использования дополнительной информации по температурному перепаду в автоматизированной системе защиты.

Совместное проявление указанных факторов дает годовую экономию при

синтезе витамина Bg порядка 100 тыс. руб. при его годовой производительности 20 тонн.

Формула изобретения

Способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия путем изменения скорости вращения мешалок в зависимости от вязкости перемешиваемой среды, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения выхода целевогр продукта и сокращения длительности ведения технологического процесса за счет интенсификации тепло- и массообмена, вязкость перемешиваемой среды контролируют .по разности температур, измеренных около внутренней стенки

реактора и оси вала якорной мешалки, при этом при значении разности температур меньшем заданного изменяют скорость вращения пропеллерных мешалок в зависимости от указанной разности, а скорость вращения якорной мешалки стабилизируют на минимальном уровне, при значении разности температур больше задаиного изменяют скорость вращения якорной мешалки в зависимости от указанной разности, а скорость вращения пропеллерных мешалок стабилизируют на ноьшнапьном уровне, и момент окончания процесса перемешивания определяют при достижении указанной разностью температур установленного значения.

Источники информации, принятые во внимание при. экспертизе

.с. 64.

V:

к,