Способ автоматического управления секционным реактором окисления изопропилового спирта Советский патент 1982 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

Изобретение относится к способам управления работой реакторов и может применяться в процессах химической и нефтехимической промышленности. Известен способ регулирования газожидкостных реакторов, в котором стабилизируются расходы исходных реагентов 1 Однако данный способ не обеспечивает требуемого выхода целевого продукта, так как в нем не предусмотрено регулирование температурного режима реактора. Известен также способ автоматическое го управления работой реакторов, в котором с целью увеличения выхода целевого продукта регулируют соотношение расхо дов ксмпонентов с коррекцией по темперв .туре смеси на выходе из реактора 2. Однако при использовании этого способа , например для управления работой ; реактора окисления изопрошшового еяирта (ИПС) кислородом воздуха, ие обеспечивается поддержание необходимой концентрации целевого продукта (перекиси |водорода) в реакционной массе при изменениях нагрузки на реактор по ИПС, так как при этом требуется перестройка температурного режима. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ автс матического управления реактором окиоления изсшропипового спирта путем регу лирования температуры в зоне реакшт посредством изменения подачи греюшего пара в рубашку реактора с коррек1гаей по степени конверсии кислорода, которая определяется по концентрации кислорода в отходящих газах 3. Однако известный способ не обеспечивает поддержание оптимальных уело-ВИЙ получения перекиси водорода, кото- . рым соответствуют определенные ко| центрация целевого продукта в реакпво исА массе н солективвость процесса. Пря изменении нагрузки ва реактор не обеспечивается необходимая точность тюддержания ковпеитрашп целевого продукта гвачнтелыюго запаздывания по каналу степень коиверага - теьшература ннм 392 ней секции реактора ,, которое особенно велико для секционного реактора. С увеличений концентрации перекиси водорода в реакционной массе увеличивается разло жение продукта и снижается селективност продукта, а уменьшение концентрации при водит к увеличению затрат на выделение товарного продукта на последующих ста-диях. При изменении нагрузки меняется время пребывания реагентов в реакторе и для поддержания требуемой концентрааии целевого продукта необходима перестройка температурного режима, при этом вследствие изменения соотношения между основной и побочной реакциями для сохранения прежней селективности процесса требуется также изменить соотношение исходных расходов газ-жидкость. Цель изобретения - повышение точноо ти стабилизации концентрации перекиси водорода в реакционной массе и селективности процесса, соответствующих опти мальным условиям при изменениях нагруз ки на реактор. Поставленная цель достигается тем, что температуру в нижней секции реактора корректируют по расходу изопропилово го спирта, а соотношение расходов воздуха и изопропилового спирта корректируют по суммарному значению температур на каждой секции и концентрации кислорода на входе и выходе из реактора. На чертеже представлена схема, реали зующая предложенный способ управления четырехсекционным реактором получения перекиси водорода окислением иЗопропилового спирта. Схема включает в себя четырехсекди- онный реактор 1 окисления ИПС, датчики 2 - 6 соответственно температур в каждой секции, расхода ИПС, расхода воздуха, обогащенного кислородом, коа- иентрации кислорода в воздухе и отходящих газах, регуляторы 7 и 8 соответственио температуры нижней секции реактора и соотношения расходов воздуха и ИПС, функциональный блок 9, вычислительное устройство 10 и сумматор 11. Воздух поступает в нижнюю секцию реакtopa 1 и, барботируя через слой жидкооти, выходит сверху, свежий ИПС подается в верхнюю секцию, а реакционная масса отбирается из нижней секции. Сигнал от датчика 3 расхода ИПС поступает в функциональный блок 9, в котором формируется заданное значение регулятору 7 температуры нижней сек4ни реактора, пропорциональное нагрузке на реактор, например, по формуле TioiA aj,,(l) где G - расход ИПС, MV4; йд, а - коэффициенты. Сигнал от датчика 3 расхода ИПС па аплельно поступает в вычислительное стройство 10 и регулятор 8 соотношения расходов, куда также поступает сиг- нал от датчика 4 расхода воздуха. Регулятор 8 изменением расхода воздуха поддерживает заданное соотношение расходов воздуха и ИПС, которое формируется в вычислительном устройстве 1О расчетным путем на основании поступивших в него сИгналов от датчиков 3, 5 и 6 расхода ИПС, содержания кислорода в воздухе и абгазах, а также выходного сигнала сумматора 11, вход которого соединен с датчиками 2 температур на каждой секции реактора. Сигналы от датчиков 2 температуры на каждой секции реактора поступают в сумматор 11, где происходит их суммирование с учетом весовых коэффициентов согласно соотношения T.to.,T,, где N - число секций реактора; весовые коэффициенты , температура на i -ой секции реактора. Выходной сигнал от сумматора 11 поступает в вычислительное устройство 10 вместе с сигналами от датчиков 5 и 6 кислорода в воздухе ив отходящих газах. На основании указанных сигналов в вычислительном устройстве 10 расчетным путем определяется соотношения расходов ИПС и воздуха, необходимое для обеспечения заданной селективности процесса по формуле ,С., (э) отношение расхода воздуха к расходу ИПС оЬ,. bj ai Ъл - эмпирические коэффициенты, вч - измерение концентратгаи кислорода в воздухе и отходящих газах, об. %. Выходной .сигнал с вычислительного устройства, пропорциональный соотношению расходов воздуха и ИПС поступает .в ка меру задания генератора 8 соотношения, который реализует это соотношение изме нением расхода воздуха в реактор. Коэффициенты c od и b, определиются для конкретного аппарата по экспериментальным данным. Для четырехсек-. ционного реактора окисления ИПС они имеют, например, значения а о 111,,86. ,327(..222 (.183 Ъ -531,82, Ъ, 8,82 b -47,08, .21. ,45 По предложенному способу управляют секционным реактором таким образом, что при Изменении нагрузки на. него (рао хода ИПС) корректируют температуру на нижней секции реактора по расходу ИПС а соотношение расходов воздуха и ИПС корректируют по величине суммарного си нала от датчиков температур на каждой секции реактора, а таКже по концентрациям кислорода в воздухе и в отходящих газах так, чтобы обеспечить поддержание оптимальных условий процесса, которым соответствуют определенная концент рация перекиси водорода на выходе реактора и селективность. В качестве примера рассмотрим один из технологических режимов промышленного четырехсекционного реактора окисления изопропилового спирта. Сигнал пропорциональный нагрузке на реактор по ИПС равной 2,8 поступает в функциональный блок 9, который согласно (1) формирует задание регулятору температуры первой секции реактора равное 119,6 С. Температуры на других секциях в этом режиме имеют ел дуюшие значения ,, Т.,128,, 7 129,82 С. В вычислительном устройстве Ю по формулам (2) и (3) рассчитывается для данной нагрузки и содержания кислорода в воздухе, подаваемого в реактор, ра&ного 22,5 об. % значение соотношения, расходов воздуха и ИПС равное 485. Регулятор 8 соотношения в соответствии с этим значением устан авливает расход воздуха в реактор равный 1367 . В этом режиме содержание кислорода в абгазах равно 5,05 об. %, что соответствует значению определяемому по (2), а концентрация перекиси водорода в реак ционной массе 9,2 вес. %. Селективность процесса, определяемая как процентное отношение кислорода, прошедшего на о разование перекиси водорода к общему количеству израсходованного кислорода, равна 91%. При увеличении нагрузки на реактор по ИПС до 3,4 в функциональном блоке 9 рассчитывается новое задание регулятору температуры нижней секции реактора 121 ., а в вычисли тельном устройстве 1О определяется новое значение соотношения расходов воздуха и ИПС 5О6,5. Регулятор 8, отрабатывая заданное значение, устанавливает новый расход воздуха 1722 . В пв« реходном режиме отношение расхбдов во духа и ИПС сохраняется постоянным благодаря взаимной кшшенсации факторов, связанных с ростом температур и содержанием кислорода в абгазах согласно О). В новом установившемся режиме тек пера туры на секциях имеют следукяцие значения,°С: ,32, ,76; ,О7, ,25. Соответст - вуюшее им отношение расходов воздуха и ИПС будет равно 5О6,5 при содержании кислорода в абгазах 7 об. %. Это позволяет в новом режиме поддерживать концентрацию перекиси водорода в реакционной массе 9,2 вес. % при селективности процесса 91%, что обеспечивает увеличение выхода целового продукта при увеличении нагрузки на реактор. Если бы при новой нагрузке на реактор 3,4 температурный режим не изменился, то концентрация перекиси водорода упала бы до 7,58 вес.%. В то же время, если бы при новой нагрузке и новс температурном режима осталось прежним отношение расходов воздуха к ИПС равное 484,6, то концентрация кислорода в абгазах упала бы до 4,1 об. %, а селакти ность снизилась бы до 87%. Результаты были получаны при эксперимантальной проварке предлагаемого способа на опытном реактора окислания ИПС. Ф о р м у л а иэобратания Способ .автоматического управления секционным реактором окисления изопроп лового спирта путам регулирования температуры нижнай секции реактора и соотношения расходов воздуха и изопропилового спирта, отличающийся тем, что, с пепью повышения точности стабилизации коипентрации перекиси водорода в раакыионной массе и селектив норти процесса, тампаратуру в нижней секции раактора ксчррактируют по расходу вэопропилового спирта, а соотношение. хоаов возпуха и иэопропипового спирта корректируют по суммарному значению температур на каждой секцнн и концент рации, кислорода на входе и выходе из реактора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 048 1.Шипскн Ф. Регулирование химикотехнологических процессов. Химия, 1974, с. 112-114. 2.Авторское свидетельство СССР № 381379, кл. В О1 J 1/ОО, 1979. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2755493, кл. В О1 3 19/ОО, 1979.