Способ управления экзотермическим процессом
Патент 764716
Авторы
Способ управления экзотермическим процессом
Иллюстрации
Реферат
нн 764716
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М К 3
8 01 J 19/00
05 D 27/00 (22) Заявлено -2208.78 (21) 2656857/23-26 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Государственный комитет
СССР по делам изобретений
° и открытий
Опубликовано 230980.Ьюллетень ¹ 35 (53) УДК66. 012-52 (088.8) Дата опубликования описания 23,0980
В. A. Кондратюк, Р. М. Коровина, В. A. Лукашин, В. И. Сахненко и Н. В. Лобанов (72) Авторы изобретения
Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт имени Ленсовета (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗКЗОТЕРМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
Известен способ управления реактором путем изменения подачи реагента в зависимости от температуры,реакци- 15 онной массы с коррекцией по величине отношения производных количества тепла, выделяющегося в реакторе, и количества тепла, выделяющегося в реакторе, по температуре (1). 20
Наиболее близким по технической сущности к изобретению яь яется споСоб управления экзотермическим процессом в реакторе путем изменения скорости вращения мешалки в зависимости.от i. сумьы сигналов вязкости и уровня реакционной массы, подачи исходного реагентов и хладагента в реакторе в за-; висимости от температуры реакционной массы и суммы сигналов вязкости и
Изобретение относится к области управления непрерывными процессами химической технологии и касается, в частности, способа, регулирования температуры экзотермических процес-сов (найример хлорирование, нитрирование, сульфирование), который может применяться в химической,,фарма- цевтической, лакокрасочной, нефтехимической и других отраслях промыш ленности. уровня реакционной массы, отвода жид кого и газового продуктов (2) .
Недостатком известного способа является то, что в нем не учитывается тепловой эффект побочных реакций, что снижает производительность реактора при управлении процессом на границе устойчивости.
Цель изобретения - обеспечить мак-. симальную производительность реактора при оптимальном расходе реагентов эа счет. повышения точности регулирования. Для этого скорость вращения мешал ки изменяют в зависимости от величины отношения производных от количества выделившегося тепла в реакторе и количества отведенного тепла из реактора по температуре в реакторе, при этом количество выделившегося тепла определяют по концентрациям побочных продуктов в жидком и газовом продуктах, количество отведенного тепла вычисляют по уровню реакционной массы, скорости вращения мешалки, перепаду температур: на стенке реактора, температуре и расходу газового продукта.
Для химических реакторов, в которых осуществляются экэотермические про764716 цессы, наличие различных возмущений (изменение температуры и расхода хлаДагента, изменение количества поступающего реагента, а также условий протекания реакции и ее температуры) может вывести в неустойчивую область.
Для того, чтобы процесс был устойчив, необходимо выполнение следующего условия:
dQms ац„„
dT дт !О где —. т - — производная по температуре от величины теплоотвода из реактора; — проввводеае по температу8Т ре от количества тепла, выделяющегося в реакторе.
Значения Я и Ц „,„ определяются из следукщих вйраженйй:
2 в„„ = q УР К „C „+ + . q . y
Оотг " V at Qо
Отъ.2. ) где Y - объем реактора, мз; с — тепловой эффект основной реакции, ккал x х кг мОль- 25 тепловой эффект побочных реакций, ккал х х кг моль
К вЂ” коэффициент теплопередачи, ккал - м - - г х 30
-2 х град у кu,,Ê„; — константы скорости,прямой и побочных реакций, -4
C„; — концентрация побочных 35 продуктов, кг ° моль х хм ;
С ц - концентрация целевого продук та, кг - моль х м- р °
40 поверхность теплообмена, м
at — температурный перепад по поверхности тепло обмена реактора,© C;
Я От„2- количество тепла, от- 45 водимого с газовым потоком, ккал .г-4
Запас тепловой устойчивости экзотериического процесса определяется величиВой коэффициента p = z . При p > 1 50
-кзотермический процесс устойчив, при Ь 1 находится на границе тепловой „ устойчивости, при (5 (1 процесс неустойчив. На величину коэфФициента тепловой устойчивости наряду с изменением расхода хладагента, его температуры, цовйрхности теплообмена, расхода компбнентов, температуры реакционной массы оказывает влияние и скорость вращения мешалки. С увеличеиием скорости вращения мешалки соответствующим60 образом возрастает и значение коэффициента теплоотдачи со стороны реакционной массы, что в свою очередь, сказывается на значении коэффициента теплопередачи. С увеличением скорос- 65 ти вращения мешалки увеличивается коэффициент теплопередачи, что ведет к увеличению коэффициента тепловой устойчивости, так как возрастает 0 р числитель коэффициента тепловой устойчивости.
Таким образом, по знаку и величине коэффициента тепловой устойчивости можно управлять процессом, воздействуя на скорость вращения мешалки реактора.
Максимальная производительность реактора достигается тем, что регулирующее воздействие осуществляется изменением скорости вращения мешалки, что не нарушает материального баланса реактора, позволяя сохранять подачу исходных реагентов на ранее заданном оптимальном уровне, и обеспечения условия протекания процесса на границе тепловой устойчивости. Работа реактора в этом режиме достигается тем, что рассчитывается коэффициент и в соответствии с его знаком и величиной корректируется регулирующее воздействие. Сигнал коррекции направлен на такое изменение Структуры регулятора температуры, чтобы, воздействуя на скорость вращения мешалки, обеспечить стабилизацию температурного режима в реакторе íà границе тепловой устойчивости.
На чертеже представлена схема реализации способа управления экэотермическим непрерывным процессом.
Реактор 1 с рубашкой 2 оснащен мешалкой 3 с электродвигателем 4, г трубопроводами 5 и б подачи исходных компонентов в реактор, перетоком 7, вытяжной системой 8,и трубопроводом
9 подачи хладагента в рубашку. Температуру в реакторе измеряют первичным преобразователем 10 со вторичным прибором 11, Расход хладагента, поступающего в рубашку, измеряют первичным преобразователем 12 и прибором
13. Термопарами 14 и 15 и вторичным прибором 16 определяют перепад температуры на стенке реактора. Для определения поверхности теплообмена в реакторе служит уровнемер 17 со вторичным прибором 18. Расход газообразных продуктов реакции измеряют первичным преобразователем 19 и вторичным прибором 20, а температуру -термопарой 21 и прибором 22. Концентрация целевого продукта определяется первичным преобразователем 23 и прибором
24. Концентрация побочных продуктов в жидкой и газовой фазах определяются соотВетственно первичными преобразователями 25 и 26 со вторичными приборами 27 и 28. В блоке 29 определяют произведение температурного перепада на поверхность теплообмена. В блоке
30 рассчитывается значение коэффициента теплопередачи, исходя из значения расхода хладагента и скорости вращения мешалки, которая измеряется при764716
15
55 борОм 31. В блоке 32 определяют количес,тво тепла, отводимого через рубашку реактора. В блоке 33 рассчитывают энтальцию газового потока, отводимого вытяжной системой реактора, значение которой суммируют в блоке 34 с количеством отводимого тепла из реактора. В блоке 35 дифференцируют суммарное количество отводимого тепла по . температуре в реакторе. В блоке 36 рассчитывают количество тепла, выделившегося в хоДе реакции получения целевого продукта с учетом его концентрации и температуры реакционной массы. В блоке 37 рассчитывают количество выделившегося тепла в ходе образования побочного продукта в жид.кой фазе с учетом его концентрации и температуры реакционной массы. В блоке 38 определяют количество тепла, выделившегося в результате образования газообразного побочного продукта с учетом его концентраций в газовой фазе и ее температуры. Общее количество тепла, выделившегося в ходе реакции, рассчитывают в блоке 39 (сумматор), а дифференцируют его значение по температуре реакционной массы в блоке 40. Сигналы с блоков 35 и 40 поступают в блок деления 41 для определения. значения и знака коэффициента тепловой устойчивости с целью корректировки параметров регулятора 42 переменной структуры.
Способ осуществляетСя следующим образо;1.
По данным о раеходе хладагента, уровне реакционной массы, перепаде температур на стенке реактора, скорости вращения мешалки, а также о расходе и температуре газообразных продуктов, которая поступает с приборов
13,.16, 18, 20, 22 и 31, в блоке 34 формируется значение @ore .
Значение Q > формируют в сумма" торе 39 на основании концентраций целового продукта, побочного продукта и отходящих газов, измеряемых приборами 24, 27 и 28, а тепловые эффекты реакций рассчитываются в блоках
36, 37 и 38. В блоках дифференцирования 35 и 40 формируют производные от
0 ops и 0 э * по температуре В реак» торе. От блоков дифференцирования знааа.„аа,„,„. чения и поступают на блок
dT деленйя 41, с выхода которого снима < отв ется эначейие коэффициента
dQ эыд
Сигнал поступает на изменение параметров регулятора 42 переменной структуры, на который также подается с прибора 11 текущее значение температуры в реакторе. Выходной сигнал регулятора 42" поступает на двигатель мешалки реактора, изменяя скорость ее вращения.
Использование предлагаемого способа управления позволяет проводить тех. нологический процесс при максимальной производительности на границе тепловой устойчивости в условиях наличия всевозможных возмущений, при этом производительность реактора повышает-.. ся на 10-15%. Экойомический эффект от использования данной системы управления за счет обеспечения максимальной производительности реактора в расчете на 1 т готового продукта составляет 175 руб. и прй готовой программе в 200 т составит 35000 руб.
Формула изобретения
Способ управления экзотермическим процессом в реакторе непрерывного действия путем изменения скорости вращения мешалки, измерения температуры и уровня реакционной массы, скорости вращения мешалки, отвода жйдкого и газового продуктов, о т л:и ч аю шийся тем, что, с целью обеспечения максимальной производительности реактора при оптимальном рас- ходе реагентов за счет повышения точности регулирования, скорость вращения мешалки изменяют в зависимости от величины отношения производных от количества выделяющегося тепла в реакторе и количества отведенного тепла . иэ реактора по температуре в реакторе, при этом, количество выделившегося тепла определяют по концентрациям побочных продуктов в жидком и газовом продуктах, а количество отведенного тепла вычисляют по уровню реакционной массы, скорости вращения мешалки, перепаду температур на стенке реактора, температуре и расходу газового продук. та.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 525463, кл. В 01 J 1/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР
9 465215, кл. В 01 1 1/00, 1973.
764716
С ос та в и тель Т:. Чулк ов а
Техред Н.Варадулина Корректор С.Шекмар
Редактор О.Стенина
Тираж 809 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5
Заказ 6383/6
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4