Способ автоматического управления химическим реактором для жидкофазных экзотермических процессов

Патент 865371

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В 01 J I/00

G 05 D 27/ОО

3Ъоудеротееиный комитет

СССР

«ю деиеи изобретеиий и открытий

Опубликовано 23. 09. 81. . бюллетень ph 35 (S3) Уд К 66. 012-.

-52(088 ° 8) fl,àòà опубликовании описания 25.09 .81

9 В

7 (72) Авторы изобретения

Г.Н.Балабанович, Н. Б. Евстигнеева и П, А. Обновленский;

Ленинградский ордена Октябрьской Рейрдюции и ордена

Трудового Красного Знамени технологический институт им.Ленсовет (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМ

РЕАКТОРОМ ДЛЯ ЖИДКОФАЗНЫХ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами химической технологии и может быть использовано также в нефтехимической и химико-фармацевтической промьппленностях.

Известен способ управления технологическим процессом путем изменения расходов реагентов в основном и вспомогательном аппаратах в завиI0 симости от выходного параметра вспомогательного аппарата с коррекцией по вь!ходному параметру основного ап-. парата (1 ).

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 первого реагента поступает в смеситель, куда поступает также прореагировавшая реакционная смесь

2 из реактора с избытком второго реагента. По тепловому эффекту, возникающему в смесителе, косвенно определяют величину отклонения молярного соотношения реагентов. В зависимости

f от величины этого отклонения производится регулирование расхода пер" вого реагента (2).

Однако известный способ не обеспечивает высокую точность и устойчивость процесса регулирования подавляющего большинства экзотермических реакций, поскольку применим только для быстропротекающих реакций (например, реакций типа нейтрализации), когда реакция полностью заканчивается в пределах реактора, т.е. осуществляется управление по существу не химической реакцией во времени, а стехиометрическим соотношением компонентов исходной реакционной смеси, что не является достаточным условием для получения заданного состава продук865371

50 тон реакции при регулировании больвЂ” шиистном экзотермических процессов.

Пель изобретения вЂ” получение продуктон реакции заданного состава за счет улучшения качества регулирова5 иия е

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу реакционную смесь ныходящую из реактора, подают н 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 н зависимости от величины отклонения изменяют расходы реагентов, катализатора, хладагента или температуру хладагента.

На фиг. 1 представлена структурная схема реализации способа управления химическим реактором; на фиг. 2. график зависимости регулируемого параметра Ь Т от соотношения расходов реагентов и = G )G, на фиг. 3 вЂ” характеристики работы системы управления при возмущении по каналу регулирования 6T=F (n= 61(5 ) (предлагаемы способ); на фиг. 4 вЂ” то же, по начальной концентрации С „, С (известный способ).

Схема для реализации способа содержит реактор I смешения с теплообменником, адиабатический микрореактор 2

gìåøåíèÿ 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 параметры процесса в реакторе, а именно, выходной расход G> концентрации компонентов С и темпе- 4

1 ратура Т реакционной массы, являются начальными для микрореактора, в котором выделяется некоторое количество теплоты за счет продолжающейся химической реакции. Перепад температур ЬТ на входе и выходе микрореактора определяется начальными условиями процесса для микрореактора и пропорционален скорости реакции в микрореакторе, отнесенной к единице s5 расхода G,ò.å. величине, равнозначной значению концентрации продуктон1 реакции. Следовательно, постоянство

5 Т обеспечивает и постоянство концентрации целевого продукта.

Исходя из условий теплового баланса в реакторе и микрореакторе, можно определить значение <Т 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 повышенной температуры и адиабатического режима все процессы, происходящие н нем протекают быстрее и зто позволяет обеспечить задаваемое преднарение при управлении процессом при любом изменении параметров в реакторе.

Способ осуществляется следующим образом.

Реагенты по линиям 9 и 10 поступают в реактор 1 смешения, откуда ревЂ” акционная смесь поступает в адиабатический микрореактор 2 смешения. В микрореакторе 2 реакционная смесь нагревается за счет продолжающейся химической реакции. Температуру реакционной смеси на входе и выходе микро7 реактора 2 измеряют с помощью термопар 3 и 4, выходные сигналы которых подают на элемент 5 сравнения, определяющий перепад температур ьТ. С элемента 5 сравнения сигнал подают на элемент 7 сравнения, определяющий отклонение перепада температур ЬT от заданного значения b.Т, 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, Сплсипной линией(фиг. 1) показан канал управления (расход хладг. агента СХд), остальные возможные каналы (расходов реагентов, катализатора, температуры хладагента) показаны пунктиром.

Вследствие невозможности получения аналитической зависимости регулируемого параметра b,Ò от регулирующих на фиг. 2 приведен один из графиков статических характеристик по разным каналам управления, полученный численным решением на ЭВ!1, например, по каналу,,соотношение расходов реагентов которого аТ =Р(п).

В переходных процессах (фиг. 3) при управлении ио предлагаемому спо865371 отсутствии математических моделей Й требует для расчета САУ минимального объема экспериментальных исследований. Для.многих процессов, термоди5 намические параметры которых имеются в справочниках, экспериментальные данные вообще не требуются; д) обладает простотой технической реализации на серийно выпускае10 мых элементах электропневмоавтоматики (за исключением микрореактора) и незначительными затратами.

Формула изобретения о собу величина возмущения по начальной концентрации первого реагента С о1 составляе. 25% от номинального значения. При изменении С „и СО увеличивается йТ, что вызывает в свою очее редь, уменьшение значения параметра

G4, который определяет параметр и, значение С возвр;щается к заданно 5

Му

В переходных процессах (фиг. 4) при возмущении по начальным концентрациям реагентов при управлении по известному способу путем стабилизации параметров Т и G" по С,.

С отрабатывают контур стабилиза- 15 ции температуры Т. Концентрация целевого продукта С> уменьшается при нарушении эквимолярного соотношения, так как скорость реакции уменьшается.

Предлагаемый способ управления 20 обеспечивает по сравнению с известными способами стабилизацию состава продуктов реакции и обладает следующими преимуществами:

a ) способ не требует применения 25 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 измерения расходов; все это позволит уменьшить капиталовления; б ) применим при любом гидродинамическом режиме реактора;

35 в ) способ обеспечивает постоянство скорости процесса, что позволяет рекомендовать его для потенциально опасных процессов (значительное

40 тепло- и газовыделения), что ведет к их интенсификации и снижению потенциальной опасности; г) применим для процессов с неизвестным механизмом реакции, при

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 це-.. левого продукта, и в зависимости от величины отклонения изменяют расходы реагентов, катализатора, хладагентаз или температуру хладагента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 340442, кл. В 01 F 3/08, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

У 226559, кл. В 01 J 1/00, 1967.

865371

С моль

Составитель Т. Чулкова

Редактор Н,Апьшина Техред М. Рейвес Корректор Г. Огар

Заказ 7922/12 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4