Способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия

Способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАКИИ

ИЗО6РЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советснии

Социалистические

Республик (ii)889077 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 06.03.80 (21) 2891495/23-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 17 . 12. 81 (5l)M. Кл.

В Ol Г 7/00

G 05 g 27/00 государственный комитет

СССР во делом изобретений и открытий (53) УДК 66.012.52(088.8) А. Н. Алешин, В. И. Сахненко, В. Г. Зарембо-Рацевйч,-.

Ю. Н. Макаров, А. П. Таран, А. Ф. Гордин, В. И. Кондратенкв-,-..

И. N. Калашников и В. И. Сиренко (72) Авторы изобретения

Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог"

Ленинградского ордена Октябрьской Революции и ордена

Трудового Красного Знамени технологического.=института

/ им. Ленсовета и Краснодарский комбинат биохимических и витаминных препаратов им. Карла Маркса (71) Заявители (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к автомати зации 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 лакокрасочиой промышленности при производстве различных полупродуктов, лекарственных препаратов и пластических материалов..

Известен способ регулирования про цесса перемешивания в аппарате с мешалкой путем изменения скорости ее вращения 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 .(1) .

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 длитель" ности процесса.

Известен способ,, управления процессом перемешивания, в котором мощность, потребляемую двигателем мешалки, корректируют по вязкости реакционной массы 12) .

Недостатком этого способа является потребность в аналитическом приборе для измерения вязкости реакционной массы, отличающийся сложностью и обладающим более низкими надежностными характеристиками в сравнении с приборами для измерения температуры.

Известен также способ управления процессом перемешивания посредством использования нескольких разного типа, 889077

55 мешалок, когда вал одной мешалки соосен. с валом другой (3) .

Недостатком данного способа является низкая интенсивность перемешивания реакционной массы у стенки реактора, когда вязкость ее незначительна. Кроме того, наличие сальникового уплотнения, непосредственно контактируемого с реакционной массой, ограничивает область его применения, !О а соосность валов усложняет механику привода мешалок, отсутствует диапазон изменения значений вязкости или другого параметра, но которому регулируется соотношение скоростей вращения каж- !5 дой мешалки в отдельности.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому 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 длительности ведения процесса за счет интенсификации тепло- и массообмена.

Поставленная цель достигается тем, 35 что вязкость перемешиваемой среды контролируют по разности температуры, 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 укаэанной разности, скорость же вращения якорной мешалки стабилизируют на минимальном уровне, при значении разности температур боль45 ше заданного изменяют скорость вращения якорной мешалки в зависимости от указанной разности, скорость же вра- . щения пропеллерных мешалок стабили- . зируют на номинальном уровне, а момент окончания пропесса перемешивания определяют.при достижении указан" ной разностью температур установлен. ного значения.

На фиг. 1 представлен график зависимости изм"нения величины температурного перепада (ЬТ) от вязкости перемешиваемой среды (P) и скорости ф 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, чистая вода — кривая В на фиг. 1) . Между вязкостью перемешиваемой жидкости и величиной .температурного перепада, эамеряемого у стенки аппарата и по оси вала мешалки, существует определенная зависимость.

Величина температурного перепада может быть использована в качестве параметра, характеризующего переход процесса .в область предаварийных и аварийных режимов, так как при прекращении работы перемешивающих устройств (поломка мешалок, отключение подачи энергии) или черезмерном 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 цент" ру и двумя быстроходными пропеллерными мешалками 4. и 5, расположенными между валом и вертикальной частью лопасти якорной мешалки. Каждая мешалка снабжена индивидуальным электроприводом 6-8, а якорная, кроме того, редуктором 9. В днище аппарата 1 установлен клапан выгрузки 10. Загрузка исходных компонентов происходит через.штуцера 11 и 12. В рубашку аппарата по входному штуцеру 13 подается либо хладоагент, либо теплоноситель, который вытекает через выходной патрубок 14. Внутри реактора расположены два датчика температуры 15— у стенки аппарата 1 и 1б — по оси вала якорной мешалки 3. Прибор 17 служит для измерения величины температурного перепада. Блок 18 предназначен для определения величины откло нения температурного перепада от заданного значения. В блоке 19 происходит выработка командного сигнала для управления блоками переключения 20 и:

21. Величина задающих воздействий по значению температурного перепада для

5 выработки управляющего воздействия по изменению скорости вращения пропеллерных мешалок вырабатывается блоком переключения 20, а якорной мешалки — блоком переключения 21. Регулирование скорости вращения двигателей.мешалок осуществляется статическими преобразователями частоты 22 (дпя 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 переме20 шивающего устройства используют быст- . роходные пропеллерные мешалки 4 и 5.

При этом скорость их вращения меняют в функции текущего значения, величина температурного перепада и блок пе25 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 температурного перепада. При некотором их значении, когда эффективность работы пропеллерных мешалок 4 и 5 резко

40 падает, необходимо по сигналу от блока 18 и команде от блока 19 перейти на использование в качестве основного перемешивающего устройства якорной мешалки 3, а скорость вращения пропел45 лерных мешалок 4 и 5 установить постоянной, равной значениям в момент переключения режимов работы мешалок, или даже несколько снизить до .значения, равного номинальному (n„), 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, посту- пающего на вход регулирующего блока 23.

С увеличением значения этого парамет5 889077 ра скорость вращения якорной мешал ки 3 должна пропорционально уменьшаться, чтобы предотвратить поломку мешалки при.черезмерном загустевании реакционной массы. Поскольку величина температурного перепада характеризует и качество перемешивания и изменение физических свойств реакционной массы, то в случае его резкого увеличения можно зафиксировать появление аномальных отклонений в протекании процесса: прекращение ра" боты мешалок или черезмерное 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 РПД 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 к 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 -100) Па.с. В этих условиях в начале процесса, проводимого в РПД и РПНД, когда гязкость среды изменяется незначительно (1 ..10 -4) Па.с целесообразна использовать с наибольшей эффективностью скоростную мешалку (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 турбулизацин потока жидкости в аппарате и минимальному потреблению энергии, необходимой для работы якорной мешалки. Диаметральная установка двух пропеллерных мешалок способствует созданию более мощных осевых потоков жидкости в аппаратах большого объема. В дальнейшем, в резуль7 8890 тате изменения соотношения концентраций исходных компонентов и образующихся продуктов реакции, а также изменения свойств реакционной массы просходит существенное увеличение вязкости среды, при которой эффективность работы быстроходной мешалки резко падает. В этом случае скорость вращения тихоходной мешалки должйа быть повышена до значения, соответствующе- 1р го увеличению вязкости реакционной массы выше 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 снижения энергозатрат на перемешивание, уменьшена до номинального значения. Работа .быстроходной мешалки при номинальных или минймальпых 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 значением температуры среды у стенки аппарата и по оси вала тихоходной мешалки. Величи" на этого перепада определяется в основном значением вязкости среды и интенсивностью перемешивания. Потому при управлении процесс переме35 шивания в реакторах с мешалками це" лесообразно использовать в качестве задающего воздействия системы регули" рования скорости вращения каждой ме40 шалки величину температурного перепара.

Применение данного способа управления позволяет повысить эффективность перемешивания реакционной массы в РПЦ и РПНД и увеличить выход целе45 вого продукта за счет создания улучшенной гидродинамики потока в аппарате и существенно сократить длительность процесса в связи с обеспечением более интенсивного процесса теплообмена. Применительно к процессу нитрования пиридона, являющегося промежуточным продуктом синтеза дорогостоящего витамина ВБ, использование данного способа управления процессом перемешивания по воляет увеличить на 2-3Х 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 укаэанных факторов дает годовую экономию при синтезе витамина В порядка 100 тыс. руб. при era 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 повышения выхода целевого 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 темпе« ратур больше заданного изменяют ско" рость вращения якорной мешалки в зависимости от указанной разности, а скорость вращения пропеллерных мешалок стабилизируют на номинальном уровне, и момент окончания процесса перемешивания определяют при достижении указанной разностью температур установленного значения.

Источники информации, принятые во внимание при. экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 689713,.кл. В 01 Р 7/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

У 363678, кл, С 07 В Il/00, 1971.

3. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л., "Химия", 1975, с, 64.

4, Авторское свидетельство СССР

N 465215, кл. В Ol J l/00, 1973.

889077

Составитель Э. Склярский

Редактор Н. Горват Техред О.Легеза Корректор A- Дзятко

Заказ 10810/13 Тираж 581 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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