Устройство для автоматического управления процессом полимеризации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ , содержащее датчики расхода исходной реакционной смеси и компонентов катализатора, регуляторы и исполнительные механизма на трубопроводах для подачи компонентов катализатора и реакционной смеси в первый реактор полимерйзационной батареи, а также капиллярный вискоздметр постоянного расхода,установленный после первого реактора и снабженный дифманометрическими преобразователями, соединенными с регуляторами подачи компонентов катализатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности автоматического ;регулирования вязкости по Муни и пластичности полимера, оно снабжено капиллярными вискозиметрами постоянного расхода после второго и последнего реакторов с дифманометрическими преобразователями, сумматорами, соединенными с дифманометрическими преобразователями вискозиметров после первого и второго реакторов соответственно , управляющим блоком, выход которого соединен с регулятсэрами расхода компонентов катализатора, а вход - с сумматором и дифманометрическим преобразователем вискозиметра на выходе первого реактора, -блоком коррекции, выход которого соединен с управляющим блоком, а вход S с сумматором и дифманометрическим преобразователем вискозиметра после второго реактора, и блоком определения качественных показателей полимеризата , выход которого соединен с С блоком коррекции, а вход - с дифманометрическими преобразователями эискозиметра после последнего реактера, причем вискозиметры после первого и второго реакторов состоят из первичных преобразователей абсолютной оо и эффективней вязкости, а вискози метр после последнего реактора 4ib из двухПервичных преобразователей 4 абсолютной вязкости. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН з(51) С 08 F 2/00; С 0 0

1;:ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2673825/23-05 (22) 06.10.78 (46) 23 04 83. Бюл. Р 15 (72) В. Ф. Поплавский, Ф. И. Чирский, Е. П. Пистун, М. П. Кулик, P. К. Габбасов, A. Н. Круглов, С. А ° Сидоров и В. A. Якунин (53) 66.012-52(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство С "СР

Р 488194, кл. G 05 0 21/00, 1974.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 442186, кл. С 08 F 2/00, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

9 504788, кл. С 08 F 2/00, 1973 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ, содержащее датчики расхода исходной реакционной смеси и компонентов катализатора, регуляторы и исполнительные механизмы на трубо-проводах для подачи компонентов катализатора и реакционной смеси в первый реактор полимеризационной батареи, а также капиллярный вискоэиметр по- . стоянного расхода, установленный после первого реактора и снабженный дифманометрическими преобразователями, соединенными с регуляторами подачи компонентов катализатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности автоматического

„„SU„„1013448 А регулирования вязкости по Муни и пластичности полимера, оно снабжено капиллярными вискозиметрами постоянного расхода после второго и последнего реакторов с дифманометрическими преобразователями, сумматорами, соединенными с дифманометрическими .Преобразователями вискозиметров после первого и второго реакторов соответственно, управляющим блоком, выход ко- торого соединен с регуляторами расхода компонентов катализатора, а вход — с сумматором и дифманометрическим преобразователем вискозимет ра на выходе первого реактора, блоком коррекции, выход которого соединен с управляющим блоком, а вход — Е

С2. с сумматором и дифманометрическим преобразователем вискозиметра после второго реактора, и блоком определения качественных показателей полимеризата, выход которого соединен с блоком коррекции, а вход — с дифманометрическими преобразователями Вискозиметра после последнего реактора, / причем вискозиметры после первого и второго реакторов состоят из первичных преобразователей абсолютной и зффективн@й вязкости, а вискоэи-. метр после последнего реактора— из двух первичных преобразователей абсолютной вязкости.

1013448 подачи второго компонента каталити1 ческого комплекса.

Наиболее близким по технической сущности и базовым объектом к предлагаемому является устройство для автоматического управления процессом полимеризации, содержащее датчики (расхода исходной реакционной смеси и компонентов катализатора, регуляторы и исполнительные механизмы на Ю трубопроводах для подачи компонентов катализатора и реакционной смеси в первый реактор полимеризации батареи, а также капиллярный вискоэиметр постоянного расхода, установленный после первого реактора и снабженный дифманометрическими преобразователями, соединенными с регуляторами подачи компонентов катализатора Г 3 ).

Недостатком известного устройства является низкая точность автоматического регулирования вязкости по

Муни и пластичности полимера, так как устройство не предусматривает измерение и стабилизацию динамической вязкости полимеризата и концентрации полимера в растворе. В устройстве измеряют эффективную вязкость полимериэата при двух (или более) скоростях сдвига, на которые влияют как молекулярный нес, так и концент- рация .полимера в растворе.

Целью изобретения является повышение точности автоматического регу5 лирования вязкости по Муни и пластичности полимера.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического управления процессом полимеризации, содержащее датчики исходной реак-;, ционной смеси и компонентов катализатора, регуляторы и исполнительные механизма на трубопроводах для подачи компонентов катализатора и ре акционной смеси в первый реактор полимеризациониой батареи, а также капиллярный нискозиметр постоянного расхода, установленный после первого реактора и снабженный дифманометрическими,преобразователями, соединенными с регуляторами подачи компонентов катализатора, дополнительно снабжено капиллярными вискозиметрами постоянного расхода после второго и последнего реакторов с дифманометрическими преобразователями, сумматорами, соединенными с дифманометрическими преобразователями вискозиметров после первого и второго реакторов соответственно, управляющим

О - бпьком, выход которого соединен с регуляторами расхода компонентон каИзобретение относится к устройствам для автоматического управления процессом полимеризации и может найти применение в химической и нефтехимической промышленности при полу- чении синтетических каучуков.

Известно устройство для автоматического.управления процессом полимеризации, содержащее датчики расхода реакционной массы, блок определения скорости реакции, соединенный с датчиками расхода, датчик температуры в реакторе и блок сраннения, связанный выходом с первым входом регулятора расхода, второй вход и выход которого подключены соответ- >5 ственно к датчику расхода и исполнительному элементу на линии подачи катализатора в реактор, датчики температуры и давления на трубопроводе для подачи мономера в реактор, дат 2Î чик давления в реакторе и блок коррекции, выход которого соединен с входом блока сравнения, а пять его входов подключены соответственно .к выходу блока определения скорости 25 реакции, к датчикам температуры и давления на трубопроноде для подачи мономера в реактор и к датчикам температуры и давления в реакторе 51J.

Недостатком Известного устройства gg является недостаточная точность автоматического регулирования вязкости и пластичности полимера, так как в устройстве не предусмотрен замер вязкости реакционной смеси, а также других промежуточных параметров IIpoцесса полимеризации, проводимого н каскаде реакторон. (Известно также устройство для автоматического управления процес- 4 сом полимеризации, содержащее датчики расхода шихты в первый и второй реакторы полимеризационной батареи, . соответствующие регуляторы и исполнительные механизма, контуры стаби- 4 лизации расходов компонентов каталитического комплекса, датчики вязкости по Муни, установленные после пер.вого, третьего и пятого реакторов батареи, .которые связаны через регуляторы, выдающие рекомендуемые значения вязкости по Муни после пятого и третьего реакторов, с регуля тором стабилизации вязкости по Муни после первого реактора (23.

Йедостатком известного устройства является низкая точность автоматического регулиронания вязкости по Муни, полимера, так как датчик вязкости по

Муни установлен после третьего реак- 6 тора, и то время как шихта поступает на вход первого и второго реакторов, что значительно.увеличивает запаздывание. Не предусмотрена также возможность автоматического измерения тализатора, а вход - с сумматором и дифманометрическим преобраэователем вискозиметра на выходе первого реактора, блоком коррекции, выход.1013448 которого соединен с управляющим блоком, à вход — c,сумматором и дифманометрическим преобразователем вискозиметра после второго реактора, и блоком определения качественных показателей полимеризата, выход которого соединен с бябком коррекции, а. вход — с дифманометрическими преобразователями вискозиметра после последнего реактора, причем вискоэиЬюетры после первого и второго реакторов состоят из первичных преобразователей абсолютной и эффективной вязкости, а вискоэиметр после последнего реактора - из двух первичных преобразователей абсолютной вязкости.

На чертеже изображена принципи-альная схема устройства.

На схеме показана полимеризационная батарея, состоящая иэ пяти последовательно соединенных реакторов:

1-5 . В первый реактор 1 поступает исходная реакционная смесь и компоненты катализатора. Часть исходной реакционной смеси (до 40%) подается во второй реактор 2. Устройство для автоматического управления процессом полимеризации содержит датчик

6 расхода исходной реакционной смеси в первый реактор 1, регулятор 7 расхода, клапан 8 на трубопроводе для подачи исходной реакционной смеси в первый реактор 1 датчик 9 расхода исходной реакционной смеси во второй реактор 2, регулятор 10 расхода, клапан 11 на труббпроводе для подачи реакционной смеси во второй реактор 2, два койтура стабилизации расхода компонентов каталитического комплекса в первый по ходу процесса реактор 1, включающие в себя датчик

12 расхода, регулятор 13, клапан 14 на трубопроводе для подачи первого компонента катализатора и датчик

15 расхода, регулятор 16 и клапан 17 на трубопроводе для.подачи второго компонента катализатора. После пер" вого полимеризационного реактора 1 установуен капиллярный .вискозиметр с задачником 18 постоянного расхода, причем капиллярный вискоэиметр включает входную 19 и выходную 20 камеры, межкапиллярные камеры 21 и. 22, а также короткие 23 и 24, и длинные

25 и 26 капилляры с противоположным расположением длинных и коротких капилляров в параллельном соединении, пар длинных и,коротких капилляров одинакового внутреннего диаметра.

К межканиллярным камерам 21 и 22 подключен дифманометрический преобразователь 27, а к межкапиллярной камере 22 и выходной камере 20 под-. ключен дифманометрический преобразЬватель 28, Выходы дифманометрических преобразователей 27 и 28 подключены

10 установлены также капиллярный вискозиметр, содержащий эадатчик 31 постоянного расхода, входную 32 и вы-.... жодную 33 камеры, короткие 34,35 и

15 длинные 36, 37 капилляры, соединенные при помощи межкапиллярных камер

38 и 39 в мостовую схему с противо-. положным расположением длинных и коротких капилляров одинакового внутреннего диаметра. К межкапилляр-.. ным камерам 38 и 39 подключен дифманометрический преобразователь 40, а к межкапиллярной камере 39 и выходной камере 33 подключен дифмаио-. метрический преобразователь 41. Вы= ходы дифманометрических преобразователей 40.и 41 подключены к сумматору 42, выход которого подключен к блоку 43 коррекции, куда подключен. также выход дифманометрического преобразователя 40.

Мостовая схема включения капил35

60 к сумматору 29, а выходы сумматора

29 и дифманометрическото преобразователя 27 подключены к управляющему блоку 30 расчета и выдачи управляюще-го воздействия, к которому подклю" чены датчик 15 расхода второго компонента катализатора, датчик 12 расхо-. да первого компонента катализатора, датчик 6 и 9 расхода исходной реакционной смеси в полимериэационные реакторы 1 и 2. После реактора 2 ляров одинакового внутренйего диаметра, но различной длины. с противоположным расположением длинных и коротких капйлляров обеспечивает измерение абсолютной вязкости (перепад давления в межкапиллярных камерах), и одновременно измерение эффективной вязкости, пропорциональной рере паду давления на капилляре..

Таким образом, мостовые схемы капиллярных вискозиметров, установленных после первого реактора 1 и второго. реактора 2, содержат .по одному первичному преобразователю абсолютной вязкости и по одному первичному преобразователю эффективной вязкости.

Разность этих вязкостей, измеренных при одной и той же скорости сдвига, пропорциональна концентрации полимера в растворе.

Предлагаемое устройство для автоматического управления процессом полимеризации содержит также капиллярный вискозиметр, установленный после последнего реактора 5 полимеризаци-., онной батареи. Вискоэиметр включает в-себя эадатчик 44 постоянного расхода, входную 45 и выходную 46 камеры, межкапиллярные камеры 47-51, длинные капилляры 52, 53 и короткие капилляры 54, 55 большего диаметра, .длинные капилляры 56, 57 и короткие капилляры 58, 59 меньшего диаметра.

1013448

1 тн

,q=(q,+@q), +к,(с„-с, ) е

1Н 2н. (c„-с, )® " 60

К межкапиллярным камерам 47 и 48 подключен дифманометрический преобразователь 60, а к межкапиллярным камерам 50, 51 подключен дифманометрический преобразователь 61. Выходы дифманометрических преобразователей

60 и 61 подключены к блоку 62 определения качественных показателей полимеризата. Выход блока 62 определения качественных показателей соединен с блоком 43 коррекции. Вискозиметр, установленный после последнего реактора 5, представляет собой два первичных преобразователи абсолютной вязкости, работающих при двух различных скоростях сдвига. 15

Устройство для автоматического управления процессом полимеризации работает следующим образом.

В нормальных условиях 60% исходной реакционной смеси поступает в 20 первый реактор 1, а 40% этой же смеси поступает во второй реактор 2.

Компоненты каталитического комплекса в расчете на весь манометр .поступают в первый реактор 1 полимериза- I 25 ционной батареи. Задатчик 18 постоянного расхода капиллярного вискоэиметра, установленного после реактора 1, подает полимериэат в систему капилляров, где определяется абсолютная и эффективная вязкость полимеризата при одной и той же скорости сдвига. Выходной сигнал дифманометрического преобразователя 27 (ь ) пропорционален величине абсолютной

1 вязкости, а выходной сигнал дифма-. нометрического преобразователя 28 (з, ) пропорционален величине эффективной вязкос.ти. Сумматор 29 определяет разность между этими величинами (с.,), которая, как показали 40 многочисленные исследования, пропорциональна содержанию полимера в растворе.

Информация о величине абсолютной вязкости полимеризата и содержании .45 .полимера в нем, а также о величине расхода исходной реакционной смеси в. реакторы 1 и 2 от их датчиков 6 и 9 и величине расхода компонентов каталитического комплекса от датчиков 12 и 15 поступает на управляющий блок 30 определения и выдачи управляющих воздействий. В блоке 30 определяется йеобходимый расход компонентов каталитического комплекса.

rae G > ° G«

Сан - начальное значение расходов компонентов после реактора 1; сигнал от сумматора

29, пропорциональный концентрации полимера после реактора 1 ; сигнал от дифманометрического преобразователя 27, пропорциональный абсолютной вязкости полимеризата после реактора 1; постоянные коэффициенты.

К. -К, -/ „+К (М-М )t K (М-М )g<

2э 23н " (C )+" (C -g )gg о

9(< с1 )

13 1зн 2 ДЗ

Выходные сигналы блока 30 поступают в камеры задания регуляторов

13 и 16 расхода компонентов катализатора.

Таким образом, на выходе реактора 1 получают полимериэат с заданными значениями абсолютной вязкости и концентрации полимера, что обеспе-! чивает получение готового продукта ,с заранее опРеделенными качествен;ными показателями и свойствами.

Капиллярный вискоэиметр, установ.ленный после реактора 2, определяет абсолютную вязкость полимеризата на выходе из реактора.

В этом реакторе:вступает в реакцию вся исходная шихта. Выходные сигналы дифманометрического преобразователя 40 (Р- ) и сумматора 42 (C ) поступают на блок 43 коррекции.

Блок 43 связан также с блоком 62 определения качественных показателей, на вход которого поступают сигналы от дифманометрических преобразователей 60 и 61, выходные сигналы которых пропорциональны величинам абсолютной вязкости полимеризата при двух различных скоростях сдвига.

Блок 43 коррекции на основании информации о качественных показателях, а также о величинах абсолютной вязкости полимеризата и концентрации полимера в растворе после реак,тора 2 определяет величины заданных значений абсолютной вязкости полимеризата и концентрации полимера в полимеризате после реакторов 1 и 2, -013448

0 где цд i p .. ipse - начальное, задан- 5

2 ное и текущее значения сигнала от дифманометрического. преобразователя

27, пропорциональ- 10 ного абсолютной вязкости полимеризата после первого реактора 1) р. р., >а -: начальное, заданное 15 и текущее значения сигнала от дифманометрического преобразователя 40, пропорционального 2у) абсолютной вязкости полимеризата после второго реактора 2) Се Сиэ Сг р „- значение сигнала от дифманометрического преобразователя 61.

Исгытания предложенного устройства прсшли успешно. Оно показало хорсиаие эксплуатационные характеристики. Значительно повышается точность регулирования по сравнению с контрольной батареей, которая управлялась существующими средствами. Повышение точности автоматического регулирова-ния вязкости по Иуни и пластичности

-полимера обеспечило воэможность проведения процесса в условиях, близких к оптимальным. При этом расход первого компонента катализатора для получения одной тонны полимера уменьшился с 2,7 кг до .2,5- кг,,а расход мономера для получения

1 т .полимера снизился с 1020 кг до 1019,5 кг. начальное, заданное и текущее значения сигнала от сумматора 42, пропорционального концентрации полимера в полимеризате пос- 40 ле второго реактора 2;

Стз, Cg

К, КБ, К,, Кв

9 10 3

- начальное, заданноее и текущее значения сигнала от . сумматора 29,. про« порционального кон-центрации полимера 30 в полимеризате после первого реактора 1; . постоянные коэффи-. циенты; текущее и заданное 45 значения вязкости . по Иуни полимера на выходе полимеРизационной батареи, .

C r п3 — текущее и задан-, ное значения концентрации полимера в полимериэате на выходе,полимеризационной батареи. .Вязкость по Иуни и концентрация полимера в полищериэате определяются в блоке 62 по следующим зависимостями !

1 И Я - ЬО Ъ (С -3 Ь ЬР + Ь Ь ЛР +Ь, где а a, a 9 — постоянные козф

В „, в2у въ фициенты/

Р - значение сигнала от дифманометрического преобразователя бО /

1013448

Составитель В. Иувалов

Редактор Г. Волкова Техред N. Коштура Корректор О. Билак

Заказ 2936/32 Тираж 492 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дедам изобретений и открытий

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

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