Устройство для регулирования температуры в реакторе полунепрерывного действия

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой задатчики параметра , первый датчик температуры, расположенный в реакторе, первый регулятор , связанный вторым входом с первым задатчиком, и клапан подачи хладагента, установленный на входном трубопроводе рубашки охлаждения, а также второй и третий датчики температуры , расположенные соответственно на входном и выходном трубопроводах рубашки охлаждения, второй регулятор, соединенный первым входом с первым датчиком температуры, а вторым - с вторым задатчиком, исполнительный элемент на линии подачи реагента, отличающееся тем, что, с цел1) повышения точности устройства, оно содержит первый и второй элементы сравнения, включенные последовательно-элемент И, релейный элемент, третий регулятор и сумматор, выход которого соединен с исполнительным элементом на линии подачи реагента, а второй вход - с выходом второго регулятора, третий и четвертый задатчики пара ,метра подключены соответственно к второму и третьему входам релейно (Л го элемента, пятый задатчик параметра подключен к первому входу перС вого элемента сравнения, соединенного вторым входом с вторым и третьим а s .;датчиками температуры, а выходом - ; т с nepHbJM входом элемента И, свя- , О Ol занного вторым входом с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого подключен к шестому задат01 чику параметра, а второй - к первому о , датчику температуры, причем второй вход третьего регулятора соединен с третьим датчиком температуры.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1051507

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

F

H ABTQPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Г1О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3221198/18-24 (22)17.12.80 (46) 30.10.83, Бюл. Р 40 (72) В.А.Лукашин, В.Г.Бондаренко и В.Т.Жилеев (53) 621.555.6(088,8) (56) 1. Эрриот П. Регулирование производственных процессов. М., "Энергия", 1967, с. 209, 414.

2. Авторское свидетельство СССР

У 539958, кл. В О1 J !/00, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

119 332852, кл. В 01 J 1/00, !970 (прототип) ° (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой задатчики парамет ра, первый датчик температуры, расположенный в реакторе, первый регулятор, связанный вторым входом с первым задатчиком, и клапан подачи хладагента, установленный на входном трубопроводе рубашки охлаждения, а также второй и третий датчики температуры, расположенные соответственно на входном и выходном трубопроводах рубашки охлаждения, второй регулятор, соединенный первым входом с первым датчиком температуры, а вторым — с вторым задатчиком, исполнительный элемент на линии подачи реагента, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первый и второй элементй сравнения, включенные последовательно элемент

И, релейный элемент, третий регулятор и сумматор, выход которого соединен с исполнительным элементом на линии подачи реагента, а второй вход — с выходом второго регулятора, третий и четвертый задатчики пара,метра подклю;ены соответственно к второму и третьему входам релейного элемента, пятый задатчик параметра подключен к первому входу первого элемента сравнения, соединенного вторым входом с вторым и третьим . датчиками температуры, а выходомс первым входом элемента И, свя.занного вторым входом с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого подключен к шестому задатчику параметра, а второй — к первому, датчику температуры, причем второй вход .третьего регулятора соединен с третьим датчиком температуры. OS>SO7

5 I0

l5

Изобретение относится к автоматизации процессов химической технологии, в частности к устройствам автоматического регулирования температуры в реакторах полунепрерывного действия, и может быть использовано

8 химической, химико-фармацевтической, лакокрасочной и нефтехимическ ой промышленностях.

Известны устройства для автоматического регулирования температуры в реакторах по отклонению текущего значения температуры от заданного путем изменения хладопроизводительности,! ) в зависимости от отношения величины температурного перепада на стенке реактора к температурному перепаду на входе хладагента в рубашку и выходе его из нее $ 2 J.

Однако указанные устройства имеют низкую точность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .способ автоматического регулирования процесса йитрования путем регулирования давления в нитраторе воз.— действием на подачу нитрующего аген .та и хладагента с коррекцией по тем пер атур е реакционной массы j 3 ).

Недостатком известного способа янллетсл низкое качество регулирования, которое может привести к недопустимому росту температуры и давления в реакторе. Кроме того, в полунепрерывных процессах очень часто происходит изменение величины теплоотвода из-за увеличения вязкости реакционной массы, что также приводит к ухудшению качества регулирования. Исполнительные устройства на линии подачи реагента при работе в аналоговом режиме на малых расходах (20 л/ч) часто засоряются из-за малой величины проходного сечения, что вообще выводит всю систему регулирования из строя . и может привести к аварии, Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры в реакторе полунепрерывного действия, содержащее первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой задатчики параметра, первый датчик температуры, расположенный в реакторе, первый регулятор, связанный вторым входом с первым задатчиком,и клапан подачи хладагента, установленный на.входном трубопроводе рубашки охлаждения, а также второй и третий датчики температуры, расположенные на входном и выходном трубопроводах рубашки охлаждения соответственно, второй регулятор, соединенный первым вхо-. дом с первым датчиком температуры, а вторым — с вторым задатчиком, исполнительный элемент на линии подачи реагента, введены первый и второй элементы сравнения, включенные последовательно логический элемент И, релейный элемент, третий регулятор и сумматор, выход которого соединен через импульсный преобразователь с исполнительным элементом на. линии подачи реагента, а второй вход — с выходом в торого регулятора, третий и четвертый задатчики параметра подключены соответственно к второму и третьему входам релейного элемента, пятый задатчик параметра подключен к первому входу первого элемента сравнения, соединенного вторым входом с вторым и третьим датчиками температуры, а выходом — с первым входом элемента И, связанного вторым входом с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого подключен к шестому задатчику параметра, а второй — к первому датчику температуры, причем второй вход третьего регулятора соединен с третьим датчиком температуры.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Сигнал по расходу реагента формируют двумя регуляторами по температуре в реакторе и по температуре хладагента на выходе из рубашки реактора, Задание на регуляторе в реакторе при этом остается постоянным, а на регуляторе температуры хладагента изменяется в зависимости от величины температуры в реакторе и перепада температуры хладагента на входе и выходе из рубашки. Аналоговый сигнал по расходу реагента подают в импульсный преобразователь и преобразуют в импульсный сигнал, параметры которого (частота, .скважность )зависят от величины входного сигнала.

Температура хладагента на выходе из рубашки реактора является важным параметром, определяющим условия проведения процесса. Ее величина определяется с одной стороны -параметg» F +

Р" 1 F++C ÄCÄÄ

15 — коэффициент теплопередачи; — поверхность теплообмена; температура реакционной массы;

6М - массовый расход дагента: 20

СК вЂ” теплоемкость хладагента; т — температура хладагента на входе в рубашку.

Как следует из практики, изменение температуры хладагента в рубашке приводит к изменению времени, подачи реагента в реактор до 2-3 раз. Поэтому введение температуры хладагента в контур управления является весьма целесообразным и позволяет вовре30 мя реагировать на значительные изменения температуры и расхода хладагента на входе в рубашку, Кратковременные, незначительные изменения параметров хладагента вследствие инерционности объекта регулирования, не приводящие к изменению температуры в рубашке, не повлияют при этом и на подачу реагента.

На температуру в рубашке влияет коэффициент теплопередачи от реак40 ционной массы к хладагенту. Зто приводит к тому, что при увеличении вязкости реакционной массы, которая наблюдается во многих полунепрерывных процессах необходимо уменьшать температуру в рубашке, т.е. уменьшать задание регулятору температуры хладагента на выходе из рубашки.

Если задание регулятору хладагента не уменьшить, то вся система управления может потерять устойчивость, так как в этом случае при росте температуры в реакторе регулятор может выдавать сигнал на увеличение подачи реагента из-за того, что температура хладагента в рубашке упала.

Для изменения задания регулятору используется косвенный параметр где

Т

3 10515 рами хладагента 1,температурой на входе в рубашку, величиной расхода) с другой стороны она зависит от величины теплового потока со стороны реакционной массы, т.е. от ее тем, 5 пературы, коэффициента теплопередачи от реакционной массы к хладагенту.

;Иеходя из равенства количества тепла, передаваемого от реакционной массы, и тепла, отводимого с хладагентом, 10 можно получить следующее выражение для температуры на выходе из рубашки!

07 4 перепад температуры хладагента на входе и выходе из рубашки. Количество тепла, отводимое хладагентом, определяется выражением

0 6 С (Т „ -Т „), (2) откуда видно, что при уменьшении теплового потока Q< co стороны реакционной массы перепад температуры хладагента на входе в рубашку и выходе из нее тоже должен уменьшиться при постоянстве расхода хладагента. Однако при изменении расхода хладагента, а также во время различных переходных режимов перепад температуры хладагента также может уменьшаться, поэтому данное условие не является достаточным для изменения задания регулятору. Наряду с перепадом температуры хладагента используется второй параметр — температура в реакторе, и условие на переключение задания формируется в виде (Т,„, Т,„<дт ) Л (т Ъ Т,.), т.е., если температура в реакторе растет и достигает значения т, и вместе с этим перепад температуры х дагента у еньшается до дт9, мо в этом случае формируется сигнал на переключение уменьшенной уставки задания.

Перевод, исполнительного устройства на линии подачи реагента в импульсный режим работы достигается использованием управляемого импульсного преобразователя. В импульсном режиме исполнительное устройство работает без малых проходных сечений, что предотвращает его засорение.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит реактор 1 полунепрерывного действия, рубашку

2 охлаждения, мешалку 3, исполнительный элемент 4 на линии подачи реагента, клапан 5 подачи хладагента, первый-.6, второй 7 и третий 8 датчики температуры, первый 9, второй 10 и третий 11 регуляторы, релейный элемент !2, сумматор 13, первый задатчик 14.параметра и импульсный преобразователь 15, первый 16 и второй 17 элементы сравнения, логический элемент И 18, второй 19, третий 20, четвертый 21, пятый 22 и шестой 23 задатчики параметра.

Регулирование температуры осуществляется следующим образом.

3 !05!

Температура в реакторе l замеряется датчиком 6 и регулируется регулятором 9, который управляет клапаном 5 на линии подачи хладагента в рубашку, и регулятором 10, сигнал от которого поступает на сумматор

l3, импульсный преобразователь 15 и исполнительный элемент 4. Температура хладагента на выходе иэ рубашки замеряется датчиком 8 н ре- 10 гулнруется регулятором ll, сигнал от которого поступает также на сумматор 13. Перепад температуры хладагента на входе и выходе из рубашки измеряется датчиками 7 и 8 и пода,, ется- иа первый вход элемента 16, на ,второй вход которого подается сигнал .задатчина 22. Сигнал с датчика 6 тем,;пературы в реакторе йоступает на пер-

;вый вход. элемента 17, на второй вход ,которого подается сигнал с задатчика ,23. Сигналы с элементов 16 и 17 через элемент 18 поступают на первый вход релейного элемента 12, на второй и ,третий входы которого подаются сигнй 2 лы от эадатчиков 20 и 21 соответствен,но, а с выхода которого сигнал поступает на первый вход регулятора 11.

На стадии подачи реагента в реактор регулирование температуры осу.ществляется регуляторами 10 и ll .путем изменения расхода реагента. ,Клапан 5 подачи хладагента при этом полностью открыт, что позволяет про,водить процесс при максимальной величине теплосъема. Температура в

507 б реакторе поддерживается на уровне Т .

На стадии выдержки реакционной массы, а также на стадии подачи реагента, когда температура в реакторе опускается до величины Т1, регулирование температуры осуществляется регулятором 9 путем изменения подачи хладагента, что предотвращает. пере,охлаждение реактора.

Если температура s реакторе находится в допустимом диапазоне, то с логического элемента И 18 на управляющий вход релейного элемента поступает нулевой сигнал, и на задающий вход регулятора ll подается задание Т„, Если же температура в реакторе начинает расти и достига,ет значения Т 7i + а перепад температуры хладагента. уменьшается и становится ТЭ, то на выходе ло,гического элемента И !8 сигнал становится равньни "!", релейный блок

12 переключается, и на задающий вход регулятора ll подается задание и

Тх(ТХ

Распрос т ранениос ть полунепрерывных процессов, проводимых в реакторах с мешалкой и рубашкой охлаждения, а также большая актуальность проблемы обеспечения безаварийности проведения таких процессов, предопределяют использование предлагаемого устройства в процессах нитрования, сульфирования, хлорирования, производства метилурацила, этамида

H др °

1051507

Составитель А.Зарубин

Редактор Н.Стащиаина Техред И.Метелева Корректор А.Ференц

Заказ 8665/47 . Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4