Устройство для регулирования температуры в химическом реакторе

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ХИМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ, содержащее теплообменник , циркуляционный насос, регулятор температуры и регулирующие клапаны на линиях подачи греющего пара и хладоагента, отличающееся тем, что, с целью повышения качества регулирования температуры, оно дополнительно содержит второй теплообменник , байпасную линию с регулирующим клапаном , два сумматора, включенных по схеме удвоения, блок селектирования, два инвертера , при этом первый выход регулятора температуры соединен с двумя плюсовыми входами первого сумматора, выход которого подключен к блоку селектирования и к регулирующим клапанам на линиях теплоносителя и хладоагента, поступающих во второй теплообменник, второй выход регулятора температуры через первый инвертор подключен к двум плюсовым входам второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока селектирования и вторым инвертором, второй инвертор связан с регулирующими клапанами на линиях тепло носителя и греющего пара, поступающих в первый теплообменник, а выход блока се (Л лектирования соединен с регулирующим клапаном на байпасной линии. со ГС 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„ЯЦ„„1119724 А

3(59 В 01 J 19 00 G 05 D 27/00; G 05 D 23/19

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3538961/23-26 (22) 11.01.83 (46) 23.10.84. Бюл. № 39 (72) Ю. Ф. Петров (71) Ордена Трудового Красного Знамени всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических смол (53) 66.0! 2-52 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 840840, кл. G 05 D 23/19, 1978.

2. Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов. М., «Химия», 1974, с. 260 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ХИМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ, содержащее теплообменник, циркуляционный насос, регулятор температуры и регулирующие клапаны на линиях подачи греющего пара и хладоагента, отличающееся тем, что, с целью повышения качества регулирования температуры, оно дополнительно содержит второй теплообменник, байпасную линию с регулирующим клапаном, два сумматора, включенных по схеме удвоения, блок селектирования, два инвертера, при этом первый выход регулятора температуры соединен с двумя плюсовыми входами первого сумматора, выход которого подключен к блоку селектирования и к регулирующим клапанам на линиях теплоносителя и хладоагента, поступающих во второй теплообменник, второй выход регулятора температуры через первый инвертор подключен к двум плюсовым входам второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока селектирования и вторым инвертором, второй инвертор связан с регулирующими клапанами на линиях тепло- д носителя и греющего пара, поступающих в первый теплообменник, а выход блока селектирования соединен с регулирующим клапаном на байпасной линии. С:

1119724

55

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования температуры, и может быть использовано, например, для регулирования температуры в химических реакторах.

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее датчик, регулятор тем пературы, циркуляционный насос, регулирующие клапаны на линиях впрыска горячего и холодного теплоносителя в циркуляционный трубопровод и отсечной клапан на.линии слива (1).

Недостатками данного устройства являются, во-первых, его неэкономичность, так как при впрыске происходит потеря выходящего из рубашки реактора теплоносителя и, во-вторых, низкое качество регулирования температуры из-за недостаточного смешения теплоносителя в рубашке реактора при прекращении его циркуляции во время впрыска одного из теплоносителей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство автоматического управления температурой теплоносителя, содержащее теплообменник, циркуляционный насос, регулятор температуры, регулирующие клапаны на линии подачи пара в теплообменник и на трубопроводе впрыска холодной воды в циркуляционный контур. За счет циркуляции теплоносителя устройство обеспечивает высокую скорость теплопередачи от рубашки к стенке реактора и минимальные потери теплоносителя. Устройство имеет хорошее быстродействие при охлаждении циркулирующего теплоносителя (2).

Недостатком известного устройства является то, что при нагревании теплоносителя оно не может обеспечить хорошее качество регулирования температуры из-за инерционности и нелинейности характеристик теплообменника. Кроме этого, устройство рассчитано на применение в качестве циркулирующего теплоносителя воды, что делает его непригодным при регулировании температуры теплоносителя свыше 120 С, так как давление воды в трубопроводе, как правило, менее 3 кгс/см .

Цель изобретения — повышение точности регулирования температуры и расширение диапазона применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее теплообменник, циркуляционный насос, регулятор температуры и регулирующие клапаны на линиях подачи греющего пара и хладоагента, дополнительно содержит второй теплообменник, байпасную линию с регулирующим клапаном, два сумматора, включенных по схеме удвоения, блок селектирования, два инвертера, при этом первый выход регулятора темпс ратуры соединен с двумя плюсовыми входами первого сумматора, выход которого подключен к блоку селектирования и к. регулирующим

35 ао

45 клапанам на линиях теплоносителя и хладоагента, поступающих во второй теплообменник, второй выход регулятора температуры через первый инвертор подключен к двум плюсовым входам второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока селектирования и вторым инвертором, второй инвертор связан регулирующими клапанами на линиях теплоносителя и греющего пара, поступающих в первый теплообменник, а выход блока селектирования соединен с регулирующим клапаном на байпасной линии.

На чертеже показана схема устройства для регулирования температуры теплоносителя.

Устройство содержит циркуляционный насос 1, первый теплообменник 2, в межтрубное пространство которого через регулирующий клапан 3 подается греющий пар, второй те тообменник 4, в межтрубное пространство которого через регулирующий клапан 5 подается хладоагент, термопару 6, регулятор 7 температуры, первый 8 и второй

9 сумматоры, первый 10 и второй 11 инверторы, блок 12 селектирования и регулирующие клапаны 13, 14 и 15, перепускающие теплоноситель соответственно через байпасную линию, первый и второй теплообменники.

Регулирующие клапаны 5 и 15 имеют исполнение «НО», а клапаны 3, 13 и 14 имеют исполнение «Н3». Устройство регулирует температур объекта 16. например химического реактора.

Алгоритм функционирования регулятора

7 температуры

Р, =К,(T — Т) +- P„(l) где Р, — выход регулятора, 0<Р -1;

К, — коэффициент усиления;

T, T — соответственно текущее и заданное значение температуры теплоносителя;

Р.— выход регу я ора при T=T>.

Алгоритм функционирования сумматоров

8 и 9

Р, =2Р, (2)

Р =2(1 — P,), (3) где Р», Р— выходы соответственно сумматоров8и9;

ОР, 1;

О Р

Алгоритм функционирования блока селектирования 12

P» = P, при P, Р„, (4), Р,,при Р à Р, Устройство работает следующим образом.

При увеличении температуры теплоно. сителя выше заданного значения выходной сигнал регулятора 7 уменьшается. Когда величина выходного сигнала регулятора станет меньше половины максимального значения, выходные сигналы сумматора 9 и

1119724

Составитель Т. Чулкова

Техред И. Верес Корректор M. Максимишинец

Редактор Н. Яцола

Заказ 7510/6

Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 инвертора 11 равны соответствено 1 и О.

Это приводит к тому, что регулирующий клапан 14 на линии теплоносителя к теплообменнику 2 и регулирующий клапан 3 на линии греющего пара закрыты. При этом выходной сигнал с сумматора 8 уменьшается и регулирующие клапаны 5 и 15 приоткрываются.

На входы блока 12 селектирования в этот момент поступают два сигнала: с сумматора 9 — равный единице, и с сумматора 8меньше единицы. Блок 12 селектирования в 10 соответствии с уравнением 4 пропускает сигнал с сумматора 8 и регулирующий клапан

13 на байпасной линии прикрывается. Причем соотношение потоков через байпасную линию и теплообменник 4 зависит от величины отклонения температуры от заданного значения. При уменьшении температуры теплоносителя выходной сигнал регулятора 7 увеличивается. Когда величина водного сигнала регулятора станет больше половины максимального значения, выходной сигнал с сумматора 8 становится равным единице и регулирующие клапаны 5 и 15 закрываются.

Теплоноситель перестает поступать к теплообменнику 4 и начинает перепускаться через теплообменник 2 и байпасную линию. С уме- 25 ньшением температуры теплоносителя выходные сигналы с инвертора 10 и сумматора

9 уменьшаются, а выходной сигнал с инвертора 11 увеличивается, открывая регулирующие клапаны 3 и 14. При этом через блок

12 селектирования проходит сигнал с сумма- З0 тора 9, уменьшая степень открытия регулирующего клапана на байпасной линии. Чем больше отклонилась темпетатура от заданного значения, тем больше теплоносителя перепускается через теплообменник 2. При дальнейшем уменьшении температуры теплоносителя выходной сигнал с регулятора 7 становится равным единице. Соответственно. выходные сигналы блоков 8 и Гl равны единице, а блоков 9, 10 и 12 равны О. Это приводит к тому, что клапаны 5, 13 и 15 40 закрыты, а клапаны 3 и 14 открыты и теплоноситель полностью перепускается через теплообмениик 2 при открытом клапане 3 на линии греющего пара.

Таким образом, клапан 13 на байпаснОй 45 линии работает попеременно с клапаном 14 или 15 в зависимости от выходного сигнала регулятора 7.

В .некоторых случаях, например при выводе экзотермического реактора на заданный режим за счет тепла химической реакции, 50 требует обеспечить отсутствие у циркули-, рующего теплоносителя внешнего теплообмена. Такое действие достигается в предлагаемом устройстве за счет полного перепускания теплоносителя по байпасной линии.

Выход под сигнал регулятора температуры 7 в этом случае равен половине максимального значения, т.е. равен 0,5. Выходные сигналы сумматоров 8 и 9 равны единице, а выход инвертора 11 равен нулю. Это приводит к тому, что все клапаны, стоящие как на линиях теплоносителя, идущих к теплообменникам, так и на линиях греющего пара и хладоагента, закрыты, а клапан, стоящий на байпасной линии, открыт. Этим самым достигается перепускание теплоносителя по байпасной линии при полном отключении обоих теплообменников.

Предлагаемое устройство обеспечивает регулирование температуры за счет управления соотношением потоков теплоносителя между байпасной линией и соответствующим теплообменником при полностью отключенном втором теплообменнике, что обеспечивает более качественное регулирование температуры теплоносителя, как в стационарном, так и в переходном режимах. Улучшаются статические характеристики системы, так как зависимость температуры теплоносителя от управляющего сигнала с регулятора имеет практически линейный характер. Повышается быстродействие системы, так как из цепи регулирования исклк>чается теплообменник, обладающий значительной инерционностью. Это важно при применении устройства для регулирования температуры в экзотермических реакторах периодического действия, которые обладают неустойчивостью и нестационарностью.

Поэтому быстродействие устройства автоматического управления температурой теплоносителя имеет определяющее для них значение, как с точки зрения качества регулирования температуры в реакторе, так и для обеспечения безопасности их работы. Параллельная работа одного из теплообменников с байпасной линией с автоматическим отклонением второго теплообменника делает устройство экономичным, так как, во-первых, теплоноситель второго теплообменника отключается и, во-вторых, при переходе с режима нагрева на режим охлаждения не требуются дополнительные затраты хладоагента на охлаждение теплообменника-подогревателя.

Предлагаемое устройство имеет широкий диапазон применения по температуре теплоносителя, так как в качестве последнего могут применяться жидкости, имеющие высокую температуру кипения.