Способ автоматической защиты процесса жидкофазного окисления изопропилового спирта

 

Изобретение относится к способу автоматической защиты процесса жидко фазного окисления изопропилового спирта, может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности и позволяет повысить быстродействие и надежность защиты. Способ реализуется системой автоматического регулирования (САР), включающей в себя контур регулирования подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата из теплообменника в зависимости от значения показателя аварийной ситуации (ПАС) (при достижении его второго граничного значе- . ния): клапан 10 подачи пара, клапан 11 вывода конденсата, вычислительный блок 15. САР включает в себя контур регулирования подачи дистиллированной воды в зависимости от температу- ffmjtodflmuu газ а 1О (Л (jO о 00 ю ел

С(Ж) 3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

РЛ Гii г " P

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фазного окисления изопропилового спирта, может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности и позволяет повысить быстродействие и надежность защиты, Способ реализуется системой автоматического регулирования (CAP), включающей в себя контур регулирования подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата из теплообменника в зависимости от значения показателя аварийной ситуации (ПАС) (при достижении его второго граничного значе, ния): клапан 10 подачи пара, клапан

11 вывода конденсата, вычислительный блок 15. CAP включает в себя контур регулирования подачи дистиллированной воды в зависимости от температуд чюУящий газ (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

ПРОЦЕССА ЖИДКОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ ИЗОПРОПИЛОВОГО СПИРТА (57) Изобретение относится к способу автоматической защиты процесса жидкоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3982223/23-26 (22) 25.11.85 (46) 07. 04.87, Бюл. Р 13 (72) В.А.Яшин, В.П.Гуменчук и В.А.Экстрин (53) 66.012.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 804617, С 07 В 3/00, 1979.

Обновленский П.А, и др. Системы защиты потенциально опасных процессов химической технологии, — Л.: Химия, 1978, с.188-189.

„„SU„„1301825 A 1 (511 4 С 07 В 33/00 С 05 D 27/00

130 ры в зоне реакции (при достижении текущим значением своего допустимого значения): датчик 3 температуры, блок .15, клапан 14. CAP содержит также контур регулирования подачи изопропилового спирта (ИПС) (прекращает подачу горячего и осуществляет подачу холодного ИПС) в зависимости от первого граничного значения ПАС: дат1825 чик 5, блок 15, клапаны 8 и 9, ПАС рассчитывают в блоке 15 в зависимости от величины скорости изменения температуры в зоне реакции (датчик 3), концентрации кислорода в отходящих газах (датчик 4), расходов ИПС и воздуха (датчики 5, 6) и содержания перекиси водорода в реакционной смеси (датчик 7). 1 ил.

Изобретение относится к способам автоматического предотвращения аварийной ситуации при осуществлении потенциально опасных технологических процессов и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности в процессе жидкофазного окисления изопропилового спирта,кислородом воздуха с целью получения пе-, рекиси водорода.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности защиты.

На чертеже схематически показана блок-схема системы, реализующей данный способ.

Система содержит реактор 1 окисления изопропилового спирта (ИПС) со встроенным теплообменником, подогре- > ватель 2 ИПС, подаваемого на реакцию, датчик 3 температуры в зоне реакции, датчик 4 концентрации кислорода в отходящем газе, датчики 5 и 6 расхода ИПС и воздуха, подаваемых в реак- 25 тор, датчик 7 содержания перекиси водорода в реакционной смеси, отсчетные клапаны 8-14, вычислительное устройство 15. Выходные сигналы с датчиков: температуры в зоне реакции, концентрации кислорода в отходящем газе, расхода ИПС, расхода воздуха, кон— центрации перекиси водорода в реакционной смеси подключены к входам вычислительного устройства 15, Пер35 вый выход устройства 1.5 соединен с отсечными клапанами 8 и 9 на линиях горячего и холодного ИПС. Второй выход вычислительного устройства 15 соединен с отсечными клапанами 12 и 13 на линиях прямой и обратной охлаждающей воды и с клапанами 10 и 11

2 греющего пара и конденсата. Третий выход устройства 15 соединен с отсечным клапаном 14 на линии подачи дистиллированной воды в реактор.

Процесс окисления ИПС осуществляют в реакторе непрерывного действия колонного типа при давлении 1-1,2 МПа и температуре, которая может изменяться от 110 до 130 С в зависимости от требуемой производительности и других условий процесса. Компоненты, участвующие в процессе, проходят противотоком друг к другу: спирт, поступающий в верхнюю часть реактора, движется вниз, в то время как воздух, диспергированный внизу реактора, в виде пузырьков поднимается вверх, пронизывая жидкий поток и взаимодействуя с ним, .Реакционная смесь, содержащая 8-107 перекиси водорода, непрерывно отбирается от реактора; отработанный воздух, содержащий 3-6Х кислорода (отходящий газ), сбрасывается на очистку от паров органических примесей.

Контурами автоматического регулирования (не показаны) поддерживаются на заданном уровне следующие основные переменные процессы: уровень жидкости в реакторе, расход и температура ИПС, температура и давление в реакторе, расход воздуха.

В зависимости от планового задания, наличия сырья, а также условий работы других технологических аппаратов, связанных с реактором, возможны следующие режимы ведения процесса: о- — режим обеспечения максимальной производительности при ограничении на выход перекиси водорода, который noëæåí быть не ниже некото1301825 рой величины; 6 — режим обеспечения максимального выхода перекиси водорода по, отношению к теоретически возможному при ограничении на скорость процесса; 6 — режим обеспечения максимально допустимой концентрации перекиси водорода в реакционном растворе.

Режим а.характеризуется максимально допустимыми нагрузками по ИПС f0 (О ) и воздуху (g g ), повьппенной температурой в зоне реакции (Т) и пониженной концентрацией перекиси водорода (C„) в реакционной смеси, например: 15 ()„„, = 4,0-4,5 м /ч; (= 1600-1900 м /ч;

Т = 125-128 С;

С„п = 8 0-8 53 °

Потенциальной опасностью при проведении процесса в данном режиме является лабильность перекиси водорода 25 как химического соединения, склонность к разложению, особенно в условиях повышенной температуры и возможного присутствия каталитически активных веществ. Разложение перекиси водорода прежде всего сопровождается дальнейшим ростом температуры в зоне реакции, что может привести к неуправляемому развитию реакции.

Режим 6 характеризуется пониженными нагрузками потоков ИПС и воэдуO ха и более низкой температурой в зоне реакции, например:

2,0-2,5 м з/ч;

О = 900-1100 м /ч Во3

У

Т = 110-115"С;

С = 9 5-101. пЕ

Ведение процесса окисления ИПС в 4 данном режиме чревато опасностью достижения максимума содержания перекисных соединений в реакционном растворе, при котором начинается их интенсивное расходование на развитие процессов более глубокого окисления

ИПС. При этом технологический процесс переходит в стадию образования нового продукта — уксусной кислоты.

Накопление ее, так же как и накопление других продуктов реакции, носит автоускоренный характер. Этот нежелательный побочный процесс отрицательно влияет на качество конечного продукта и другие технологические и экономические показатели. 0 начавшемся процессе более глубокого окисления ИПС можно судить по падению концентрации кислорода (С ) в отходящем газе ° Параметры режима о окисления, обеспечивающего максимальный выход целевого продукта, являются промежуточными по отношению к указанным.

Данный способ предотвращения аварийной ситуации позволяет учесть физико-химическую обстановку протекания реакции окисления и сформировать противоаварийные воздействия наиболее оптимальным образом. Для этого вычисляют значение показателя, характеризующего потенциально опасную тенденцию изменения хода технологического процесса по формуле

= — .с + (--<) d

dT dC

Дс dr где Т вЂ” температура в зоне реакции, С;

С вЂ” концентрация кислорода в к отходящем газе, об.7; с — время, мин.

Весовые коэффициенты d., и d -, определяющие значимость информативных параметров, входящих в показатель, при различных условиях осуществления процесса, определяют на основании .уравнений вида

< =f(Q 0 )=a +a О +a О т д д "иаэс î 1 ° soyB мпс (2)

,= К(С„,) = Ь +Ь .С„,. (З)

Коэффициенты а, а,, а, Ь,, Ь1, определяются при моделировании режимов работы реактора °

Формирование управляющих воздействий по данному способу осуществляют в зависимости от величины показателя 2, характеризующего опасную тенденцию, таким образом, чтобы предотвратить ее дальнейшее развитие на начальной стадии. Это достигается тем, что при ведении процесса окисления ИПС в области режима а повышается значимость информативного параdT метра — (скорость изменения темпейс ратуры.в зоне реакции) . При ведении процесса в области режима В соответственно повьппается значимость инфор5 130182 ас мативного параметра -- (скорость йс изменения концентрации кислорода в .отходящих газах) . Этим обеспечивается необходимая величина предварения

5 при выявлении опасной ситуации и принятии необходимых мер по ее ликвидации.

Система автоматического предотвращения аварийной ситуации по предлага- 10 емому способу работает следующим об— разом.

Сигналы (В - В ) от датчиков 3-7

1 5 температуры в зоне реакции, концентрации кислорода в отходящем газе, расхода ИНС, расхода воздуха и концентрации перекиси водорода поступают на входы вычислительного устройства 15.

В вычислительном устройстве 15 через заданные промежутки времени (например, = 2 мин) производится вычисление величины показателя 3 по формулам (1) †(3) и формирование сигнала, пропорционального величине это- 25

ro показателя.

На основании исследования динамики развития аварийной ситуации установлены два уровня величины показателя

1 и, соответственно, два уровня ве- 3р личины сигнала, пропорционального величине этого показателя, Дополнительно установлена предельная величина сигнала от датчика температуры в зоне реакции. Все три величины в качестве уставок срабатывания внесены в блок памяти устройства 15.

При достижении величиной показателя Т значения первого уровня T = q

1 на первом входе устройства формирует- gp ся управляющий сигнал B, = 1, который обеспечивает закрытие отсечного клапана 8 на линии горячего ИПС и открытие отсечного клапана 9 на линии холодного ИПС. Если это противоаварийное воздействие является недостаточным и значение показателя 3 продолжает возрастать, то при достижении им значения второго уровня

1 = q формируется управляющий сиг2 нал В„ = 1 на втором выходе устройства 15, в результате чего закрываются отсечные клапаны 10 и 11 на линиях подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата и открываются отсечные клапаны 12 и 13 на линии подачи охлаждающей воды. В результате указанных воздействий снижается температура в зоне ре5 акции и происходит понижение концент— рации перекиси водорода в реакционном объеме по мере отвода реакционной смеси. Если же и эти противоаварийм ные управляющие воздействия на процесс не обеспечивают предотвращения дальнейшего развития аварийной ситуации, то при достижении величиной температуры Т в зоне реакции уставки q э безопасности (Т = q ) на третьем выэ ходе устройства 15 формируется сигнал

В, = 1, по которому открывается отсечной клапан на линии подачи дистиллированной воды в реактор, При этом в результате резкого разбавления раствора и понижения его температуры реакция гасится и дальнейшее развитие аварийной ситуации прекращается.

Величины показателя I, при достижении которых формируются управляющие противоаварийные воздействия на процесс, и коэффициенты а, а, а, Ь,, Ь„ подбирают таким образом, чтобы обеспечить своевременное выявление опасной тенденции изменения хода технологического процесса и избежать воздействия на процесс по третьей уставке, так как в результате подачи дистиллированной воды внутрь реактора происходит обводнение раствора, что приводит к остановке процесса и значительному усложнению работы последующих стадий в период переработки обводненногG реакционного раствора и к потере времени для выведения процесса на режим.

Как показали проведенные испытания на моделирующей установке, применение способа позволяет осуществлять процес.с окисления ИПС в наиболее благоприятном режиме при обеспечении его безаварийности.

Пример. Для режима обеспечения максимальной производительности (.режим а ) с параметрами: g o д

= 1800 мэ/ч; Р =4,5 мз/ч, С =8 вес.7., предельно допустимым значением скорости изменения температуры в зоне

clT o реакции будет —:= 0,3 С/мин при .,1С

= О. йс

Для режима обеспечения максимально допустимой концентрации перекиси водорода в реакционном растворе (режим Ь ) с параметрами: Q > = 900 м /ч; э

2,25 м /ч; С„в = 10 вес.7, предельно допустимым значением скорости изменения концентрации кисло1301825

Формула и зо брет ения

Составитель Г.Огаджанов

Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Редактор С.Пекарь

Заказ 1190/25 Тираж 372 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

dC рода в отходящих газах будет ——

ДТ dt

= +0,3 об.7/мин при -- = О.

dt

Коэффициенты а Ь для рассмат(э 5 риваемого реактора имеют, например, значения: а, = 20,2; а„ = 0,006; а = 15,31; Ь, = †2; Ь, = 30. Тогда весовые коэффициенты х и oL имеI 2 ют значения для режима а: о -, = 100; д.д = 40; для режима 6: + = 60;, = 100.

Величины уставок срабатывания системы защиты будут, например, (I > q . ):

q = 30; q = 45. Значение уставки безопасности q > = 140 С.

Из примера видно, что значимость информативных параметров, задействованных в системе автоматической защиты реактора окисления ИПС по данному способу, в зависимости от параметров ведения технологического режима может. изменяться примерно в 2 раза, что обеспечивает существенное повышение быстродействия функционирования системы защиты.

Способ автоматической защиты процесса жидкофазного окисления изопропилового спирта путем регулирования подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата из теплообменника и формирования противо- 35 аварийных управляющих воздействий в зависимости от величины скорости изменения температуры в зоне реакции, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности защиты, дополнительно измеряют расходы изопропилового спирта и воздуха в реактор, концентрацию кислорода в отходящем газе и содержание перекиси водорода в реакционной смеси на выходе реактора, определяют скорость изменения концентрации кислорода в отходящих газах, рассчитывают текущее значение показателя аварийной ситуации в зависимости от величины скоростей изменения температуры в зоне реакции и концентрации кислорода в отходящих газах, расходов иэопропилового спирта и воздуха и содержания перекиси водорода в реакционной смеси, сравнивают текущее значение показателя аварийной ситуации со своими граничными значениями и текущее значение температуры в зоне реакции — со своим допустимым значением, и при достижении текущим значением показателя аварийной ситуации своего первого граничного значения прекращают подачу горячего и осуществляют подачу холодного изопропилового спирта, при достижении текущим значением показателя аварийной ситуации своего второго граничного значения прекращают подачу греющего пара в теплообменник реактора и отвод конденсата из теплообменника и осущест-. вляют подачу охлаждающей воды в теплообменник реактора и ее отвод из теплообменника, а при достижении текущим значением температуры в зоне реакции своего допустимого значения осуществляют подачу дистиллированной воды в реактор.