Устройство автоматического управления экзотермическим процессом

 

Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и касается, в частности, вопросов регулирования температуры экзотермических процессов, проводимых в реакторах периодического и непрерывного действия. Оно может найти применение в химической, лакокрасочной, химико-фармацевтической, нефтехимической, витаминной, пищевой и других отраслях промышленности при синтезе полупродуктов, лекарственных препаратов и витаминов. Целью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в реакторе. В состав устройства автоматического управления экзотермическим процессом входят реактор 1, содержащий рубашку 2, змеевик 3, мешалку 4, клапан 5 выгрузки, патрубки 6, 7 подачи исходных компонентов, переток 8 реакционной массы, патрубки 9, 10 подачи и выхода хладагента, дополнительный патрубок 11 вспомогательной подачи хладагента через рубашку, вытяжную систему 12 отвода газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь 13 и вторичный измерительный преобразователь 14 с регулятором и блоком уставок температуры реакционной массы в реакторе, первичный измерительный преобразователь 15 и вторичный измерительный преобразователь 16 расхода хладагента через рубашку реактора, с блоком уставок, логический элемент И 17, регулирующие клапаны 18, 19 соответственно с обратным и прямым принципами действия на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку реактора и отсечной клапан 20 на дополнительный линии вспомогательной подачи хладагента через рубашку реактора. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК списочник изовгкткния

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4370436f23-26 (22) 29,12,87 (4б1 30.09,89, Бюл. 11=- Зб (71) Химико-фармацевтический комби— нат "Акрихин" и Ленинградский технологический институт им.Ленсовета (72) В,И. Сахненко, Ю.В, Павлов, В.Г,Зарембо-Рацевич, В ° R,Кащмет, В.Н. Рябов, В.И. Бартенев и В,А. Быков (53) 66.012.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 498957, кл. В 01 .Т 1/00, 1973, Авторское свидетельство СССР

N - 1194862, 1984.

„„SU„„153 1737 А1 (511 4 G 05 Р 27/00 В Ol 3 3/00

2 (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ (57) Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и касается, в частности, воспросов регулирования температуры экзотермических процессов, проводимых н реакторах периодического и непрерывного действия. Оно может найти применение в химической, лакокрасочной, химико-фармацевтической, нефтехимической, витаминной, пищевой и других отраслях лромьппленности лри синтезе полупродуктов, лекарственных препаратов и витаминов. Це3 1511737 4 лью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в реакторе. В

5 состав устройства автоматического управления экэотермическим процессом входят реактор 1, содержащий рубашку 2, змеевик 3, мешалку 4, клапан 5 выгрузки, патрубки 6, 7 подачи исходных компонентов, переток 8 реакционной массы, патрубки 9, 10 подачи . и выхода хладагента, дополнительный патрубок 11 вспомогательной подачи хладагента через рубашку, вытяжную систему 12 отвода газообразньж продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь 13 и вторичный

Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и касается, в частности, регулирования температуры экзотермического процесса, проводимого в реакторах смешения периодического (РПД), полунепрерывного (РПНД) и непрерывного действия (РНД), содержащих в качестве теплообменньж устройств змеевик и рубашку, и может найти широкое применение в химической, лакокра очной, химико-фармацевтической, нефтехимической, вита- 35 минной, пищевой и других отраслях промьппленности при синтезе полупродуктов, лекарственных препаратов и нитаминов.

11елью изобретения является повы- 40 шение динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы н реакторе.

На фиг, 1 показана функциональная g5 схема системы стабилизации температурного режимаэкзотермического процесса в РНД; на фиг. 2-5 — диаграммы системы регулирования температуры, на фиг„ 6 — расходные характеристики 50 хладагента через змеевик и рубашку в зависимости от типа установленных регулирующих на их входных линиях.

На фиг, 1 предстанлен реактор I, содержащий рубашку 2, змеевик 3, мешалку 4, клапан 5 выгрузки, патруб.ки 6,7 подачи исходных компонентов переток 8 реакционной массы, патрубки подачи 9 и выхода 10 хладагента измерительный преобраэонатель 14 с регулятором и блоком уставок температуры реакционной массы в реакторе, первичный измерительный преобразователь 15 и вторичный измерительный преобразователь 16 расхода хладагента через рубашку реактора, с блоком устанок, логический элемент И 17, регулирующие клапаны 18, 19 соответственно с обратным и прямым принципами действия на линиях подачи хладагента через змеевик и- рубашку реактора и отсечной клапан 20 на дополнительной линии вспомогательной подачи хладагента через рубашку реактора. 6 ил„ (через теплообменники реактора, дополнительный патрубок ll вспомогательной подачи хладагента через рубашку, вытяжную систему 12 отвода газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь (ПИП)

13 и вторичный измерительный преобразователь (ВИП) 14 с регулятором и

БУ температурь) реакционной массы, Для контроля расхода хладагента через рубашку реактора используется

ПИП 15. ВИП 16 с блоком установки (БУ). Дискретные выходы с ВИП 14 по температуре реакционной массы и с

ВИП 16 по расходу хладагента поступают на вход логического элемента

И 17, реализующего функцию логического умножения. Аналоговый выход с регулятора ВИП 14 связан параллельно с регулирующим клапаном (PK) 18, имеющим обратный принцип действия (()ПД), он же нормально открытый или нормально закрытый (НЗ), установленным на входной линии змеевика, и с PK 19 типа ППД (он же НВ или ВО), установленным на входной линии рубашки. Дискретный выход с элемента И 17 соединен с отсечным клапаном (ОК) 20 типа

ОПД, размещенным на дополнительной линии вспомогательной подачи хладагента через рубашку реактора.

На фиг„ 2,3 показаны диаграммы системы регулирования температуры, полученные в переходном режиме стабилизации на РНД объемом 0,5 дм, На фиг, 2 показана диаграмма регулирования температуры при использона1511

20 нии на входных линиях змеевика и рубашки клапанов одного принципа действия, на фиг. 3 — клапанов разного принципа действия, T> — заданное значение температуры, dT-„ и aT> — максимальное отклонение температуры, DT < и dT — статическая точность систем регулирования температуры, „и 7з- время запаздывания систем при отработке скачкообразного изменения задания Регулятору, ы и время регулирования.

На фиг. 4 показана динамика изменения температуры в реакторе при . 15 полностью открытом клапане на входной линии змеевика и полностью закрытом клапане на входной линии рубашки (кривая 1), а также при полностью закрытом клапане на входной линии змеевика и полностью открытом клапане на входной линии рубашки (кривая 2), где — время запаздывания.

На фиг. 5 приведены экспериментальные данные, полученные на PIIJl, 25 объемом 250 дмз, где показана динамика регулирования температуры в реакторе при установке на входной линии змеевика и рубашки клапанов одного принципа действия (кривая 1) и 30 разного (кривая 2); д Т, и и т. — отклонение температур в динамическом стационарном режиме.

На фиг. 6 показан график изменения расхода хладагента через эмее35 вик и рубашку при установке на входной линии клапанов одного принципа действия -1 и разного — 2, а также изменение расхода хладагента через змеевик — 3 и рубашку — 4 в зависи- 40 мости от величины управляющего сигнала.

Предлагаемая система работает следующим образом, При повьппении температуры реакци- 45 онной массы в реакторе 1 сигнал от

ПИП 13 через ВИП 14 с регулятором, РК 18 и 19 воздействует на них таким образом, что клапан 18 типа ОГЩ на входной линии змеевика начнет открываться и тем самым увеличивать расход хладагента через змеевик, а клапан 19 тина ППД на входной линии рубашки станет одновременно закрываться и тем самым уменьшать рас55 ход хладагента через рубашку. Мощность теплосъема возрастет, и температура реакционной массы начнет понижаться.

737

Как только температура реакционной массы станет ниже заданной, командный сигнал, вырабатываемый регулятором ВИП 14, уменьшится и клапан 18 на входной линии змеевика прикроется, снизив расход хладагента через змеевик, а клапан 19 на входной линии рубашки .откроется, увеличив расход хладагента через рубашку.Теплосъем в итоге уменьшится, и температура реакционной массы начнет возрастать. При аварийном повьппении температуры реакционной массы, когда воэможности по теплосъему полностью исчерпаны, что определяется по отсутствию расхода хладагента через рубашку, с ПИП 15 через ВИП 16 с БУ поступает дискретный сигнал на один из входов элемента И 17. Одновременно с ПИП 13 через ВИП 14 с БУ поступает дискретный сигнал на другой из входов элемента И 17, Выходной командный сигнал с элемента И 17 поступает на отсечной клапан 20, открывая его. Через патрубок 11 поступает вспомогательный хладагент от автономного источника, благодаря чему температура реакционной массы начнет снижаться.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при установке на входных линиях змеевика и рубашки клапанов разного принципа действия качество регулирования температуры в реакторе значительно улучшается по сравнению с тем, когда на входных линиях змеевика и рубашки установлены клапаны одного принципа действия:

ДТ ) ДЧ Л Cg ) ЛТ4 ) л )л

Зв .2 .-4Я " "3 э сq ) 4 (фиг„2,3), T„) т (фиг.5).

Из фиг.4 видно, что при полностью открытом клапане на входной линии змеевика и закрытом клапане на входной линии рубашки температура в реакторе понижается и со временем стабилизируется на значительно меньшем значении (кривая 1).

При полностью закрытом клапане на входной линии змеевика и открытом на

I входной линии рубашки температура в реакторе повышается и со временем стабилизируется на значительно большем значении (кривая 2). Это .указывает на то, что мощность теплосъема со стороны змеевика больше мощности тепла, выделяемого в реакторе, а мощность теплосъема со стороны рубашки недостаточна для обеспечения необходимого теплоотвода, что подтверждает

1511737 принципиальную возможность использования предложенного технического решения для стабилизации температурного режима с более высокой точностью и быстродействием. При установке на входных линиях змеевика(фиг.6) зависимость 1 и рубашки (зависимость 2) клапанов разного принципа действия расход хладагента через змеевик удается повысить до более высокого значения — 1,6 м /ч (зависимость 3), в з то время как при установке на входных линиях змеевика и рубашки клапанов одного принципа (зависимость 4) 15 действия максимальный расход хладагента через змеевик не превьппает

0,9 м /ч. Это указывает на то, что суммарная мощность теплосьема в первом случае будет выше, чем во вто- 20 ром, обеспечивая лучшее качество регулирования.

Использование предложенного технического решения позволяет на 257 уменьшить максимальное отклонение температуры, в 2-4 раза повысить статическую точность систем регулирования, в 2,5 раза сократить время запаздывания, в 1;8 раза уменьшить время регулирования. Это дает возмож- 30 ность исключить аварийное отклонение ъ мпературы реакционной массы, снизить энергетические затраты на подачу хладагента через теплообменники реактора, увеличив выход целевого продук- 35 та в среднем на 10-157..

При использовании данного технического решения на действующих реакторах, содержащих в качестве теплообменных устройств змеевик и рубашку, достигаемое улучшение качества регулирования температуры"не сопровождается усложнением, а следовательно, и удорожанием всей системы, Формула и з о б р е т е н и я

Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в реакторе с мешалкой, соцержащее параллельно соединенные змеевик и рубашку реактора, клапан выгрузки, вытяжную систему газообразных продуктов реакции, первичный измерительный преобразователь температуры реакционной массы в реакторе, вторичный измерительный преобразователь температуры реакционной массы в реакторе с встроенным регулятором и блоком уставок, элемент И, регулирующие клапаны на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку, аналоговый выход регулятора вторичного измерительного преобразователя соединен с управляющими входами регулирующих клапанов на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку реактора, а дискретный выход блока уставок соединен с первым входом элемента И, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности и быстродействия системы регулирования температуры реакционной массы в реакторе, дополнительно введены линия вспомогательной подачи хладагента в рубашку реактора с отсечным клапаном обратного действия, первичный измерительный преобразователь расхода хладагента через рубашку реактора и вторичный измерительный преобразователь расхода хладагента через рубашку реактора с встроенным блоком уставок, а также регулирующие клапаны на линиях подачи хладагента через змеевик и рубашку реактора соответственно обратного и прямого действия, причем дискретный выход блока уставок вторичного измерительного преобразователя расхода хладагента через рубашку реактора соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом отсечного клапана на линии вспомогательной подачи хладагента в рубашку реактора.

1511737

К, т, Фиг.2

К, 31 т

Э

К, 378

1511737

7;И у 10 иПа

Составитель А. Прусковцов

Редактор И. Рыбченко Техред И.Верес,Корректор Э. Лончакова

Заказ 5904/51 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101