Способ управления реакторов для жидкофазных экзотермических периодических процессов

 

Изобретение относится к способам автоматического управления жидкофазными процессами с большим тепловыделением за счет реакций, проводимых методом межфазного катализа, применяемых в химической и фармацевтической промышленности, и позволяет повысить точность регулирования температуры процесса и обеспечения безаварийного протекания процесса за счет уменьшения общей интегральной ошибки регулирования. Способ заключается в измерении перепада температуры в рециркуляционной линии на входе и выходе адиабатического микрореактора, по величине которого изменением температуры хладагента регулируют температуру процесса в реакторе и определяют скорость тепловыделения реакции, по величине отклонения которой от заданной пропорционально корректируют регулируемые температуру хладагента и скорость перемешивания реакционной массы. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

SU 1526811

А1 (51)4 В 01 J 19/00, С 05 D 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

K=aw, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4331432/31-26 (22) 20. 11.87 (46) 07.12.89. Бюл. У 45 (71) Ленинградский технологический институт им. Ленсовета (72) Г.Н.Балабанович, H ° Б.Евстигнеева и Ю.H.Макаров (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 539598, кл. В О1 J 1/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

В 1214190, кл. В 01 J 19/00, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОИ

ДЛЯ ЖИДКОФАЗНЬ1Х ЭКЗОТЕР11ИЧЕСКИХ

ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к способам автоматического управления жидкофазными процессами с большим тепловьщелением за счет реакций, проИзобретение относится к способам автоматического управления жидкофазными процессами с большим тепловыделением за счет реакций, проводимых методом монофаэного катализа, и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности.

Цель изобретения — повышение точности регулирования температуры процесса и обеспечение безаварийного протекания процесса за счет уменьшения общей интегральной ошибки регулирования.

На фиг.1 представлена структурная схема реализации способа; на фиг ° 2 — график зависимости констант скорости реакции от скорости перемешивания; на фиг.3 — характеристики водимых методом межфазного катализа, применяемых в химической и фармацевтической промышленности, и позволяет повысить точность регулирования температуры процесса и обеспечения безаварийного протекания процесса эа счет уменьшения общей интегральной ошибки регулирования, Способ эаключается в измерении перепада температуры в рециркуляционной линии на входе и выходе, адиабатического микрореактора, по величине которого изменением температуры хладагента регулируют температуру процесса в реакторе и определяют скорость тепловыделения реакции, по величине отклонения которой от заданной пропорционально корректируют регулируемые температуру хладагента и скорость перемешивания реакционной массы. 4 ил. процесса при управлении по известному способу; на фиг,4 — характеристики процесса при управлении по предлагаемому способу.

Температурная устойчивость процесса может быть обеспечена эа счет влияния скорости перемешивания в некотором диапазоне на определяемую константу скорости реакции. Для процессов межфазного катализа характерным является нулевая скорость реакции при отсутствии перемешивания и приблизительное линейное увеличение константы скорости реакции от скорости перемешивания в некотором диапазоне, т.е. существует эависимссть

1526811 (Т -Т)+-,—

Чм

М См

Обозначив (4) где Я =q V° - R—м

f (c) где К вЂ” константа скорости реакции, — I с а — коэффициент пропорциональности, об скорость перемещивания, об/с.

Скорость тепловыделения определяется из уравнения теплового баланса микрореактора, составленного аналогично тепловому балансу реакционной зоны реактора смешения:

+ 1V„R (Г маt где R--Ê С вЂ” скорость реакции, моль/лс;

Ч вЂ” объем микрореактора, л, const;

ТА, — температура на выходе из микрореактора, С; о

Т вЂ” температура на входе микрореактора, температура процесса, С;

С вЂ” удельная теплоемкость, Дж/град л;

Сщ — расход реакционной смеси через микрореактор, л/с, const;

R — скорость реакции, моль/л ° с;

К вЂ” константа скорости реак( ций, с

С вЂ” концентрация реагента, моль/л;

q — тепловой эффект реакции, Дж/моль, const.

Уравнение (2) можно записать сле дующим образом:

ЙТм Чм

---=q-- R. (3)

< GM

Чм отм (Т -Т)+-- --- через 0, м

Чн а q--=const через g, получают зави м симость

g =gL R=g Kf (с) =-- Ц р, См скорость тепловыделения, Дж/с; информационный параметр; коэффициент (const); концентрационная функция скорости реакции.

l5

Используя зависимости (1) и (4), получают связь информационного параметра 0, характеризующего скорость тепловыделения, с управляющим воздействием:

0 =F(w) ° (5)

Схема реализации способа (фиг.1) содержит адиабатический микрореактор 1 смешения, на входе и выходе которого установлены температурные датчики 2 и 3, реактор 4 с теплообменником, вычислительный блок 5, регуляторы 6 и 7 и исполнительные механизмы 8 и 9.

Способ реализуется следующим образом.

В рециркуляционной линии управляемого реактора 4 устанавливают адиабатический микрореактор 1 смешения.

В микрореакторе 1 происходит выделение некоторого количества теплоты за счет взаимодействия компонентов смеси. Сигналы с термоприемников 2 и 3 поступают в вычислительный блок

5. В блоке 5 вычисляют по зависимостям (2-4) скорость тепловыделения

Q < и сравнивают ее с заданной. По величине отклонения текущей скорости тепловыделения от заданной блок

5 вычисляет по зависимости (5) информационный сигнал Q коротый используется в качестве корректирующего в регуляторе 6 скорости вращения мешалки и регуляторе 7 температуры процесса.

Иэ графика, приведенного на фиг,2 виден широкий диапазон изменения управляющего воздействия, при котором имеет место изменение константы скорости реакции, т.е. существует возможность компенсации изменения скорости реакции. Характер зависимости в управляемом диапазоне близок к линейному. Из графика видно также, что при остановке мешалки реакция прекращается, что гарантирует надежность защиты процесса.

Графики, представленные на фиг.3 и 4, иллюстрируют работу систем управления для процесса цианирования хлористого бензила методом межфазно1го катализа. На фиг.З приведены графики, полученные методом математического моделирования, изменения параметров процесса при использовании известного способа. Т вЂ” температура процесса, G — скорости нриливаемого реагента, С вЂ” концентрации компонен15268

ЩЦ2.!

ЦГ 19

1,5

0,5

40О ВОП onym

Щ2.2

5 та реакции (хлористого бензила), скорости тепловыделения. Регулирование температуры носит колебательный характер, имеются выбеги тем-. пературы, что при реально действую5 щих на объекте возмущениях может привести к нежелательным последствиям. Способ реализуется на реакторе полунепрерывного действия. 10

На фиг.4 представлены графики изменения аналогичных параметров и переменных при управлении по предлагаемому способу. При этом способ реализуется на реакторе периодического 15 действия, что значительно облегчает технологическую оснастку процесса.

При работе по этому способу регулирования осуществляется высокая степень стабилизации температуры.

Введение нового контура облегчает работу инерционного по своему воздействию на температуру процесса (Т) контура теплообменника.

Сравнение способов показывает на 25 низкую параметрическую чувствительность температуры процесса к ходу протекания процесса, т.е. повышенную устойчивость при управлении по предлагаемому способу. 30

Способ обеспечивает уменьшение отклонения регулируемого параметра

11

6 (в 2-3 раза), а также общую интегральную ошибку по сравнению с известным способом, Возможность управления параметром (константа скорости), непосредственно влияющим на химизм процесса, исключает возникновение аварийной ситуации в реакторе. формул а изобретения

Способ управления реактором для жидкофазных экзотермических периодических процессов путем измерения перепада температуры в рециркуляционной линии на входе и выходе адиабатического микрореактора, по величине которого изменением температуры хладагента регулируют температуру процесса в реакторе и определяют скорость тепловыделения реакции, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры процесса и обеспечения безаварийного протекания процесса за счет уменьшаения общей интегральной ошибки регулирования, дополнительно корректируют регулируемые температуру хладагеята и скорость перемешивания реакционной массы пропорционально отклонению скорости тепловыделения от заданной величины.

1526811

120

Щ02. 3

180

Редактор Е.Папп

Корректор М.Максимишинец

Заказ 7439/12 Тираж 486

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно †издательск комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ал 10, КФИР

4%

ККЮ.Составитель А.Хляпов

Техред Л.Сердюкова