Устройство автоматического управления реактором полунепрерывного действия

 

Изобретение касается разработки эффективной системы управления реакторами полунепрерывного действия при одновременной и постепенной подаче двух и более компонентов в реактор в строго заданном стехиометрическом соотношении. Целью изобретения является повышение производительности за счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы. Сущность предлагаемого технического решения состоит в регулировании температуры реакционной массы перераспределением расхода хладагента между змеевиком и рубашкой путем установки на общей входной линии подачи хладагента трехходового регулирующего клапана и применения адаптивного регулятора переменной структуры с корректировкой угла наклона плоскости переключения по количеству сдозированного компонента лз меи ника с большей степенью заполнения. Производительность двух компонентного дозатора и скорость вращения мешалки увеличивают с учетом повышения степени заполнения реактора по сигналу с прибора контроля уровня в мернике с большим объемом компонента. При возникновении аварийных режимов, сопровождающихся повышением температуры реакционной массы , по сигналу с прибора контроля аномальных режимов производится отсечка подачи компонентов и аварийный сброс реакционной массы. Использование предлагаемого технического решения обеспечивает сокращение норм расхода исходных компонентов, повышение выхода целевого продукта, снижение содержания примесей, сокращение длительности дозировки компонентов и уменьшение интегрального модульного критерия оценки качества регулирования температуры реакционной массы. 3 ил , 1 табл. Ј со

СОКЭЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, .:„: -:;:-.-;,- ц„, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к области управления процессами нитрования, осуществляемыми в реакторах полунепрерывного действия (РПНД), когда по условиям технологии требуется одновременная синхронная подача двух и более компонентов в строго заданном стехиометрическом соотношении, и может найти широкое применение в химической, нефтехимической, химико-фармацевтической, лакокрасочной, витаминной, пищевой и других отраслях промышленности для синтеза лекарственных препаратов. унифицирующих добавок к топливам, лаков красок, ингибиторов и других веществ. (21) 4697898/26 (22) 31,05.89 (46) 07.09.91, Бюл. М 33 (71) Латвийское производственное биофармацевтическое обьединение и Ленинградский технологический институт им, Ленсовета (72) В.И. Сахненко, M.Â. Соколов, В.Г. Зарембо-Рацевич, В,В. Кашмет, А.Я. Чукуров, П, С. Зубарев, А.А. Дегтярев, Г, Ф, Куме ров и

В.Я. Павил (53) 66,012 — 52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1101681, кл. G 01 F 11/02, 1981.

Коровина P,М. и др. Автоматизированная система управления РПНД. Химическая промышленность, 1982, M 3, с. 181 — 184. (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение касается разработки эффективной системы управления реакторами полунепрерывного действия при одновременной и постепенной подаче двух и более компонентов в реактор в строго заданном стехиометрическом соотношении, Целью изобретения является повышение производительности за счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы. Сущность предлагаемого технического решения состоит в регулировании

„, Я2, 1675863 А1 (л)5 G 05 D 23/19, В 01 9/OG, С 07 В 43/02 температуры реакционной массы перераспределением расхода хладагента между змеевиком и рубашкой путем установки на общей входной линии подачи хладагента трехходового регулирующего клапана и применения адаптивного регулятора переменной структуры с корректировкой угла наклона плоскости переключения по холичеству сдозированного компонента из мер ника с большей степенью заполнения.

Производительность двухкомпонентного дозатора и скорость вращения мешалки увеличивают с учетом повышения степени заполнения реактора по сигналу с прибора контроля уровня в мернике с большим обьемом компонента. При возникновении аварийных режимов, сопровождающихся повышением температуры реакционной массы, по сигналу с прибора контроля аномальных режимов производи ся отсечка подачи компонентов и аварийный сброс оеакционной массы. Использование предлагаемого технического решения обеспечивает сокращение норм расхода исходных компонентов, повышение выхода целевого продукта, снижение содержания примесей, сокращение длительности дозировки хомпонентов и уменьшение интегрального модульного хритерия оценки качес1ва регулирования температуры реакционной массы. 3 ил., 1 табл, 1675863

Цель изобретения — повышение производительности эа счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства автоматического управления РПНД; на фиг. 2 — диаграмма динамики регулирования температуры реакционной массы в установившемся режи- 10 ме при размещении на входной линии теплообменников регулирующих клапанов разных принципов действия; на фиг. 3— фазовый портрет работы адаптивной системы регулирования переменной структуры. 15

Устройство (фиг. 1) состоит иэ реактора

1 и двух мерников 2 и 3, Реактор содержит параллельно соединенные рубашку 4 и змеевик 5, мешалку 6 с двигателем 7, вытяжнук> систему 8 для отвода газообразных продук- 20 тов реакции и клапан 9 аварийного сброса.

Через входной патрубок 10 трехходовога регулирующего клапана 11 поступает хладоагент в теплообменники реактора. Выход хладоагента с пониженной энтропией 25 осуществляется через общий патрубак 12, Перед началом дозировки компонентов реактор через за "ðóçî÷íûé патрубок 13 заполняется до отметки 14 тем минимальным количеством буферного раствора (как 30 правила, нитрующим KQMlloHBHTQM), которым обеспечивается одновременно и погружение мешалки в реакционную массу и создание первоначальной поверхности теплосьема, По окончании дозировки обоих 35 компонентов в реактор уровень реакционной массы повышается до отметки 15.

В мерник 2 через патрубок 16 заливается нитрующий компонент до отметки 17, а в мерник 3 через патрубок 18 — нитруемый 40 компонент до отметки 19, Температура в РПНД измеряется первичным измерительным преобразователем (ПИП) 20, соединенным последовательно через вторичный измерительный прибор 45 (ВИП) 21, адаптивный регулятор 22 с приводом трехходоваго регулирующего клапана, Адаптивный регулятор 22 реализован на базе системы переменной структуры, 50 функционирующей в скользящем режиме, поддерживаемом =a счет изменения угла наклона плоскости сколь>кения, осущестBляемого по сигналу с ВИП контроля уровня в мернике в соответствии с изменением ди- 55 намических характеристик РПНД па управляющему каналу, Регулируемая подача компонентов из мерников в реактор реализуется посредством многокомпонентного дозировочного агрегата 23 переменной производительности, управляемого блоком 24, Для регулирования скорости вращения двигателя мешалки служит прибор 25 управления. Контроль уровня дозируемого компонента в мернике 2 осуществляется с помощью ПИП 26 с ВИП 27, снабженным унифицированным нормирующим преобразователем.

Для контроля текущего значения уровня в мернике 3 служит ПИП 28 с ВИП 29, Для контроля расхода компонентов, подаваемых из мерников в реактор, служат соответствующие ПИП 30, 31 и ВИП

32, 33, Контроль аварийного повышения температуры реакционной массы осуществляется с помощью ПИП 34 с ВИП 35, снабженным блоком уставок на два дискретных значения выработки противоаварийных управляющих воздействий: меньшее иэ них предназначено для отсечки пода и компонентов через логический элемент ЗАПРЕТ 36, а большее — аварийного сброса реакционной массы.

Устройство функционирует следующим образом.

Температуру реакционной массы регулируют па сигналу с адаптивного регулятора

22 воздействием на привод трехходового регулирующего клапана 11, управляющего перераспределением хладоагента между змеевиком и рубашкой таким образом, что при понижении температуры увеличивается расход хладоагента через рубашки с одновременным уменьшением расхода хладоагента через змеевик, а при повышении температуры, наоборот, возрастает расход хладагента через змеевик и одновременно падает расход хладагента через рубашку, Управляемая подача дозируемых компонентов из мерникав осуществляется с помощью двух компонентов доэировачного агрегата 23 с коррекцией его производительности в сторону увеличения расхода посредством прибора 24 управления в функции количества сдоэированного компонента по сигналу с ВИП 27 — контроля уровня в мернике 2.

Регулирование скорости вращения двигателя 7 мешалки 6 осуществляется с помощью блока 25 управления, представляющего собой тиристорный преобразователь частоты. В качестве задающего воздействия системы регулирования скорости вращения двигателя мешалки служит текущее значение уровня дозируемого компонента в мернике, замеряемаго

ВИП 27.

1675863

При аварийном повышении температуры, когда она достигает значения первой уставки, с ВИП 35 поступает команда логическому элементу ЗАПРЕТ 36 на отсечку подачи компонентов в реактор. 5

При достижении текущим значением температуры второй уставки с ВИП 35 поступает команда на клапан 9 аварийного сброса реакционной массы из реактора.

На фиг. 2 представлена диаграмма от- 10 клонения температуры реакционной массы в динамическом стационарном режиме; для одного общего регулирующего клапана — 1, для двух регулирующих клапанов противоположных принципов действия — 2 и для 15 трехходового регулирующего клапана — 3, Как следует из диаграммы, минимальное отклонение температуры обеспечивает установка трехходового регулирующего клапана (ЬТз < ЛТ2 < ЛТ1). 20

На фиг. 3 приведен фазовый портрет отклонения температуры с учетом изменения угла наклона а; плоскости переключения регулятора переменной структуры.

Поскольку РПНД, как объект управления, 25 характеризуется значительным дрейфом параметров передаточных функций, то не исключена потеря регулятором в некоторый момент времени скользящего режима, при котором возрастающее положительное 30 отклонение температуры реакционной массы приводит к появлению аварийного режима в реакторе.

В этом случае, чтобы сохранить скользящий режим работы регулятора переменной 35 структуры во всем диапазоне изменения динамических характеристик РПНД, целесообразно по мере слива компонентов увеличивать угол плоскости скольжения.

1, 2, 3 — переходной процесс по фаза- 40 вым траекториям соответственно в начале, середине и конце дозировки.

Оценка эффективности САУ представлена в таблице. (Q1 (начало дозировки) > а (середина 45 дозировки)т аз (конец дозировки)).

Иэ таблицы следует, что разработанная

САУ вызывает сокращение норм расхода исходного сырья, повышение выхода целевого продукта, понижение содержания приме- 50 сей, сокращение длительности дозировки и уменьшение интегрального модульного критерия оценки качества регулирования температуры реакционной- массы.

Интегральный модульный критерий 55 оценки качества регулирования температуры определяется по формуле

FPj= (IT(i) — Tai — II d i. о где Т(т) — текущее значение температуры реакционной массы, К;

Тэ — заданное значение температуры, К;

Tg — длительность дозировки, с;

Ь Н вЂ” зона нечувствительности регулятора, К.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволит повысить точность стабилизации температурного режима реакционной массы до

:"0,25 С, сократить длительность процесса дозирования компонентов s 1,5-2 раза. уменьшить нормы оасхода исходных компонентов в 1,4 раза и полностью устранить получение бракованной продукции.

Формула изобретения

Устройство автоматического управления реактором полунепрерывного действия, содержащее параллельно соединенные змеевик и рубашку, привод мешалки, клапан аварийного сброса, регулирующий клапан на общей входной линии подачи хладоагента через змеевик и рубашку, первичный и вторичный измерительные преобразователи контроля температуры реакционной массы, адаптивный р.гулятор температуры, мерники исходных компонентов с системой дозирования их в реактор, снабженной прибором управления, первичные и вторичные измерительные преобразователи контроля уровней дозируемых компонентов в мерниках, причем выход с первичного измерительного преобразователя температуры реакционной массы последовательно через его вторичный измерительный преобразователь и первый выход адаптивного регулятора температуры соединен с приводом регулирующего клапана, выход с первого первичного измерительного преобразователя контроля уровня дозируемого компонента в мернике последовательно через его вторичный измерительный преобразователь соединен с вторым входом адаптивного регулятора температуры. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности за счет повышения точности регулирования температуры реакционной массы. оно дополнительно содержит вторые первичный и вторичный измерительные преобразователи контроля температуры реакционной массы, причем последний снабжен блоком уставок на два дискретных значения, логический элемент ЗАПРЕТ, система дозирования компонентов выполнена в виде многокомпонентного дозировочного агрегата переменной производительности, привод мешалки выполнен следящим и снабжен своим бло1675863 ком управления, а на общей входной линии подачи хладоагента установлен трехходовой регулирующий клапан, причем выход с первого вторичного измерительного преобразователя контроля уровня дозируемо- 5

ro компонента в мернике параллельно соединен с блоком изменения производительности многокомпонентного дозировочного агрегата и с блоком управления

10 узка дно го л ие

3ав

nr. ж гц

>не лог

3а, 29

ЗО

Средние значения

89

9О

91

92

93

94

Средние

Кр улу (ка

6,О

5,8

6,9

6,1

6,О

25,9

25,8 i 8,6

19,4

18,О

18,4

18 "18,3

18.,4 следящим приводом мешалки, причем первый дискретный выход с второго вторичноfo измерительного преобразователя контроля температуры реакционной массы последовательно соединен через логический элемент ЗАПРЕТ с общим приводом многокомпонентного дозировочного агрегата, а второй его дискретный выход связан с приводом клапана аварийного сброса.

1675863

1б75863

Составитель А. Прусковцов

Техред M.Моргентал Корректор С. Черни

Редактор 8. Данко

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

Заказ 3002 Тираж Подписное

ВЙЙИПИ Государственного комитета по иаобретенилм N открь тивм flpH ГКНТ СССР

113935, Москва. Ж-35, Рауыскзч наб„4/5