Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в реакторе полунепрерывного действия

 

Использование: управления объектами с нестационарной динамикой при воздействии контролируемых возмущений и переменной скорости вращения мешалки, может найти широкое применение в химической, химико-фармацевтической и лакокрасочной промышленности при проведении экзотермических процессов в реакторах полунепрерывного действия (РПНД). Сущность изобретения: использование адаптивных регулятора и компенсаторов, синтезированных с использованием, принципов переменной структуры, функционирующей в скользящем режиме, с учетом возмущающих воздействий со стороны изменения параметров хладагента (температуры и расхода) с управляющим воздействием на подачу дозируемого компонента в РПНД из общей расходной емкости-хранилища и следящей системы регулирования скорости вращения мешалки в функции от значения интеграла от текущего расхода сдоэировэнного компонента к данному моменту времени . 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл. 00 g о о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4889455/26 (22) 10.12.90 (46) 30.03.93. Бюл, М 12 (71) Ленинградский технологический институт им, Ленсовета и Краснодарский комбинат биохимических и витаминйых препаратов им. К,Маркса (72) В.И.Сахненко, В.В.Кашмет, Е.В.Христюк, А.А.Ротэрмель. Л.А.Приходько и

В.А. Шмеле в (56) Авторское свидетельство СССР

М 978114, кл. В 01 J 19/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ь 465215, кл. В 01 J 19/00, 1975.

Сахненко В.И. и др. Вопросы зксплуатациойной надежности процесса нитрования метилового эфира хлоргидрина стирола в реакторах полунепрерывного действия, Химико-фармацевтический журнал. 1988, М 2, стр. 221-226, рис. 5, (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к области управления обьектами с нестационарной динамикой при наличии контролируемых возмущающих воздействий и касается, в частности, вопросов стабилизации температурного режима экзотермических процессов при проведении их в реакторах полунепрерывного действия (РПНД), которое может найти широкое применение в химико-фармацевтической и лакокрасочной

„„Я2 „„1804903 А1

csi)s В 01 J 19/00, G 05 0 27/00 (57) Использование: управления обьектами с нестационарной динамикой при воздействии контролируемых возмущений и переменной скорости вращения мешалки, может найти широкое применение в химической, химико-фармацевтической и лакокрасочной промышленности при проведении экзотермических процессов в реакторах полунепрерывного действия (РПНД). Сущность изобретения: использование адаптивных регулятора и компенсаторов, синтезирован- ных с использованием, принципов переменной структуры, функционирующей в скользящем режиме, с учетом возмущающих воздействий со стороны изменения параметров хладагента (температуры и расхода) с управляющим воздействием на подачу дозируемого компонента в РПНД из общей расходной емкости-хранилища и следящей системы регулирования скорости вращения мешалки в функции от значения интеграла от текущего расхода сдоэированного компонента к данному моменту времени. 1 з.п, ф-лы, 4 ил., 1 табл. промышленности для производства лекарственных препаратов, витаминов, лаков и красителей. °

Цель изобретения — повышение производительности РПНД за счет увеличения точности стабилизации температурного режима в реакторе, сокращение длительности дозировки и возрастание выхода целевого продукта.

1804903

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства адаптивного управления

РПНД; на фиг;2 — структурная схема устройства адаптивного управления РПНД; на фиг.3 — структурная схема адаптивного компенсатора; на фиг,4 - структурная схема

РПНД как объекта управления.

Функциональная схема устройства автоматического управления РПНД (фиг,1) включает в себя в.качестве объекта реактор

1, состоящий из соединенных последовательно рубашки 2 и змеевика 3, мешалки 4, двигателя мешалки 5, клапана выгрузки 6, патрубка загрузки 7 исходным компонентом реактор до отметки 8; вытяжной системой 9 реактора, входного патрубка 10 подачи хладагента в теплообменники реактора, перемычки 11, соединяющем выход рубашки со входом змеевика, выходного патрубка 12 для отвода хладагента из теплообменников реактора, напорной линии 13 подачи дозируемого компонента насосом через регулирующий клапан 14 в реактор до отметки 15, Для контроля температур реакционной массы в реакторе и хладагента на входе в теплообменники реактора, а также расходов компонента, поступающего в реактор, и хладагента, подаваемого в теплообменники, предназначены соответствующие датчики: 16, 17, 18 и 19.

Для получения стандартного унифицированчого сигнала используют соответствующие нормирующие преобразователи (НП):

20, 21, 22 и 23.

Выработка сигнала отклонений, поступающего на адаптивный регулятор, реали зуется на первом сумматоре 24.

На адаптивном регуляторе 25 происходит выработка управляющего воздействия, поступающего затем на масштабный множитель 26 для корректировки величины сигнала в соответствии с предельным значением вырабатываемого сигнала (0,1

Мпа; 5 мА).

На первый вход адаптивного комненсатора 27 учета колебаний температуры поступающего хладагента подаются сигналы на первый вход от НП 21 контроля температуры хладагента, а на второй вход отклонение сигнала температуры реакционной массы от заданного значения с сумматора 24.

На адаптивный компенсатор 28 учета колебаний расхода подаваемого хладагента поступают сигналы на первый вход от НП 22 контроля расхода хладэгента, а на второй вход отклонение сигнала температуры реак-. ционной массы от заданного значения с сумматора 24.

Выходы с масштабного множителя 26, а также с адаптивных компенсаторов 27 и 28 связаны с соответствующими входами сумматора 29, выход которого соединен с приводом регулирующего клапана 14, установленного на линии 13,подачи дозируемого компонента в реактор. .Выход с НП 23 контроля расхода дозируемого компонента связан через интегратор расхода 30 с блоком управления 31 регулирования скорости вращения двигате"0 ля мешалки,.

На фиг,2 структурной схемы устройства адаптивного управления РПНД изображены каналы информационных связей иуправляющих воздействий с теми же

15 обозначениями блоков, что и на фиг,1:

Тз — заданное значение температуры реакционной массы;

Tp — текущее значение температуры реакционной массы;

AT — отклонение температуры;

6» —. расход хладагента;

Т» — температура хладагента;

С» — расход дозируемого компонента;

nM — скорость вращения мешалки;

Нр — уровень реакционной массы в реакторе;

U< — 04 — унифицированные сигналы (токовые или пневматические); ф1 — оператор адаптивного регулятора; ф — оператор адаптивного компенсатора по расходу хладагента; фз — оператор адаптивного блока компенсации по температуре хладагента;

W» — передаточная функция регулирую35 щего клапана;

W4 — передаточная функция привода мешалки;

Wp — передаточные функции РПНД по управляющим и возмущающим каналам, 40 На фиг.3 представленная структурная схема адаптивного блока компенсации состоит из следующих злементов:

Блока оператора 32 (М ), формирующего выходной сигнал "fi" по возмущающим пара45 метрам.

Блока оператора 33 (G), формирующего . выходной сигнал "g" ïî отклонению регулирующего параметра, Первого блока умножения 34 (БУ) сигна50 лов, поступающих от соответствующих блоков оператора.

Коммутатора 35 (БП), осуществляющего выработку дискретного сигнала на управляющие входы логических элементов по следующему алгор тму:

Кц fi npu fi g)0 ®.9)= (1)

К2 f> при fi g <О причем К» К2

1804903

Второго блока умножения 36 (БУ) выходного сигнала fi на коэффициент усиления К1 переключэемого канала.

Третьего блока умножения 37 (BY) выходного сигнала fi на коэффициент усиления Kgi переключаемого канала.

Логического элемента ДА 38, пропускающего Входной сигнал при наличии положительного (fi g > О) управляющего сигнала нэ входе.

Логического элемента НЕ 39; блокирующего входной сигнал при наличии отрицательного(fi g < О) управляющего сигнала на входе, Четвертого (масштабного) блока умножения

40 (MM) для согласования входов к сумматору 29 по максимальной величине вырабатываемого сигнала, причем Кз < 1.

На фиг.4 приведенная структурная схема самого РПНД, как объекта упрэвления, показывает, что по всем возможным каналам управления hG<, AM, ЬО, Л Трон имеет приращение передаточных функций (Й/Ч1; ЖМ2 ; Ж/Чз; ЬЭ/4) относительно их нэчрльных значений (W1; WQ; W3; W О), что требует для. обеспечения стабилизации температурного режима в реэкторе с высокой динамической точностью при минимальной- длительности процесса дозирования применение адаптивного регулятора по основному управляющему кана лу (подэча дозируемого компонента), адаптивных компенсэторов по возмущающим каналам (изменение расхода и температуры хлэдэгента) и следящей системы регулирования скорости вращения мешалки (стэбилизация эффективности перемешивания- при переменной степени заполнения реэктора).

hT1 — ЛТ вЂ” приращения темперэтуры реакционной массы, вызван н ые соответствующими отклонениями управляющих и возМущающих воздействий;

Тр — общее отклонение температуры реакционной массы:

Устройство автоматического управления РПНД функционирует следующим образом.

При отклонении температуры реакционной массы от заданного значениа информационный сигнал с датчика температуры

16 через НП 20 и блок задания температуры

24 по параллельным каналам поступает нэ вход адаптивного регулирующего блока 25 и первые входы адэптивных блоков компенсации по изменению температуры хладагента 27 и расхода хладагента 28.

Выход с адаптивного регулятора температуры 25 через масштабный множитель 26 и сумматор 29 связан с приводом регулируПри сочетании адаптивных принципов систем с переменной структурой, работающих в скользящем режиме, идеи комбини-. рованного управления для компенсации действующих на объект контролируемых возмущений и следящей системы изменения скорости вращения мешалки при переменной степени заполнения реактора, удается решить проблему ин ва риэ нтн ого управления объектэми с переменными параметрами.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить динами55 ческую точность, стабилизации температурно го режима до +0,25 Ñ сократить длительность дозировки нэ 20 — 30 и увеличить выход целевого продукта на 1015 7,. ющего клапана 14 нэ линии подачи дозируемого компонента в реактор и регулирующего степень его открытия в зависимости от знака и величины отклонения сигнала.

5 Выходы с датчиков измерения температуры 17 и расхода хлэдагентэ 18 через соответствующие НП 21 и 22 поступают на вторые входы адаптивных компенсаторов

27 и 28.

10 Выходные сигналы с указанных компенсаторов, учитывающие одновременно и величину откЛонения и величину возмущающих воздействий, поступают на вход сумматора 29.

15 Сигнал с датчика измерения расхода дозируемого.компонента 19 через НП 23 поступает на вход интегратора 30, выходной сигнал с которого является переменным заданием регулирующему блоку 31 для следя20 щей системы регулирования скорости вращения двигателя 5 мешалки 4.

Интенсивность перемешивания К э . определяемая как произведение расходуемой на перемешивание среднего значения

25 мощности двигателем мешалки N p и длительности дозировки г, приведенных к концентрации целевого продукта Сц, показывает очевидные преимущества применения регулируемого привода.

30 Из таблицы следует, что минимум критерия Коапп = 562 достигается при использовании регулируемого привода мешалки.

Концентрацию целевого продукта в этом случае получают мэксимэльной (Сц = t,86).

35 Лучшие условия протекания процесса объясняются наличием гидродинэмически неустановившегося режима перемешивания при переменной скорости вращения мешалки.

1804903

Оценка эффективности испол зования регулируемого привода в задачах управления РПНД

Длитель- Концентрация ность процес- целевого проКритерий оценки эффективности перемешивания дукта са озиоования

Каэп = Ncp тц ц кВт с м кмоль

Сц 10 кмоль м гц, с

153

160 . 173

182

186

310

776

978

1036

562

Формула изобретения

1. Устройство автоматического управления экзотермическим процессом в реакторе полунепрерывного действия, содержащее . измерители температуры реакционной массы, температуры и расхода хладагента, поступающего на вход теплообменников, адаптивный регулятор температуры реакционной массы, соответственно первый и вто9 рой адаптивные компенсаторы колебаний температуры и расхода хладагента, первый и второй сумматоры, множительные блоки, регулирующий клапан на линии подачи дозируемого компонента в реактор, регулируемый привод мешалки, состоящий из двигателя мешалки и блока управления его скоростью, выход измерителя температуры реакционной массы через первый сумматор, адаптивный регулятор и первый вход второго сумматора соединен с приводом регулирующего клапана на линии подачи pîзируемого компонента в реактор, выход измерителя температуры хладагента через первый адаптивный компенсатор соединен с вторым входом второго сумматора, а вход с . измерителя расхода хладагента через второй адаптивный компенсатор соединен с третьим входом BTQpolG сумматора, от л и ч а К» ще ес я тем, что, с целью повышения производительности реактора полунепрерывного действия за .счет. увеличения точности стабилизации температурного режима в реакторе, сокращение длительности дозировки и повышения выхода целевого продукта, оно дополнительно содержит измеритель и интегратор расхода дозируемого компонен5 та, выход с измерителя расхода через интегратор соединен с блоком управления скоростью. вращения мешалки, причем выход первого сумматора параллельно связан с вторыми входами первого и второго адап10 тивных компенсаторов..

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что адаптивный компенсатор выполнен в виде первого, второго операторных блоков, первого, второго, третьего и

15 четвертого блоков умножения,, коммутатора, логических элементов ДА и НЕ, причем первый вход адаптивного компенсатора через первый операторный блок связан с первым входам первого блока умножения, 20 выход с которого соединен с коммутатором, . выход второго операторного блока параллельно соединен с входами второго, третьего блоков умножения и вторым входом первого блока умножения, выход второго

25 блока умножения через первый вход логического элемента ДА соединен с входом. четвертого блока умноженйя, выход третьего блока умножения через первый вход логического элемента НЕ связан с входом четвер30 того блока умножения, выход коммутатора параллельно соединен с вторыми входами логических элементов ДА и НЕ, 1804903

1804903

1804903

ОУ.

Редактор

Заказ 915 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1!

Составитель В.Сэхненко, Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливрийц