Система управления реакционными процессами

 

Изобретение относится к технике автоматического контроля и управления реакционными процессами как по расходу реагента, так и по автоматическому прекращению его подачи по окончании реакции с применением термохимического метода и может быть использовано в большинстве химико-технологических процессов, где реакции сопровождаются выделением или поглощением тепла. Система состоит из первичного термопреобразователя, выполненного в виде дифференциальной термобатареи, расположенной в реакторе, причем первые спаи размещены в зоне подачи реагента в реактор смешения его с циркулирующим продуктом и отделены перегородкой от вторых спаев, размещенных в зоне циркулирующего продукта в реакторе, а вторичный прибор соединен с блоком логических элементов и с регулятором, соединенным с исполнительным механизмом через отключающее реле, соединенное с выходом блока логических элементов. Система позволяет без применения измерителей расходов автоматически управлять подачей реагентов и прекращать его подачу при достижении стехиометрических соотношений. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике автоматического контроля и управления реакционными процессами как по расходу реагента, так и по прекращению его подачи по окончании реакции с применением термохимического способа. Оно может быть широко использовано в медицинской, химической и других отраслях промышленности, где реакции протекают по периодическим схемам, процесс реакции быстропротекающий и сопровождается выделением или поглощением тепла.

Известны термохимические устройства, например автоматический нейтрализатор [1] в котором дифференциальная термобатарея располагается непосредственно в трубопроводе основного потока до и после смешения с вводимым компонентом. Такие устройства применимы только на проточных системах, при условии деления потока реагента на основной и дополнительный, который поступает в первичный преобразователь, что существенно усложняет конструкцию устройства.

Наиболее близким к предложенному является устройство [2] содержащее последовательно соединенные первичный термопреобразователь, вторичный преобразователь и регулятор, а также исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи реагента в реактор. Такое устройство также не может быть использовано для определения необходимого количества подаваемого реагента в реактор, а также для определения окончания процесса.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего неконтактным методом автоматическое управление подачей реагента в реактор при максимально допустимой скорости его подачи, не допуская доведения реакционного процесса до спонтанного состояния и выброса, автоматически определяя окончание реакции и прекращение подачи реагента.

Поставленная задача достигается тем, что первичный термопреобразователь выполнен в виде дифференциальной термобатареи, расположенной в реакторе, причем первые спаи термобатареи размещены в зоне подачи реагента и смешения его с циркулирующим продуктом и отделены перегородкой от вторых спаев, размещенных в зоне циркулирующего продукта в реакторе. Кроме того, выход вторичного преобразователя через повторитель со сдвигом соединен с первым входом элемента сравнения, а его второй выход соединен с выходом регулятора, соединенного через реле отключения подачи реагента с исполнительным механизмом, выход элемента сравнения соединен с первым входом реле самоблокировки, выход которого соединен с управляющим входом реле отключения, а второй вход соединен с выходом переключателя и третьим входом элемента сравнения.

На чертеже представлена принципиальная схема системы. В реакторе 1 размещена дифференциальная термобатарея, в которой спаи 2 измеряют температуру в реакторе, а спаи 3 в зоне смешения циркуляционного продукта с реагентом подаваемым по трубе 4 через исполнительный механизм 5. Термобатарея соединен с вторичным прибором 6, выход которого (переменная) соединен с регулятором 7 и с повторителем со сдвигом 8 логического блока; с регулятора 7 сигнал поступает на элемент сравнения 9 и через реле 10 отключения сигнала управления на исполнительный механизм 5. Выход повторителя 8 соединен с вторым входом элемента сравнения 9, а его выход соединен с входом реле самоблокировки 11, выход реле 11 соединен со входом реле 10; второй вход реле 11 соединен с пневмотумблером 12 и с элементом 9. Спаи 2 и 3 разделены по потоку жидкости перегородкой 13.

Система работает следующим образом.

Как правило, особенно в медицинской промышленности, в реакторах периодического действия реагент подают медленно в течение 2-6 ч. Это обусловлено тем, что за счет большой скорости реакции и большого тепловыделения система охлаждения не в состоянии поддержать температуру в заданном режиме и возможен выброс.

Такое явление особенно ярко выражено в начальный период. В конце скорость реакции снижается и в принципе возможно увеличить подачу реагента, если будет известна истинная ситуация в реакторе.

В реакторе при включенной мешалке дифференциальная термобатарея будет иметь одинаковую температуру и разность температур спаев 2 (t₁) и 3 (t₂) будет равна нулю, т.е.

Δ t t₁ t₂ 0.

Если по трубопроводу 4 подать реагент, то в зоне спаев 3 за счет реакции температура будет выше, чем в зоне спаев 2: Δ t t₁ t₂ + Δ t_{реакции}.

Приращение температуры пропорционально количеству подаваемого реагента и активности реакционного процесса, что позволяет по приращению температуры (установив ему заданное значение) управлять расходом реагента, причем чем ближе к концу реакции, тем больше можно подавать реагента, за счет чего увеличивается производительность процесса. Управление потоком реагента осуществляется общеизвестными техническими средствами: вторичный прибор регулятор исполнительный механизм.

При приближении к окончанию реакции возрастет разность Δ Р между переменной Р₂ и давлением Р₃ на исполнительный механизм Δ Р Р₂ Р₃.

При достижении заданной разности (задание обеспечивается повторителем со сдвигом 8), т.е. при достижении стехиометрических соотношений, срабатывает элемент сравнения 9, своим выходным сигналом снимает самоблокировки реле 11, которое сигналом снимает давление в камере управления реле 10, чем и обеспечивается прекращение подачи реагента на реакцию.

На самоблокировку реле устанавливается включением тумблера 12 на период выхода системы в режим.

Таким образом, одним и тем же устройством без измерителей расходов, дозаторов, мерников и т. п. автоматически управляется подача реагента со скоростью, близкой к оптимальной (максимальная скорость слива при допустимой температуре) и прекращается подача по окончании реакции.

Формула изобретения

1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕАКЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ, содержащая последовательно соединенные первичный термопреобразователь, вторичный преобразователь и регулятор, а также исполнительный механизм, установленный на трубопроводе подачи реагента в реактор, отличающаяся тем, что первичный термопреобразователь выполнен в виде дифференциальной термобатареи, расположенной в реакторе, причем первые спаи термобатареи размещены в зоне подачи реагента в реактор и отделаны перегородкой от вторых спаев, размещенные в зоне циркулирующего продукта в реакторе.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что выход вторичного преобразователя соединен через повторитель со сдвигом с первым входом элемента сравнения, вход которого соединен с выходом регулятора, соединенного через реле отключения подачи реагента с исполнительным механизмом, выход элемента сравнения соединен с первым входом реле самоблокировки, выход которого соединен с управляющим входом реле отключения, а второй вход соединен с выходом переключателя и третьим входом элемента сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1