Способ управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания

 

Использование: изобретение относится к способам автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано в химической промышленности для автоматизации процесса синтеза этилацетата из ацетальдегида и ряда аналогичных процессов. Сущность изобретения: поддерживают определенное соотношение расходов поступающих в реактор исходных материалов путем изменения расхода одного из них, при изменении состава промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями реактора в пределах 2-10 мас.% ацетальдегида в час, в роли показателя качества процесса синтеза используют значение состава промежуточного продукта, а при его изменениях в пределах 10-20 мас. % ацетальдегида в час - значение состава готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта. 1 ил.

Изобретение относится к способам автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано в химической промышленности для автоматизации процесса синтеза этилацетата из ацетальдегида и ряда аналогичных процессов.

Известен способ управления технологическим процессом в реакторе полного перемешивания, заключающийся в автоматическом регулировании состава смеси в реакторе путем изменения расхода исходного материала [1] Этот способ не обеспечивает высокого качества регулирования и высокой экономичности процесса синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе и хорошего качества получаемого продукта вследствие того, что при этом способе канал управления обладает большей инерционностью, чем канал возмущающего воздействия изменение потока на входе реактора, т. е. изменение нагрузки на реактор.

Известен также способ управления технологическим процессом в реакторе полного перемешивания, заключающийся в поддерживании определенного соотношения расходов поступающих в реактор исходных материалов путем изменения расхода одного из них в зависимости от состава готового продукта и расхода второго из исходных материалов [2] Этот способ также не обеспечивает высокого качества регулирования и высокой экономичности процесса синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе и хорошего качества получаемого продукта вследствие большой инерционности реактора как объекта управления, поскольку он характеризуется большой емкостью и относительно незначительными по величине материальными потоками.

Из известных способов управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению относится способ [3] Этот способ заключается в поддерживании определенного соотношения расходов поступающих в реактор исходных материалов путем изменения расхода одного из них, а именно катализатора, в зависимости от соотношения расходов катализатора и второго исходного материала, а также в зависимости от состава готового продукта как показателя качества процесса синтеза. В данном способе, вследствие изменения расхода катализатора в реактор в зависимости от состава готового продукта и соотношения расходов катализатора и ацетальдегида, указанный выше недостаток частично устранен.

Однако этот способ также не обеспечивает высокого качества регулирования и высокой экономичности процесса и хорошего качества получаемого продукта, поскольку и при его применении сказывается большая инерционность реактора.

Согласно [4] процесс синтеза этилацетата из ацетальдегида в реакторе полного перемешивания наиболее экономично и с получением качественного готового продукта протекает при содержании ацетальдегида в готовом продукте в пределах 5,8-8,1 мас. При изменении содержания альдегида ниже 5% происходит перерасход катализатора. При увеличении его содержания выше 8% происходит повышение потерь альдегида при переработке готового продукта, а также к ухудшению его качества.

Целью изобретения является повышение экономичности процесса и улучшение качества получаемого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания, заключающемся в поддерживании определенного соотношения расходов поступающих на синтез исходных материалов путем изменения расхода одного из них, а именно катализатора, в зависимости от соотношения расходов катализатора и второго исходного материала ацетальдегида, а также в зависимости от состава готового продукта как показателя качества процесса синтеза, согласно изобретению, при изменениях состава промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями реактора в пределах 2-10% в ч в роли показателя качества процесса синтеза применяют значение состава промежуточного продукта, а при его изменениях в пределах 10-20% в ч значение состава готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта.

Применение в предложенном способе управления в роли показателя качества процесса синтеза этилацетата в двухступенчатом реакторе полного перемешивания при изменениях состава промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями реактора в пределах 20-10% в ч. значения состава промежуточного продукта, а при его изменениях в пределах 10-20% в ч значения состава готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта улучшает динамические свойства объекта (реактора) по каналу расход исходного материала (катализатора) состав готового продукта. Как показал опыт эксплуатации реактора при поддерживании заданного соотношения расходов исходных материалов и при изменениях состава промежуточного продукта в пределах 2-10% в ч. значение состава готового продукта соответствует требованиям технологического регламента и находится в пределах 5-8 мас. ацетальдегида. Поэтому регулирование состава готового продукта по сигналу, пропорциональному составу промежуточного продукта, значительно уменьшает инерционность реактора по каналу: возмущающее действие регулирующее воздействие. При увеличении изменений состава промежуточного продукта до пределов 10-20% в ч значение состава готового продукта будет выходить за оптимальные пределы 5-8% поэтому в качестве информационного сигнала о качестве процесса синтеза применяют значение состава готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта. Сигнал по скорости изменения состава промежуточного продукта позволяет улучшить динамические свойства объекта управления по каналу: расход исходного материала состав готового продукта, поскольку этот сигнал обеспечивает опережающее регулирующее воздействие, ликвидирующее выход состава готового продукта за пределы его оптимального значения. Это способствует, как указано выше, повышению экономического процесса синтеза и улучшения качества получаемого продукта.

Таким образом, указанные отличительные признаки предложенного способа управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания выгодно отличают его от аналогов и прототипа, обеспечивая повышение экономичности процесса и улучшение качества получаемого продукта и соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема автоматической системы, реализующей предложенный способ управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двуступенчатом реакторе полного перемешивания.

Предложенный способ заключается в поддерживании определенного соотношения расходов, поступающих в реактор исходных материалов путем изменения расхода одного из них, а именно: катализатора, в зависимости от соотношения расходов катализатора и ацетальдегида, а также в зависимости от показателя качества процесса синтеза, в роли которого при изменениях состава промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями реактора в пределах 2-10% в ч выступает значение состава промежуточного продукта, а при его изменениях в пределах 10-20% в ч значение состава готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта.

Пример выполнения способа.

Синтез этилацетата из ацетальдегида осуществляется в реакторе, состоящем из двух ступеней 1 и 2 (чертеж), емкость каждой из которых составляет по 3 м³. Расход ацетальдегида, поступающего в реактор, в зависимости от производительности альдегидного производства, изменяется в пределах 50-100 л/мин, а расход катализатора в пределах 0,2-1,0 л/мин. Оптимальное содержание ацетальдегида на выходе реактора в готовом продукте находится в пределах 5-8% мас. Поддерживание заданного соотношения расходов G₁ и G₂ поступающих в реактор исходных материалов соответственно альдегида и катализатора осуществляется автоматическим регулятором 3 путем изменения расхода G₂ катализатора посредством изменения степени открытия регулирующего органа 4 при помощи исполнительного механизма 5 в зависимости от соотношения расходов G₁ и G₂, а также в зависимости от показателя качества процесса синтеза, определяющегося или значением состава C₂ промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями 1 и 2 реактора при изменениях ΔC₂ C₂ состава промежуточного продукта в пределах 2-10% в ч, или значениями состава C₁ готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта при изменениях состава ΔC₂ C₂ промежуточного продукта в пределах 10-20% в ч. На регулятор 3 соотношение расходов исходных материалов поступают преобразованные с помощью нормирующих преобразователей 6 и 7 к унифицированным значениям сигналы, пропорциональные соответственно расходам ацетальдегида G₁ и катализатора G₂, а также сигнал от нормирующего преобразователя 8 через прибор селектирования 9, пропорционального составу C₂ промежуточного продукта, сигнал от устройства прямого предварения 10, пропорциональный скорости изменения состава промежуточного продукта, и сигнал от нормирующего преобразователя 11 через реле переключения 12, пропорционального составу C₁ готового продукта. Когда изменения состава ΔC₂ промежуточного продукта находятся в пределах 2-100% в ч, то сигнал на выходе преобразователя 8 больше сигнала на выходе устройства прямого предварения 10 и через прибор селектирования 9 на вход регулятора 3 поступает сигнал от преобразователя 8 о значении состава С₂ промежуточного продукта. Выходной сигнал устройства 10, являющийся командным для реле переключения 12, в это время отключает линию связи преобразователя 11 с регулятором 3. Когда изменения состава ΔC₂ промежуточного продукта увеличиваются до значений, находящихся в пределах 10-20% в ч, то сигнал на выходе устройства 10 больше сигнала на выходе преобразователя 8 и через прибор селектирования 9 на вход регулятора 3 поступает сигнал от устройства 10 о значении скорости изменения состава промежуточного продукта. По выходному сигналу устройства 10 реле переключения 12 коммутирует линию связи между преобразователем 11 и регулятором 3, т.е. в этом случае на регулятор 3 поступает также сигнал о значении состава C₁ готового продукта.

Управление процессом синтеза при помощи автоматической системы, реализующей предложенный способ, заключается в следующем.

При отклонении соотношения расходов исходных материалов (ацетальдегида и катализатора) от заданного значения или при несоответствии заданному значению показателя качества процесса синтеза на выходе регулятора 3 возникает сигнал, который дает команду исполнительному механизму 5 на увеличение или уменьшение открытия регулирующего органа 4, т.е. на увеличение или уменьшение расхода катализатора, направленное на устранение отклонений указанных выше величин. При этом сигналы о значениях расходов исходных материалов поступают на регулятор 3 от нормирующих преобразователей 6 и 7. О значении показателя качества процесса синтеза на регулятор 3 при изменениях состава промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями реактора в пределах 2-10% в ч поступает сигнал от нормирующего преобразователя 8, а при изменениях состава промежуточного продукта в пределах 10-20% в ч сигналы от нормирующего преобразователя 11 и устройства прямого предварения 10.

В связи с тем, что при управлении процессом синтеза в случае изменений состава промежуточного продукта в пределах 2-10% в ч по сигналу, пропорциональному значению состава промежуточного продукта, т.е. при поддерживании определенного значения состава промежуточного продукта, состав готового продукта не выходит за пределы оптимальных значений 5-8 мас. а так как использование сигнала по составу промежуточного продукта вдвое уменьшает инерционность объекта управления, то это позволяет быстрее устранить возникающие отклонения величин, характеризующих оптимальное протекание процесса синтеза, что, в свою очередь устраняет перерасход исходных материалов, улучшает качество получаемого продукта и повышает экономичность процесса синтеза.

Управление по сигналу, пропорциональному составу промежуточного продукта, в случае изменений состава промежуточного продукта в пределах 10-20% в ч, не обеспечивает поддержания состава готового продукта на уровне его оптимального качества. Поэтому в этом случае управление осуществляется по сигналам, пропорциональным составу готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта. При этом использование в предложенном способе управления сигнала по скорости изменения состава промежуточного продукта также обеспечивает улучшение динамических свойств объекта управления, что, как указано выше, приводит к повышению экономичности процесса синтеза и улучшению качества получаемого продукта по сравнению с известными способами управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания.

Данные об эффективности предложенного способа.

Использование предложенного способа управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение экономичности процесса и улучшение качества получаемого продукта. Достигнутые преимущества предложенного способа обеспечивают и технико-экономический эффект от его применения.

Технико-экономический эффект предложенного способа достигается за счет повышения экономичности процесса и улучшения качества получаемого продукта. Так, например, испытания системы автоматического управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания, реализующей предложенный способ показали, что ее применение позволяет уменьшить расход катализатора на 30% а также уменьшить количество некондиционно получаемого продукта на 92% чем подтверждается достижение положительного эффекта.

По сравнению с базовым объектом, в качестве которого выбран способ управления [3] при применении которого расход катализатора на каждые 70 л/мин ацетальдегида составляет 1,00 л/мин, а некондиция получаемого продукта составляет в среднем 4% предложенный способ управления, при котором расход катализатора на такое же количество ацетальдегида составляет 0,7 л/мин, а некондиция получаемого продукта 4 ·(1 0,92) 0,32% обеспечивает повышение экономичности процесса и улучшение качества получаемого продукта.

Источники информации: 1. Перов В.Л. Основы теории автоматического регулирования химико-технологических процессов. М. Химия, 1970, с. 296, рис. 232.

2. Там же, с. 331, рис. 273.

3. Голубятников В. А. Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М. Химия, 1972, с. 105, рис. 57.

4. Авт.св. СССР N 273814, МКИ C 07 C 31/32, опублик. 05.02.76, БИ. N5.

Формула изобретения

Способ управления процессом синтеза этилацетата из ацетальдегида в двухступенчатом реакторе полного перемешивания, заключающийся в поддерживании определенного соотношения расходов поступающих в реактор исходных материалов путем изменения расхода одного из них, а именно катализатора, в зависимости от соотношения расходов катализатора и второго исходного материала (ацетальдегида), а также в зависимости от состава готового продукта как показателя качества процесса синтеза, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса и улучшения качества получаемого продукта, при изменениях состава промежуточного продукта реакции в зоне между ступенями реактора 2 10 мас. ацетальдегида в 1 ч в роли показателя качества процесса синтеза применяют значение состава промежуточного продукта, а при его изменениях 10 20 мас. ацетальдегида в 1 ч значения состава готового продукта и скорости изменения состава промежуточного продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1