Способ управления процессом синтеза гликолей

 

Использование: химическая промышленность. Сущность изобретения: путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена по измеренной разности температур на входе и выходе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, после чего по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор, а затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации. Текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по математическому выражению. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ управления процессом синтеза гликолей путем некаталитической гидратации оксида этилена (Технический регламент производства окиси этилена и гликолей N 104-85 Дзержинского ПО "Капролактам", Дзержинск, 1985, хранится в отраслевой библиотеке ГОСНИИХЛОР ПРОЕКТА, Москва), заключающийся в стабилизации соотношения расходов раствора оксида этилена и обессоленной воды на смешение, что при стабильной концентрации оксида этилена в водном растворе, поступающем на смешение, обеспечивает стабильную селективность по целевому продукту.

Недостатком этого способа является отсутствие информации о концентрации оксида этилена, в потоке поступающем на смеситель и соответственно на реактор, что не позволяет точно стабилизировать уровень селективности по целевому продукту.

Наиболее близким по совокупности признаков, т. е. прототипом, является способ управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена (авт. св. 1581716 А1 СССР, МКИ C 07 C 31/20, G G 05 D 27/00) путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена, в котором дополнительно измеряют концентрацию моноэтиленгликоля, температуру реакционной массы на входе в реактор и температуру в трех расположенных последовательно зонах реактора зоне разгона, зоне протекания реакции и зоне стабилизации температуры, определяют оптимальное значение концентрации оксида этилена на входе в реактор, при котором значение селективности процесса по моноэтиленгликолю принимает максимальное значение, рассчитывают текущее значение концентрации оксида этилена на входе в реактор и корректируют расходы обессоленной воды и водного раствора оксида этилена в зависимости от соотношения значений оптимальной и текущей концентрации оксида этилена на входе в реактор. Кроме того, дополнительно измеряют значение температуры на выходе из реактора и регулируют температуру входной смеси в зависимости от текущих значений температуры в зоне стабилизации и температуры целевого продукта на выходе из реактора путем воздействия на расход греющего пара, подаваемого в подогреватель.

Недостатком прототипа является то, что предложенный способ управления направлен на обеспечение максимальной селективности только одного продукта -моноэтиленгликоля, в то время как целевыми продуктами могут являться и высшие гликоли или их совокупность. Кроме того, к недостаткам можно отнести необходимость многократного численного интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих процесс, с целью идентификации математической модели, с помощью которой определяется текущая концентрация оксида этилена на входе в реактор, а затем путем итерационной поисковой процедуры устанавливаются оптимальная концентрация и оптимальная температура смеси на входе в реактор, что снижает быстродействие системы управления и соответственно качество управления.

Изобретательская задача состояла в разработке достаточно простого и быстродействующего способа управления процессом синтеза гликолей некаталитической гидратацией оксида этилена, обеспечивающего оптимальное распределение продуктов на выходе из реактора при заданных технологических ограничениях и минимум энергозатрат, а также динамическую стабилизацию объекта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена по измеренной разности температур на выходе и входе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, потом по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор и затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, а оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации. Кроме того, необходимо отметить, что текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по формуле Xовх = T0, где T0 разность температур на выходе и входе реактора; X0вх концентрация оксида этилена на входе в реактор; теплофизический коэффициент.

На чертеже представлена блок-схема системы управления процессом синтеза гликолей, которая состоит из смесителя 1, где смешиваются раствор оксида этилена, обессоленная вода и гликоль, подаваемый с помощью рецикла со 100%-ной концентрации после разделения для получения определенных соотношений. Реакционная смесь подогревается до определенной температуры в системе теплообменников 2 для обеспечения практически полной конверсии оксида этилена в трубчатом адиабатическом реакторе 3. На чертеже показаны также регулятор температуры смеси на входе в реактор 4, регуляторы расходов воды, раствора оксида этилена и гликоля 5-7 соответственно, получающие задания от вычислительного устройства 8. Регуляторы и вычислительное устройство получают информацию от первичных преобразователей 9-13. Контуры регулирования снабжены исполнительными устройствами 15-18.

Общий расход на реактор измеряется с помощью первичного преобразователя 12. Вся информация поступает в вычислительное устройство 8, которое работает в супервизорном режиме с локальными регуляторами.

Способ управления осуществляют следующим образом.

Приняв для трубчатого реактора синтеза гликолей модель идеального вытеснения и приняв равными тепловые эффекты всех стадий реакции: 1) Рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор по формуле X0вх = T0, где T0 разность температур на выходе и входе реактора, измеряемая первичными преобразователями 13 и 14; X0вх концентрация оксида этилена на входе в реактор; теплофизический коэффициент.

2) Рассчитывают оптимальные концентрации окисла этилена X*0вх и рециркулирующего гликоля X*0iвх по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе реактора X*0i, используя решения кинетических уравнений
X0 (m -1)(1-e-t)-mC0t + X0вх,

где X0, Y0, X0i концентрации оксида этилена, воды и i-го гликоля;
Xy0i решение при нулевых граничных условиях;
C0 1 +
m отношение констант скоростей всех стадий реакций к константе первой стадии;
t обобщенная переменная , где, в свою очередь, k константа скорости первой стадии;
0 линейная скорость потока в реакторе;
z пространственная координата реактора.

При этом учитывают практически полное превращение оксида этилена в реакторе.

3) Рассчитывают оптимальные расходы U*1, U*2, U*3 воды, раствора оксида этилена и рециркулирующего гликоля соответственно, исходя из материального баланса смесителя

U U1 + U2 + U3,
где U1, U2, U3 расход воды, раствора оксида этилена и гликоля, приходящего с рециклом, на входе в смеситель соответственно;
U расходы на выходе смесителя;
X0вх, Y0вх, X0iвх концентрации оксида этилена, воды и гликоля на выходе из смесителя, т. е. на входе в реактор, соответствующие обозначениям со штрихами концентрации на входе в смеситель.

4) Рассчитывают минимальную температуру подогрева реакционной смеси на входе в реактор T*0вх, обеспечивающую полное превращение оксида этилена в реакторе, исходя из уравнения, связывающего концентрацию оксида этилена и приведенную температуру
X0вх - X0 = -(0вх-0)
и используя уравнения для Xo(t) и выражение для обобщенной переменной t.

5) Корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения задания локальным регуляторам 4-7 согласно полученным оптимальным значениям T*0вх, U*1, U*2 и U*3.
6) Поддерживают оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля с помощью системы динамической стабилизации с обратной связью, обеспечивающей постоянную температуру на выходе реактора при постоянной температуре на входе, учитывая, что при постоянной температуре на входе в реактор Tвх Т0вх, что обеспечивается регулятором 4, изменение температуры на выходе реактора T() и изменение концентрации на входе в реактор Xвх() связаны передаточной функцией

где соответствующие изображения;
з время запаздывания, равное времени пребывания в реакторе.

При этом выходной регулируемой переменной является температура на выходе реактора, а регулирующими переменными будут расходы оксида этилена и обессоленной воды, поступающие в смеситель.

Таким образом, разработан способ оптимального управления процессом синтеза гликолей, в котором в отличие от прототипа, обеспечивается не максимальная селективность по моноэтиленгликолю, а оптимальное распределение продуктов на выходе, поскольку целевыми продуктами могут являться и высшие гликоли или их совокупность. Кроме того, предложены беспоисковая процедура определения концентрации оксида этилена на входе в реактор и определение оптимальной концентрации по заданному распределению продуктов на выходе, что значительно снижает объем вычислений и повышает быстродействие системы статической оптимизации. Кроме системы статической оптимизации, которая рассматривается в прототипе, предложена система динамической стабилизации процесса с обратной связью, которая удерживает процесс вблизи оптимального статического режима.


Формула изобретения

1. Способ управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена путем регулирования расходов обессоленной воды и водяного раствора оксида этилена, отличающийся тем, что по измеренной разности температур на выходе и входе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, после чего по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор и затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, а оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации с обратной связью, обеспечивающей постоянную температуру на выходе реактора при постоянной температуре на входе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по формуле
Xовх = T0,
где Ховх текущая концентрация оксида этилена на входе в реактор;
T0 - разность температур на выходе и входе реактора;
- теплофизический коэффициент.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, технологических газовых выбросов, подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов, а также в химической технологии, других отраслях народного хозяйства

Изобретение относится к устройствам, содержащим самоочищающиеся фильтры, для фильтрации или фильтрации с дегазацией жидкостей, с разделением эмульсий типа вода в масле, а также для очистки жидкостных смесей с отгонкой некоторых компонентов, для очистки газообразных и газожидкостных сред

Изобретение относится к области очистки сточных вод, а более конкретно к устройствам для автоматического регулирования уровня осадка в отстойниках

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры нагрева материала (рабочей массы) во избежание деструкции (разложения) материала, особенно при неординарных перерывах в стационарном техпроцессе, и может быть использовано в литьевых машинах, в частности в термопластавтоматах

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

Изобретение относится к способам контроля качества очистки жидкого сырья и отходов производства в металлообрабатывающей, нефтяной и других отраслях промышленности, в частности, к способам контроля качества очистки отработанных, стабилизированных механическими примесями водомасляной и водонефтяной эмульсий в технологических процессах систем защиты окружающей среды

Изобретение относится к процессу многофазного смешения, более конкретно к смешению двух или более текучих материалов
Изобретение относится к синтезу многоатомных спиртов, в частности к способу выделения неопентилгликоля, получаемого конденсацией изомасляного альдегида с формальдегидом в присутствии едкого натра и используемого при синтезе полиэфиров и смол для лакокрасочной промышленности, синтетических смазочных масел и пластификаторов

Изобретение относится к технологии получения алкандиолов, находящих широкое применение в производстве пенопластов, в качестве антифризов, растворителей и пластификаторов

Изобретение относится к очистке органических жидкостей от растворенных в них электропроводящих примесей и может быть использовано при производстве жидких органических диэлектриков, например этиленгликоля для емкостных накопителей мощных генераторов электрических импульсов, и органических растворителей, используемых в микроэлектронике, например алифатических спиртов
Изобретение относится к химическому синтезу органических соединений, а именно к способам получения -диолов, используемых в синтезе конденсационных смол, полимерных материалов, полиуретанов, полиэфиров, полиамидов и т.д

Изобретение относится к способам получения 3-метилбутандиола-1,3 (МБД), являющегося исходным продуктом для синтеза диметилвинилкарбинола, изопрена и других веществ

Изобретение относится к области органического синтеза, в частности к усовершенствованию получения гексиленгликоля (2-метилпентадиола-2,4) гидрированием диацетонового спирта

Изобретение относится к органической химии, в частности к усовершенствованию способа получения 1,4-бутандиола

Способ управления процессом синтеза гликолей, синтез этилацетата

Наверх