Способ автоматического регулирования молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена

 

Изобретение относится к автоматизации процессов полимеризации. Техническая задача заключается в повышении точности регулирования функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена в ходе синтеза в каскаде реакторов полимеризации. Техническая задача достигается тем, что в способе автоматического регулирования молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, включающем подачу и измерение расходов катализатора, основного и дополнительных потоков шихты в реакторы батареи полимеризации, стабилизацию вязкости полимеризата в реакторах батареи полимеризации воздействием на расход алюминиевого катализатора, измерение и стабилизацию температуры полимеризата в реакторах батареи полимеризации, новым является то, что осуществляют автоматическое регулирование молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, при этом катализатор и дополнительные потоки шихты подают во все реакторы батареи полимеризации, измеряют расход основного, дополнительного потоков шихты и катализатора в каждом реакторе батареи полимеризации, измеряют температуру полимеризата на входе и выходе каждого реактора батареи полимеризации, стабилизируют температуру во всех реакторах батареи полимеризации, с использованием измеренных величин рассчитывают распределение времени пребывания молекул линейного полибутадиена в каждом реакторе батареи полимеризации и значение функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена М() для каждого реактора батареи полимеризации по формуле: где k=K₀e^-E/RT, и=V_эфф/G_пол, G_пол=G_ш+G_к, М - молекулярная масса полимерных молекул определенной длины; N - количество реакторов в полимеризационной батарее;l - длина молекулы, измеряемая числом мономерных звеньев; Θ - среднее время пребывания полимеризата в текущем реакторе батареи, ч; V_эфф - объем полимеризационной массы в реакторе, м³; G_пол - расход полимеризационной массы на батарею реакторов, м³/ч; G_ш - расход шихты на батарею реакторов, м³/ч; G_к - расход катализатора на батарею реакторов, м³/ч; k - константа скорости роста реакции полимеризации, 1/ч; К₀ - постоянная скорости роста реакции полимеризации, 1/ч; Е - энергия активации процесса полимеризации, Дж/моль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К); Sh - поправочный коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на батарею на ширину молекулярно-массового распределения; Rp - поправочный коэффициент, учитывающий влияние константы скорости роста реакции полимеризации k на форму молекулярно-массового распределения; С - поправочный коэффициент, переводящий временной масштаб в масштаб длины макромолекул; K_f - усредненный по реакторам батареи коэффициент, связывающий молекулярную массу полимерных молекул с распределением их концентрации по времени пребывания в реакторах батареи полимеризации, %·ч; Т - температура полимеризационной массы в текущем реакторе батареи полимеризации, К, по полученным данным строят для каждого реактора батареи полимеризации расчетную кривую функции молекулярно-массового распределения и рассчитывают критерий S_j рассогласования с эталонной кривой функции молекулярно-массового распределения (фиг.2) по формуле: где S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения; j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N; N - количество реакторов в полимеризационной батарее; i - порядковый номер точек разбиения функции молекулярно-массового распределения; M()_i - значение расчетной функции молекулярно-массового распределения в i-той точке; Me()_i - значение эталонной функции молекулярно-массового распределения в i-той точке, на основании полученного критерия S_j рассчитывают новые значения расходов дополнительного потока шихты G^ш_j и катализатора G^к_j для каждого реактора батареи полимеризации по формулам: G^ш_j=a_j·S_j, G^к_j=b_j·S_j, где G^ш_j — расход потока дополнительной шихты в каждый реактор батареи полимеризации; G^к_j — расход катализатора в каждый реактор батареи полимеризации; j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N; S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения; N - количество реакторов в полимеризационной батарее; , - вектора коэффициентов, определяемые эмпирическим путем. Предложенный способ позволяет повысить точность регулирования функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена в ходе синтеза в каскаде реакторов полимеризации. 3 ил.

Изобретение относится к автоматизации процессов полимеризации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования молекулярно-массового распределения полибутадиена [а.с.724525], включающий стабилизацию промежуточного параметра процесса, например, вязкости полимеризата в реакторах батареи полимеризации, воздействием на расход алюминиевого катализатора, измерение на выходе из батареи молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена и при отклонении от заданных значений молекулярной массы и весового содержания высокомолекулярных фракций полимера изменение величины промежуточного параметра процесса и расходов титанового компонента катализатора и шихты в первом реакторе батареи полимеризации, а при отклонении от заданных значений молекулярной массы и весового содержания среднемолекулярных и низкомолекулярных фракций линейного полибутадиена изменение величины промежуточных параметров процесса, расходов титанового компонента катализатора и шихты, соответственно, в одном из средних и последнем реакторах батареи, осуществление регулирования молекулярной массы и весового содержания фракций линейного полибутадиена изменением расходов шихты в реакторы батареи полимеризации, куда не попадают компоненты катализатора, а в качестве промежуточного параметра процесса использование вязкости полимеризата по Муни, дополнительное изменение температуры шихты в первом, одном из средних и последнем по ходу реакционной смеси реакторах батареи полимеризации в зависимости от изменения соответствующей молекулярной массы высокомолекулярной, среднемолекулярной или низкомолекулярной фракции получаемого линейного полибутадиена.

К недостаткам указанного способа относится ограниченная возможность точного регулирования вида функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, т.к. фракции линейного полибутадиена делятся на низкомолекулярные, среднемолекулярные и высокомолекулярные (фиг.1).

Техническая задача заключается в повышении точности регулирования функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена в ходе синтеза в каскаде реакторов полимеризации.

Техническая задача достигается тем, что в способе автоматического регулирования молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, включающем подачу и измерение расходов катализатора, основного и дополнительных потоков шихты в реакторы батареи полимеризации, стабилизацию вязкости полимеризата в реакторах батареи полимеризации воздействием на расход алюминиевого катализатора, измерение и стабилизацию температуры полимеризата в реакторах батареи полимеризации, новым является то, что осуществляют автоматическое регулирование молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, при этом катализатор и дополнительные потоки шихты подают во все реакторы батареи полимеризации, измеряют расход основного, дополнительного потоков шихты и катализатора в каждом реакторе батареи полимеризации, измеряют температуру полимеризата на входе и выходе каждого реактора батареи полимеризации, стабилизируют температуру во всех реакторах батареи полимеризации, с использованием измеренных величин рассчитывают распределение времени пребывания молекул линейного полибутадиена в каждом реакторе батареи полимеризации и значение функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена М(l) для каждого реактора батареи полимеризации по формуле:

где

G_пол=G_ш+G_к,

М - молекулярная масса полимерных молекул определенной длины;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

l - длина молекулы, измеряемая числом мономерных звеньев;

Θ - среднее время пребывания полимеризата в текущем реакторе батареи, ч;

V_эфф - объем полимеризационной массы в реакторе, м³;

G_пол - расход полимеризационной массы на батарею реакторов, м³/ч;

G_ш - расход шихты на батарею реакторов, м³/ч;

G_к - расход катализатора на батарею реакторов, м³/ч;

k - константа скорости роста реакции полимеризации, 1/ч;

К₀ - постоянная скорости роста реакции полимеризации, 1/ч;

Е - энергия активации процесса полимеризации, Дж/моль;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

Sh - поправочный коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на батарею на ширину молекулярно-массового распределения;

Rp - поправочный коэффициент, учитывающий влияние константы скорости роста реакции полимеризации k на форму молекулярно-массового распределения;

С - поправочный коэффициент, переводящий временной масштаб в масштаб длины макромолекул;

Kf - усредненный по реакторам батареи коэффициент, связывающий молекулярную массу полимерных молекул с распределением их концентрации по времени пребывания в реакторах батареи полимеризации, %·ч;

Т - температура полимеризационной массы в текущем реакторе батареи полимеризации, К,

по полученным данным строят для каждого реактора батареи полимеризации расчетную кривую функции молекулярно-массового распределения и рассчитывают критерий _j рассогласования с эталонной кривой функции молекулярно-массового распределения (фиг.2) по формуле:

где S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения;

j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

i - порядковый номер точек разбиения функции молекулярно-массового распределения;

M(l)_i - значение расчетной функции молекулярно-массового распределения в i-той точке;

Me(l)_i - значение эталонной функции молекулярно-массового распределения в i-той точке,

на основании полученного критерия S_j рассчитывают новые значения расходов дополнительного потока шихты G^ш_j и катализатора G^к_j для каждого реактора батареи полимеризации по формулам:

G^ш_j=α_j·S_j,

G^к_j=b_j·S_j,

где G^ш_j - расход потока дополнительной шихты в каждый реактор батареи полимеризации;

G^к_j - расход катализатора в каждый реактор батареи полимеризации;

j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N;

S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

, - вектора коэффициентов, определяемые эмпирическим путем.

Технический результат заключается в решении поставленной задачи.

Способ осуществляется следующим образом (фиг.3). Подаваемая на батарею шихта последовательно проходит реакторы батареи полимеризации 1-6 (основной поток), а также дополнительно подается в каждый из них (дополнительный поток). Катализатор подается в каждый реактор батареи полимеризации путем добавления к основному потоку шихты.

Расход основного потока шихты на батарею реакторов полимеризации стабилизируется следующим образом: сигнал с датчика расхода основного потока шихты 7 поступает на регулятор расхода основного потока шихты 32, который при отклонении расхода основного потока шихты от заданного воздействует на клапан 56, расположенный на линии подачи основного потока шихты, ликвидируя рассогласование.

Расход дополнительных потоков шихты на батарею реакторов полимеризации 1-6 стабилизируется следующим образом: сигналы с датчиков расходов дополнительных потоков шихты 8-13 поступают на регуляторы расходов дополнительных потоков шихты 33-38, которые при отклонении расходов дополнительных потоков шихты от заданных воздействуют на клапаны 57-62, расположенные на линиях подачи дополнительных потоков шихты, ликвидируя рассогласования.

Расход катализатора на батарею реакторов полимеризации 1-6 стабилизируется следующим образом: сигналы с датчиков расхода катализатора 14-19 поступают на регуляторы расхода катализатора 39-44, которые при отклонении расходов катализатора от заданных воздействуют на клапаны 63-68, расположенные на линиях подачи катализатора, ликвидируя рассогласования.

Температура на выходе из реакторов батареи полимеризации 1-6 стабилизируется следующим образом: сигналы с датчиков температуры дополнительной шихты на входе в реакторы батареи полимеризации 26-31 поступают на регуляторы температуры шихты 45-50, которые изменяют задания регуляторам расхода рассола 50-55, на которые также поступают сигналы с датчиков температуры полимеризата на выходе из реакторов батареи полимеризации 20-25, регуляторы 50-55 воздействуют на клапана 69-74, расположенные на линиях подачи рассола, тем самым изменяя температуру в холодильниках 75-80, находящихся на линиях подачи потока дополнительной шихты в реакторы батареи полимеризации.

Сигналы с датчиков 7-25 направляются в устройство сбора информации, а далее - в вычислительное устройство, где для каждого реактора батареи полимеризации рассчитываются значения функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена М(l) по формуле

где

G_пол=G_ш+G_к,

М - молекулярная масса полимерных молекул определенной длины;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

l - длина молекулы, измеряемая числом мономерных звеньев;

Θ - среднее время пребывания полимеризата в текущем реакторе батареи, ч;

V_эфф - объем полимеризационной массы в реакторе, м³;

G_пол - расход полимеризационной массы на батарею реакторов, м³/ч;

G_ш - расход шихты на батарею реакторов, м³/ч;

G_к - расход катализатора на батарею реакторов, м³/ч;

k - константа скорости роста реакции полимеризации, 1/ч;

К₀ - постоянная скорости роста реакции полимеризации, 1/ч;

Е - энергия активации процесса полимеризации, Дж/моль;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

Sh - поправочный коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на батарею на ширину молекулярно-массового распределения;

Rp - поправочный коэффициент, учитывающий влияние константы скорости роста реакции полимеризации k на форму молекулярно-массового распределения;

С - поправочный коэффициент, переводящий временной масштаб в масштаб длины макромолекул;

Kf - усредненный по реакторам батареи коэффициент, связывающий молекулярную массу полимерных молекул с распределением их концентрации по времени пребывания в реакторах батареи полимеризации, %·ч;

Т - температура полимеризационной массы в текущем реакторе батареи полимеризации, К,

для каждого реактора батареи полимеризации рассчитываются значения функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена М(l) и по полученным данным строится кривая функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена и по формуле

где S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения;

j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

i - порядковый номер точек разбиения функции молекулярно-массового распределения;

M(l)_i - значение расчетной функции молекулярно-массового распределения в i-той точке;

Me(l)_i - значение эталонной функции молекулярно-массового распределения в i-той точке,

определяется критерий S_j рассогласования с эталонной кривой Ме(l) (фиг.2). На основании полученного критерия S_j в вычислительном устройстве (фиг.3) рассчитываются новые значения расходов дополнительного потока шихты C^ш_j и катализатора G^к_j для каждого реактора батареи полимеризации по формулам:

G^ш_j=a_j·S_j,

G^к_j=b_j·S_j,

где G^ш_j - расход потока дополнительной шихты в каждый реактор батареи полимеризации;

G^к_j - расход катализатора в каждый реактор батареи полимеризации;

j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=-1...N;

S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

a, b - вектора коэффициентов, определяемые эмпирическим путем, что позволяет повысить точность регулирования молекулярно-массового распределения.

Новые задания с вычислительного устройства поступают на регуляторы расходов дополнительных потоков шихты 33-38, воздействующие на клапаны 57-62, расположенные на линиях подачи дополнительных потоков шихты, а также на регуляторы расхода катализатора 39-44, воздействующие на клапаны 63-68, расположенные на линиях подачи катализатора, ликвидируя рассогласование между расчетной и эталонной кривой функции молекулярно-массового распределения и осуществляя более точное регулирование молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена.

Предложенный способ автоматического регулирования молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена позволяет повысить точность регулирования молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена в ходе синтеза в каскаде реакторов полимеризации.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, основанный на том, что осуществляют подачу и измерение расходов катализатора, основного и дополнительных потоков шихты в реакторы батареи полимеризации, стабилизацию вязкости полимеризата в реакторах батареи полимеризации воздействием на расход алюминиевого катализатора, измерение и стабилизацию температуры полимеризата в реакторах батареи полимеризации, отличающийся тем, что осуществляют автоматическое регулирование молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена, при этом катализатор и дополнительные потоки шихты подают во все реакторы батареи полимеризации, измеряют расход основного, дополнительного потоков шихты и катализатора в каждом реакторе батареи полимеризации, измеряют температуру полимеризата на входе и выходе каждого реактора батареи полимеризации, стабилизируют температуру во всех реакторах батареи полимеризации, с использованием измеренных величин рассчитывают распределение времени пребывания молекул линейного полибутадиена в каждом реакторе батареи полимеризации и значение функции молекулярно-массового распределения линейного полибутадиена М(l) для каждого реактора батареи полимеризации по формуле

где

где G_пол=G_ш+G_к;

М - молекулярная масса полимерных молекул определенной длины;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

- длина молекулы, измеряемая числом мономерных звеньев;

Θ - среднее время пребывания полимеризата в текущем реакторе батареи, ч;

V_эфф - объем полимеризационной массы в реакторе, м³;

G_пол - расход полимеризационной массы на батарею реакторов, м³/ч;

G_ш - расход шихты на батарею реакторов, м³/ч;

G_к - расход катализатора на батарею реакторов, м³/ч;

k - константа скорости роста реакции полимеризации, 1/ч;

К₀ - постоянная скорости роста реакции полимеризации, 1/ч;

Е - энергия активации процесса полимеризации, Дж/моль;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

Sh - поправочный коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на батарею на ширину молекулярно-массового распределения;

Rp - поправочный коэффициент, учитывающий влияние константы скорости роста реакции полимеризации k на форму молекулярно-массового распределения;

С - поправочный коэффициент, переводящий временной масштаб в масштаб длины макромолекул;

K_f - усредненный по реакторам батареи коэффициент, связывающий молекулярную массу полимерных молекул с распределением их концентрации по времени пребывания в реакторах батареи полимеризации, %·ч;

Т - температура полимеризационной массы в текущем реакторе батареи полимеризации, К,

по полученным данным строят для каждого реактора батареи полимеризации расчетную кривую функции молекулярно-массового распределения и рассчитывают критерий _j рассогласования с эталонной кривой функции молекулярно-массового распределения по формуле

где S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения;

j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

i - порядковый номер точек разбиения функции молекулярно-массового распределения;

M()_i - значение расчетной функции молекулярно-массового распределения в i-й точке;

Me()_i - значение эталонной функции молекулярно-массового распределения в i-й точке,

на основании полученного критерия S_j рассчитывают новые значения расходов дополнительного потока шихты G^ш_j и катализатора G^к_j для каждого реактора батареи полимеризации по формулам

где G^ш_j - расход потока дополнительной шихты в каждый реактор батареи полимеризации;

G^к_j - расход катализатора в каждый реактор батареи полимеризации;

j - номер реактора в полимеризационной батарее, j=1...N;

S_j - критерий рассогласования расчетной и эталонной кривых функций молекулярно-массового распределения;

N - количество реакторов в полимеризационной батарее;

, - вектора коэффициентов, определяемые эмпирическим путем.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3