Способ управления процессом полимеризации этиленпропиленовых синтетических каучуков



Способ управления процессом полимеризации этиленпропиленовых синтетических каучуков

 


Владельцы патента RU 2536822:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)

Изобретение относится к способу управления по показателям качества в производстве этиленпропиленовых каучуков на основе моделей расчета показателей качества, которые адаптируются к текущему технологическому режиму. Способ обеспечивает оперативную адаптацию модели под изменяющиеся характеристики процесса и управление технологическим процессом. Способ включает в себя расчет вязкости по Муни, оценку погрешности расчета вязкости по Муни и расчет константы, обеспечивающей адаптацию модели под меняющиеся характеристики процесса, формирование управляющего воздействия. Технический результат - решение задачи оперативного управления по показателям качества с заданной точностью. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности, в частности к способам управления производством этиленпропиленовых каучуков на основе моделей для расчета показателей качества продуктов.

К настоящему времени разработаны и используются на практике несколько методов управления технологическими процессами, основанными на расчете оптимальных технологических режимов. В основе вычислительной процедуры лежит модель расчета регулируемого показателя качества по измеряемым параметрам. При этом модели расчета показателей качества, как правило, представляют собой полиномиальные зависимости первого или второго порядка. Получение таких моделей связано с анализом корреляционных связей между показателями качества и определяющими параметрами технологического режима, а их использование - с необходимостью периодической адаптации из-за меняющихся характеристик процесса. Адаптация обычно проводится путем изменения коэффициентов моделей.

Известен способ управления качеством продуктов разделения нефтяных смесей методом ректификации на основе вычисления значений показателей качества по технологическим параметрам [Веревкин А.П., Арсланов Ф.А., Иванов В.И., Махов А.Ф., Муниров Ю.М. Изобретение RU 2065761 C1]. Однако способ управления не рассматривает получение и адаптацию моделей.

Известен способ управления процессом каталитического риформинга, в котором задается средневзвешенная температура на входе в реактор на основе расчета октанового числа по модели; при этом модель для расчета октанового числа корректируется по лабораторным данным [Нефть, газ и нефтехимия, Каталитический риформинг, фирма «Эплайд Отомейшн», 1989, №3, с.104]. При параметрической идентификации модели используется система оперативной адаптации на основе собственной запатентованной технологии фирмы-разработчика.

Для большинства процессов полимеризации синтетических каучуков управление процессом введется по главному показателя качества - вязкости по Муни. Для данных целей используются различные методы контроля вязкости и способы управления.

Известны методы контроля показателя качества по косвенным параметрам, для которых используются физико-химические характеристики среды и различные параметры технологического процесса, что позволяет строить системы автоматического управления с использованием математических моделей в реальном времени.

В работе [Поплавский В.Ф. Автоматизация технологического процесса полимеризации изопрена в производстве синтетического каучука. - Канд.дисс.- М.: - МХТИ, 1985] оценка вязкости осуществляется с помощью уравнения множественной регрессии:

Mh=g0+g1γ+g2N2+g3T

где g0, g1, g2 - коэффициенты, γ - концентрация полимера, N2 - мощность, потребляемая электродвигателем мешалки реактора; T - температура реакции.

В работе [Солдатов Е.А. Моделирование и алгоритмизация адаптивного управления непрерывными процессами растворной сополимеризации. - Канд.дисс - Воронеж: ВГТУ, - 1996] управление процессом полимеризации предлагается осуществлять по характеристической вязкости, так же как и в предыдущем методе, с использованием математической модели.

В работе [Дорофеев В.И. Управление динамическими режимами процесса получения разветвленного полибутадиена оптимального качества. - Канд.дисс. - Воронеж: ВПИ, - 1988] контроль предлагается осуществлять с применением математической модели, где используются эквивалент момента молекулярно-массового распределения второго порядка, модуль, учитывающий кинетику реакции, среднее время пребывания реакционной массы в аппарате, значение параметрической вязкости, конверсия мономера, температура реакции, среднемассовая молекулярная масса, молекулярный вес мономера и моменты молекулярно-массового распределения первого и второго порядка соответственно.

В работе [Дорофеев Д.В., Подвальный С.Л. Применение принципа инвариантности для управления процессом полимеризации бутадиен-стирольного каучука // Системы управления и информационные технологии: Межвуз.сб.науч.тр. - Воронеж, 2001. - С.57-62] предложена математическая модель, состоящая из нескольких модулей, в том числе модуля контроля качества, по которому происходит коррекция общей модели, а в качестве способа управления предложена инвариантная подсистема регулирования процесса полимеризации за счет компенсации основных измеряемых возмущений.

Недостатком вышеперечисленных методов контроля на основе моделей является то, что на точность определения показателя качества влияют различные измеряемые и не измеряемые факторы. Предлагаемые методы управления процессом по характеристической вязкости возможны только при небольших отклонениях конверсии в реакторе. Большое количество учитываемых переменных накладывает ограничения на точность оценки показателя качества по модели.

Недостатком рассмотренных методов управления по показателям качества (ПК) является то, что адаптация моделей проводится изменением их коэффициентов, а иногда и структуры, что требует наличия большого объема экспериментов и применения процедур аппроксимации.

Целью изобретения является повышение эффективности управления по ПК получаемых продуктов, базирующееся на использовании расчетных моделей процесса полимеризации, которые оперативно корректируются с использованием процедур адаптации.

Предлагаемое изобретение решает задачу расчета показателей качества по моделям в широком диапазоне варьирования технологических параметров для целей оперативного управления на основе вычислительной процедуры, позволяющей проводить коррекцию моделей по измеряемым параметрам технологического режима.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления процессом полимеризации этиленпропиленовых синтетических каучуков на основе моделей расчета показателей качества, включающем регулирование нагрузки реакторов, соотношения расходов катализатора к сокатализатору, давления в реакторе, уровня заполнения растворителя в реакторе, производится расчет вязкости по Муни Mh, при этом проводят адаптивную подстройку моделей расчета показателей качества продуктов при отклонении наблюдаемого ПК, определяемого по данным лабораторных анализов, от расчетного на величину допустимой погрешности (т.е. при нарушении условия | M h л а б M h | < ε д о п , где Mhлаб - значение вязкости, определенное лабораторно, εдоп - допустимое отклонение); при этом подстройка производится изменением константы модели Mh0 на величину этого отклонения. Модель вычисления вязкости имеет вид

M h = Δ M h + M h 0 , ( 1 )

где ΔMh - суммарное отклонение вязкости от некоторого базового значения, определяемое как

Δ M h = Δ M h 1 + Δ M h 2 + Δ M h 3 + Δ M h 4 , ( 2 )

где ΔMh1, ΔMh2, ΔMh3 и ΔMh4 - отклонения вязкости в зависимости от частных параметров: температуры низа реактора ТН, верха реактора ТВ, концентрации этилена СЭ и водорода СВ, соответственно. При этом начальное значение константы модели Mh0 определяется как величина вязкости, соответствующая некоторому базовому режиму, адаптация модели проводится изменением константы Mh0=Mhлаб.-ΔMh.

При управлении по показателям качества продуктов проводится адаптивная подстройка моделей ПК при отклонении наблюдаемого ПК, определяемого по данным лабораторных анализов, от расчетного на величину допустимой погрешности. Подстройка производится изменением константы модели на величину этого отклонения.

Сущность изобретения заключается в том, что для управления по вязкости по Муни используется модель расчета вязкости в режиме реального времени, которая адаптируется путем изменения константы модели Mh0.

Начальное значение константы модели Mh0 определяется как величина вязкости, соответствующая некоторому базовому режиму. В базовом режиме: Mh=Mh0 при T H = T H 0 , T B = T B 0 , С Э = С Э 0 , С В = С В 0 (верхний индекс «0» соответствует базовому режиму).

Характеристики отклонений вязкости от изменения каждого из параметров имеют следующий вид:

Δ M h 1 = f ( Т H ) = a 2 ( Т H Т H 0 ) ( Т H + a 1 / a 2 Т H 0 ) ; ( 3 )

Δ M h 2 = f ( Т B ) = b 2 ( Т B Т B 0 ) ( Т B + b 1 / b 2 Т B 0 ) ;   ( 4 )

Δ M h 3 = f ( С Э ) = c 2 ( С Э С Э 0 ) ( С Э + c 1 / c 2 С Э 0 ) ; ( 5 )

Δ M h 4 = f ( С В ) = d 2 ( С В С В 0 ) ( С В + d 1 / d 2 С В 0 ) ,   ( 6 )

где - a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2 - коэффициенты, определяемые экспериментально. Показано, что эти коэффициенты при изменении технологического режима изменяются незначительно, в то время как Mh0 может изменяться в значительных пределах.

На параметры моделей оказывают влияние как измеряемые, так и не измеряемые или не учитываемые моделью факторы: запаздывание, вносимое при измерении концентраций хромотографическим методом, метрологические ошибки измерения приборов и др. Одними из параметров, влияющих на коэффициенты модели, является нагрузка реактора, которая влияет на среднее время пребывания реакционной массы в аппарате, соотношение катализатора к сокатализатору, вводимое в зону реакции и др.

Все указанные выше факторы влияют на точность вычисления Mh по модели, что приводит к необходимости периодической коррекции параметров модели, т.е. ее адаптации к изменению внешних факторов.

Адаптация модели проводится при увеличении погрешности определения по модели Mh вязкости по Муни относительно данных лабораторных анализов (либо измеряемых на потоке) Mhлаб более чем на заданную величину изменением константы Mh0

M h 0 = M h л а б . Δ M h . (7)

На чертеже приведена принципиальная схема системы управления, реализующая способ управления процессом производства этиленпропиленовых каучуков, включающая в себя реактор полимеризации 1, сепараторы 2 и 3, холодильник-адсорбер 4, испаритель-холодильник 5, насос 6, смеситель 7, блок 8 задачи ограничений, задатчик 9, управляющее устройство 10, блок 11 адаптации моделей, блок 12 измерения, вычислительное устройство 13, а также потоки: растворитель I, этилен II (сырье), пропилен (сырье) III, водород IV, катализатор V, сокатализатор VI, циркулирующий газ от компрессора VII, раствор полимера (продукт) VIII, жидкий аммиак IX, газообразный аммиак X, непрореагировавшие мономеры на факел XI, непрореагировавшие мономеры на узел компримирования XII.

Способ управления процессом производства этиленпропиленовых каучуков осуществляют следующим образом.

Сигналы о значениях расхода катализатора ΔGкат (FE01), сокатализатора ΔGсокат (FE02), отдувки ΔFотд (FE04) и температуры растворителя ΔТр (TE03), температуры низа ТН (ТЕ05), верха ТВ (ТЕ06), концентрации этилена СЭ (QE07) и водорода СВ (QE08) поступают в вычислительное устройство 13. В вычислительном устройстве 13 рассчитываются по моделям (2)-(5) приращения показателя вязкости по Муни по отклонению измеренных значений относительно базового режима и итоговое значение вязкости по Муни по (1). Рассчитанное значение вязкости по Муни подается на вход управляющего устройства 10. В нем на основе действующих ограничений на параметры режима, задаваемых блоком 8, требуемого качества каучука (Mhзад), определяемого задатчиком 9, и рассчитанном в вычислительном устройстве 13 значении вязкости по Муни (Mh) по определенному алгоритму производится расчет требуемых расхода катализатора (Gкат), сокатализатора (Gсокат), отдувки (Fотд) и температуры растворителя (Tр) с учетом ограничений. Рассчитанные значения поступают в качестве задания на соответствующие регуляторы сепаратных подсистем, которые воздействуют на клапаны-регуляторы на линиях расхода катализатора Gкат(FC01), сокатализатора Gсокат (FC02), отдувки Fотд (FC04) и на линии откачки газообразного аммиака из холодильника 4 (TC03). Периодически рассчитанные по модели значения вязкости по Муни, сравниваются в блоке 11 адаптации моделей с результатами лабораторных анализов продукта (B) или результатами измерения блоком (B*) 12 и проводится подстройка коэффициентов моделей (C).

Пример реализации предлагаемого способа управления процессом производства этиленпропиленовых каучуков

Расчет значения вязкости по Муни и адаптацию модели ведут в следующей последовательности.

Шаг 1. На стадии формирования модели, конфигурирования системы:

1.1 По каждой измеряемой переменной (фактору) fi (i=1,2,3,4): f={ТНВЭВ} выбирается базовая модель с параметрами Т Н = Т Н 0 ; Т В = Т В 0 ; С Э = С Э 0 ; С В = С В 0 , значение Mh0 и заданное абсолютное значение допустимых отклонений определения δMh.

1.2 Устанавливается период θПТК определения Mhлаб, текущее значение таймера θТ обнуляется.

Шаг 2. При оперативном управлении в цикле работы контроллера:

2.1 Вводятся измеренные значения факторов f, текущее значение таймера θТ.

2.2 По соотношениям (2)-(6) вычисляется суммарное отклонение ΔMh.

Если на объект управления воздействуют возмущения со стороны измеряемых факторов, при которых

| Δ M h | > δ M h ,

то в качестве текущего значения на управляющее устройство 10 отправляется последнее измеренное значение вязкости Mhлаб и осуществляется переход на п.2.6, иначе выполняется п.2.3.

2.3 По модели (1) вычисляется значение Mh.

2.4 Сравнивается значение θПТК с текущим значением таймера θТ.

Если выполняется условие θПТКТ (это означает отсутствие свежего анализа ПК к текущему моменту времени), то в качестве текущего значения Mh на управляющее устройство 10 отправляется значение Mh и осуществляется переход на п.2.6, иначе выполняется п.2.5 (имеется свежий анализ ПК).

2.5 По соотношению (7) рассчитывается смещение Mh0, осуществляется сброс таймера и осуществляется переход на п.2.3.

2.6 Конец цикла.

Использование предлагаемого изобретения позволяет решить задачу оперативной адаптации моделей расчета показателей качества получаемых продуктов для целей оперативного управления, что в целом позволит:

1) сократить время на получение моделей для расчета показателей качества получаемых продуктов;

2) повысить точность поддержания показателей качества на заданных уровнях;

3) обеспечить требования минимальной жесткости режима и минимального запаса на качество получаемых продуктов.

Способ управления процессом полимеризации этиленпропиленовых синтетических каучуков на основе моделей расчета показателей качества, включающий регулирование нагрузки реакторов, соотношения расходов катализатора к сокатализатору, давления в реакторе, уровня заполнения растворителя в реакторе, расчет вязкости по Муни Mh, отличающийся тем, что проводят адаптивную подстройку моделей расчета показателей качества продуктов при нарушении условия
| M h л а б M h | < ε д о п ,
где Mhлаб- значение вязкости, определенное лабораторно, εдоп - допустимое отклонение, изменением константы Mh0 в модели вычисления вязкости
Mh=ΔMh+Mh0,
где ΔMh - суммарное отклонение вязкости от некоторого базового значения
ΔMh=ΔMh1,+ΔMh2+ΔMh3+ΔMh4,
ΔMh1, ΔMh2, ΔMh3 и ΔMh4 - отклонения вязкости в зависимости от частных параметров: температуры низа реактора ТН, верха реактора ТВ, концентрации этилена СЭ и водорода СВ, соответственно, при этом начальное значение константы модели Mh0 определяется как величина вязкости, соответствующая некоторому базовому режиму, адаптация модели проводится изменением константы Mh0=Mhлаб- ΔMh.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу управления процессом сушки бутилкаучука. Способ заключается в подаче влажной крошки бутилкаучука в экспеллер, подаче осушающего агента в экспандер, перемешивании в экспандере, осуществлении процесса дросселирования, получении осушенной крошки каучука, при этом подают в экспандер предварительно осушенную в экспеллере крошку, осуществляют разделение потока крошки каучука после экспеллера на два потока, в соотношении 9:1, подают один поток в количестве 90% от общего непосредственно на вход экспандера, второй поток в количестве 10% от общего орошают на транспортере водным раствором осушающего агента, в качестве которого используют гидрокарбонат аммония (порофор), синтезируемый смешением раздельных потоков аммиака, углекислого газа и воды при температуре от 0°С до +5°С в колонне с насадкой.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов с получением элементарной серы в цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к устройству и способу управления работой электростатического осадителя. Способ управления электростатическим осадителем (6) для удаления частиц пыли из технологического газа содержит этапы, на которых: используют алгоритм управления для мощности, прикладываемой между, по меньшей мере, одним осадительным электродом (28) и, по меньшей мере, одним коронирующим электродом (26), причем алгоритм управления содержит прямое или косвенное регулирование, по меньшей мере, одного из диапазонов (VR1, VR2) мощностей и скорости (RR1, RR2) линейного изменения мощности; измеряют температуру (T1, T2) технологического газа; выбирают, когда алгоритм управления содержит регулирование диапазона мощностей, диапазон (VR1, VR2) мощностей на основе измеренной температуры (T1, T2), а значение (VT1, VT2) верхнего предела диапазона (VR1, VR2) мощностей при высокой температуре (T2) технологического газа ниже, чем при низкой температуре (T1) технологического газа; выбирают, когда алгоритм управления содержит регулирование скорости линейного изменении мощности, скорость (RR1, RR2) регулирования мощности на основе измеренной температуры (T1, T2), причем скорость (RR1, RR2) линейного изменения мощности при высокой температуре (T2) технологического газа ниже, чем при низкой температуре (T1) технологического газа, и регулируют мощность, прилагаемую между, по меньшей мере, одним осадительным электродом (28) и, по меньшей мере, одним коронирующим электродом (26), в соответствии с алгоритмом управления.

Изобретение предназначено для автоматического управления процессом ректификации и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности.

Изобретение относится к способу управления процессом получения бутилкаучука. Способ осуществляют путем сополимеризации в реакторе изопрена и изобутилена в инертном растворителе в присутствии катализатора.

Изобретения могут быть использованы в области очистки канализационных, бытовых и промышленных сточных вод. Способ автоматического управления аэротенками включает подачу сточных вод в аэротенки (8, 10) через регуляторы (7, 9) с исполнительными механизмами (16).

Изобретение относится к способу управления реактором полимеризации в псевдоожиженном слое при получении полимера. Способ включает определение отношения производительности реактора по полимеру к давлению в реакторе, задание производительности реактора по полимеру, каковая производительность на основании указанного отношения по шагу соответствует желаемому давлению в реакторе, и корректировка скоростей подачи мономеров в реактор в соответствии с указанной заданной производительностью.
Изобретение относится к регулированию жидкофазной термической конверсии тяжелого углеводородного сырья и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности.

Способ управления осуществляют путем распределения потока бытовой сточной воды по параллельно работающим отстойникам и регулирования вывода осветленного потока из каждого отстойника с обеспечением постоянства во времени и равенства для всех отстойников скорости ее вывода независимо от нагрузки на них по сточной воде.

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности к ведению процесса осушки газа с использованием автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) установок комплексной подготовки газа (УКПГ) газоконденсатных месторождений Крайнего Севера (газодобывающих комплексов).

Изобретение относится к технологическому оборудованию, используемому в производстве упаковочных материалов, а именно в производстве тары из полиэтилентерефталата (ПЭТ), и может использоваться при измерении трибологических свойств изготавливаемых изделий, например преформ, используемых в дальнейшем для производства ПЭТ бутылок.
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, конкретно, к тампонажным материалам, применяемым при креплении нефтяных и газовых скважин. .
Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования усадки бетона и раствора, используемых при устройстве несущих и ограждающих бетонных и железобетонных конструкций, специальных и отделочных покрытий.

Изобретение относится к способам автоматического регулирования технологических процессов и может быть использовано в производстве хлора и каустической соды, получаемых методом электролиза водного раствора NaCl, а также в любых других технологических процессах, где требуется поддержание величины рН.

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля и распределения потоков известкового молока из общего коллектора по параллельно работающим аппаратам и может найти применение в химической промышленности в производстве кальцинированной соды.
Изобретение относится к методам синтеза биохимических соединений с использованием ферментов или микроорганизмов, а именно к области биохимических процессов, и может быть использовано в различных областях биотехнологического синтеза.

Изобретение относится к области химической промышленности и может быть использовано в производстве концентрированного оксида азота II для получения гидроксиламинсульфата или азотной кислоты.

Изобретение относится к устройствам стабилизации концентрации неоднородных жидких сред, содержащих взвеси твердых частиц, способных к кристаллизации при определенных температурах.

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.

Изобретение относится к способу полимеризации для получения композиции пропиленового полимера. Способ проводят в присутствии системы катализаторов, содержащей (a) твердый каталитический компонент, имеющий средний размер частиц от 15 до 80 мкм, содержащий галогенид магния, соединение титана, имеющее, по крайней мере, связь Ti-галоген, и, по крайней мере, два электронодонорных соединения, одно из которых присутствует в количестве от 50 до 90% мол.
Наверх