Способ автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii 729 l 84 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 13,08.76(21) 2395669/23-04 (51)M. Кл, С 07 С 45/08 с присоединением заявки,%

Государственный комитет (23) Приоритет

ll0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.04.80. Бюллетень № 15 (53) УДК 547.281 (088.8) Дата опубликования описания 28,04,80

В. В. Кафаров, Г. И. Мандрусенко, Ю. В. Тильдиков

A. Г. Свинухов и Г. М. Пустовапов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ГИДРОФОРМИЛИРОВАНИЯ ПРОПИЛЕHA

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена.

Известен способ автоматического управления реакционными процессами, проводимыми в присутствии катализатора в гомогенных средах в одном реакторе или каскаде реакторов, путем измерения величины конверсии в головной части батареи, при уменьшении этой величины против нсь10 минальной увеличивают подачу окислительно-восстановительной системы или катализаторного комплекса, а при повышении конверсии против номинальной увеличивают подачу реакционной смеси. При из15 менении нагрузки изменяют температуру в хвостовой части батареи с коррекцией по текущим значениям конверсии (11 .

Недостатком указанного способа является то, что не все возмущения, которые могут приходить в систему и вызывать увеличение степени конверсии, могут быть сняты увеличением подачи реакционной смеси (например, изменением температуры реакционной сжЫпт на входе в реактор). Изменение температуры в хвостовой части при изменении нагрузки приведет к . изменению выхода альдегцдов нормального строения и изменению соотношения нормальных альдегидов и изоальдегидов.

Известен также способ автоматического управления процессом в реакторах без газовой фазы путем регулирования температуры в зоне реакции изменением расхода каталитического комплекса при ста« билизации съема тепла хлацагентом через рубашку реактора, причем при изменении температуры в зоне реакции соответственно изменяют соотношение реагентов в подаваемой в эту зону реакционной смеси (2)

Недостатком указанного способа является то, что при регулировании только температурного режима изменением расхода каталитического комплекса при стабилизированном теплосъеме заданная степень превращения может быть не выдержана. Изменение же соотношения моно729134 меров в подаваемой в зону реакционной смеси (чему соответствует, например, изменение расхода пропилена) приводит к изменению нагрузки.

Наиболее близким техническим решением поставленной задачи является способ автоматического управления реакционным процессом путем стабилизации концентрации, соотношения исходных реагентов и температуры в зоне реакции, где измеряют соотношение непрореагировавших компонентов в выходящей иэ реактора массе и при отклонении этой величины от заданной изменяют подачу в реактор катализатора (3), 15

Недостаток укаэанного способа заключается в том, что не стабилизируется расход исходной реакционной смеси в реактор, а это ведет к изменению времего ни пребывания реакционной смеси в реакторе и изменейко производительности реакционного узла, Последнее приводит к тому, что применение данного способа к процессу гидроформилирования пропилена не обеспечивает поддержания заданной степени превращения в каждом иэ реакторов каскада и соотношения альдегидов нормального и изомерного строения.

Белью изобретения является поддержание заданной степени превращения в каждом из реакторов каскада и соотношении альдегидок нормального и изомерного строения.

Поставленная цель достигается тем, что автоматическое управление прахессом гидроформилирования пропилена, проводимым в каскаде реакторов, осуществляют путем стабилизации температуры в зоне реакции и изменения подачи в реакторы катализатора, а отличительной особениьстыо способа является стабилизация расхода жидкой фазы и концентрации ката 45 вом реактора каскада путем изменения расходе растворителя и катализатора в систему, а во втором и последующих реаЕТорах каскада изменяют расход катали затора в зависимости от концентрации катализатора- в жидкой фазе на входе в реактор с корреляцией по отклонению степени превращения на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реактор OT заданного значения.55

Данный способ автоматического управления позволяет поддерживать степень превращения, выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения HB выходе каждого из реакторов каскада, равными заданным, эа счет стабилизации температурного режима процесса, расхода жидкой фазы и концентрации катализатора на входе в первый реактор, а на выходе из второго и последующего реакторов каскада - за счет стабилизации температурного режима процесса, расхода жидкой фазы и концентрации катализатора на входе в первый реактор, а на выходе иэ второго и последующего реакть» ров каскада — эа счет стабилизации температурного режима процесса и подачикатализатора в зависимости от концентрации катализатора на входе с коррекцией по отклонению степени превращения пропилена на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реактор от заданного значения.

Технологическая схема для осуществления способа автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена с каскадом, состоящим из двух реакторов, изображена на чертеже.

Реакционный узел включает два последовательно соединенных реактора 1 и 2 гидроформилирования пропилена с теплосъемом, выносные теппообменники 3 и 4 для охлаждения хладагента и циркуляционные насосы 5 и 6, обеспечивающие подачу хладагента в реакторы. Расход пропилена, растворителя и раствора катализатора измеряют расходомерами 7, 8 и 9, показания расходомеров суммируются в блоке 10 суммирования, Сигнал с блока суммирования, пропорциональный расходу жидкой фазы в первый реактор, поступает в регулятор 11. Заданное значение суммарного потока жидкой фазы в реактор поддерживают регулятором. 11 путем изменения расхода растворителя регулирующим органом 12. Значение концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор 1 поддерживают регулятором 13, текущее значение которой формируют вычислительным комплексом 14 по показателям расходомеров 7,8 и 9 и значению концентрации катализатора в растворе, определяемому, например, по результатам анализа на стадии приготовления катализатора и вводимому в вычислительный ксьаитекс 14, путеи изменения расхода раствора катализатора в реактор регулирующим органом 15, Вычисление текущего значения концентрации катализатора на входе в реак7 29184

35 где

45!

We кго " к

-количество жидкой фазы в реBKTop 2 B с та» ционарном режиме;

-величина концентрации катализатора в жидкой фазе в реактор 2 в ститионарном режиме;

55

5 тор осуществляют вычислительным комплексом 14 по следующему алгоритму: ь„

К40 (1) где С, — текущее значение концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор 1, вес.%:

1„,Ьги 4 — величины значений расхода раствора катализатора, пропилена и растворителя, соответ— ственно измеряемые расходомерами 9,7 и 8, кг/ч;

С„о — концентрация катализатора в потоке.

Стабилизацию температурного режима в реакторе 1, измеряемого термопаоой

1g, осуществляют РегУлЯтоРом 17 пУтем изменения температуры хладагента, подаваемого в выносной теплообменник 3, регулирующим органом 18 и изменением степени открытия байпаса регулирующим органом 19.

Таким образом, поддержание заданной степени превращения пропилена, выхода альдегидов и соотношения альдегидов нормального и изомерного строения HB BbIxoде из первого реактора обеспечивают стабилизацией концентрации катализатора в жидкой фазе, стабилизацией расхода жидкой фазы на входе в первый реактор и температурного режима в реакторе.

Степень превращения пропилена, рас-щ жидкой фазы и концентрацию катализатора на выходе из Реактора 1 вычисляют вычислительным комплексом 14 по показаниям расходомеров 7,8 и 9, температуре в реакторе, измеряемой термопарой

1G, и значению концентрации катализатора на входе в реактор 1, вычисленному по выражению (I), по следующему anroGæ o,229Ñ к1о Рч (1-Ч„3

1 !

2.

К„С„, pV(4-Ч.,1

-4>397 ж = 4+42(<+ <4 о, 45)+4 (3) где Х вЂ” степень превращения ропилена на выходе из первого реактора; расход жидкой физы на выходе из первого реакторар

К1 - константа скорости реакции; L Ь вЂ” расход жидкой фазы на

Ч.. 1 г З входе в первый реактор; р — плотность жидкой фазы;

Ч - реакционный объем; — величина газосодержа-" ния для первого реактора, равная 0,2, Степень превращения пропилена, выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения поддерживают во вточ ром реакторе на заданном значении путем стабилизации температурного режима в реакторе, осуществляемого аналогично регулированию температурного режима в первом реакторе, по показаниям термопары 20 регулятором 21, регулирующими органами 22 и 23.и изменением расхода катализатора в зависимости от концентрации последнего в жидкой фазе с коррекцией по отклонению степени ,превращения пропилена на выходе иэ ре,актора и расхода жидкой фазы в реактор от заданного значения.

Изменение расхода раствора катализа- „ тора осуществляют регулятором 24, регулирующим органом 25 по текущему значению концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор 2, вычисляемому вычислительным комплексом по показаниям расходомеров 26 и 9 потоков раствора

30 катализатора концентрации С ов них но следующему алгоритму:

С = . (4)

"aa ко

К2О Й +1

Ь 2 — значение расхода раствора катализатора в реактор 2, с коррекцией -ло отклонению степени превращения на выходе иэ реактора и расхода жидкой фазы в реактор от . заданного значения, величина которой определяется ио следующему выражению (1 дскг о 2г2. к„(х

725184

К, -константа скорости реакции, соотве тствуюшая заданному температурному

S режимye — величина откчоьл=Х -А не степени превращения пропилена от заданного значения; — заданное значеХсо нпе степени превращения пропилена. — текущее значение степени превращения, определяемое из вы-2О раженпя;

G . 0,2 29С К р 3 (3-, ) (-Х 3

,, - 2 СК 2Р и (6) 4 (1-Х ) Q g (. — плотность жидкой фазы, реал ионцый обьем реактора 2 и величина газосодержания, равная 0,05 соответственно

554. -G 2 GG, -DeHHRRHH отклонения (возмущение) расхода жидкой фазы в реактор От устаповивше= гася значения, где

-текущее значение рас,2 хода жидкой фазы на входе в peGKTQp 2: где ж2 . 4« -t2.

Заданием регулятору 24 является величина коицентрации катализатора в установив- шемся режиме при заданшях значениях степени превращения в каждом из реакторов каскада и заданном температурном режиме ведения процесса.

Работу схемы удобно проследить, рас

50 смотрев отдельно работу первого и второго реакторов, I1 р и м е р, При увеличении нагрузки по пропиле у на входе в первый реактор

5S происходит увеличение общего расхода жидкой фазы в реактор. В регуляторе 11 сравнивают текущее значение расхода жидкой фазы и реактор 1 с заданным и

8 в зависимости от сигнала рассогласования изменяют степень открытия регулирующего органа 12 на потоке растворителя.

Изменение расхода растворителя регулирующими органами 12 осуществляют до тех пор, пока нагрузка по жидкой фазе в реактор 1. не станет равной заданной. Регулятором 13 стабилизируют концентраци о катализатора в жидкой фазе, вычислительным комплексом 14 по алгоритму (1), путем изменения расхода катализатора регулирующим органом 15, увеличе ние нагрузки по пропиле ну при с табилизпровапном расходе жидкой фазы в реактор 1 приводит к увеличению концентрации пропилена во входном потоке, зто, в свою очередь, вызывает увеличение температуры в реакторе, увеличение степени превращения пропилена, уменьшение выхода альдегидов нормального строения и уменьшение соотношения а,пьдегидов нормального и изомерного строения. Зго возмущение снижают увеличением теплосъема в зоне реакции путем уменьшения температуры хладагента, подаваемого в реаль тор 1, регулятором 17 и регулирующими органами 18 и 19, т.е. при стабилизированном времени пребывания жидкой фазы в реакторе и концентрации катализатора заданная степень превращения пропилена в реакторе, выход альдегидов нормального и изомерного строения и их соотношение определяют температурным режимом ведения процесса.

В результате реакции в первом реакторе происходит увеличение жидкой фазы на выходе из него. Увеличение жидкой фаззы, всецело определяемое степенью превращения пропилена в первом реакторе, приводит к уменьшению концентрации катализатора на входе в реактор 2, уменьшеншо температуры в реакторе и степени превращения на выходе из него, увеличению выхода альдегидов нормального строения и соотношения нормальных и изоальдегидов (считая на прореагировавший пропплен). Поддержание заданной кснцентрации катализатора в жидкой фазе на входе в . реактор 2 осуществляют йутем изменения расхода катализатора, осуществляемого регулятором 24, регулирующим органом 25, в зависимости от расхода жидкой фазы из реактора 1, определяемого вычислительным комплексом

14 по алгоритмам {2) и (3), и расхода катализатора, измеряемого расходомером

26, по алгоритму (4). Заданный температурный режим в реакторе 2 поддержи729184

Способ автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена, проводимым в каскаде реакторов, путем стабилизщии температуры в зоне реакции и изменения подачи в реакторы катализатора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью поддержания заданной степени превращения в кажном из реакторов каскада и соотношения альдегидов нормального и изомерного строения, в первом реакторе каскада стабилизируют расход жидкой фазы и концентрацию катализатора в жидкой фазе на входе путем изменения расхода растворителя и катализатора в систему, а во втором и последующих реакторах каскада изменяют расход катализатора в зависимости от концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор с коррекцией по отклонению степени превращения на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реактор от заданного значения.

Источники информации, принятые во внимание прт экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 168441, кл. С 08 d 1/09, 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

Л 233909, кл. С 07 Х 1/13, 1966, 3. Авторское свидетельство СССР

l4 242380, кл. С 07 5 1/13, 1968 (прототип) . вают путем изменения температуры хладагента на входе в реактор 2 регулятором 21, регулирующими органами 22 и

23. Поддержание заданного значения концентрации на входе в реактор 2 и температурного режима в реакторе не обеспечивает поддержание заданной степени превращения на выходе из реактора в виду уменьшения времени пребывания жидкой фазы в реакторе за счет увеличения 10 расхода жидкой фазы из предыдущего реактора и добавки раствора катализатора. Заданной степени превращения на выходе из реактора 2 с учетом изменения времени пребывания достигают или изменением температурного режима в реакторе в сторону увеличения температуры (изменение задания регулятору 2 1 температуры) или увеличением концентрации катализатора в жидкой фазе в реактор 2, Увеличение температуры неприемлемо в виду того, что уменьшится выход альдегидов нормального строения и соответственно соотношение альдегидов нормального и изомерного строения. Введение кор25 ректирующего сигнала в регулятор 24 по отклонению степени превращения пропилена от заданного значения и расхода жидкой фазы от значения в стационарном ре?0 жиме позволяет поддерживать на выходе из реактора заданную степень превращения, выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения при условии

35 стабилизации температурного режима в реакторе.

При возмущении на входе в первый p="=. актор по концентрации катализатора С, „ во входном потоке изменяют количество катализатора в первый реактор регулятором 13, постоянство расхода жидкой фазы поддерживают регулятором 11, а температурный режим в реакторе стабилизируется регулятором 17) т.е. как и в пер- 4 вом примере заданную степень превращения пропилена, выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерыого строения поддерживают на заданном значении стаби50 лизацией расхода жидкой фазы в реактор. стабилизацией концентрации катализатора в жидкой фазе и температурного ре кима в реакгоре. Изменение концентрации Ciao является возмущением и во второй реактор, так как во втором реакторе осуществляют подпитку катализатора. Изменение концентрации С,> приводит к тому, что регулятор 24 путем изменения положения регулирующего органа 25 изменяет расход катализатора во второй реактор, изменится расход жидкой фазы в реактор, одновременно с изменением расхода лидкой фазы в регулятор 24 введется сигнал коррекции(воздействие по возмущению). Реакция системы на это возмущение в виде отклонения степени превращения от заданного значения еше раз скорректирует задание регулятору.

Температурный режим в реакторе поддер>кивают в реакторе регулятором 21 регулирующими органами 22 и 23.

Формула изобретения

729 т 84 со стадии прияотооления катапизап ора

Составитель А. Артемов

Редактор О. Кузнецова Техред З. Чужик Корректор М. Вигула

Заказ 1905/22 Тираж 495 Под пис ное

Ш 1ИИПИ Госужфственного комитета ССС Р но делам изобретений. и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППГ1 "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4