Способ управления экзотермическим процессом

 

Союз Советсккк

Социалистических

Реслублмк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) gl,îïîëíèòåëüèîå к авт. свид-ву. (5.1)М. Кл.

В 01 Л 1/00

G 05 0 27/00 (22) Заявлено 01.11.77 (21) 2538382/23-26 с присоединением заявки .%

Гооударстввнный комитет (23) Приоритет но делам изобретений и открытий

Опубликовано 25 05.80. Бюллетень М19.(53) УД К 66.012-52 (088,8) Дата опубликования описания 25.05 80

В. И. Сахненко, Н. В. Лобанов, В. А. Лукашки и P. М. Коровина (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт им, Ленсовета (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМ

ПРОЦЕССОМ

Изобретение относится к управлению экзотермическими процессами (хлорирование, нитрование, сульфирование) в аппаратах полунепрерывного действия и может быть применено в химической; фармацевтической и лакокрасочной промышленности, Известен способ управления экзоФермическим процессом, в котором основной тех ологический параметр — температура-регулируется по заданной программе (11.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению способ управления экзотермическим процессом в аппарате" полунепрерывного действия, содержащем рубашку и змеевик, по температуре реакционной массы изменением расхода хладагента путем переключения управляющих контуров при переходе со стадии пуска к стадиям дозирования реагента, выдержки реакционной массы и выгрузки в зависимости от температуры (2).

Однако при таком способе управление процессом на всех стадиях осуществляется одним общим контуром, что не позволяет сделать систему управления оптимальной для каждой

2 стадии. Кроме того, момент выхода реактора на режим определяется лишь . пв достижению заданной температуры, что в случае полуиепрерывньтх экзотермических процессов часто приводит к значительным выбегам температуры в начале стадии дозирования и по окончании ее и возникновению аварийной ситуации. . Цель изобретения — обеспечение безаварийного проведения процесса путем повышения качества регулирования температуры.

Это достигается тем, что переключение со стадии пуска иа стадию дозировайия осуществляют по отклонению температуры реакционной массы и ее первой производной по времени от заданных значений путем закрытия клапана подачи теплопосителя и открытия клапанов подачи хладагента и реагента, переключение со стадии дозирования на стадию выдержки осуществляют по понижению температуры реакционной массы от заданпого значения путем закрытия клапана подачи pearema и открытия клапана подачи хладагента, переключение со стадии выдержки на стадию выгрузки осуществляют по снижению средней

735293

25 o

so

3 величины температурного перепада на входе и выходе хладагента из змеевика путем открытйя клапана выгрузки.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ управления экзотермическим процессом.

Реактор 1 снабжен рубашкой 2, змеевиком

3 и мешалкой 4. Клапан 5 воздействует на подачу реагента, клапан 6 — на- расход хладагента через змеевик и клапан 7 — íа расход теплоносителя через рубашку. Клапан 8 служит дпя выгрузки реакционной массы. Температура в реакторе измеряется датчиком 9 и вторичным прибором 10. Перепад температуры хладагента на змеевике измеряется датчиками 11 и 12 и вторичным прибором 13. Блоки 14 — 16 служат для сравнения перепада температуры на змеевике, температуры в реакторе и скорости ее изменения с заданными значениями.

Блок 17 служит для формирования сигнала о скорости изменения температуры в реакторе.

Блоки 18 — 20 осуществляют управление клапанами17, 5, 6 по температуре в реакторе. Блок

2l осуществляет1 управление переключающими реле 22 — 24 в соответствии с заложенным алгоритмом их работы.

Способ управления экзотермическим процессом осуществляется следующим образом.

Сначала 1три О С в реактор загружают один из исходных реагентов до определенного уровня, затем реактор подогревают до заданйой температуры, по достижении которой начинают дозирование в реактор второго реагента. Подача реагента сопровождается быстрой экзотермической реакцией. В ходе дозирования уровень реакционной массы увеличивается, На этой стадии процесса и на всех последующих (выдержка, выгрузка) требуется стабилизация температуры в реакторе. По окончании стадии дозирования реакционную массу еще некоторое время выдерживают в реакторе, а затем выгружают. В качестве управляющего воздействия по температуре реактора на стадиях загрузки, выдержки и выгрузки используют подачу хладагента, на стадии пуска подачу теплоносителя, а на стадии дозирования — подачу реагента.

Значения коэффициентов передаточных функций W каналов управления для различных стадий рассчитывались для уравнения вида

К Р вЂ” (7 )-(т P )) где К вЂ” коэффициент усиления;

Т Т вЂ” постоянные времени, мин;

1 1

С вЂ” время запаздывания, мин;

Р— оператор Лапласа.

Динамические характеристики реактора на различных стадиях процесса существенно отличаются, а на стадии дозирования, кроме того, меняются по ходу подачи реагента. Это приводит к необходимости использования на каждой стадии регуляторов соответствующей структуры, которые выбирают и настраивают, исходя из свойств объекта и требований к качеству регулирования температуры на каждой стадии.

После загрузки реактора при пуске процесса, когда температура в реакторе ниже заданной и ее нужно как мбжно быстрее поднять до регламентного значения, на блок 21 поступает сигнал с блока 15. По сигналу "Пуск" регулирующий блок 18 с ПД вЂ” законом регулирования через реле 22 переключения управляет клапаном 7 на подаче теплоносителя в рубашку. Пуск заканчивают, когда температура реактора попадает в заданный интервал значений, а ее первая производная становится меньше или равна нулю, о чем иа блок 21 поступят соответствующие сигналы с блоков

15 и 16.

Реле 22 переключения отключает блок !8 от клапана 7, а управление процессом на стадии дозирования производится регулирующим блоком 19 с регулятором с переменной структурой (РПС), который через реле 23 воздействует на клапан 5 подачи реагента, На стадии дозирования вследствие изменения и объема и состава реакционной массы реактор обладает нестационарной динамикой, поэтому на этой стадии лучше использовать регулятор с переменной структурой.

Стадия дозирования реагента заканчивается, когда температура в реакторе будет меньше задания, о чем на блок 21 поступил сигнал с блока 15. Реле 23 отключает блок 19 от клапана 5, а управление процессом на стадии выдержки реакционной массы, когда реакция химического взаимодействия заканчивается и тепловой эффект уже незначителен, производится блоком 20 с позиционным регулятором, который через реле 24 воздействует на клапан 6 подачи хладагента в змеевик реактора. Когда средняя величина перепада температуры хладагента на змеевике будет меньше заданной величины, что свидетельствует о завершении химического взаимодействия в реакторе, на блок 21 поступит сигнал с блока

l4 сравнения. Процесс на этом заканчивается и с блока 21 поступает сигнал на клапан 8 выгрузки.

Использование принципа постадийного управления, новых параметров, определяю1цих переход со стадии пуска к стадии дозирования реагента, затем к выдержке и последующей с 5 7 выгрузке, приводит к улучшению качества регулирования температуры (интегральная квадратичная оценка уменьшается в 1,5 — 2 раза), I устраняет недопустимые выбеги температуры реакционной массы в момент перехода от одной стадии к другой.

Формула изобретения

Способ управления экзотермическим процессом в аппарате полунепрерывного действия, содержащем рубашку и змеевик, по температуре реакционной массы изменением расхода хладагента путем переключения управляющих контуров при переходе со стадии пуска к стадиям дозирования реагента, выдержки реакционной массы и выгрузки в завимимости от температуры, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безаварийного проведения процесса путем повышения качества регулирования температуры, переключение со стадии пуска на стадию дозирования осущест35293 6 вляют по отклонению температуры реакционной массы и ее первой производной по времени от заданных значений путем закрытия клапана йодачи теплоносителя и открытия клапанов

5 подачи хладагента и реагента, переключение со стадии дозирования на стадию выдержки осуществляют по понижению температуры реакционной массы от заданного значения путем закрытия клапана подачи реагента и открытия клапана подачи хладагента, переключение cb стадии выдержки на стадию выгрузки осуществляют по снижению средней величины температурного перепада на входе и выходе хладагента из змеевика путем открытия клапана

15 выгрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.„Химическая промышленность, 1966, У 2, с. 168. го 2. Казаков А. В. и др. Основы автоматики и автоматизщии .химических производств. - М.

Машиностроение, 1970, с. 345.

735293

Заказ 230!/5

Тираж 809 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

) 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель М. Белавина

Редактор Jl, Гребенникова Техред О.Андрейко Корректор M. Вигула