Способ автоматического управления потенциально опасным химико-технологическим процессом

(5)5 ЗОБРЕ И К АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВ роцесс провоостоит из ремешалкой 2, зан) и исполОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ(71) Ленинградский технологический институт им, Ленсовета(56) Авторское свидетельство СССР М 740269, кл. В 01 3 19/00, 1980.Обновленский П.А. и др. Системы защиты потенциально опасных процессов химической технологии. - Л., 1978, с. 18-19. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫМ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ (57) Изобретение относится к области автоматического управления потенциально опасными экзотермическими,процессами в предаварийных режимах, может быть исИзобретение относится к автоматическому управлению потенциально опасными экэотермическими процессами в предаварийных режимах и может быть использовано в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности.Целью изобретения является снижение потерь продукта за счет уменьшения числа аварийных остановок процесса.На чертеже приведена функциональная схема реализации способа. Потенциально опасный ится на установке, котора ктора 1 с рубашкой и нзбженного люком (не по 1 3 19/00, 6 05 0 27/00 пользовано в химической и других смежных отраслях промышленности и позволяет снизить потери продукта за счет уменьшения числа аварийных остановок процесса, Способ предусматривает подачу хладагента через рубашку реактора, инертного по отношению к реакционной массе охладителя, непосредственно в реактор и прекращение подачи исходного реагента в реактор при превышении температуры или скорости роста температуры реакционной массы заданного значения, при этом подачу охладителя осуществляют в периоды времени, .удовлетворяющие условиям. Когда скорость роста разности температур реакционной массы и хладагента больше нуля, вторая производная по времени температуры реакционной массы больше нуля,идавление в реакторе меньше или равно предельному. значению. 1 ил. нительным устроиством для подачи ингредиентов реакций, клапан 3 с дистанционным управлением, клапаном 4 для охлаждения реактора потоком "жесткого" хладагента и клапаном 5 для нагрева содержимого реактора потоком теплоносителя через входной патрубок 6, рубашку реактора и выходной патрубок 7, Крышка реактора соединена трубопроводом с клапаном 8, который связан трубопроводом с обратным холодильником, имеющим связь с атмосферой (не показана). Охлажденное, инертное по отношению к реакционной массе вещество, в случае необходимости подается в реактор по трубопроводу дозатором 9, который реализует аналого-частотный принципрегламентации подачи с помощью преобразователя 10,Дозатор смонтирован на трубопроводе,соединяющем емкость 11 для хранения охлажденного инертного охладителя, с полостью реактора, На днище реакторасмонтировано исполнительное устройство12 (клапан) для сброса реакционной массы.Управляющая часть автоматической системы защиты реактора состоит из первогодатчика 13 температуры (например, двойнойтермопары), контролирующего состояниеопасного технологического параметра, соединенного с ним линией связи преобраэо вателя 14 сигналадатчикавсигнал,удобный 15для дальнейшего использования; второгодатчика 15 температуры, который дифференциально связан с первым датчиком температуры с целью измерения разноститемператур реакционной массы и хладагента, соединенного с первым и вторым датчиками температуры, усилителя 16постоянного тока со стандартным выходом;вычислительного блока 17; преобразователя 18 давления, выход которого связан с 25входом позиционного регулятора 19 и с вторым входом логического блока 20, выполняющего функции позиционного регулятора.Трубопровод, связывающий крышку реактора с клапаном 8, снабжен устройством 30(разделителем) 21 разделения жидкой и газообразной фаз, Клапан 8 связан с обратным холодильником 22, выход которогосоединен с емкостью 11, На крышке смонтирован также трубопровод с разрывной 35мембраной 23.П р и м е р 1. Способ для процессанитрования 2-метилимидаэола (2-МИ) осуществляется следующим образом. В реактор 1 емкостью 10 л через люк, не 40показанный на схеме, помещают 4,5 л 80 -82 о,-ной черной кислоты и к ней при перемешивании и охлаждении через тот же люкприсыпают 1,5 кг 2-МИ. Один иэ исходныхингредиентов реакции подается в реактор 1 45постепенно по ходу процесса через клапан3 с дистанционным управлением, При присыпании 2-МИ с помощью системы автоматического регулирования температурустабилизируют на уровне 25 - 40 С, По 50окончании растворения 2-МИ в кислоте раствор подогревают путем изменения задания автоматической системе регулированиятемпературы до 105+ 2 С. При этом клапан4 прикрывается, а клапан 5 наоборот приоткрывается. После того, как в растворе установится заданная температура, включаютподачу 2,5 л азотной кислоты через клапан3 с расходом 0,8 - 1 л/ч, В случае, еслиавтоматическая система регулированиятемпературы исчерпает свои ресурсы охлаждения, например, при повышении заданной температуры реакционной массы на 3 С (110 С) или при превышении значения скорости роста температуры реакционной массы - е-0,5 С/мин,имеет место от.о Т .м. обтключение от реактора 1 с рубашкой и мешалкой 2 линии подачи исходного реагента (азотной кислоты) с помощью клапана 3,Одновременно клапаном 4 открывается поток "жесткого" хладагента через.патрубок 6, рубашку реактора и патрубок 7. Вместе с тем, если в реакторе не повышено давление сверх допустимого и не имеют место нижеуказанные тепловые условия, то дозатором 9 с аналого-частотным преобразователем 10 включается подача из емкости 11 в реактор (на его дно) охлажденного инертного охладителя - трифторуксусной кислоты, имеющей температуру кипения более низкую. (Тил = 74 С), чем регламентная температура проведения процесса. одновременно открывается клапан 8, связывающий полость реактора с обратным холодильником 22. При этом за счет выкипания трифторуксусной кислоты обеспечивается мощный мало- инерционный теплосьем и поддержание заданного температурного режима 105 - 110 С. Пары трифторуксусной кислоты конденсируют в обратном холодильнике 22, и кислота возвращается в емкость 11. В случае повышения давления свыше 0,5 Рлр, где Рлр - давление срабатывания предохранительной мембраны, подача инертного конденсата прекращается, она не производится также. если по ходу химико- технологического процесса производится плановый нагрев реакционной массы, т.е.О, и, если скорость роста реакционной массы падает,б 1 емпературы Б 2Сигнал с второго выхода вычислительного блока 17 при этом равен нулю. Входные сигналы на автоматическую систему управления по параметрам, прогнозирующим наступление предаварийной ситуации; температуре и тепловой мощности реакционного процесса, поступают от датчиков 13 (двойная термопара) и 15 (термопара) через преобразователь 14 и усилитель 16 постоянного тока.Таким образом, повышение температуры в реакторе сверх заданного регламентом предмаксимального значения или аналогичное повышение ее производной вызывает автоматическое управляющее защитноевоздействие первой ступени, приостанавливающее процесс путем отсечки подачи исходного реагента, одновременно усиления подачи хладагента в рубашку реактора и (при наличии перечисленных выше условий) подачи охлажденного инертного охладителя - трифторуксусной кислоты в реакционную смесь на дно реактора. В качестве указанных управляющих воздействий служат сигналы с вычислительного блока 17 на клапаны 4 и 5 с одной стороны и на дозатор 9 и клапан 8 с другой.Сигнал с вычислительного блока 17 на дозатор 9 через аналого-частотный преобразователь 10 проходит только в том случае, если давление в реакторе, измеряемое посредством преобразователя 18, не превышает заданного значения, Унос вспенивающейся реакционной массы при бурном испарении и барботаже исключается с помощью разделителя 21 жидкости и газообразной среды. В случае недостаточности защитного воздействия первой ступени повышение давления сверх заданного регламентом максимального значения вызывает управляющее воздействие второй ступени, ликвидирующее процесс путем сброса реакционной массы через клапан 12 в аварийную емкость, В качестве управляющего воздействия второй ступени используется сигнал с регулятора 19,. П р и м е р 2, Поясняет возможность использования предлагаемого способа на процессе с иным химизмсм.В реакторе 1 емкостью 10 л описанной выше (в первом примере) установки помещают 5 + 0,5 л 20 О-ного слеума и к нему при 95 + 5 С дозируют втечение двух часов заранее приготовленный раствор 1 кг метанитробензойной кислоты в 2,5 л концентрированной азотной кислоты. Регулирование температуры в предаварийном режиме осуществляют так же, как и в первом примере с использованием подачи охлажденной трифторуксусной кислоты в реакционную массу на дно реактора.П р и м е р 3. Поясняет воэможность использования охлажденного инертного конденсата (например, жидкого азота) для реализации предлагаемого способа.В реактор 1 емкостью 1,2 л, смонтированный вместо десятилитрового реактора на описанной выше установке, помещают суспензию 240,3 г пиридона и 10,8 г мочевины в 735 мл уксусного ангидрида, Затем к этой суспензии, подогретой до 40 С, в течение часа дозируют 100 мл 98 оь-ной азотной . кислоты. По ходу дозировки имитируются отказы системы дозирования, выражающи 5 10 15202530 35 4045 еся в увеличении расхода азотнои кислоты. При нормальном дозировании поддержание температуры в реакторе на регламентном уровне (40 - 45 С) осуществляется только изменением температуры воды в рубашке и змеевике реактора. Во время имитации отказов системы дозирования (при увеличении регламентного расхода в 2 раза), традиционная система стабилизации температуры, осуществляющая теплосъем через стенки рубашки и змеевика, не может выполнять свою функцию; температура повышается свыше 50 С и, также как и в первом примере, в реактор подается охладитель, в данном случае, жидкий азот,имеющий температуру 195,8 С. Подача последнего строго регламентируется описанной выше системой управления, реализующей алгоритм, представленный в формуле изобретения. В результате подачиохладителя в реакционную массу (на дно реактора) температура последней возвращается в регламентные пределы 40 - 45 С, а пары азота барботируют и уходят в атмосферу,Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность управления, так как снижает вероятность перехода пред- аварийных режимов в аварийные и повышает.экономичность ведения процесса за счет уменьшения числа аварийных остановов, при которых имеют место потеря продукта реакции и рост непроизводительных трудозатрат.Использование предлагаемого способа позволяет также интенсифицировать ряд процессов .(увеличить их производительность на 10 - 15 О,) путем увеличения первой уставки "опасного" параметра и соответствующего приближения регламентного режима к границе неустойчивости,Использование предлагаемого способа позволяет проводить быстропротекающие процессы в реакторах с мешалками, котсрые обычными способами вообще не пред 50 нии температуры или скорости роста температуры реакционной массы заданного значения, измерения давления в реакторе и температуры хладагента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения потерь продукта путем уменьшения числа аварийных ставляется возможным реализовать,Формула изобретения Способ автоматического управления потенциально опасным химико-технологическим процессом в предаварийном режиме путем подачи хладагента через рубашку реактора, охладителя непосредственно в реакционную смесь и прекращения подачи исходного реагента в реактор при превыше1660726 Р(0,5 Рпр,Составитель Г.Огаджановэктор Г.Гербер Техред М,Моргентал Корректор О.Кравц каз 2073 Тираж 332 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго агарина 10 остановок процесса, в качестве охладителя используют инертную по отношению к реакционной массе жидкость, при этом подачу охладителя осуществляют в периоды времени, удовлетворяющие условиям где Тр.м., Тхл - температура реакционной массы и хладагента;5 Р, Рпр - давление в реакторе и предельно допустимое значение давления в реакторе,