Способ автоматического управления процессом полимеризации этилена в трубчатом реакторе

СОЮЗ СОВЕТСКИХЫВЗПЮЕСЮП ае и) РЕСПУБЛИК ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕвицвтоъс в ВТОРСКОМУ действия на расход инициатора, постКпающего в трубчатый реактор, о т л Йч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения стабИльности индекса расплава получаемого полиэтилена измеряют расход инициатора на входе втрубчатый реактор в момент переключения регулятора температуры на автоматический режим работы после стабилизации процесса, находят коэффициент усиления регулятора температуры,соответствующий оптимальной настрой"ке регулятора температуры в моментпереключения его на автоматическийрежим работы, находят по показаниям г.датчиков температуры по длине реак-,тора расстояние от начала трубчатогореактора до точки, где температурадостихает максимального значения,определяют время запаздывания дъижения инициатора от датчика расходаинициатора до искомой точки, определяют коэффициент усиления трубчатого реактора и в зависимости от полученного значения корректируют расход инициатора. т оюзный Красног ельский оматизаци цзг 3.д П.,цп сайсц-.йцп,ргосейеуРепе.ова 3.зп 1 фю КОГО УПЗАЦИИ ЭТИ- заключаю-.атуры ом реактодостига-. путем возСОБ АВТОМАТИЧЕС ЦЕССОМ ПОЛИМЕРИ ЧАТОМ РЕАКТОРЕ, илизации темпер смеси в трубчат где температура ного значения,(54)(РАВЛЕЛЕНАщийсяреакцре вет ма 7) СПО ИЯ ПРОТРУБ в ста онной очке, сималь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3368396/23-05(71) Государственный всесральный ордена ТрудовогоЗнамени научно-исследоватинститут комплексной авт(56) 1. Патент С 1 Ж У 3728085,кл. С 08 г". 1/98, 1973.2. 1 ацагг 1 дпе д.М.: ТаТоззех А., Ч"193.за 3.ой ЙЕагецг роцг Иа сопйцхгеЙе ргойцс 1 оп йе рогуеЮЬИзобретение относится к автоматизации процессов полимеризации и может быть использовано в производстве полиэтилена методом высокого давления в трубчатом реакторе.Известен способ автоматического 5 управления процессом полимеризации этилена в трубчатом реакторе, заключающийся в изменении расхода инициатора на входе в трубчатый реактор в зависимости от величины температу ры в,наиболее интенсивной зоне реакции 11 ).Однако известный способ не может обеспечить качественное управление ,процессом, так как он не учитывает 15 колебания входных параметров процессааНаиболее близким к предлагаемому. является способ автоматического управления процессом полимеризации этилена 0 в трубчатом реакторе, заключающийся в стабилизации температуры реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, где температура достигает максимального значения, путем воздей-д ствия на,расход инициатора, поступающего в трубчатый реактор 12 ).бднако известный способ управления также не обеспечивает стабильность индекса расплава.Этообъясйяется тем что30 изменение режима работы трубчатого реактора давление в трубчатом реакторе, расход инициатора на входе в трубча" тый реактор, температуры по длине трубчатого реактора) может вызвать увеличение амплитуды колебаний температуры реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризую, цей температурный режим, а это в :вою очередь приведет к колебаниям индекса расплава получаемого полиэ тилена, При этом стабилизация индекса расплава осуществляется путем стабилизации температуры в наиболее интенсивной зоне реакции или максимальной температуры реакционной смеси по длине трубчатого реактора. Индекс расплава, определяемый лабораторным путем с интервалом дискретности 1 ч, при выводе трубчатого реактора на стабильный режим работы повторяет колебания температур в указанных точках, характеризующих температурный режим трубчатого реактора.Цель изобретения - повышение стабильности индекса расплава получаемого полиэтилена.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом полимеризации этилена в трубчатом реак торе, заключающемуся в стабилизации температуры реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, где .температура достигает максимального значения, путем воздействия на расход ини:65 циатора, поступающего в трубчатый реактор, дополнительно измеряют расход инициатора на входе в трубчатый реактор в момент переключения регулятора температуры на автоматический режим работы после стабилизации процесса, находят коэффициент усиления регулятора температуры, соответствующий оптимальной настройке регулятора температуры в момент переключения его на автоматический режим работы, находят по показаниям датчиков температур по длине реактора расстояние от начала трубчатого реактора до точки, где температура достигает максимального значения, определяют вре-, мя запаздывания движения инициатора от датчика расхода инициатора до искомой точки, определяют коэффициент усиления трубчатого реактора и в зависимости от полученного значениякорректируют расход инициатора.При этом расход инициатора рассчитывается по формуле.а- )ио) )иоп+ К ОИ) И)с)иоп огде с), - расход инициатора наиопвходе в трубчатый реактор в момент переключе-ния регулятора темпера"туры на автоматическийрежим работы;Т - заданное значение регуп,лируемой температурыреакционной смеси втрубчатом реакторе вточке, где температурадостигает максимальногозначения;КиЦ - регулйрующее воздействйе, вырабатываемое регулятором температурыК, - коэффициент усилениярегулятора температуры,соответствующей оптимальной настройке регулятора температуры в,момент переключения егона автоматический режимработы;Тф)- ТК =си с - коэффициент усис)ио 1-0 лениЯ тРУбчатогореактора;Т 1) - значение регулируемойтемпературы реакционной смеси в точке, гдетемпература достигаетмаксимального значения; ,- момент времени выработки регулирующего воздействия относительно мо.- мента переключения регулятора температурына автоматический режимработы;время запаздывания движения инициатора.отдатчика расхода инициатора до точки, где5.температура достигаетмаксимального значениярасстояние от началатрубчатого реактора доточки, где температура 1 Одостигает максимальногозначения;скорость движенияреакционной смеси в.трубчатом реакторе; 15время запаздывания дви.,е.жения инициатора от датчика расхода инициатора до входа в трубчатыйреактор; 20постоянные коэффициенты. аЪПри этом в качестве регулируемойтемпературы можно использовать нетолько температуру реакционной смесив трубчатом реакторе, где температура достигает максимального значения,. но и температуру в наиболее интенсивной зоне реакции.Для выработки регулирующего воздействия на расход инициатора можноиспользовать ПНД-регулятор, а приопределении расхода инициатора на,входе в трубчатый реактор можно ввести задержку в виде интегро-дифференцнрующего звена,65 На фиг.1 показана блок-схема системы управления, реализующей предлагаеьый способ; на фиг.2 - расчетная зависимость коэффициента усиления 40 от температуры и расхода инициатора.Произведение коэффициента усиления трубчатого реактора на расход инициатора на входе в трубчатый реактор меняется в очень широких пределах 45на порядок ) при изменении в рабочей обласТи давления в трубчатом реакто" ре и расхода инициатора на входе в трубчатый реактор. Причем это произведение зависит только от температу" ры реакционной смеси в трубчатсреакторе в точке, характеризукщей температурный режим трубчатого реак,.тора, и его можно аппроксимировать ломаной линией. На каждом прямоли,нейном участке ломаной линии указанное произведение прямо пропорционально разности между температурой реак" ционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора, и60 постоянной величиной. где си 7 - постоянные коэффициенты. Коэффициент Ко усиления трубчатого реактора равен отношению разности между температурой Т реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора, и постоянной вели" чиной, к расходу о. инициатора на входе в трубчатый реактор7- Т. Т с о Ю Иио иоЭти соотношения подтверждаются расчетами по модели трубчатого реак" тора, а также экспериментальными данными. Для сечений трубчатого реакто ра в наиболее интенсивной зоне реакции Ти и в зоне с максимальной температурой Т(фиг,1) объект управления можно апйроксимировать следую" шими уравнениями +Т(Ц=Тст+-Е +аЧ(Р(Ч-оооо Й +ММ ехр Т ио (1-Щ;ЗТ (Ц 6 Т (1= ТМСдТ (Ц, (+)у стЯт где Т(Ц - температура реакционной смеси в трубчатом реакторе в точке, характеризующей температурный ре" жим трубчатого реактора, Т (+) - температура стенки трубчатого реактора в точке, характеризующей температурный режим трубчатогореакторау Р(М - давление в трубчатомреакторе; ЧиоЬ) - Расход инициатора на входе в трубчатый реактор; Тт(1 - температура теплоносителя в рубашке трубчатого реактора в точке, характеризующей температурный режим трубчатого режима; 8- запаздывание объектауправления;Т рТ,(, - функция от расхода ф-юо био,То,Р,Т , моноМЕРа на входе в тРУбчатый реактор, расхода . с инициатора на входев трубчатый реактор, тейпературы То реакционной смеси на входе в трубча тый реактор, давления Р в трубчатом реакторе и температуры Т теплоносителя в рубашке трубча того реактора; :МДиаЧЬЯ- постоянные коэффициентыРезультаты расчетов коэффициента усиления трубчатого реактора по управлениям статики прид 3)в рабочем диапазоне изменения Р: =1100-3000 атм с шагом 100 атм и рас-ь - .Ь 1 О йода инициатора и= 3.," - 30., с шагом. 3 " приведейы на Фигй .1 РИспользование для регулирования температуры реакционной смеси в труб-, чатом реакторе в точке, характеризую" щей температурный режим трубчатого 15 реактора, ПИД-регулятора с постоянным коэффициентом усиления может привес" ти .к недопустимо большим нарушениям температурного режима трубчатого реактора при изменении управляющих воздействий, давления в трубчатом реакторе и расхода инициатора на входе в трубчатый реактор. ПИД-регулятор, оптимально настроенный при одних значениях управляющих воздействий, при других значениях ( в случае скачкообразных их изменений) может дать переходные процессы ведущие к большому перерегулированию или медленному затуханию.30Для выравнивания качества регулирования во всей области изменения управляющих воздействий регулирующее воздействие, вырабатываемое регулятором температуры., следует корректи- З 5 ровать так,чтобы коэффициент усиления разомкнутой цепи системы автоматичес кого регулирования был бы постоя" нен, т.е. необходимо реализовать формулу (1).При этом постоянную времени интег "О рирования ПИД-регулятора можно оста- . вить без изменений вследствие незначительного изменения динамических свойств трубчатого реактора на разных режимах его работы. 45Система автоматического управления трубчатым реактором 1 состоит из датчика 2 расхода инициатора, регулятора 3 расхода инициатора, исйолнительного Устройства 4 на линии по дачи инициатора (показана пунктирной чертой), датчиков 5-В температуры (количество которых определяется конкретными технологическими особен,ностями процесса) по длине трубчатого 55 реактора 1, блока 9 определения величины регулируемой температуры, блока,10 определения координаты регулируемой температуры, блока 11 вычисления транспортного запаздывания, регулятора 12 температуры, блока 13умножения, блока 14 чистого .запаздывания, интегро-дифференцирующего звена 15 и .блока 16 деления .Система работает следующим образом.Регулируют расход инциатора навходе в трубчатый реактор 1 с помощью датчика 2 расхода инициатора,регулятора 3 расхода инициатора иисполнительного устройства 4.Измеряют температуру реакционнойсмеси по длине трубчатого реактора1 датчиками 5-8 температуры и с помощью блока 9 определения величинырегулируемой температуры и блока 10определения координаты регулируемойтемпературы находят, соответственно,величину температуры в точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора 1, и расстояние этойточки от начала трубчатого реакто-.ра 1.Находят в блоке 11 транспортноезапаздывание,при движении инициатора до точки, характеризующей температурный режим трубчатого реактора1, как величину зависящую линейно откоординаты точки, характеризующейтемпературный режим трубочатого реактора 1.С помощью регулятора 12 температуры регулируют темйературу в точке,характеризующей температурный режимтрубчатого реактора 1, путем изменения через блок 13 задания регулятору 3 расхода инициатора,Корректируют регулирующее воздействие, вырабатываемое регулятором12, с помощью блока, 14 чистого запаздывания, интегро-дифференцирующегозвена 15, блока 16 деления корректирующего воздействия.на температурув точке, характеризующей температурный режим трубчатого реактора 1, иблока 13 умнбжения. Использование предлагаемого способа позволяет компенсиРовать значительные изменения коэфФициента усиления трубчатого реактора (при изменении режима работы трубчатого реактора), которые могут привести к нестабильности температурного режима и индекса расплава получаемого полиэтилена