Способ автоматической защиты процесса жидкофазного окисления изопропилового спирта

(19) 1)4 С 07 В 33 5 Р 27/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21 (22 окисления изопро может быть испол ой и нефтехимиче 3-2 ног илово спирта, химичес зовано вкой промышУ 13уменчу позволяет по ленност сить бь щиты. Сп трособ деистви реализу регулир бя конт и надежность за тся системой авт вания (САР), вклю р регулирования а в теплообменни.8)идетельство СССР /00, 1979. А стемы о роцес н Хи атичес еи се- еюч щег то и др. Си опасных п ологии. - Л 9. ника ател ода конденсат плообме от значения п уации (ПАС) (п рого граничног 10 подачи пара ависимост авариинои си жении его вт, ния): клапан11 вывода ко блок 15, САР регулировани ной воды в з Ятодйщий газ остиз ПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ СА ЖИДКОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ И ОВОГО СПИРТАзобретениетической з(57)автом пан нденсата, вычислит включает в себя к я подачи дистиллир ависимости от темп ельныи нтур с Я н ва относится к спосоащиты процесса жид130 ры в зоне реакции (при достижении текущим значением своего допустимого значения): датчик 3 температуры, блок ,15, клапан 14. САР содержит также контур регулирования подачи изопропилового спирта (ИПС) (прекращает подачу горячего и осуществляет подачу холодного ИПС) в зависимости от первого граничного значения ПАС: дат 1825чик 5, блок 15, клапаны 8 и 9, ПАСрассчитывают в блоке 15 в зависимости от величины скорости изменениятемпературы в зоне реакции (датчик 3),концентрации кислорода в отходящихгазах (датчик 4), расходов ИПС и воздуха (датчики 5, 6) и содержания перекиси водорода в реакционной смесиИзобретение относится к способамавтоматического предотвращения аварийной ситуации при осуществлениипотенциально опасных технологическихпроцессов и может быть использовано 5в химической и нефтехимической промышленности в процессе жидкофазногоокисления изопропилового спирта,кислородом воздуха с целью получения пе-,рекиси водорода.Целью изобретения является повышение быстродействия и надежностизащиты.На чертеже схематически показанаблок-схема системы, реализующей данный способ,Система содержит реактор 1 окисления изопропилового спирта (ИПС) совстроенным теплообменником, подогреватель 2 ИПС, подаваемого на реакцию,датчик 3 температуры в зоне реакции,датчик 4 концентрации кислорода вотходящем газе, датчики 5 и 6 расхода ИПС и воздуха, подаваемых в реактор, датчик 7 содержания перекисиводорода в реакционной смеси, отсчетные клапаны 8-14, вычислительное устройство 15, Выходные сигналы с датчиков: температуры в зоне реакции, концентрации кислорода в отходящем газе,расхода ИПС, расхода воздуха, кон -центрации перекиси водорода в реакционной смеси подключены к входамвычислительного устройства 15, Пер 35вый выход устройства 15 соединен сотсечными клапанами 8 и 9 на линияхгорячего и холодного ИПС. Второй выход вычислительного устройства 15соединен с отсечными клапанами 12и 13 на линиях прямой и обратной охлаждающей воды и с клапанами 10 и 11 2греющего пара и конденсата, Третий выход устройства 15 соединен с отсечным клапаном 14 на линии подачи дистиллированной воды в реактор.Процесс окисления ИПС осуществляют в реакторе непрерывного действия колонного типа при давлении 1-1,2 МПа и температуре, которая может изменяться от 110 до 130 С в зависимости от требуемой производительности и других условий процесса. Компоненты, участвующие в процессе, проходят противотоком друг к другу: спирт, поступающий в верхнюю часть реактора, движется вниз, в то время как воздух, диспергированный внизу реактора, в виде пузырьков поднимается вверх, пронизывая жидкий поток и взаимодействуя с ним, .Реакционная смесь, содержащая 8-107 перекиси водорода, непрерывно отбирается от реактора; отработанный воздух, содержащий 3-67 кислорода (отходящий газ), сбрасывается на очистку от паров органических примесей.Контурами автоматического регулирования (не показаны) поддерживаются на заданном уровне следующие основные переменные процессы: уровень жидкости в реакторр, расход и температура ИПС, температура и давление в реакторе, расход воздуха.В зависимости от планового задания, наличия сырья, а также условий работы других технологических аппаратов, связанных с реактором, возможны следующие режимы ведения процесса: о.- режим обеспечения максимальной производительности при ограничении на выход перекиси водорода, который должен быть не ниже некото 1301825рой величины; 6 - режим обеспечения максимального выхода перекиси водорода по, отношению к теоретически возможному при ограничении на скорость процесса; 6 - режим обеспечения максимально допустимой концентрации перекиси водорода в реакционном растворе.Режим ъ характеризуется максимально допустимыми нагрузками по ИПС 10 (О ) и воздуху (С , д ), повьппенной температурой в зоне реакции (Т) и пониженной концентрацией перекиси водорода (С ) в реакционной смеси, например: 15Чипе = 40-4 ю 5 м /ч;= 1600-1900 м /ч;Т = 125-128 С;Сп = 8,0-8,57.Потенциальной опасностью при проведении процесса в данном режиме является лабильность перекиси водорода 25 как химического соединения, склонность к разложению, особенно в условиях повышенной температуры и возможного присутствия каталитически активных веществ. Разложение перекиси водорода прежде всего сопровождается дальнейшим ростом температуры в зоне реакции, что может привести к неуправляемому развитию реакции.Режим В характеризуется пониженными нагрузками потоков ИПС и воэдуха и более низкой температурой в зоне реакции, например;2,0-2,5 м з/ч;О = 900-1100 м /че аУТ = 110-115 фС;С = 9 5-103.по фВедение процесса окисления ИПС в 45 данном режиме чревато опасностью достижения максимума содержания перекисных соединений в реакционном растворе, при котором начинается их интенсивное расходование на развитие процессов более глубокого окисления ИПС. При этом технологический процесс переходит в стадию образования нового продукта - уксусной кислоты.Накопление ее, так же как и накопление других продуктов реакции, носит автоускоренный характер. Этот нежелательный побочный процесс отрицательно влияет на качество конечногопродукта и другие технологические и экономические показатели. 0 начавшемся процессе более глубокого окисления ИПС можно судить по падению концентрации кислорода (С ) в отходящем газеПараметры режима о окисления, обеспечивающего максимальный выход целевого продукта, являются промежуточными по отношению к указанным.Данный способ предотвращения аварийной ситуации позволяет учесть физико-химическую обстановку протекания реакции окисления и сформировать противоаварийные воздействия наиболее оптимальным образом. Для этого вычисляют значение показателя, характеризующего потенциально опасную тенденцию изменения хода технологического процесса по формуле1 =Ы +сЙТ ЙСдссфгде Т - температура в зоне реакции,С;С - концентрация кислорода вкотходящем газе, об.7;с - время, мин.Весовые коэффициенты Ы, и оС, определяющие значимость информативных параметров, входящих в показатель, при различных условиях осуществления процесса, определяют на основании .уравнений видаЫ =Г(0 0 )=а +а О +а О1Водо "иаэсо 1 Вопдкпс(2)ос,= К(С,) = Ь +Ь С,. (3) Коэффициенты а , а а , Ь Ь 1, определяются при моделировании режимов работы реактораФормирование управляющих воздействий по данному способу осуществляют в зависимости от величины показателя 2, характеризующего опасную тенденцию, таким образом, чтобы предотвратить ее дальнейшее развитие на начальной стадии. Это достигается тем, что при ведении процесса окисления ИПС в области режима а повышается значимость информативного парайТметра - (скорость изменения темпейсратуры в зоне реакции). При ведении процесса в области режима В соответственно повьппается значимость инфор 5 130182ас,мативного параметра(скоростьйсизменения концентрации кислорода в .отходящих газах). Этим обеспечивается необходимая величина предваренияф 5 при выявлении опасной ситуации и принятии необходимых мер по ее ликвидации.Система автоматического предотвращения аварийной ситуации по предлага емому способу работает следующим об - разом.Сигналы (В - В ) от датчиков 3-71 5температуры в зоне реакции, концентрации кислорода в отходящем газе, расхода ИНС, расхода воздуха и концентрации перекиси водорода поступают на входы вычислительного устройства 15.В вычислительном устройстве 15 через заданные промежутки времени (например,= 2 мин) производится вычисление величины показателя 1 по формулам (1)-(3) и формирование сигнала, пропорционального величине это го показателя.На основании исследования динамики развития аварийной ситуации установлены два уровня величины показателя 1 и, соответственно, два уровня ве личины сигнала, пропорционального величине этого показателя, Дополнительно установлена предельная величина сигнала от датчика температуры в зоне реакции. Все три величины в качестве уставок срабатывания внесены в блок памяти устройства 15.При достижении величиной показателя 1 значения первого уровня 1 = Ч на первом входе устройства Формирует- щ 0 ся управляющий сигнал В, = 1, который обеспечивает закрытие отсечного клапана 8 на линии горячего ИПС и открытие отсечного клапана 9 на линии холодного ИПСЕсли это противо- ц 5 аварийное воздействие является недостаточным и значение показателяпродолжает возрастать, то при достижении им значения второго уровня 1 = с 1 Формируется управляющий сигнал В = 1 на втором выходе устройства 15, в результате чего закрываются отсечные клапаны 10 и 11 на линиях подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденса та и открываются отсечные клапаны 12 и 13 на линии подачи охлаждающей воды, В результате указанных воздействий снижается температура в зоне ре 5акции и происходит понижение концентрации перекиси водорода в реакционном объемепо мере отвода реакционной смеси. Если же и эти противоаварийные управляющие воздействия на процесс не обеспечивают предотвращения дальнейшего развития аварийной ситуации, то при достижении величиной температуры Т в зоне реакции уставки Оэ безопасности (Т = ц ) на третьем выходе устройства 15 формируется сигнал В,э = 1, по которому открывается отсечной клапан на линии подачи дистиллированной воды в реактор, При этом в результате резкого разбавления раствора и понижения его температуры реакция гасится и дальнейшее развитие аварийной ситуации прекращается. Величины показателя 1, при достижении которых формируются управляющие противоаварийные воздействия на процесс и коэффициенты а а а Ь Ь подбирают таким образом, чтобы обеспечить своевременное выявление опасной тенденции изменения хода технологического процесса и избежать воздействия на процесс по третьей уставке, так как в результате подачи дистиллированной воды внутрь реактора происходит обводнение раствора, что приводит к остановке процесса и значительному усложнению работы последующих стадий в период переработки обводненного реакционного раствора и к потере времени для выведения процесса на режим.Как показали проведенные испытания на моделирующей установке, применение способа позволяет осуществлять процес.с окисления ИПС в наиболее благоприятном режиме приобеспечении его безаварийности.П р и м е р. Для режима обеспечения максимальной производительности (режим а ) с параметрами: Рвозд = 1800 м/ч;=4,5 мз/ч; С =8 вес.7.,предельно допустимым значением скорости изменения температуры в зонеЙТ ореакции будет - := 0,3 С/мин при аС= О.йсДля режима обеспечения максимально допустимой концентрации перекисиводорода в реакционном растворе (режим Ь ) с параметрами:в,= 900 м /ч;э грипс =,25 м /ч; С= 10 вес.7,предельно допустимым значением скорости изменения концентрации кисло1301825 Формула и зо брет ения Составитель Г.ОгаджановТехред А.Кравчук Корректор С.Шекмар Редактор С.Пекарь Заказ 1190/25 Тираж 372 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушскаянаб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ВС. рода в отходящих газах будет -= +0,3 об.7/мин при= О.снеКоэффициенты а Ь для рассмат 1 ф 5 риваемого реактора имеют, например, значения: а, = 20,2; а = 0,006; а = 15,31; Ь, = в 2; Ь, = 30. Тогда весовые коэффициенты о и с име 2 ют значения для режима а; о, = 100;4 д = 40; для режима 6: А, = 60; ос = 100.Величины уставок срабатывания системы защиты будут, например, (Т)о.): ц, = 30; ц= 45. Значение уставки безопасности и з = 140 С.1Из примера видно, что значимость информативных параметров, задействованных в системе автоматической защиты реактора окисления ИПС по дан ному способу, в зависимости от параметров ведения технологического режима может изменяться примерно в 2 раза, что обеспечивает существенное повышение быстродействия функционирования системы защиты. Способ автоматической защиты процесса жидкофазного окисления изопропилового спирта путем регулирования подачи греющего пара в теплообменник реактора и отвода конденсата из теплообменника и формирования противо аварийных управляющих воздействий в зависимости от величины скорости изменения температуры в зоне реакции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности защиты, дополнительно измеряют расходы изопропилового спиртаи воздуха в реактор, концентрацию кислорода в отходящем газе и содержаниеперекиси водорода в реакционной смеси на выходе реактора, определяютскорость изменения концентрации кислорода в отходящих газах, рассчитывают текущее значение показателя аварийной ситуации в зависимости от величины скоростей изменения температуры в зоне реакции и концентрации кислорода в отходящих газах, расходовиэопропилового спирта и воздуха исодержания перекиси водорода в реакционной смеси, сравнивают текущеезначение показателя аварийной ситуации со своими граничными значениямии текущее значение температуры в зонереакции - со своим допустимым значением, и при достижении текущим значением показателя аварийной ситуациисвоего первого граничного значенияпрекращают подачу горячего и осуществляют подачу холодного изопропиловогоспирта, при достижении текущим значением показателя аварийной ситуациисвоего второго граничного значенияпрекращают подачу греющего пара втеплообменник реактора и отвод конденсата из теплообменника и осущест-.вляют подачу охлаждающей воды в теплообменник реактора и ее отвод изтеплообменника, а при достижении текущим значением температуры в зонереакции своего допустимого значенияосуществляют подачу дистиллированнойводы в реактор.