Способ автоматического управления процессом алкилирования и устройство для его осуществления

н 1954378 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет 51) М, Кд.з С 07 В 27/00 С 05 О 27/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 30,08. 82,Бкзллетень МВ 32 Дата опубликования описания 30, 08. 82 53 УДК 66. 012-52(72) Авторы изобретения В.К. Бицута, П.Е. Судаков и Ю.М, Дунаев Грозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной институт им. акад. М.Д.Миллионщикова(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМАЛКИЛИРОВАНИЯ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к автоматическому управлению процессами алкилирования и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.Известен способ автоматического регулирования процесса каталитического алкилирования, например, изобутана бутиленами в присутствии серной кислоты путем стабилизации расходов кислоты и изобутана, причем регулирование температуры в зоне реакцииосуществляют изменением расхода бутиленов при стабилизации максимально возможной подачи хладоагента и устройство для его реализа - ции, содержащее контуры регулирования расходов изобутана, кислоты и хладоагента, измеритель расхода бутилена, регулятор расхода, регулирующий орган на линии подачи бутилена в реактор и измеритель температуры в зоне реакции. Причем выход измерителя температуры подается в камеру задания регулятора расхода бутилена, вторым входом связанного с измерителем расхода бутилена 11 .Однако данный способ не обеспечивает требуемую точность регулирования температуры в зоне реакции из-эа высокой динамичности процессаалкилирования. Кроме того, регулирование температуры в зоне реакции 5стабилизацией максимально возможноего расхода хладоагента не являетсядостаточно работоспособным и устойчивым. Имеют место неоднократныеслучаи залива всей системы охлаждения реактора жидким хладоагентом,при этом КПД системы охлаждения резко падает и жидкая фаза хладоагентаможет попасть на вход компрессоров.Все это приводит к снижению выходаи качества алкилата.15 Известен также способ атоматического регулирования процесса каталитического алкилирования путемрегулирования раходов кислоты, иэобутана, бутилена в реактор и отборпаров хладоагента из реактора, регулирования температуры реакции иподачи хладоагента в реактор и устройство для его осуществления, содержащее контуры регулирования 25 расходов кислоты, изобутана, бутилена в реакторкаждый из которыхсостоит из последовательно соединенных датчика расхода, регулятора и регулирующего клапана датчик темпера -, 30 туры реакции, связайный со своим954378 55 бО 65 регулятором, датчики и регулирующие клапаны 1)асхода хладоагентаи паров хладоагента 121,Недостаток известного способа иустройства заключается в том, чтоони не обеспечивают высокой точности поддержания температуры в зонереакции, что приводит к снижению выхода алкилата и его качества.Цель изобретения - увеличениевыхода алкилата и повышение его качества за счет повышения точностиподдержания температуры в зоне реакции,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу регулируют соотношецие расходов хладоагента, подаваемого в реактор, и паровхладоагента, отбираемых из реактораизменением расхода паров хладоагентас коррекцией по температурам реакциии паров хладоагента, а температуруреакции регулируют изменением подачи хладоагента в реактор, а известное устройство дополнительно содержит первый и второй функциональныепреобразователи, датчик и регулятортемпературы паров хладоагента, сумматор и регулятор соотношения расходов, при этом датчик температурыреакции подключен через свой регулятор к регулирующему клапану расхода хладоагента, выход регулятора температуры реакции параллельноподключен через первый функциональный преобразоцатель к первому входу сумматора, датчик температурыпаров хладоагента соединен черезсвой регулятор и второй функциональный преобразователь со вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу регуляторасоотношения расходов, второй входкоторого соединен с датчиком расхода хладоагента, третий вход - сдатчиком расхода паров хладоагента,а выход подключен к регулирующемуклапану расхода паров хладоагента.В реактор вертикального типа подают серную кислоту, иэобутан, бутилен, расходы которых в соответствии с требуемыми значениями стабилизируют. Реакция алкилирования сопровождается выделением тепла. Для нормального протекания процесса алкилирования температура в зоне реакции должна поддерживаться с определенной точностью +1-5 С) так какотклонение температурного режимаот заданного значительно влияет навыход алкилата и его качества. Отбор тепла ип реактора осуществляютподачей хладоагента в систему охлаждения, вмонтированную в реактор.Хладоагент поступает на верхнюю решетку, обьедицяющую внутренние трубы, через которые жидкий хладоагентпостуцае 1 ци,целое пространство наружных труб, где испаряется, отбирая тепло от реагирующих веществ,и поднимается по нему на нижнюю решетку паровой камеры реактора, откуда в виде паров хладоагента на прием компрессора.Точность поддержания температурыв зоне реакции при стабилизированныхрасходах бутилена, иэобутана и кислоты зависит в основном от поддер жания стаоильности высокого КПД системы охлаждения реактора, достижение которого осуществляют подачейхладоагента и отбором его паров стребуемым соотношением их весовых 15 Расходов.Очевидно, что при такои конструкции системы охлаждения реактора наибольший КПД будет иметь место вслучае, когда испарение жидкого хладоагента будет происходить в кольцевом пространстве труб, а уровеньжидкого хладоагента будет находитьсяу нижнего торца внутренних труб.При резком увеличении количества тепла, выделяемого реагирующимивеществами, повышается интенсивностьиспарения хладоагента который полнос)тью превращается в пар. При прежнемрасходе подаваемого жидкого хладозоагента тепловое равновесие в реакторе установится при температуревыше первоначальной. Процесс отбора тепла идет в верхней части реактора за счет испарения жидкого хладоагента, в нижней части и по выЗ 5 соте реактора за счет нагрева паровхладоагента, Температура паров хладоагента на выходе из паровой камеры повысится. В этом случае требуемую температуру в зоне реакции мож но восстановить увеличением расхода жидкого хладоагента.При резком уменьшении количества тепла, выделяемого реагирующими веществдми, интенсивность испа рения жидкого хладоагента падает.При прежнем расходе жидкого хладоагента его уровень в кольцевом пространстве наружных труб будет повышаться и может достигнуть верхнегопредельного положения, т.е. попастьв паровую камеру и далее на приемкомпрессоров, а это может привестик аварии. Температура паров хладоагента на выходе из паровой камеры понизится, КПД системы охлаждения реактора уменьшится, так как отбор тепла будет происходить в основном за счет теплообмена между жидким хладоагентом и реакционной массой. Тепловое равновесие в реакторе при прежнем расходе жидкого хладоагента устанг вится при температуре ниже первоначальной, В этом случае требуемую температуру в зоне реакции можновосстановить путем уменьшения расхо. да жидкого хладоагента.Если система охлаждения реактора будет "зали га" жидким хладоагентом, т.е. уровень жидкого хладоагента в кольцевом пространстве будет занимать крайнее верхнее положение или ближайшее к нему значение,возникает возмущение - резкое увеличение количества тепла, выде- ляемого реагирующими веществами. При этом обычная одноконтурная система регулирования в зоне реакции не сможет скомпенсировать данное возмущение, так как принцип действия по,отклонению, закладываемый в таких системах, предписывает регулятору сформировать управляющее воздействие на повышение расхода жидкого хладоагента для увеличения съема тепла в реакторе. Однако это приводит к тому, что отбор тепла происходит уже только за счет тепло- обмена между жидким хладоагентом и реакционной массой, и ввиду ограниченности верхнего предела расхода жидкого хладоагента теряется устойчивость регулирования температуры. В это же время жидкий хладоагент может попасть на прием компрессоров.Анализ основных закономерностей протекания процесса выявил необходимость контроля положения уровня жидкого хладоагента в кольцевом пространстве труб, что очень трудно осуществимо. Однако непрерывный контроль температуры паров хладоагента на выходе позволяет косвенно судить о положении уровня, а следовательно,и о КПД системы охлаждения, Если отбор тепла от реагирующих веществ происходит за счет испарения жидкого хладоагента при постоянной температуре его насущенных паров, то температура паров на выходе из реактора будет тем выше, чем ниже уровень . жидкого хладоагента в наружных трубах, вследствие нагрева паров при их дальнейшем движении вверх по кольцевому пространству.Таким образом, по температуре паров хладоагента регулирующим органом, установленным на линии отвода паров хладоагента из реактора управляют интенсивностью испарения жидкого хладоагента.На чертеже представлено устройство для реализации предлагаемого способа автоматического управления процессом алкилирования.Устройство содержит реактор 1 вертикального типа, с встроенной системой охлаждения в виде паровой камеры 2, размещенной в полости между верхней решеткой 3, объединяющей внутренние трубы 4 и нижней решеткой 5, объединяющей наружные трубы б, датчики 7-11 расхода соответ 20 25 30 35 40 темы. Выходной сигнал функционального преобразователя 22 через сумматор 23 в качестве корректирующего45 подается в камеру задания регулятора 18 соотношения расходов. Темперается датчиком 26, сигнал от которого поступает на вход регулятора 25температуры. С выхода регулятора 25сигналрассогласования поступает навход второго функционального преобразователя 24, в котором он умножается на постоянный коэффициент,также подбираемый при настройкесистемы, Выходной сигнал от преобразователя 24 через сумматор 23 посту 50 55 пает в качестве корректирующего в ту же камеру задания регулятора18 соотношения расходовПусть в результате возмущенийтемпература в зоне реакции повысилась. Тогда регулятор 20 температурыотработает управляющий сигнал наувеличение расхода жидкого хладоагента с помощью регулирующего кла 5 1 О 5 ственно бутилена, кислоты, изобутана, хладоагента и паров хладоагента, регуляторы 12-14 расходов соответственно кислоты, изобутана, бутилена со своими регулирующими клапанами 15-17 и регулятором 18.соотношения, датчик 19 температуры реакции, регулятор 20 температуры срегулирующими клапаном 21, первыйфункциональный преобразователь 22,сумматор 23, второй функциональныйпреобразователь 24, регулятор 25 идатчик 26 температуры паров хладоагента на выходе из реактора, регулирующий. клапан 27, установленныйна линии отбора паров хладоагентаиз системы охлаждения реактора. Устройство работает следующим образом.Датчиками 10 и 11 расхода жидкого хладоагента и паров хладоагента измеряются расходы, сигналы с которых поступают на входы регулятора 18 соотношения, который в установившемся режиме поддерживает постоянное соотношение весовых расходов, равное 1:1, причем независимой переменной является весовой расход жидкого хладоагента, зависимой "- весовой расход паров хладоагента.Температура в зоне реакции контролируется датчиком 19, сигнал с которого поступает на вход регулятора 20 температуры. На выходе регулятора формируется управляющий сигнал, который подается на регулирующий клапан 21, установленный на линии подачи в реактор жидкого хладоагента, на вход первого функционального преобразователя 22, где онумножается на постоянный коэффициент,устанавливаемый при настройке систура паров хладоагента контролиру 954378пана 21. Одновременно с этим, чтобы не допустить повышения уровня жидко- го хладоагента в кольцевом пространстве, осуществляется автоматическая корректировка заданного значения соотношения весовых расходов. А именно оно увеличивается и становится больше 1, регулятор 18 соотношения расходов воздействует на регулирующий клапан 27, установленный на линии отбора паров хладоагента из реактора 1, и он приоткрывается, увеличивая тем самым интенсивность испарения хладоагента. Однако по разным причинам (например, в виду инерционности и погрешностей приборов) уровень жид кого хладоагента в кольцевом пространстве может изменяться,Это в свою очередь вызовет изменение температуры паров хладоагента на выходе из реактора. В этом случае 20 вступит в действие корректирующий регулятор 25 температуры, который автоматически скорректирует задание регулятору 18 соотношения расходов в требуемом направлении и Уровень жидкого хладоагента в кольцевом пространстве будет восстановлен.В установившемся темнературном режиме работы реактора температура в зоне реакции, соотношение весовых расходов, уровень жидкого хладоагента в кольцевом пространстве и температура паров хладоагента будут посто янны и иметь заданные значения.Технико-экономические преимуществ ва предлагаемого способа автоматического управления процессом алкилирования обусловлены тем, что он гарантирует высокую точность и стабильность поддержания требуемой температуры в зоне реакции как в ди" 40 намике, т,е. в переходных процессах так и в статике, т.е, в уста. - новйвшемся равновесном режиме. В первом случае это достигается формированием упреждающего воздействия 45 на коррекцию соотношения расходов и обеспечивается высоким быстродействием систем регулирования расходов, а во втором достигается необходимой точностью поддержания уровня жидкого хладоагента, благодаря тесной связи этого уровня с температурой паров хладоагента на выходе из. реактора.формула изобретения1. Способ автоматического управления процессом алкилирования путем регулирования расходов кислоты, изобу. тана, бутилена в реактор и отбора паров хладоагента в реактор, о т - личающийся тем, что, с целью увеличения выхода алкилата и повышения его качества за счет повышения точности поддержания температуры в зоне реакции, регулируют соотношение расходов хладоагента, подаваемого в реактор, и паров хладоагента, отбираемых из реактора, изменением расхода паров хладоагента с коррекцией по температурам реакции и паров хладоагента, а температуру реакции ругулируют изменением подачи хладоагента в реактор.2. Устройство для автоматического управления процессом алкилирования, содержащее контуры регулирования расходов кислоты, изобутана бутилена в реактор, каждый иэкоторых состоит из последовательно соединенных датчика расхода, регулятора и регулирующего клапана, датчик температуры реакции, связанный со своим регулятором, датчики и регулирующие клапаны расхода хладоагента и паров хладоагента, о т л и ч .а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения выхода аЛкилата и повышения его качества за счет повышения точности поддержания температуры в зоне реакции, оно дополнительно содержит первый и второй функциональные преобразователи,датчик и регулятор температуры паров хладоагента, сумматор и регулятор соотношения расходов, при этом датчик температуры реакции подключен через свой регулятор к регулирующему клапану расхода хладоагента, выход регулятора температуры реакции параллельно подключен через первый функциональный преобразователь к первому входу сумматора, датчик температуры паров хладоагента соединен через регулятор и второй функциональный преобразователь с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу регуляторасоотношения расходов, второй вход которого соединен с датчиком расхода хладоагента,третий вход - с датчиком расходапаров хладоагента, а выход подключен к регулирующему клапану расхода паров хладоагента. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Р 250882, кл. В 01 3 4/02, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР М 617449, кл. С 07 В 27/00, 1972.Филиал ППП "Патентф, г,ужгород, ул.Проектная, 4 каэ б 360/19 Тирвж 445 ННИИПИ 1 осударстненного комите по делам иэобретений и откры 113035, Москва, Ж, Раушская н