Способ автоматического управления процессом эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (1) 5/46, 6 05 О 27/00 5)5 С 0 И ЗО РЕТ ляет такна про- даве в ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР. (73) Малое государственное предприятиеВолжского конструкторского бюро " Автоматика"(56) С,В, Адельсон, Т.П. Вишнякова,Я;М, Паушкин. Технология нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1638141, кл. С 07 С 15/46, 1989. Изобретение относится к управлению технологическими процессами и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности,Известно, что на селективность процесса зпоксидирования влияет.температура процесса и величина молярного соотношения олефийа и гидроперекиси (1), и что стабильность вышеуказанных параметров на определенном уровне обеспечивает требуемую селективность.Известен способ, сущность которого заключается в том, что соотношение расходов катализатора и.гидроперекиси корректируют по концентрации остаточной гидроперекиси на выходе реактора, соотношение расходов пропилена и гидроперекиси кор- . ректируют по содержанию окиси пропилена на входе реактора, а регулирование темпе 2(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭПОКСИДИРОВАНИЯ ПРОПИЛЕНА ГИДРОПЕРЕКИСЬЮ ЭТИЛБЕНЗОЛА(57) Использование: химическая, нефтехимическая промышленность. Сущность способа: пересчитывают текущие значения концентраций гидроперекиси и окиси пропилена навыходе реактора в соответствии с заданной температурой в реакторе. По полученным значениям корректируют соотношения расходов пропилена и гидроперекиси, катализатора и гидроперекиси. Регулируют расход пропилена по давлению в реакторе. 1 ил. ратуры осуществляется с учетом скорости изменения температуры.Вьшеуказанный способ не позво достичь высокого качества управления, как не учитывает влияние температурь концентрацию гидроперекиси и окиси пилена на выходе реактора и влияние ления на процессы, происходящи реакторе.Отклонение температуры реактора от нормы при стабильности остальных параметров приводит к изменению концентра. ции гидроперекиси и окиси пропилена на вь 1 ходе реактора и далее: к изменению соотношения подач реагентов, изменению тепловыделения и снова к изменению температуры, Кроме того изменение температуры вызывает изменение давления в реакторе, и, следовательно, изменение подач реагентов в реактор, Процесс приобретает1797604 4 датчиков температуры 12, 15, 16, поступают в вычислительное устройство 21.В вычислительное устройство 21 вводятся следующие величины,С 4 д. - задание на выходную концентрацию гидроперекиси;С 5 ззд, - задание на выходную концентрацию окиси пропилена;1 рзад, - задание на температуру реактора,Пересчет концентрации окиси пропилена на выходе реактора на температуру реактора., равную заданной, позволяет определить то значение концентрации, которое будет иметь место при температуре реактора, равной заданной,При этом, как было указано выше, исключается влияние контура регулирования температуры реактора на контур регулиро; вания соотношения расходов пропилена и колебательный характер, что снижает каче- гидроперекиси. что повышает качество упство управления, а следовательно увеличи- равления.вает расходы реагентов и теплоносителя. При изменении температуры изменяетЦелью изобретения является сокраще- ся давление в реакторе, при изменении давние затрат реагентов, катализатора и хлада ления корректируют расходы гидроперекиси,агента за счет повышения качества катализатора и пропилена в реактор, что поуправления, зволяет сохранить требуемые соотношенияПоставленная цель достигается тем, что расходов вышеуказанных продуктов.в известном способе пересчитывают теку- Таким образом компенсируется влиящие значения концентраций гидроперекиси "0 ние давления на подачу реагентов, что пои окиси пропилена на выходе реактора в вышает качество управления,соответствии с заданной температурой и по В результате совместного действия выполученным значениям корректируют соот- шеукаэанных факторов исключается влияношения расходов пропилена и гидропере- . ние контуров регулирования температуры икиси, катализатора и гидроперекиси, а 15 давления на соотношения расходов каталирасход пропилена корректируют по давле- затора и гидроперекиси и пропилена и гиднию в реакторе. роперекиси через выходные концентрацииПредлагаемый способ по сравнению с: гидроперекиси и окиси пропилена.известным. имеет ряд отличительных при-Улучшение качества управления повызнаков: 20 шает селективность, увеличивает конверпересчет текущей концентрации гидро- сию, снижает расход реагентов и расходперекиси на выходе реактора на заданное. энергоресурсов,значение температуры реактора; На чертеже представлена принципиэльпересчет значения текущей концентра- . ная схема реализации способа,ции окиси пропиленэ на выходе реактора на 25 Схема содержит реактор 1, датчик конзаданное значение температуры реактора; центрации катализатора 2, регулятор расхокорректировка соотношения расходов да катализатора 3, регулирующий клапан напропипена и гидроперекиси. катализатора и трубопроводе подачи катализатора 4, датгидроперекиси по пересчитанным значени- чик 5 концентрациигидроперекиси на входеямконцентраций;30 в реактор, регулятор расхода гидроперекикоррекция расхода пропилена в реак- си 6, регулирующий клапан подачи гидропетор по давлению в реакторе, . рекиси 7, датчик концентрации пропиленаПересчет концентрации гидроперекиси, 8, регулятор расхода пропилена 9, регулиру- .на выходе реактора на заданное значение ющий клапан подачи пропилена 10, датчиктемпературы позволяет определить то зна давления в реакторе 11, датчик температучение концентрации, которое будет при ры в реакторе 12, датчик концентрации гидтемпературе реактора, равной заданной, роперекиси на выходе реактора 13, датчикВ этом случае коррекция соотношения концентрации окиси пропилена на выходерасходов гидроперекиси и катализатора бу- реактора 14, датчики 15 и 16 температурыдет иметь место, только в случае, когда причи хладоагента на входе в реактор и выходе изна изменения концентрации гидроперекиси реактора, регулятор расхода промышленна выходе реактора не связана с температу- ной воды 17, регулирующий клапан подачирой (например падение активности катали- . промышленной воды 18, регулятор расходазатора и т,д,). Таким образом исключается антифриза (хладоагента) 19, регулирующийвлияние контура регулирования температу клапан на линии хладоагента 20, вычислительры реактора на контур регулирования соот- ное устройство 21, смеситель 22, теплообменношения расходов катализатора и никхладоэгента промышленной воды 23.гидроперекиси, а следовательно, улучшает- Способ реализуется следующим обрася качество управления. зом. Сигналы от датчиков концентраций 2,50 5, 8, 13, 14, датчиков расхода 3, 6, 9, 17,(7) Гха зад. = 1 (1 р 1 р зад.) Рзад. - задание на давление в реакторе;К 1 - задание на соотношение расходов катализатора и гидроперекиси;К 2 - задание на соотношение расходов пропилена и гидроперекиси; 5Ргп зад. - задание на расход гидроперекиси на входе в реактор.В вычислительной машине 21 рассчитываются следующие величины по формулам 1-8: 10 где Гк зад. - расход катализатора, заданная 15 величина, т/ч;С 2 - кон центра ция катал и затора, мас.%;С 1 - концентрация гидроперекиси в растворе, мас,%; 20Ргп - расход гидроперекиси. з25 где Рпзад, расход пропилена (заданная величина), т/ч,Сз - концентрация пропилена, мас,%: К 1 = т (С 4 гп - С 4 зад,) (3), 30 гДе С 4 рп - конЦентРаЦиЯ гиДРопеРекиСи на выходе реактора, пересчитанная на заданную температуру реактора, мас.%.,т - функциональная зависимость К 1 от 35 рассогласования, в качестве которой берется стандартный закон регулирования (например ПИД),где С 5 п - концентрация окиси пропилена на выходе реактора, пересчитанная на заданную температуру реактора, мас.%;1 - завйсимость, реализующая стандар тный закон регулирования (например ПИД). С 4 гп = Кз (тр,зад. 1 р) + С 4; (5),С 5 рп = К 4 (1 р.зад. - 1 р) + С 5, (6),где С 4 и С 5 соответственно концентрациягидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора, мас.%,1 р - температура реактора, С;Кз и К 4- коэффициенты пропорциональности,где Рка зад - расход хладоагента (заданная величина), т/ч;- зависимость расхода хладоагента от рассогласования, в качестве которого берут стандартный закон регулирования, (например ПИД -закон).Корректируют расход гидроперекиси, расход пропилена и катализатора при изменении давления в реакторе по формулам; О 1 = Ор 1 + К 5 (Р Рзад.) (8) О 2 = Ор 2+ К 6 (Р - Рзад,) (9) Оз = Орз + К 7 (Р - Рзад.) (10) где Ор 1, Ор 2 и Орз - соответственно сигналы управления регулирующими клапанами расходов гидроперекиси, пропилена и катализатора регуляторами 6,9 и 3;К 5, К 6 и К 7 - коэффициент пропорциональности.Второе слагаемое формул 8.9 и 10 является корректирующим сигналом, вырабатываемым вычислительным устройством 21 для коррекции расходов гидроперекиси, пропилена и катализатора.О 1, О 2 и Оз - соответственно скорректированные по давлению сигналы управления регулирующими клапанами расходов гидро- перекиси, пропилена и катализатора.Таким образом, при изменении давления согласно формулам 8, 9, 10 вырабатываются сигналы управления регулирующими клапанами 7, 10 и 4 и при этом компенсируется изменение расхода соответствующего реагента, вызванное изменением давления.П р и м е р. Конверсия определяется выражением где К 1 - конверсия, %;Х 1 - подача гидроперекиси в реактор, т/ч;Х 2 - выход гидроперекиси из реактора, т/ч,Разделив числитель и знаменатель выражения (11) на общую массу смеси гидро- перекиси, пропилена и дрполучим: где Р - суммарная подача продуктов в реактор, т/ч.Величины С 1- - 100 и С 4- - 100Х 1 Хг, Е Е определяют соответственно массовую концентрацию (мас.%) гидроперекиси на входе (в растворе) и выходе реактора. Пусть конверсия при температуре реактора, равной О, определяется величиной Х 1 Х К 3 - Х 00. Р(13),где -- массовая доля гидроперекиси нахЕвыходе реактора при температуре реактора ц.Соответственно при температуре реактора тг имеем Х 1 Х д =" 100 Е(14),х 1где -- массовая доля гидроперекисина Евыходе реактора при температуре реактора г. Соответственно К 1 в :К 1 = Х Х 1- 100 100д Х 1 Г Х 1 Р ЬС 4Х 1Г(15) Или разность концентраций Л С 4 гидроперекиси на выходе реактора при разной температуре реактора (С 4 и С 4 ), при неизменных остальных параметрах, можно определять из выражения (15) в виде формулы ЬС 4 =(К 3-К 3) Доля гидроперекиси в растворе гидроперекиси и пропилена на входе в.реактор впроизводстве (см, (2, равна 0,17,Х 1 х 1 (Х 1 Г Х 1 хЦХ 1- =0 17 = СгпвхЗаданная температура реактора 110 С.Время пребывания в реакторе 23 мин, при 5 подаче 27 т/ч раствора гидроперекиси, содержащем 24,6 мас.%.гидроперекиси и 12 т/и пропилена и 19,8 мин при подаче 33 т/ч раствора гидроперекиси (С 1=24,6 мас,%) и 15 т/ч пропилена. 10 Тогда имеем в первом случае 23 мин конверсию К 1 =74,5 мас, % при температуре 1=100 С и конверсию Кг=85,8 мас.% при температуре 114 С.К 1 - К 3 Х 1 Отсюда ЬС 41 = 14 Р74,5 -85,8 0 17 0 14140 С 20 т.е. изменение концентрации гидроперекиси на выходе из реактора на 0,14% происходит при изменении температуры реактора на 1 С.Соответственно, для второго случая К 1 = = 72,2 мас,%, К 1 = 85,3 мас.% К 1 - к 1 Х 1ЬС 4 г -14 Р- = -0,16 мас,%,30 0,35%Ь С 40,4 мас.% 40 т,е, имеем значительную величинуРассмотрим ситуацию изменения температуры реактора при неизменных остальных параметрах, Пусть увеличится45 температура на 1,5 С, тогда получаем длявторого случая Л С 4=0,24 мас,%, т.е. выходная концейтрация увеличится на 0,24 мас.(см. формулу (15.Соответственно согласно известному50 произойдет коррекция (понижение) соотношения катализатора и гидроперекиси, в чемнет необходимости, При восстановлениитемпературы до нормь скорректированноесоотйошение даст низкую концентрацию55 гидроперекиси на выходе,Коррекция соотношения повлияет наконтур регулирования температуры и начнется колебательный процесс, как былоуказано выше. Выходную концентрацию гидроперекиси на выходе первого реактора на производ- .стве в Нижнекамскнефтехим держат в 35 пределе 5 мас.%При реальном колебании температурыреактора .2,5 С имеемЕсли будет идти управление согласно предложенному способу, то С 4 рп будет определено по формуле С 4 гп = 0,15 (110-111.5)+5,24=5;01%,где 0,15 средняя величина коэффициента Кз 1 определяемая какгде 0,14 и 0,16 - изменение концентрациигидроперекиси при изменении температуры реактора на 1 С при нагрузках (27 т/ч и33 т/ч, см. расчет выше),110 С - заданная температура, а111,55 оС - текущая температура реактора;5,24 мас,% - текущая концентрация, 5мас.% - заданная концентрация гидроперекиси на выходе реактора;С 4 рп - пРактически Равна заДанной величине.Вследствие этого будет работать толькорегулятор температуры, Он восстановиттемпературу и срыва в колебательный процесс не произойдет,При увеличении на 1 С текущей температуры реактора произойдет увеличениевыходной концентрации окиси пропилена,При регулировании согласно известномубудет скорректировано (уменьшено) соотношение расходов пропилена и гидроперекиси, что ухудшит селективность.При изменении температурь 1 реактораот 100 С до 114 С при времени реакции 23мин селективность меняется от 91,5% до89,5%.Селективность определяется по формуле С - С 100 /о, (16),С гпвх С 4 где С 5 - концентрация окиси пропилена(мас,%) на выходе реактора;Сгпвх - концентраций гидроперекиси врастворе гидроперекиси и пропилена(мас.%) на входе в реактор;С 4 - концентрация гидроперекиси навь 1 ходе из реактора (мас,%). Концентрация гидроперекиси на входе вреактор Сгпвх=17%, Пусть при температуре 100 оС С 4=5 о/о, тогда при температуре о/114 С С 4=5%-0,14 - х 14 С = 3,04%,огде 0,14 -= х 14 С - изменение выходной концентрации гидроперекиси при изменении температуры реактора на 14 С.Итак имеем при температуре реактора 10100 С 3=91,5%. Сгпвх=17% С 4=5% соответственно из выражения 16 получим Аналогично, при температуре реактора114 С имеем С 5 =(17-3,04)= 12,49%,89,5100 т.е. концентрация окиси пропилена при изменении температуры реактора на 14 С возросла на 12,49 - 10,89=1,51%, т,е. на 1 С температуры концентрация пропилена на1,51выходе реактора увеличивается на30 0 11 %/о(При регулировании согласно предлагаемому способу при росте температуры на 1;5 С величина С 5 п равна С 5 п =0,11(110-111,5)+С 5,При температуре реактора 110 С, концентрация окиси пропилена была равна за данной и равнялась С 53 аД 12%.С ростом температуры на 1,5 С выходная концентрация окиси пропилена стала 12,165 о/о, отсюда С 5 п=0,11(110 - 111,5)+12,156=12%,т,е. С 5 п осталось равной заданной.Следовательно, при регулировании согласно предлагаемому способу изменения соотношения подач пропилена и гидроперекиси не произойдет и не будет ухудшена селектцвность.Будет работать только регулятор температуры, не оказывая влияния на другие кон туры регулирования.Пусть давление изменилось на 2 кг/см 2,(Р - Р зад,) 1 кг/смПри этом согласно формуле (8) сигналуправления регулирующим клапаном увели12 1797604 Использование изобретения позволит за счет повышения качества управления сократить затраты реагентов, катализатора и хладоагента. Составитель Е,фрейманедактор Техред М,Моргентал Коррект унько Заказ 664 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 чится на величину К 5 Р Рэад)=2(см/кг%) х 1(кг/см )-2%К 5 определяется опытным путем (Кб = 2 см /кг%; Кв= 3,2 см /кг%; , К т 1,8 см /кг%),При этом перемещение клапана на 2% хода скомпенсирует уменьшение расхода гидроперекиси от изменения давления.Расход гидроперекиси при этом оста.нется на прежнем уровне, так же как и расходы пропилена и катализатора (см. выражения 9 и 10).Вследствие этого ход реакции и тепловыделения не изменится, воздействие давления на температуру не произойдет и соответственно не возникает колебательный процесс, вызванный взаимным влиянием давления температуры и расхода реагента,Формула изобретенияСпособ автоматического управленияпроцессом эпоксидирования пропиленагидроперекисью этилбензола, включающий5 регулирование расходов гидроперекиси икатализатора по давлению в реакторе, регулирование температуры в реакторе, коррекцию соотношения расходов катализатора игидроперекиси по концентрации гидропе 10 рекиси на выходе из реактора, соотношениярасходов пропилена и гидроперекиси поконцентрации окисй пропилена на выходеиз реактора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью сокращения затрат реагентов, ката 15 лизатора и хладагента за счет повышениякачества управления, пересчитывают текущие значения концентраций гидроперекисии окиси пропилена на выходе реактора всоответствии с заданной температурой в ре.20 акторе и по полученным значениям корректируют соотношения расходов пропилена игидроперекиси, катализатора и гидроперекиси, а расход пропилена корректируют подавлениюв реакторе,