Способ автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена

Соз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 28,04,80 В, В. Кафаров, Г, И, Мандрусенко, Ю. В. Тильдиков А, Г. Свинухов и Г, М. Пустовалов(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРОфОРМИЛИРОВАНИЯ ПРОПИЛЕНА 1Изобретение относится к способам автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена.Известен способ автоматического управления реакционными процессами, проводимыми в присутствии катализатора в гомогенных средах в одном реакторе или каскаде реакторов, путем измерения величины конверсии в головной части батареи, при уменьшении этой величины против нсьто минальной увеличивают подачу окислитель- но-восстановительной системы или катализаторного комплекса, а при повышении конверсии против номинальной увеличивают подачу реакционной смеси. При из 15 менении нагрузки изменяют температуру в хвостовой части батареи с коррекцией по текущим значениям конверсии 1 .Недостатком указанного способа является то, что не все возмущения, которые могут приходить в систему и вызывать увеличение степени конверсии, могут быть сняты увеличением подачи реакционной смеси (например, изменением температуры реакционной сьщспт на входе в реактор). Изменение температуры в хвостовой.части при изменении нагрузки приведет к изменению выхода альдегцдов нормального строения и изменению соотношения нормальных альдегидов и изоальдегидов,Известен также способ автоматического уъравления процессом в реакторах без газовой фазы путем регулирования тем-д пературы в зоне реакции изменением расхода каталитического комплекса при ста билизации съема тепла хлецагентом через рубашку реактора, причем при изменении температуры в зоне реакции соответственно изменяют соотношение реагентов в подаваемой в эту зону реакционной смеси 21Недостатком указанного способа является то, что при регулировании только температурного режима изменением расхода каталитического комплекса при стабилизированном теплосъеме заданная степень превращения может быть не выдержана. Изменение же соотношения мономеров в подаваемой в зону реакционнойсмеси (чему соответствует, например,изменение расхода пропилена) приводитк изменению нагрузки.Наиболее близким техническим решением поставленной задачи является способ автоматического управления реакционным процессом путем стабилизацииконцентрации, соотнощения исходных реагентов и температуры в зоне реакции,где измеряют соотношение непрореагировавших компонентов в выходящей иэреактора массе и при отклонении этой величины от заданной изменяют подачу вреактор катализатора 3,15Недостаток указанного способа заключается в том, что не стабилизируетсярасход исходной реакционной смеси в реактор, а это ведет к изменению времегони пребывания реакционной смеси в реакторе и изменейко производительностиреакционного узла,Последнее приводит к тому, что применение данного способа к процессу гидроформилирования пропилена не обеспечивает поддержания заданной степени превращения в каждом из реакторов каскадаи соотношения альдегидов нормального иизомерного строения,Целью изобретения является поддержание заданной степени превращения в каждом из реакторов каскада и соотнощенииальдегидок нормального и изомерногоСтроения,Поставленная цель достигается тем,что автоматическое управление процессомгидроформилирования пропилена, проводимым в каскаде реакторов, осуществляютпутем стабилизации температуры в зонереакции и изменения подачи и реакторыкатализатора, а отличительной особенностью способа является стабилизация расхода жидкой фазы и концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в первом реаКторе каскада путем изменениярасхода растворителя и катализатора всистему, а во втором и последующих реакторах каскада изменяют расход катализатора в зависимости от концентрациикатализатора: в жидкой фазе на входе вреактор с корреляцией по отклонениюстепени превращения на выходе из реытора и расхода жидкой фазы в реактор отзаданного значения,.55Данный способ автоматического управления позволяет поддерживать степеньпревращения, выход альдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения навыходе каждого из реакторов каскада,равными заданным, за счет стабилизациитемпературного режима процесса, расхода жидкой фазы и концентрации катализатора на входе в первый реактор, а на выходе из второго и последующего реакторов каскада - за счет стабилизации температурного режима процесса, расходажидкой фазы и концентрации катализатора на входе в первый реактор, а на выходе иэ второго и последуюшего реакторов каскада - эа счет стабилизации температурного режима процесса и подачи.катализатора в зависимости от концентРации катализатора на входе с коррекциейпо отклонению степени превращения пропилена на выходе из реактора и расходажидкой фазы в реактор от заданного значения. Технологическая схема для осуществления способа автоматического управленияпроцессом гидроформилирования пропиленас каскадом, состоящим из двух реакторов,изображена на чертеже.Реакционный узел включает два последовательно соединенных реактора 1 и 2гидроформилирования пропилена с теплосъемом, выносные теплообменники 3 и 4для охлаждения хладагента и циркуляционные насосы 5 и 6, обеспечивающие подачу хладагента в реакторы. Расход пропилена, растворителя и раствора катализатора измеряют расходомерами 7, 8 и 9,показания расходомеров суммируются вблоке 10 суммирования, Сигнал с блокасуммирования, пропорциональный расходужидкой фазы в первый реактор, поступаетв регулятор 11. Заданное значение суь- марного потока жидкой фазы в реакторподдерживают регулятором 11 путем изменения расхода растворителя регулирующим органом 12. Значение концентрациикатализатора в жидкой фазе на входе вреактор 1 поддерживают регулятором 13,текущее значение которой формируют вычислительным комплексом 14 по показателям расходомеров 7,8 и 9 и значениюконцентрации катализатора в растворе,определяемому, например, по результатаманализа иа стадии приготовления катализатора и вводимому в вычислительныйксьашекс 14, путеи изменения расходараствора катализатора в реактор регулирующим органом Ю,Вычисление текущего значения концентрации катализатора на входе в реак/где 6)кго =б,количество жид кой фазы в реактор 2 в стационарном режиме;-величина концентрации катализатора в жидкой фазе в реактор 2 в ствионврном режиме; 50 5тор осуществляют вычислительным комплексом 14 по следующему алгоритму:К 10 (1)где С , - текущее значение концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор 1, вес,%;,Ьги Ь - величины значений расходараствора катализатора, пропилена и растворителя, соответ -ственно измеряемые расходомерами 9,7 и 8, кг/ч;Со - концентрация катализатора впотоке.Стабилизацию температурного режимав реакторе 1, измеряемого термопаоой16, осуществляют регулятором 17 путемизменения температуры хладагента, подаваемого в выносной теплообменник 3, регулирующим органом 18 и изменением степени открытия байпаса регулирующим органом 19,Таким образом, поддержание заданнойстепени превращения пропилена, выхода альдегидов и соотношения вльдегидов нормального и изомерного строения на выходе из первого реактора обеспечиваютстабилизацией концентрации катализатора в жидкой фазе, стабилизацией расхода жидкой фазы на входе в первый реактори температурного режима в реакторе.Степень превращения пропилена, рас-и жидкой фазы и концентрацию катализатора на выходе из Реактора 1 вычисляют вычислительным комплексом 14 по показаниям рвсходомеров 7,8 и 9, температуре в реакторе, измеряемой термопарой16, и значению концентрации катализатора на входе в реактор 1, вычисленному по выражению (1), по следующему влгоб +О,г 9 С 1 ос 1 ч Ц-Ч)Я.4 СкоР(4 М-4,597б =Ь 4+Ь(1+ХАМ о,И 5)+Ь,з (3)где Х - степень превращенияпропилена на выходеиз первого реакгора;-расход жидкой фазы навыходе из первого реакторарК 1 - константа скорости реакции;3 =Ь 1. Ь - расход жидкой фазы наЧс 1 г Звходе в первый реактор;р - плотность жидкой фазы; 6Ч - реакционный объем;- величина газосодержа-"ния для первого реактора, равная 0,2,Степень превращения пропилена, выходальдегидов нормального строения и соотношение вльдегидов нормального и изомерного строения поддерживают во втоЧром реакторе на заданном значении пу тем стабилизации температурного режима в реакторе, осуществляемого аналогично регулированию температурного режима в первом реакторе, по показаниямтермопары 20 регулятором 21, регулирующими органами 22 и 23,и измень.кием расхода катализатора в зависимостиот концентрации последнего в жидкой фазе с коррекцией по отклонению степени,превращения пропилена на выходе иэ ре,актора и расхода жидкой фазы в реакторот заданного значения. Изменение расхода раствора катализа-тора осуществляют регулятором 24, регулирующим органом 25 по текущему значению концентрации катализатора в жидкойфазе на входе в реактор 2, вычисляемомувычислительным комплексом по показаниямрасходомеров 26 и 9 потоков раствора 30катализатоРа концентРации Сков них носледующему алгоритму: с = .(4)4 г ко, кго чЬ 4 г - значение расхода растворакатализатора в реактор 2, скоррекцией .ло отклонениюстепени превращения на выходе иэ реактора и расходажидкой фазы в реактор от.заданного значения, величинакоторой определяется ио следующему выражениюК, -константа скорости реащип, соответствующая заданному температурному5и еж.д- величина отклоХ=Л -А непия степенипревращения пропилена от 10заданного значения;- заданное значенпе степени превращения прони ле ня- текущее значение степени превращения, определяемое из выраженпя; й, 0,2-9 С оК,ДУ Л-Ч,(1-Х 25 МАц-,Рс (6) Ь И-Х )(возмущение) расхода жидкой фазы в реактор От установившегося значения, гдей -текущее значение расК 2хода жидкой фазы навходе В реактор 2; где ж . 142.Заданием регулятору 24 является величина концентрации катализатора в установив- шемся режиме при задаищх значениях степени превращения в каждом из реакторов каскада и заданном температурном режиме ведения праессаРаботу схемы удобно проследить, рас 50 смотрев отдельно работу первого и второго реакторов,П р и м е р, При увеличении нагрузки по пропилену на входе в первый реактор55 происходит увеличение общего расхода жидкой фазы в реактор, В регуляторе 11 сравнивают текущее значение расхода жидкой фазы и реактор 1 с заданным и 8в зависимости от сигнала рассогласования изменяют степень открытия регулирующего органа 12 на потоке растворителя. Изменение расхода растворителя регулирую;ними органами 12 осуществляют до тех пор, пока нагрузка по жидкой фазе в реактор 1 не станет равной заданной. Регулятором 13 стабилизируют концентрацию катализатора в жидкой фазе, вычислительным комплексом 14 по алгоритму (1), путем изменения расхода катализатора регулирующим органом 15, увеличение нагрузки по пропилену при стабилизированном расходе жидкой фазы в реактор 1 приводит к увеличению концентрации пропилена во входном потоке, зто, в свою очередь, вызывает увеличение температуры в реакторе, увеличение степени превращения пропилена, уменьшение выхода альдегидов нормального строения и уменьшение соотношения апьдегидов нормального и изомерного строения. Зго возмущение снижают увеличением теплосъема в зоне реакции путем умеьшения температуры хладагента, подаваемого в ректор 1, регулятором 17 и регулирующими органами 18 и 19, т,е. при стабилизированном времени пребывания жидкой фазы в реакторе и концентрации катализатора заданная степень превращения пропилена в реакторе, выход альдегидов нормального и изомерного строения и их соотношение определяют температурным режимом ведения процесса.В результате реакции в первом реакторе происходит увеличение жидкой фазы на выходе из него. Увеличение жидкой фазы, всецело определяемое степенью превращения пропилена в первом реакторе, приводит к уменьшению концентрации катализатора на входе в реактор 2, уменыпеншо температуры в реакторе и степени превращения на выходе из него, увеличению выхода альдегидов нормального строения и соотношения нормальных и изоальдегидов (считая на прореагировавший пропплен). Поддержание заданной кснцентрации катализатора в жидкой фазе на входе в . реактор 2 осуществляют йутем изменения расхода катализатора, осуществляемого регулятором 24, регулирующим органом 25, в зависимости от расхода жидкой фазы из реактора 1, определяемого вычислительным комплексом 14 по алгоритмам (2) и (3), и расхода катализатора, измеряемого расходомером 26, по алгоритму (4). Заданный температурный режим в реакторе 2 поддержи 729184Способ ввтоматического управленияпроцессом гидроформилироввния пропилена, проводимым в каскаде реакторов, путем стабилизщии температуры в зонереакции и изменения подачи в реакторыкатализатора, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью поддержания заданнойстепени превращения в кажном из реакторов каскада и соотношения вльдегидовнормального и изомерного строения, в первом реакторе каскада стабилизируют расход жидкой фазы и концентрацию катализатора в жидкой фазе на входе путем изменения расхода растворителя и катализатора в систему, а во втором и последующих реакторах каскада изменяют расходкатализатора в зависимости от концентрации катализатора в жидкой фазе на входе в реактор с коррекцией по отклонениюстепени превращения на выходе из реактора и расхода жидкой фазы в реакторот заданного значения.Источники информации,принятые во внимание прт экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 168441, кл. С 08 Й 1/09, 1960,2. Авторское свидетельство СССРЛ 233909, кл, С 071/13, 1966,3. Авторское свидетельство СССРВ 242380, кл. С 07 1 1/13, 1968(прототип) . вают путем изменения температуры хладагента на входе в реактор 2 регулятором 21, регулирующими органами 22 и 23, Поддержание заданного значения концентрации на входе в реактор 2 и температурного режима в реакторе не обеспечивает поддержание заданной степени превращения на выходе из реактора в виду уменьшения времени пребывания жидкой фазы в реакторе за счет увеличения 10 расхода жидкой фазы из предыдущего реактора и добавки раствора катализатора. Заданной степени превращения на выходе из реактора 2 с учетом изменения времени пребывания достигают или изме пением температурного режима в реакторе в сторону увеличения температуры (изменение задания регулятору 2 1 температуры) или увеличением концентрации катализатора в жидкой фазе в реактор 2, Увеличение температуры неприемлемо в виду того, что уменьшится выход вльдегидов нормального строения и соответственно соотношение альдегидов нормального и изомерного строения. Введение кор 25ректирующего сигнала в регулятор 24 по отклонению степени превращения пропилена от заданного значения и расхода жидкой фазы от значения в стационарном ре 0жиме позволяет поддерживать на выходе из реактора заданную степень превращения, выход вльдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерного строения при условии35стабилизации температурного режима в реакторе.При возмущении на входе в первый рс=.актор по концентрации катализатора С.во входном потоке изменяют количество катализатора в первый реактор регулятором 13, постоянство расхода жидкой фазы поддерживают регулятором 11, а температурный режим в реакторе стабилизируется регулятором 17 т.е. как и в первом примере заданную степень превращения пропилена, выход вльдегидов нормального строения и соотношение альдегидов нормального и изомерыого строения поддерживают на заданном значении стаби 50 лизвцией расхода жидкой фазы в реактор, стабилизацией концентрации катализатора в жидкой фазе и температурного ре)кима в реакгоре. Изменение концентрации С является возмущением и во второй реактор, так как во втором реактореосуществляют подпитку катализатора. Изменение концентрации С, приводит к тому, что регулятор 24 путем измененияположения регулирующего органа 25 изменяет расход катализатора во второйреактор, изменится расход жидкой фазыв реактор, одновременно с изменениемрасхода лидкой фазы в регулятор 24введется сигнал коррекции(воздействиепо возмущению). Реакция системы наэто возмущение в виде отклонения степени превращения от заданного значения ешераз скорректирует задание регулятору,Температурный режим в реакторе поддерживают в реакторе регулятором 21 регулирующими органами 22 и 23. формула изобретения729 т 84 со стадии приготодлениякатапизапгора Составитель А. Артемовтор О. Кузнепова Техред З. Чужик ректор М. Внгула Тираж 495 Подударственного комитета СССРм изобретений и открытий , Ж, Раушская набд. 4 Заказ 905/22 Ц 11 ИИПИ Гос но деля 113035, Москвписное Филиал ППГ 1 "Патент", г. Ужгород, ул. Проект