Способ автоматического управления химическим реактором для жидкофазных экзотермических процессов

Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 865371(51)И. Кл. В О 1 3 1/00 С 05 О 27/ОО 3 Ъоудеротееииый комитет СССР ю деиеи изобретеиий и открытий(53) УДК 66.012-. -52(0888) Дата опубликовании описания 25.09 .81(72) Авторы изобретения Г.Н,Балабанович, Н. Б. Евстигнеева и П, А. Обновленский;с Ленинградский ордена Октябрьской Реврдюции и орденаТрудового Красного Знамени технологический институт,им,Ленсовет(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМ РЕАКТОРОМ ДЛЯ ЖИДКОФАЗНЫХ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВИзобретение относится к автоматическому управлению процессами химической технологии и может быть использовано также в нефтехимической и химико-фармацевтической промышленностях.Известен способ управления тех" нологическим процессом путем изменения расходов реагентов в основном и вспомогательном аппаратах в зави 10 симости от выходного параметра вспомогательного аппарата с коррекцией по вьходному параметру основного ап-, паратаНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ автоматического управления реактором для экзотермических реакций путем поддержания стехиометрического соотношения компонентов изменением их расходов, Для этого определенное количество первого реагента поступает в смеситель, куда поступает также прореагировавшая реакционная смесь 2из реактора с избытком второго реагента. По тепловому эффекту, возникающему в смесителе, косвенно определяют величину отклонения молярного соотношения реагентов. В зависимости от величины этого отклонения производится регулирование расхода пер" вого реагента 1,21. Однако известный способ не обеспечивает высокую точность и устойчивость процесса регулирования подавляющего большинства экзотермических реакций, поскольку применим только для быстропротекающих реакций (например, реакций типа нейтрализации), когда реакция полностью заканчивается в пределах реактора, т.е, осуществляется управление по существу не химической реакцией во времени, а стехиометрическим соотношением компонентов исходной реакционной смеси, что не является достаточным условием для получения заданного состава продук 86537150 тон реакции при регулировании боль -шиистном экзотермических процессов.Цель изобретения - получение продуктон реакции заданного состава засчет улучшения качества регулирова 5ни я еПоставленная цель достигается тем,что согласно способу реакционнуюсмесь ныходящую из реактора, подаютн микрореактор смешения с адиабатическим режимом, измеряют температуру реакционной смеси на входе и выходе микрореактора, определяют разность этих температур, находят отклонение этой разности от заданногозначения, соответствующего заданномусоставу целевого продукта, и н зависимости от величины отклонения изменяют расходы реагентов, катализатора,хладагента или температуру хладагента.На фиг. 1 представлена структурная схема реализации способа управления химическим реактором на фиг. 2.график зависимости регулируемого параметра Ь Т от соотношения расходовреагентов и = 6 6, на фиг. 3 - характеристики работы системы управленияпри возмущении по каналу регулирования йьт=е(п= 64(5 )(предлагаемыш способ); на фиг. 4 - то же, по начальной концентрации С , С (известный0.1способ).Схема для реализации способа содержит реактор 1 смешения с теплообменником, адиабатический микрореактор 2смешения на входе и выходе которогоустановлены термопары Э и 4, элемент5 сравнения, регулятор 6 с элементом7 сравнения и исполнительные меха 40низмы б,В микрореакторе протекает тот жепроцесс, что и в реакторе, причемвыходные параметры процесса в реакторе, а именно, выходной расход 6концентрации компонентов С и температура Т реакционной массы, являютсяначальными для микрореактора, в котором выделяется некоторое количество теплоты за счет продолжающейсяхимической реакции. Перепад температур ЬТ на входе и выходе микрореактора определяется начальными условиями процесса для микрореактораи пропорционален скорости реакции вмикрореакторе, отнесенной к единице 55расхода 6,т.е. величине, равнозначной значению концентрации продуктон 1реакции. Следовательно, постоянство Ь Т обеспечивает и постоянство концентрации целевого продукта.Исходя из условий теплового баланса в реакторе и микрореакторе,можно определить значение бТ, соответствующее заданной концентрациицелевого продукта в реакторе.За счет значительно меньшего объема микрореактора и меньшего временипребывания в нем реакционной массыпо сравнению с реактором, а такжеповышенной температуры и адиабатического режима все процессы, происходящие н немпротекают быстрее изто позволяет обеспечить задаваемоепреднарение при управлении процессомпри любом изменении параметров в реакторе.Способ осуществляется следующимобразом.Реагенты по линиям 9 и 10 поступают в реактор 1 смешения, откуда реакционная смесь поступает в адиабатический микрореактор 2 смешения, В микрореакторе 2 реакционная смесь нагревается за счет продолжающейся химической реакции. Температуру реакционной смеси на входе и выходе микро 7реактора 2 измеряют с помощью термопар 3 и 4, выходные сигналы которыхподают на элемент 5 сравнения, определяющий перепад температур ьТ. Сэлемента 5 сравнения сигнал подаютна элемент 7 сравнения, определяющийотклонение перепада температур ЬТот заданного значения ЬТ, соответствующего заданной концентрации целевогопродукта. Сигнал, соответствующий этому отклонению, преобразуютв регуляторе 6 в сигнал управлениявходным параметром реактора 1 смешения, воздействующий на исполнительный механизм 8, Сплсипной линией(фиг. 1)показан канал управления (расход хладг,агента СХд), остальные возможные каналы (расходов реагентов, катализатора, температуры хладагента) показаныпунктиром.Вследствие невозможности получения аналитической зависимости регулируемого параметра ЬТ от регулирующих на фиг. 2 приведен один из графиков статических характеристик поразным каналам управления, полученный численным решением на ЭВМ, например, по каналусоотношение расходовреагентов которого ЬТ =Р(п),В переходных процессах ( фиг. 3)при управлении ио предлагаемому спо865371 отсутствии математических моделей Йтребует для расчета САУ минимальногообъема экспериментальных исследований. Для,многих процессов, термоди намические параметры которых имеются в справочниках, экспериментальныеданные вообще не требуются;д) обладает простотой технической реализации на серийно выпускае О мых элементах электропневмоавтоматики (за исключением микрореактора) инезначительными затратами. формула изобретения о собу величина возмущения по начальной концентрации первого реагента С МОМ составляе 25% от номинального значения. При изменении С и Сувеличивается йТ, что вызывает в свою очеФредь, уменьшение значения параметра 6, который определяет параметр и, значение С возвр;.щается к задаНно 5муВ переходных процессах (фиг. 4) при возмущении по начальным концентрациям реагентов при управлении по известному способу путем стаби и ации параметров т и СМ" по СОМУ С отрабатывают контур стабилиза ции температуры Т. Концентрация целевого продукта С уменьшается при нарушении эквимолярного соотношения, так как скорость реакции уменьшается.Предлагаемый способ управления 20 обеспечивает по сравнению с известными способами стабилизацию состава продуктов реакции и обладает следующими преимуществами;а ) способ не требует применения 25 приборов анализаторов качества для получения текущей информации о продукте и сырье, тем более, что многие процессы не оснащены такими приборами. Это позволит устранить рас- ЗО ходы на их разработку; для многих процессов не требует приборов для из. мерения расходов; все это позволит уменьшить капиталовления;б ) применим при любом гидродинамическом режиме реактора;35в ) способ обеспечивает постоянство скорости процесса, что позволяет рекомендовать его для потенциально опасных процессов (значительное40 тепло- и газовыделения), что ведет к их интенсификации и снижению потенциальной опасности;г) применим для процессов с неизвестным механизмом реакции, при Способ автоматического управленияхимическим реактором для жидкофазныхэкзотермических процессов путем изменения расходов реагентов, катализатора, хладагента или температуры хладагента, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью получения продуктов реакции заданного состава за счет улучшения качества регулирования, реакционную смесь, выходящую из реактора,подают в микрореактор смешения с адиабатическим режимом, подают в микрореактор смешения с адиабатическим режимом, измеряют температуру реакционной смеси на входе и выходе микрореактора, определяют разность этихтемператур, находят отклонение этойразности от заданного значения, соответствующего заданному составу це-левого продукта, и в зависимости отвеличины отклонения изменяют расходыреагентов, катализатора, хладагентазили температуру хладагента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 340442, кл, В 01 Г 3/08, 1970.2. Авторское свидетельство СССРУ 226559, кл. В 01 ,3 1/00, 1967,865371 Сеь Составитель Т.ЧулковаРедактор Н,Апьшина Техред И. Рейвес Корректор Г, 0 ое ак д. 4/5 и 7922/12ВНИИПИ Гопо дела13035, И Тираж 570 Подпидарственного комитета СССРизобретений и открытийква, Ж, Раушская наб.,"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4