Способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсникСоцивлистическикРеспублик и 889077(5)М. Кл. В 01 Г 7/00ц 05 0 27/00 1 ооударотеенаый комитет СССР до делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог"Ленинградского ордена Октябрьской Революции,:и орденаТрудового Красного Знамени технологическогоинститутаим, Ленсовета и Краснодарский комбинат биохимическихи витаминных препаратов им. Карла Маркса(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ 10 Изобретение относится к автомати зации процессов химической технологии, в частности к способам управления процессом перемешивания в реакторах периодического (РПД) и полунепрерывного (РПНД) действия, когда вязкость реакционной массы меняется в широком диапазоне, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, витаминной и лакокрасочиой промышленности при производстве различных полупродуктов, лекарственных препаратов и пластических материалов. 15Известен способ регулирования процесса перемешивания в аппарате с мешалкой путем изменения скорости ее вращения в зависимости от величины и знака отклонений уровней реакционной массы у стенки аппарата и по оси вала мешалки от установленных значений с коррекцией по глубине вихревой воронки 11 . Данный способ характеризуется невозможностью его использования для ввязких сред, где отклонение уровнейи глубина образующейся воронки изменяется незначительно, а применениетолько одного типа мешалки не даетсущественного улучшения условий теплои массообмена в течение всей длитель"ности процесса,Известен способ управления процессом перемешивания, в котором мощность, потребляемую двигателем мешалки, корректируют по вязкости реакционной массы 2) .Недостатком этого способа являетсяпотребность в аналитическом приборедля измерения вязкости реакционноймассы, отличающийся сложностью и обладающим более низкими надежностнымихарактеристиками в сравнении с приборами для измерения температуры.Известен также способ управленияпроцессом перемешивания посредствомиспользования нескольких разного типа, 889077Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом перемешиванияВ в реакторе полунепрерывного действия путем изменения скорости вращения мешалок в зависимости от вязкости перемешиваемой среды 41.25Данный способ характеризуется невысоким выходом целевого продукта и большой длительностью ведения процесса, обусловленных недостаточной интенсивностью тепло- и массообмена.Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта и сокращение длительности ведения процесса за счет интенсификации тепдо- и массообмена.Поставленная цель достигается тем,35 что вязкость перемешиваемой среды контролируют по разности температуры, измеренных около внутренней стенки реактора и оси вала якорной мешалки, при этом при значении разности темпе" ратур меньшем заданного изменяют скорость вращения пропеллерных мешалок в зависимости от укаэанной разности, скорость же вращения якорной мешалки стабилизируют на минимальном уровне, при значении разности температур боль 45 ше заданного изменяют скорость вращения якорной мешалки в зависимости от указанной разности, скорость же вра- . щения пропеллерных мешалок стабили- . зируют на номинальном уровне, а момент окончания процесса перемешивания определяют.при достижении указан" ной разностью температур установленного значения.На фиг. 1 представлен график зависимости изм"нения величины температурного перепада (ЬТ) от вязкости перемешиваемой средыи скорости 55 мешалок, когда вал одной мешалки соосен. с валом другой 31Недостатком данного способа является низкая интенсивность перемеши" вания реакционной массы у стенки реактора, когда вязкость ее незначительна. Кроме того, наличие сальникового уплотнения, непосредственно контактируемого с реакционной массой, ограничивает область его применения, О а соосность валов усложняет механику привода мешалок, отсутствует диапазон изменения значений вязкости или другого параметра, 3 о которому регулируется соотношение скоростей вращения каж дой мешалки в отдельности. вращения мешалки Ь) , полученные экспериментально; на фиг. 2 - принципиальная схема системы, реализующей данный способ.Способ осуществляется следующим образом.В качестве перемешиваемой жидкости с различными значениями вязкости используют глицерин разной концентрации 100%-ный глицерин - кривая А, 70%-ный водный раствор глицерина - кривая Б, чистая вода - кривая В на фиг, 1) . Между вязкостью перемешиваемой жидкости и величиной .температурного перепада, эамеряемого у стенки аппарата и по оси вала мешалки, существует определенная зависимость. Величина температурного перепада может быть использована в качестве параметра, характеризующего переход процесса .в область предаварийных и аварийных режимов, так как при прекращении работы перемешивающих устройств (поломка мешалок, отключение подачи энергии) или чрезмерном загустевании реакционной массы величина температурного перепада резко возрастает, что требует выработки соответствующих противоаварийных воздействий, К концу процесса, когда вязкость реакционной массы также увеличивается, величина температурного перепада может указывать на момент останова процесса и начало следующей стадии процесса.Система, реализующая данный способ, содержит (фиг, 2) аппарат 1 с рубашкой 2, снабженный тихоходной якорной мешалкой 3, установленной по его цент" ру и двумя быстроходными пропеллер- ными мешалками 4. и 5, расположенными между валом и вертикальной частью лопасти якорной мешалки. Каждая мешалка снабжена индивидуальным электроприводом 6-8, а якорная, кроме того, редуктором 9. В днище аппарата 1 установлен клапан выгрузки 10, Загрузка исходных компонентов происходит через,штуцера 11 и 12. В рубашку аппарата по входному штуцеру 13 подается либо хладоагент, либо теплоноситель, который вытекает через выходной патрубок 14. Внутри реактора расположены два датчика температуры 15 - у стенки аппарата 1 и 1 б - по оси вала якорной мешалки 3. Прибор 17 служит для измерения величины тейпе" ратурного перепада. Блок 18 предназначен для определения величины отклонения температурного перепада от заданного значения. В блоке 19 происходит выработка командного сигнала дляуправления блоками переключения 20 и:21. Величина задающих воздействий позначению температурного перепада для5выработки управляющего воздействияпо изменению скорости вращения пропеллерных мешалок вырабатывается бло"ком переключения 20, а якорной мешалки - блоком переключения 21. Регулирование скорости вращения двигателей мешалок осуществляется статическими преобразователями частоты 22 (дпяпропеллерных мешалок 4 и 5) и 23(для якорной мешалки 3) .После загрузки исходных компонентов аппарат 1, когда вязкость реакционной массы незначительна, а следовательно температурный перепад невелик, в качестве основнОго переме 20 шивающего устройства используют быстроходные пропеллерные мешалки 4 и 5. При этом скорость их вращения меняютв функции текущего значения, величина температурного перепада и блок пе 25 реключения 21 по команде от блока 19 переключает регулируемому блоку 23задающее воздействие на изменениескорости вращения двигателя мешалкипо значению указанного параметра.30Скорость вращения якорной мешалки 3 выбирают минимальной и равной заданному значению, которое подают навход регулирующего блока 23 по команде, поступающей от блока 19.По мере протекания процесса вязкость реакционной массы постепенно возрастает, возрастает и величина температурного перепада, При некотором их значении, когда эффективность работы пропеллерных мешалок 4 и 5 резко40 падает, необходимо по сигналу от блока 18 и команде от блока 19 перейти наиспользование в качестве основного перемешивающего устройства якорной мешалки 3, а скорость вращения пропел 45 лерных мешалок 4 и 5 установить постоянной, равной значениям в момент переключения режимов работы мешалок, или даже несколько снизить до .значе.ния, равного номинальному (и), что осуществляется по команде блока 9 в блоке переключения 21. В качестве задающего воздействия системы программного регулирования скорости вращения якорной мешалки 3 служит вели чина температурного перепада, посту-пающего на вход регулирующего блока 23. С увеличением значения этого парамет 5 889077ра скорость вращения якорной мешалки 3 должна пропорционально уменьшаться, чтобы предотвратить поломку мешалки при.чрезмерном загустевании реакционной массы, Поскольку величи-на температурного перепада характеризует и качество перемешивания и изменение физических свойств реакционной массы, то в случае его резкого увеличения можно зафиксировать появление аномальных отклонений в протекании процесса; прекращение ра" боты мешалок или чрезмерное загустевание реакционной массы. Поэтому целесообразно использовать величину температурного перепада в качестве задающего параметра автоматической системы защиты для выработки соответствующих противоаварийных воздействий. Для многих процессов, осуществляемых в РПД и РПНД, момент их окончания сопровождается существенным увеличением вязкости реакционной массы и следовательно температурного перепада. Поэтому целесообразно информацию о значении температурного перепада использовать в автоматической системе останова процесса и по достижении установленного его значения прекратить процесс и переходить к последующим технологическим операциям.Данный способ позволяет повыситьвыход целевого продукта и сократить длительность ведения процесса вследствие улучшения условий тепло- и массообмена, когда вязкость реакционной массы меняется в широком диапазоне (1 10-100 Па.с. В этих условиях в начале процесса, проводимого в РПД и РПНД, когда гязкость среды изменяется незначительно(1 .1 О -4) Па.с целесообразно использовать с наибольшей эффективностью скоростную мешалку (пропеллерную или турбинную), а скорость вращения тихоходной мешалки (якорной) устанавливать на минимально допустимом значении. Последняя в этом случае выполняет функции подвижных отражательных перегородок реактора, что способствует дополнительной турбулизацин потока жидкости в аппарате и минимальному потреблению энергии, необходимой для работы якорной мешалки. Диаметральная установка двух пропеллерных мешалок способствует созданию более мощных осевых потоков жидкости в аппаратах большого объема. В дальнейшем, в резуль 7 8890 тате изменения соотношения концентраций исходных компонентов и образующихся продуктов реакции, а также изменения свойств реакционной массы просходит существенное увеличение вязкости среды, при которой эффективность работы быстроходной мешалки резко падает, В этом случае скорость вращения тихоходной мешалки должйа быть повышена до значения, соответствующе О го увеличению вязкости реакционной массы выше 4 Па,с. Скорость же вращения быстроходной мешалки в.дальнейшем остается постоянной, равной моменту достижения верхнего предела значения вязкости области ее работы или может быть, с целью снижения энергозатрат на перемешивание, уменьшена до номинального значения. Работа .быстроходной мешалки при номинальных или минймальпых оборотах препятствует образованию застойных зон при повышенных значениях вязкости реакционной массы. Поскольку вязкость оказывает влияние на значение коэффициента теплоотдачи от стенки реактора к реакционной массе и на значение коэффициента теплопроводности самой реакционной массы, то появляется температурный перепад между значением температуры среды у стенки аппарата и по оси вала тихоходной мешалки. Величи" на этого перепада определяется в основном значением вязкости среды и интенсивностью перемешивания. Потому при управлении процесс переме 35 шивания в реакторах с мешалками це" лесообразно использовать в качестве задающего воздействия системы регули" рования скорости вращения каждой ме 40 шалки величину температурного перепада.Применение данного способа управления позволяет повысить эффективность перемешивания реакционной массы в РПЦ и РПНД и увеличить выход целе 45 вого продукта за счет создания улучшенной гидродинамики потока в аппарате и существенно сократить длительность процесса в связи с обеспечением более интенсивного процесса тепло- обмена. Применительно к процессу нитрования пиридона, являющегося промежуточным продуктом синтеза дорогостоящего витамина ВБ, использование данного способа управления процессом пе" ремешивания позволяет увеличить на2-33 выход целевого продукта, почти в два раза сократить длительность процесса и свести ее к 5-8 часам, а также повысить безопасность ведения процесса за счет использования дополнительной информации по температурному перепаду в автоматизированной системе защиты.Совместное проявление укаэанных факторов дает годовую экономию при синтезе витамина В 6 порядка 100 тыс. руб. при его годовой производительности 20 тонн.Формула изобретенияСпособ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия путем изменения скорости вращения мешалок в зависимости от вязкости перемешиваемой среды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта и сокращения длительности ведения технологического процесса за счет интенсификации тепло- и массо- обмена, вязкость перемешиваемой среды контролируют .по разности температур, измеренных около внутренней стенки реактора и оси вала якорной мешалки, при этом при значении разности температур меньшем заданного изменяют скорость вращения пропеллерных мешалок в зависимости от указанной разности, а скорость вращения якорной мешалки стабилизируют на минимальном уровне, при значении разности температур больше заданного изменяют ско" рость вращения якорной мешалки в зависимости от указанной разности, а скорость вращения пропеллерных мешалок стабилизируют на номинальном уровне, и момент окончания процесса перемешивания определяют при достижении указанной разностью температур установленного значения.Источники информации,принятые во внимание при. экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 689713,.кл, В 01 Р 7/00, 1977.2. Авторское свидетельство СССРР 363678, кл, С 07 В 11/00, 1971.3. Стренк Ф, Перемешивание и аппараты с мешалками, Л., "Химия", 1975,с, 64.4, Авторское свидетельство СССРР 465215, кл, В 01 3 1/00, 1973.ий Составитель Э. СРедактор Н. Горват Техред О.Легеза 8 аказенного комите ний и отк адская н Ужгород, ул. Проектная, 4 . илиал ПП 3 ТиражВНИИПИ Государпо дела3035, Моск м изобре ва, Жтент", г Корректор А. ДзяткоПодписноеа СССРтийб.д. 4/5