Система управления процессом каталитической сополимеризации

Союз СоветскихСоциалистическихв еспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ, СВМДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 031079 (21) 2828169/18-24 (51) М. КЛ. с присоединением заявки Йо -(23) Приоритет -С 05 8 11/58 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 3009,81 Э.М.Джафаров, М.М. Файяэов и Ф. С.Абдуллаев(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ СОПОЛИМЕРИЗАЦИИИзобретение относится к системам автоматической оптимизации и регулирования стационарных режимов процесса каталитической сополимери 5 зации производства бутилкаучука и может найти применение в управлении каталитическими процессами сополимеризации в нефтяной, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленнос( ти.Известна система автоматического регулирования. используемая при производстве бутилкаучука, в которой скорость подачи катализатора в полимеризатор регулируют изменением пнев матического управляющего сигнала, зависящего от изменения входных сиг" налов, поступающих от отходящих газообразных углеводородов (конверсия), температуры полимериэатора и от за данной величины вязкости бутилкаучука 1 ).Однако известная система не учитывает возмущений, наносимых изменением активности катализатора (концентрация катализатора) и расхода паров этилена, которые не позволяют точно регулировать температуру каталитической сополимеризации при производ;тве бутилкаучука и, тем самим, сни- З 0 жает качество регулирования процесса, так как изменение концентрации катализатора существенно влияет на скорость реакции сополимериэации. При увеличении концентрации каталиэаторного раствора увеличивается выделение тепла (реакция экэотермическая ), при уменьшении концентрации каталиэаторного раствора уменьшается выделение тепла.Известна также система автоматического регулирования температуры каталитической сополимеризации в полимериэаторе, содержащая регуляторы расхода шихты, уровня этилена в рубашке полимеризатора, регулятор температуры полимериэатора, который состоит иэ пропорционально-интегрального блока, последовательно соединенных блоков формирования ошибки и предварения, при этом входы регуляторов подключены к соответствующим датчикам расхода шихты, уровня этилена, температуры и их задания, а выходы - к соответствующим исполнительным механизмам, управляющую вычислительную машину, входы которой подключены через преобразователи к датчикам состава, расхода и температуры шихты, уровня и температуры этилена, температурыполимеризатора, состава, расхода и температуры катализаторного раствора, конверсии и вязкости бутилкаучука, а выход соединен через преобразователи с заданием регулятора расхода шихты и температуры 21.Однако указанная система также не учитывает возмущений, наносимых .изменением активности катализатора (концентрация катализатора) и изменением расхода паров этилена, что не позволяет точно регулировать темпера 1 О туру процесса. Кроме того, в ней не учитывается конверсия и вязкость бутилкаучука, что, в свою очередь, не позволяет получить бутилкаучук с заданными свойствами, а также не15 обеспечивает постоянство конверсии.Недостатком известных систем является также то, что в них стационар- ный температурный режим не определяется в зависимости от технологических 2 О параметров, а устанавливается заве- домО жестко В действительности стационарный режим температуры должен изменяться.Цель изобретения - расширение области применения и улучшение.качест 25 ва регулирования температуры процесса каталитической сополимериэации при производстве бутилкаучука.Поставленная цель достигается тем, что в системе управления процес- Зо сом каталитической сополимеризации, содержащей регуляторы расхода шихты, уровня этилена в рубашке полимеризатора, регулятор температуры.полимеризатора,.каждый из которых состоит 35 из последовательно соединенных блока Формирования ошибки и блока предварения, подключенных к выходу и входу пропорционально-ингегрального блока, и выходного сумматора, причем входы ц) параметров регуляторов расхода шихты, уровня этилена в рубашке полимеризатора и температуры полимеризатора подключены, соответственно, к датчикам расхода шихты, уровня этилена и температуры полимеризатора, выходы регуляторов подключены к соответствующим исполнительным механизмам, а вход задания регулятора температуры полимеризатора соединен с выходом вычислительного блока, входы которого подключены к датчикам состава, расхо-, да и тем.ературы шихты, температуры этилена, расхода и температуры катализаторного раствора, конвенсии и вязкости бутилкаучука, установлены Ы первый.и второй сумматоры, кбмпенсаторы концентрации катализаторного раствора и расхода паров этилена, причем выход датчика концентрации катализаторного раствора через ком- щ пенсатор концентрации катализаторного раствора подключен к плюсовой камере первого сумматора, другая плюсовая камера которого соединена с выходом регулятора температуры полимеризато-ра, выход датчика расхода паров этилена подключен через компенсатор расхода паров этилена к одной из плюсовых камер второго сумматора, другая плюсовая камера которого соединена с выходом первого сумматора, а выход второго сумматора подключен к исполнительному механизму, установленному на линии катализаторного раствора.На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой системы.Система содержит датчик 1 расхода шихты, установленный на линии подачи ее в полимеризатор, вторичный прибор 2, регулятор 3 расхода шихты, исполнительный механизм 4, установленный на линии подачи шихты в полимеризатор, преобразователь 5 пневматнческого сигнала в электрический, датчик 6 уровня этилена в полимеризаторе, установленный в полимеризаторе, вторичный прибор 7, регулятор 8 уровня этилена, исполнительный механизм 9, установленный на линии подачи его в рубашку полимеризатора, датчик 10 температуры шихты, установленный на линии подачи ее в полимериэатор, преобразователь 11, датчик 12 температуры этилена, установленный в рубашке полимеризатора, преобразователь 13, датчик 14 состава шихты, установленный на линии подачи ее в полимеризатор, преобразователь 15, датчик 16 температуры полимеризатора, установленный в полимеризаторе, вторичный прибор 17, датчик 18 температуры катализаторного раствора, установленный на линии подачи его в полимеризатор, преобразователь 19, датчик 20 расхода паров этилена, вторичный прибор 21, датчик 22 концентрации катализаторного раствора, установленный на линии подачи его в полимеризатор, преобразователь 23, датчик 24 расхода катализа- торного раствора, установленный на линии подачи катализаторного. раствора в полимеризатор, вторичный прибор 25, преобразователь 26, датчик 27 состава отходящих газов (конверсии), установленный на линии отхода газов из дегезатора, преобразователь 28, датчик 29 вязкости бутилкаучука, установленный на линии выхода бутилкаучука из дегезатора, преобразователь 30, вычислительный блок 31.Каждый регулятор состоит из интегрального узла, содержащего элемент 32 сравнения, реле 33, переменные дроссели 34 и 35, емкость .36; пропорционального узла, содержащего элемент37 сравнения, реле 38, переменные дроссели 39 и 40, элемент 41 умножения на постоянный коэффициент.Интегральный и пропорциональный узлы составляют пропорционально-интегральный блок. Регулятор включает также блок формирования ошибки, содержащийэлемент 42 сравнения, элемент КЛИ 43; - тепло выделяемое мешалкоимв блок предварения, содержащий пере- в полимеризатор, ккал/ч, менный дроссель 44, емкость 45, эле- й - универсальная газовая по- мент 46 сравнения, задатчик 47; вы- стоянная, й 1,98 кал/мольд ходной сумматор . 48. грай,Кроме того, система содержит5: Л 1 4110 ч - предзк оч - предзкспоненциалькомпенсатор концентрации катализатор- ныймножительв ного раствора, включающий повторитель Изменение скорости циркуляции нз и делитель, состоящий из постоян- за изменения толщины льда вызывает ного дросселя 50 и переменчого дрос- соответствующие изменения снон, в селя 51, первый сумматор 52, компен- О благодаря большому среднему уровнюс сатор расхода паров этилена, сойеР- зто мало сказывается на тепловом бажащий звено предварения, состоящее лаисе и поэтому можно принять о из элемента 53 сравнения, переменно- =сопяй, что упрощает анализ устойго дросселя 54, емкости 55, повтори- чивости в стационарном режиме тель 56, делитель, состоящий из постоянного дросселя 57 и переменного 15 й 0с 3 Т АМ=0 дросселя 58; второй сумматор 59; усидГ литель 60 мощности; исполнительный Откуда с учетом уРавнений (1 ) имеем механизм 61, установленный на ли- Я ФЬНЖ ККб)С ОиМО ГТэ% С ОЦТ нии катализаторного раствора.динамические свойства полимери дс Щ сшрш. С 1 Г затора каталитической сополимериза- В этой формуле Я Ы Г К К НМзгв Зза, ции как объекта управления могут ,О и С - константы а М И И Ти ш Ф ввв в И в Ш в быть описаны следующей системой Т 9и С - переменные которыеообыкновенных нелинейных дифференци- преобразователи 5,11, 13, 19, 26, 28 альных уравнений, отражающих матери И 30 непрерывно поступают в блок 31. альный и тепловой балансы процесса: Зная расход шихты и состав шихсостав шихтывычислительный блок рассчитывает расаС о К, о ход изобутилена Ч. Величины р , ( р4К, Кй,ьНО,Сд вручную вводятся в ЧСЫЗ бН бЩ СЫЗ (КН-Т +ЯМ+ Зб бЛОК ЗУ.кИВ УКаэаННОЙ ФОРМУЛЫ ВИДНО,что при различных режимах блок 31 не+ ф я фС 1 Тп вэ). прерывно вычисляет Тнс и передает коКг К ЮЯ)т)манды на устройство температуры для , с а - "с,о м к= - =де )у.и нк о инастройки контрольных точек.Ъ Ъ Блок 31, получая информацию, где С - концентрация катализатора вычисляет, какой будет новая темперав реакторе, тура полимериэатора при ограничениЕ - величина энергии активации; ях,О ,4 е,О ; С С сС1 а Кл К - КйМ - концентрация изобутилена в Здесь блок 31 решает задачу статиполимеризатореу ческой оптимизации температуры проМ - концентрация изобутилена 40 цессе каталитической сополимеризациив шихте, с целью получения бутилкаучука сТ - температура в полимериза- заданными свойствами при заданныхторе, К; ограничениях.Т, - температура в шихте на Сигнал от датчика 1 расхода шихтывходе в полимериэатор., К; 45 через вторичный прибор 2 поступаетТ - температура охлаждающего в регулятор 3 расхода шихты. Регуляэтилеиа, К; тор 3 расхода шихты при помощи ис 9 - постоянная времени реакто- полнительного механизма 4 изменяетра, Ч-" р расход шихты. ВЫход вторичного приКг " константа роста цепи сопо бора 2 через преобразователь 5 соелимеризации, л/г-моль с; динен с блоком 31.К 3 - константа обрыва цени уеак- Сигнал,с датчика 6 уровня, черезции сополимеризации,с- вторичный прибор 7 поступает в регуИш - расход шихты; лятор 8 уровня этилена, а последний,Ч - объем полимериэатора, мЗ, в свою очередь, при помощи исполниС- удельная теплоемкость ших- тельного механизма 9 поддерживает55ты, ккал/кг К требуемый уровень этилена в рубашке9 ш - плотность шихты, кг/м , полимериэатора.дН - тепловой эффект реакции Сигнал от датчиков 14 составаполимериэации, икал/кг; шихты, 1 расхода шихты, 12 темпера,Ои - молекулярный ве изобутиле туры этилена, 18 температуры каталина, г/моль, эаторного раствора, 22 концентрацииГ - поверхность теплопередачи, катализаторного раствора, 27 состаЫ, - коэффициент теплоотдачи ва отходящих газов (конверсия), 29от полимеризатора к метал- вязкости бутилкаучука через соответЮлической стенке, ккалч ифЯ ствуюшие преобразователи 13, 5, 11, 868704щая регуляторы расхода шихты, уровняэтилена в рубашке полимеризатора,регулятор температуры полимеризатора,каждый из которых состоит из последовательно соединенных блока Формирования ошибки и блока предварения,подключенных к выходу и входу пропорционально-интегрального блока, и .выходного сумматора, причем входы параметров регуляторов расхода шихты,уровня этилена в рубашке полимеризатора и температуры полимеризатораподключены, соответственно, к датчикам расхода шихты,уровня этилена вполимеризаторе и температуры полиме"ризатора,выходы регуляторов подключе-ны к соответствуюцим исполнительйым15механизмам,а вход задания регуляторатемпературы полимеризатора соединен свыходом вычислительного блока, входыкоторого подключены к датчикам сос"тава, расхода и температуры шихты, 29температуры этилена, расхода и температуры катализаторного раствора, конверсии и вязкости бутилкаучука,о т. -личающаяся тем, что, сцельЮ расширения Области применениясистемы и улучшения качества регули.рования, в ней установлены первый и второй сумматоры,.компенсаторыконцентрации катализаторного раствораи расхода паров этилена, причемвыход датчика концентрации катализаторного раствора через компенсаторконцентрации катализаторного раствора подключен к плюсовой камере первого сумматора, другая плюсовая камеракоторого соединена с выходом регулятора температуры полимернэатора, выход датчика расхода паров этиленаподключен через компенсатор расходапаров этилена кодной из плюсовыхкамер второго сумматора, другая плюсовая камера которого соединена свыходом первого сумматора, а выходвторого сумматора подключен к исполнительному механизму, установленномуна линии катализаторного раствора.Источники информации,принятые во вниманче при экспертизе1. Патент СИИ 9 3427138,кл. 23"260, опублик.1970.2. Джафаров Э,М. и др. Промышленное внедрение систем автоматическогорегулирования с переменной структурой в производстве бутилкаучука.фПромыаленность синтетического каучука", М., 1977, 9 7, с.12 (прототип),л.Проектная,4 868704 ВНИИПИ Заказ 8326/б 8 Тир филиал ППП "Патентф, г,Ужгор 3 исно