Способ управления остановкой периодического процесса полимеризации винилхлорида

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оо 988829 Союз СоеетскмкСоцмалнстнческмдРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 24. 04. 81 (23) 3286863/23-05с присоединением заявки Йо(088 е 8),Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования опнсания 15.01,83 Э,М. Гитерман, К, ф. Остапенко,и А. С. Ольховой(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОСТАНОВКОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ВИНИЛХЛОРИДАИзобретение относится к автоматизации периодических процессов полимеризации, а точнее к управлению ос.тановкой (прекращением) процесса суспензионной и блочной полимериэациивинилхлорида на стадии его эавершегния, и может быть использовано в химической промышленности,Известен способ управления остановкой периодического процесса полимеризации на завершающей стадии взависимости от давления в реакторе.Снижение давления в реакторе является сигналом к прекращению процесса, который прерывают или введениемингибитора в реактор (в случае суспензионной полимериэации), или дега. зацией винилхлорида иэ реактора (вслучае блочной полимериэации). Приэтом способе удается получить наибольшее количество смолы 1).Недостатком данного способа является невысокое качество поливинилхлорида, как правило он получаетсяне выше первого сорта,НаибОлее близким к изобретению. по технической сущности являетсяспособ управления остановки периодического процесса полимериэации винилхлорида в реакторе с рубашкой и циркуляционным контуром хлацагента путем введения ингибитора или дегазацией винилхлорида в зависимости от тепловыделения процесса. При та" ком способе управления получается меньшее количество смолы поливинйлхлорида, но, как правило, более высокого качества, чем в случае прекращения процесса по падению давле" ния (2).Однако смола, полученная при реализации данного способа, различается по качеству и производится при одинаковой загрузке исходных веществ в различных количествах. Это объяс-.няется тем, что время полимеризации (время окончания процесса) установлено постоянным и соответствующим какому-то определенному тепловыделению, беэ полного учета тепловым явлений, происходящих в реакторе к моменту прекращения процесса, а имен- но они в значительной мере предопределяют качество и количество смолы.На завершающей стадии полимериэации давление паров хлористого винила по нижается, в то время как тепловыделение увеличивается. Такая кажущаяся аномалия объясняется тем, что по доЗ 0 стижении степени конверсии 65 жид3 988829 4 раский мономер (винилхлорид) впитывает" ся частицами полимера и в этих набухших частицах (блоках) реакция про. текает с повышенной скоростью (так называемый гель-эффект). Вследствие Этого в короткий промежуток времени 5 образуется такое большое количество полимера и выделяется такое большое количество тепла, что по условиям теплопередачи оно не может быть с необходимой скоростью отведено че рез имеющиеся поверхности теплоотвода. Если вовремя не прекратить реакцию, то в блоках произойдут локальные перегревы, что приведет к ухудшению качества смолы. Прекращение 15 реакции полимериэации в заранее намеченный момент времени может привести или к получению высококачественной смолы, но с меньшей степенью конверсии винилхлорида (до достиже-. 20 ния максимальной скорости тепловыделения),или к получению большего количества смолы (максимальная конверсия), но более низкого качества (случай прекращения реакции после достижения максимальной скорости тепловыделения), или же к получению высококачественной смолы, но в несколько меньшем чем во втором, но большем, чем в первом случае, количестве. В последнем варианте возможен случай, когда достигается наибольшее значение конверсии, и при этом вся смола получается высшего качества. Итак, недостатком известного способа является незначительный выход поливи нилхлорида высшего качества.Цель изобретения - увеличение выхода поливинилхлорида высшего качества.Поставленная цель достигается тем,40 что согласно способу управления остановкой периодического процесса полимериэации винилхлорида в реакторе с рубашкой и циркуляционным контуРом хладагента путем введения инги битора или дегазацией винилхлорида в зависимости от.тепловыделения процесса, непрерывно определяют конверсию винилхлорида, анализируют с момента достижения ее от 60-ного приращения величины произведения расхода хладагента на разность температур хладагента, выводимого и поступающего в циркуляционный контур, и при достижении Приращения максимального значения вводят ингибитор или производят дегазацию реактора.Способ осуществляется следующим образом.После вывода реактора на режим по данным периодических измерений тем ператур хладагента, выводимого и поступающего в циркуляционный контур, расхода хладагента определяется конверсия ( винилхлорида и скорость тепловыделения (Чд ). 65 Скорость тепловыделения Ч считывается по формуле алых Эх Ч = К -6(Т-Т х )где К - масштабный коэффициент;Сх - расход хладагента;выл ехТ, Т - температуры хладагента нахвыходе и входе циркуляционного контура.На фиг. 1 представлены кривые зависимости скорости тепловыделения (Ч 6 от времени для различных эагрузок инициатора и одинаковой загочзке в реактор остальных компонентов; на фиг. 2 и 3 - графики зависимости конверсии (Ч), скорости тепловыделения (Ч) и приращения скорости тепловыделения (й Ч) во времени (получены на технологическом объекте);на фиг.4 принципиальная схема системы автоматического управления, реализующая предлагаемый способ.На фиг. 1 кривая 1 соответствует большей активности инициатора, чем кривые 2 и 3, кривая 2 - меньшей, чем 1 и большей чем 3.С момента достижения 60-ной конверсии производится анализ изменения приращения скорости тепловыделения, который заключается в том; что последовательно сравнивают между собой величину приращения скорости тепловыделения, рассчитанную в данный момент времени с предыдущим, и когда расчитанное в момент времени И значение приращения скорости тепловыделения становится меньшим значения приращения скорости тепловыделения, рассчитанного в предыдущий момент времени Й-Т, т.е. ай,ч (й Ч( , прекращают процесс полимериэации, для чего либо вводят ингибитор, либо начинают дегазацию винилхлорида.Для кривой 1 этот момент соответствует времени М, для кривой 2 - 1 Ч, а для кривой 3 - й.При этом мерой конверсии винилхлорида является величина, зависящая от отношения значения общего количества выделившегося тепла реакции с начала полимеризации к количеству загруженного винилхлорида и к константе, которая характеризует тепловой эффект реакции. Общее количество выделившегося тепла реакции с начала полимеризации определяется, как сумма произведений значения скорости тепловыделения на величину интервала времени,который соответствует такту расчета. В существующих способах завершения полимеризации по падению давления ввод ингибитора производится для процессов, соответствующих кривой 1 в интервале времени 6,0-6,4 ч, кривой 2 - в интервале времени 7,6-8,0 ч, кривой 3 - в интервале времени 8,6- 9,0 ч, т.е. в эти отрезки времени,988829 Результаты экспериментов и расчетов, выполнейных для двух процессов в течение их проведения, сведены в таблицу. в течение которых фиксируется сигнал датчика о начале падения давления.Проводят полимериэацию винилхлорида в суспензии в реакторе объемом 40 м .Время, ч Конверсий, Ъ Скорость тепловыделения ЧО10Ь ккал/ч Примечание ПриращениЕ скорости тепловыделения Ч 6 105 ккал/ч Эксперимент 1 .0,994 48,88 0.186 0.161 4,0 50, 82 4,2 О., 978О, 9720,982 0.063 4,4+ 0.106 + 0.318 + 0.509 + 0.559 + 0.281 4,6 4,8 1,014 5,0 5;2 5,4 0,606 5,6 2.491 5.903 5,8 6,0 Эксперимент 2 0.100 5,0 49,52 0,611 0,601 0,592 0,100Г 51, 27 5,2 52,99 5,4 54,68 56,35 58,03 59,75 5,6 0,585 5,8 0,586 0,601 6,0 0,627 0,671 6,2 61,55 6,4 0,733 6,6 6,8 7,0 2,920 2,900 1.550 7,4 7,6 Загружаемое количество реагентов, го эксперимента количество загружен- кроме инициатора, в обоих эксперимен- ного инициатора 230 г,-а при прове,тах одинаково, При проведении перво-денни второго 180 г. Ввод ингибитора 53,71 56,61 59,61 62.,77 66,10 69,52 72,75 75,21 75,84 63,4 65,56 67,80 70,1273,3173,82 1,065 1,121 1 с 149 1,088 0,839 0,249 0,773 0,758 0,450 0,160 0,905 0.090 0.070 + 0.001 + 0.100 + 0.270 + 0.440 + 0.630 + 0.4000,150производят в момент, когда установле"но, что максимальное значение дЧпройдено и начинается уменьшение 6 Ч 1,В таблице это обозначено симво"лом+ ,Ввод ингибитора приводиг к резкомупадению скорости тепловыделения иполимеризация заканчивается.Это показано на Фиг. 2 и 3. Дляпервого эксперимента моменты вводаингибитора по фиг. 2 соответствоваливремени 5,4 ч, а для второго поФиг. 3 - 6,8 ч.Смола поливинилхлорида получаетсявысшего сорта, а конверсия винилхлорида достигает 73-76. Если процесс 15проводится до падения давления в реакторе, то значение конверсии составляет 77-81, но качество продукциине выше первого сорта.Представленная на фиг. 4 система 20управления включает в следующие аппараты и автоматические устройства.Реактор 1 снабжен рубашкой 2 иконтуром циркуляционной охлаждающейводы 3 . На .выходе воды из рубашки 2 25установлен датчик температУры 4. Вконтур 3 подается хладагент, на трубопроводе которого установлены датчики температуры 5 и расхода 6.Датчики 4-6 соединены с вычислительным блоком 9, выход которого соединен с логическими блоками 10 и 11.Сигнал блока 10 вводится в блок 11,выход которого соединен с исполнительными механизмами 8 на подаче ингибитора и сброса абгаэов винилхлорида при дегазации 7.Способ автоматического управленияостановкой периодического процессаполимеризации винилхлорида осуществляется следующим образом,40С момента, определяющего началополимеризации (после вывода реактора на режим), в вычислительный блок9 вводят исходную информацию о количестве загруженного винилхлорида в 45реактор 1, значение температуры водына выходе из рубашки с датчи)а 4,значение температуры хладагента сдатчика 5 и значение расхода хладагента с датчика 6. В вычислительном 50блоке 9 на основании поступающих внего сигналов 12,13 и 17 от датчиков 4-6 определяют значения скороститепловыделения (М) и конверсии винилхлорида (1). 55Выходной сигнал 14 (соответствующий рассчитанному значению конверсии)с вычислительного блока 9 поступаетна вход логического блока 10, гдеего сравнивают с константой, соответ ствующей 60-ной конверсии. При достижении сигналом 14 значения этой константы логический блок 10 Формирует командный сигнал 15 на проведение анализа логическим блоком 11. Йа вход логического блока 11 непрерывно с вычислительного блока 9 поступает )выходной сигнал 16, который соответствует рассчитанному значению скорости тепловыделения. После поступления командного сигнала 15 от блока 10 в логическом блоке 11 сравнивают приращение сигнала 16 за каждые 10 мин. А когда приращение сигнала 16 на текущем интервале времени станет меньше приращения сигнала на предыдущем интервале, тогда в блоке 11 формируют команду на открытие исполнительного механизма 8 на подаче ингибитора (один вариант) или на открытие исполнительного механизма 7 для дегазации винилхлорида (другой вариант остановки процесса),Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами стабильное получение смолы высшего качества при условии достижения наибольшей конверсии винилхлорида и сокращение времени полимеризации в среднем на 20-40 мин. формула изобретенияСпособ управления остановкой периодического процесса полимеризациивинилхлорида в реакторе с рубашкойи циркуляционным контуром хладагентапутем введения ингибитора или дегазацией винилхлорида в зависимости оттепловыделения процесса, о тл и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выхода поливинилхлорида высшего качества, непрерывно определяютконверсию винилхлорида, анализируютс момента достижения ее 60-ногоприращения величины произведения рас-.хода хладагента на разность температур хладагента, вводимого и поступающего в циркуляционный контур, ипри достижении приращения максимального значения вводят ингибитор илипроизводят дегазацию реактора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Хрулев М.В, Поливинилхлорид.М., Химия, .1964, с. 143.2. Технологический регламент производства поливинилхлорида методомполимеризации винилхлорида в массеи суспензии (отделение полимеризации),П,О. Капролактам, Дэержинск,1972, с. 20-27 (прототип).988829 Составитель В. Шуваловедактор И. Митровка Техред Л,Пекарь Коррект Шекмар 86 акаэ е 1303 Филиал ППППатент ф , г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 49И Государстделам изобМосква, ЖПодписенного комитета СССРетений и открытийРаушская наб д.