Способ управления непрерывным процессом полимеризации бутадиена

 

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами растворной полимеризации бутадиена и может быть использовано в производстве синтетического каучука. Изобретение позволяет увеличить производительность процесса получения полиизобутилена с узким молекулярно-массовым распределением и снизить энергозатраты за счет изменения числа реакторов в батарее, специальным распределением шихты и подбором температурного режима, обеспечивающего равномерное протекание процесса полимеризации. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами растворной полимеризации бутадиена, может быть использовано в производстве синтетического каучука. Целью изобретения является увеличение производительности процесса при получении полибутадиена с узким молекулярно-массовым распределением и снижение энергозатрат. Сущность изобретения заключается в том, что для регулирования средней молекулярной массы стабилизируют подачу инициатора в первый реактор и изменяют последнюю подачу шихты, а ширину молекулярно-массового распределения регулируют изменением числа реакторов в батарее, специальным распределением потока шихты и подбором температурного режима, обеспечивающего равномерную "растяжку" процесса полимеризации, а также увеличением производительности установки и уменьшением расхода холода, так как режим по каскаду близок к адиабатическому. На чертеже представлена схема системы управления и содержит 1.1-1.5 полимеризаторы; 2.1-2.5 датчики температуры; 3.1-3.6 регулирующие клапаны; 4.1-4.3 регуляторы расхода; 5 датчик вязкости; 6 микроЭВМ; 7 стандартная система регулирования температуры шихты. Система управления непрерывным процессом растворной анионной полимеризации бутадиена работает в стационарном режиме следующим образом. Расход раствора катализатора, подаваемого в полимеризатор 1.1, регулируется регулятором расхода 4.2, задания которому корректирует ЭВМ 6. Раствор бутадиена подают двумя потоками: первый в полимеризатор 1.1, второй в полимеризаторы 1.3 и 1.4. Расход первого потока стабилизирован, расход второго потока регулируется регулятором 4.1, задание которому поступает от ЭВМ в зависимости от положения регулирующих органов, управляемых от ЭВМ 6. Причем, если работают все полимеризаторы батареи, то регулирующие клапаны 3.2, 3.5 закрыты, а 3.1, 3.3, 3.4, 3.6 открыты. При уменьшении задания по производительности регулирующие клапаны 3.4, 3.6 закрывают, а 3.5 открывают, если при этом предельная конверсия Х_lim ≅0,95, то закрывают регулирующий клапан 3.5, а клапан 3.2 открывают. Молекулярную массу полибутадиена измеряют при помощи датчика вязкости 5 и через ЭВМ задают подачу раствора бутадиена в зависимости от ее величины. Для вывода процесса на стационарный режим подают в рубашку аппарата 1.2 теплоноситель до установления в нем предельно допустимой температуры. В случае, если подача раствора бутадиена достигает верхнего или нижнего пределов ограничения, с ЭВМ 6 подают на регулятор 4.2 команду изменения задания подачи катализатора. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Растворитель смесь циклогексана с нефрасом (25%), предельная температура 80^оС, инициатор втор-бутиллитий, среднечисленная молекулярная масса полибутадиена 120000. Расход активного лития на полимеризацию составляет ≈8,33 моль на 1 т полимера. В шихте содержится 10 мас. бутадиена. Точность выдерживания производительности по конечному продукту не более ±7,0% Точность выдерживания M_W не более ±7,0% П р и м е р 1. Задана производительность 3 т/ч по полимеру. Показатель полидисперсности 1,8, конечная конверсия 0,94. Уровень микропримесей в шихте составляет 0,155 м/т шихты. Так как X_lim<0,95, то f_X=0. Для проведения дезактивации примесей необходим предреактор, вычисленный по формуле n₁=ent 2 n₂=ent ent 1,82=2 m=2+1+0=3. Во втором и третьем реакторах устанавливают температуру 80^оС. T_ш=80-106,2·0,94 + (3-1-0)·Q, где Q=13. Т_ш= 80-60=20^оС. Количество шихты, подаваемой в первый и третий реакторы, равно G_i 16 т/ч. Температура в первом реакторе равна Т₁=20+А=25^оС, где А=5. Общая подача лития в первый реактор рассчитывается с учетом производительности (Р) и уровня микропримесей в шихте (α), задаваемого в молях на тонну шихты (имеются в виду микропримеси, реагирующие с литийбутилом, дезактивирующие его). Таким образом, начальная подача литийбутила G_Li определяется формулой G_Li 8,33 ˙ P + α ˙ V_ш где V_ш общая подача шихты, обеспечивающая заданную производительность. В данном примере V_ш= 32 т/ч, расход лития на полимеризацию составляет 8,33x x3=25 моль/ч, на дезактивацию примесей 0,155˙ 32=5 моль/ч, а общий расход G_Li=30 моль/ч. Для компенсации изменений содержания микропримесей в шихте на подачу в третий реактор устанавливаются границы 16±2 т/ч. П р и м е р 2. В условиях примера 1 при выходе на верхнюю границу, т.е. когда расход шихты равен 32+2=34 т/ч, уменьшают подачу литийбутила в первый реактор. Величину новой подачи литийбутила рассчитывают из баланса, предполагая, что конверсия в среднем ≃0,95. Фактический расход активного лития в этих условиях составил ≃ 27 моль/ч. Общая подача лития уменьшается на разность между фактическим расходом (в данном примере это 27 моль/ч) и начально установленным расходом активного лития на полимеризацию (25 моль/ч), т.е. новый общий расход лития будет 28 моль/ч. Таким образом, стабилизируется новая подача литийбутила на уровне 30-(27-25)=28 моль/ч. П р и м е р 3. В условиях примера 1 при выходе на нижнюю границу подачи шихты в третий реактор необходимо увеличить расход литийбутила, стабилизируя величину подачи его на уровне G_Li=30+25 =30+(25-23,75)=31,25 моль/ч. П р и м е р 4. При заданной производительности 3 т/ч необходимо получать полибутадиен с индексом полидисперсности 1,6. Уровень микропримесей составляет 0,083 м/т. Остальные условия аналогичны условиям примера 1. n₁=ent 3, n₂=ent 2;
m=3+1+0=4. Во втором, третьем, четвертом реакторах устанавливают температуру 80^оС. Как в примере 1
Т_ш=20^оС, Т₁=25^оС. G_i 10,67 т/ч. Шихта подается в первый, третий и четвертый реакторы, подача литийбутила в первый реактор составляет 27,5 моль/ч. Ограничения на подачу шихты в четвертый реактор 10,67±1,5 т/ч. При выходе на верхнюю границу подачи шихты в четвертый реактор подачу литийбутила уменьшают до величины
27,5 25=26 моль/ч. а при выходе на нижнюю границу подачу литийбутила увеличивают до значения 28,35 моль/ч. П р и м е р 5. Задана производительность 6 т/ч. Индекс полидисперсности полимера 1,6. Конечная конверсия 0,996. Уровень микропримесей в шихте составляет 0,084 м/т. Остальные условия аналогичны условиям примера 1. Так как Х_lim>0,95, то f_X=1. n₁=ent 3,
n₂=ent 3,64=4;
m=4+1+1=6. В последнем шестом реакторе устанавливают температуру 80^оС. В реакторах со второго по пятый устанавливают температуру
T_i=80-100,31 + = 80-3,5 ≃ 77± 1,
T_ш=77-106,2·0,995+ ·4 14°. Температуру в первом реакторе устанавливают 20^оС. Шихту подают в первый, третий, четвертый и пятый реакторы
G_i= 15 т/ч. Расход литийбутила в первый реактор составляет 8,33˙6+0,084 ˙60=55 моль/ч. Устанавливают ограничения на подачу шихты в пятый реактор ±3 т/ч. При достижении верхней границы подачи шихты в пятый реактор подачу литийбутила уменьшают до значения
55- 50 ≃ 55-2,2=52,8 моль/ч. При достижении нижней границы ограничений подачу литийбутила стабилизируют на новом значении
55+50 55+2,7 ≈ 57,7 моль/ч. При проведении процесса по предлагаемому изобретению в 1,5 раза увеличивается удельная производительность за счет оптимизации условий проведения процесса полимеризации. В предлагаемом изобретении имеет место также снижение энергозатрат, которое происходит за счет более активного использования тепла реакции на нагрев реакционной массы и отсутствия отвода тепла через стенку реактора от вязкого полимеризата. Кроме того, имеет место более четкое регулирование молекулярной массы за счет уменьшения времени запаздывания на корректировку ее качества подачей шихты. Конечные показатели процессов, приведенных в примерах, представлены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ БУТАДИЕНА путем анионной полимеризации бутадиена в каскаде реакторов, число которых определяют по предельно заданной производительности, причем подачу шихты производят одновременно в несколько реакторов, температуру в которых стабилизируют температурой подаваемой шихты, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса при получении полибутадиена с узким молекулярно-массовым распределением и снижения энергозатрат, изменяют путем отключения или подключения число работающих реакторов, которое определяют по формуле
m max n₁, n₂ + 1 + f_x,


L коэффициент, характеризующий термодинамические свойства системы растворитель мономер полимер;
P заданная производительность, т/ч;
заданный показатель полидисперсности полимера;
m число реакторов;
f_x дополнительный реактор;
M_w средневесовая молекулярная масса;
M_n среднечисленная молекулярная масса;
V объем реактора, м³;
C_м концентрация, мас.
X_lim заданная конверсия, причем при X_lim заданная конверсия, причем при X_lim ≅ 0,95 температуру в реакторах, начиная со второго, поддерживают предельно допустимой, при X_lim > 0,95 температуру в последнем реакторе поддерживают равной предельно допустимой, для всех остальных, кроме первого, температуру определяют по формуле

где i 2, 3 m 1;
T_lim предельно допустимая температура;
Q тепло перемешивания,
температуру в первом реакторе определяют по формуле
T₁ T_ш + A,
где A 2 25;


при этом шихту подают равными частями в первый, третий и последующие реакторы до (m f_x)-го реактора в количествах, определяемых по формуле

где i 1, 3, m f_x;
G_i количество подаваемой шихты в i-й реактор,
а среднюю молекулярную массу полибутадиена регулируют изменением последней подачи шихты в реактор (m f_x), при этом при увеличении молекулярной массы расход шихты уменьшают, а при ее уменьшении расход шихты увеличивают и по достижении расходом шихты заданных ограничений стабилизацию молекулярной массы осуществляют изменением подачи инициатора в первый реактор, увеличивая подачу инициатора, если подача шихты достигает нижнего предельного значения, и уменьшая, если подача шихты достигает верхнего уровня ограничения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---