Способ автоматического управления потенциально опасным химико-технологическим процессом

 

Изобретение относится к области автоматического управления потенциально опасными экзотермическими процессами в предаварийных режимах, может быть использовано в химической и других смежных отраслях промышленности и позволяет снизить потери продукта за счет уменьшения числа аварийных остановок процесса. Способ предусматривает подачу хладагента через рубашку реактора, инертного по отношению к реакционной массе охладителя, непосредственно в реактор и прекращение подачи исходного реагента в реактор при превышении температуры или скорости роста температуры реакционной массы заданного значения, при этом подачу охладителя осуществляют в периоды времени, удовлетворяющие условиям. Когда скорость роста разности температур реакционной массы и хладагента больше нуля, вторая производная по времени температуры реакционной массы больше нуля, и давление в реакторе меньше или равно предельному значению. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4620129/26 (22) 13.12.88 (46) 07.07.91. Бюл. t4 25 (71) Ленинградский технологический институт им. Ленсовета (72) А.П.Таран, В.Г,Бондаренко, Н.В,Латыпов и А.Д.Логинов (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 740269, кл. В 01 J 19/00, 1980.

Обновленский П.А. и др. Системы защиты потенциально опасных процессов химической технологии. — Л., 1978, с. 18-19. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫМ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ (57) Изобретение относится к области автоматического управления потенциально опасными экзотермическими.процессами в предаварийных режимах, может быть исИзобретение относится к автоматическому управлению потенциально опасными экэотермическими процессами в предаварийных режимах и может быть использовано в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности.

Целью изобретения является снижение потерь продукта за счет уменьшения числа аварийных остановок процесса.

На чертеже приведена функциональная схема реализации способа.

Потенциально опасный процесс проводится на установке, которая состоит из реактора 1 с рубашкой и мешалкой 2, снабженного люком (не показан) и испол„„5U ÄÄ 1660726 А1 (я)л В 01 J 19/00, G 05 0 27/00 пользовано в химической и других смежных отраслях промышленности и позволяет снизить потери продукта за счет уменьшения числа аварийных остановок процесса, Способ предусматривает подачу хладагента через рубашку реактора, инертного по отношению к реакционной массе охладителя, непосредственно в реактор и прекращение подачи исходного реагента в реактор при превышении температуры или скорости роста температуры реакционной массы заданного значения. при этом подачу охладителя осуществляют в периоды времени, .-удовлетворяющие условиям. Когда скорость роста разности температур реакционной массы и хладагента больше нуля, вторая производная по времени температуры реакционной массы больше нуля,и давление в реакторе меньше или равно предельному. значению. 1 ил. нительным устройством для подачи ингредиентов реакций, клапан 3 с дистанционным управлением, клапаном 4 для охлаждения реактора потоком "жесткого" хладагента и клапаном 5 для нагрева содержимого реактора потоком теплоносителя через входной патрубок 6, рубашку реактора и выходной патрубок 7, Крышка реактора соединена трубопроводом с клапаном 8, который связан трубопроводом с обратным холодильником, имеющим связь с атмосферой (не показана). Охлажденное, инертное по отношению к реакционной массе вещество, в случае необходимости подается в реактор по трубопроводу дозатором 9, который реализует аналого-частотный принцип

1660726 регламентации подачи с помощью преобразователя 10, Дозатор смонтирован на трубопроводе, соединяющем емкость 11 для хранения охлажденного инертного охладителя, с полостью реактора, На днище реактора смонтировано исполнительное устройство

12 (клапан) для сброса реакционной массы.

Управляющая часть автоматической системы защиты реактора состоит из первого датчика 13 температуры (например, двойной . термопары), контролирующего состояние опасного технологического параметра, соединенного с ним линией связи преобразо вателя 14 сигнала датчика в сигнал, удобный для дальнейшего использования; второго датчика 15 температуры, который дифференциально связан с первым датчиком температуры с целью измерения разности температур реакционной массы и хладагента, соединенного с первым и вторым датчиками температуры, усилителя t 6 постоянного тока со стандартным выходом; вычислительного блока 17; преобразователя 18 давления, выход которого связан с входом позиционного регулятора 19 и с вторым входом логического блока 20, выполняющего функции позиционного регулятора.

Трубопровод, связывающий крышку реактора с клапаном 8, снабжен устройством (разделителем) 21 разделения жидкой и газообраэной фаз. Клапан 8 связан с обратным холодильником 22, выход которого соединен с емкостью 11, На крышке смонтирован также трубопровод с разрывной мембраной 23.

Пример 1. Способ для процесса нитрования 2-метилимидаэола (2-МИ) осуществляется следующим образом. В реактор 1 емкостью 10 л через люк, не показанный на схеме, помещают 4,5 л 80—

82 ф,-ной черной кислоты и к ней при перемешивании и охлаждении через тот же люк присыпают 1,5 кг 2-МИ. Один иэ исходных ингредиентов реакции подается в реактор 1 постепенно по ходу процесса через клапан

3 с дистанционным управлением. При присыпании 2-МИ с помощью системы автоматического регулирования температуру стабилизируют на уровне 25 — 40 С. По окончании растворения 2-МИ в кислоте раствор подогревают путем изменения задания автоматической системе регулирования температуры до 105 +. 2 С. При этом клапан

4 прикрывается, а клапан 5 наоборот приоткрывается. После того, как в растворе установится заданная температура, включают подачу 2,5 л азотной кислоты через клапан

3 с расходом 0,8 — 1 л/ч. B случае, если автоматическая система регулирования температуры исчерпает свои ресурсы охлаждения, например, при повышении заданной температуры реакционной массы на

3 С (110 С) или при превышении значения

5 скорости роста температуры реакционной массы — е — > 0,5 C/ìèí,èìååò место отд Т .м. о бт ключение от реактора 1 с рубашкой и мешалкой 2 линии подачи исходного реагента

10 (азотной кислоты) с помощью клапана 3, Одновременно клапаном 4 открывается поток "жесткого" хладагента через.патрубок

6, рубашку реактора и патрубок 7. Вместе с тем, если в реакторе не повышено давление

15 сверх допустимого и не имеют место нижеуказанные тепловые условия, то дозатором

9 с аналого-частотным преобразователем 10 включается подача из емкости 11 в реактор (на его дно) охлажденного инертного охла20 дителя — трифторуксусной кислоты, имеющей температуру кипения более низкую. (Tran = 74 С), чем регламентная температура проведения процесса. одновременно открывается клапан 8, связывающий полость

25 реактора с обратным холодильником 22.

При этом за счет выкипания трифторуксусной кислоты обеспечивается мощный малоинерционный теплосъем и поддержание заданного температурного режима 105—

30 110 С. Пары трифторуксусной кислоты конденсируют в обратном холодильнике 22, и кислота возвращается в емкость 11. B случае повышения давления свыше 0,5 Рлр, где

Pop — давление срабатывания предохрани35 тельной мембраны, подача инертного конденсата прекращается, она не производится также. если по ходу химикотехнологического процесса производится плановый нагрев реакционной массы, т.е.

40 Ò„вЂ” Т„„

> О, и, если скорость роста

dt температуры реакционной массы падает, 2 т.е, <

Сигнал с второго выхода вычислительного блока 17 при этом равен нулю. Входные сигналы на автоматическую систему управления по параметрам, прогнозирующим наступление предаварийной ситуации; температуре и тепловой мощности реакци-. онного процесса, поступают от датчиков 13 (двойная термопара) и 15 (термопара) через преобразователь 14 и усилитель 16 постоянного тока.

Таким образом, повышение температуры в реакторе сверх заданного регламентом предмаксимального значения или аналогичное повышение ее производной вызывает автоматическое управляющее защитное

1660726

20

45

50 воздействие первой ступени, приостанавливающее процесс путем отсечки подачи исходного реагента, одновременно усиления подачи хладагента в рубашку реактора . и (при наличии перечисленных выше условий) подачи охлажденного инертного охладителя — трифторуксусной кислоты в реакционную смесь на дно реактора. В качестве указанных управляющих воздействий служат сигналы с вычислительного блока 17 на клапаны 4 и 5 с одной стороны и на дозатор 9 и клапан 8 с другой.

Сигнал с вычислительного блока 17 на дозатор 9 через аналого-частотный преобразователь 10 проходит только в том случае, если давление в реакторе, измеряемое посредством преобразователя 18, не превышает заданного значения.

Унос вспенивающейся реакционной массы при бурном испарении и барботаже исключается с помощью разделителя 21 жидкости и газообразной среды. В случае недостаточности защитного воздействия первой ступени повышение давления сверх заданного регламентом максимального значения вызывает управляющее воздействие второй ступени, ликвидирующее процесс путем сброса реакционной массы через клапан 12 в аварийную емкость. В качестве управляющего воздействия второй ступени используется сигнал с регулятора 19. . Пример 2, Поясняет возможность использования предлагаемого способа на процессе с иным химизмом.

B реакторе 1 емкостью 10 л описанной выше (в первом примере) установки помещают 5 + 0,5 л 20%-ного олеума и к нему при 95 -5 С дозируют втечение двух часов заранее приготовленный раствор 1 кг метанитробензойной кислоты в 2,5 л концентрированной азотной кислоты. Регулирование температуры в предаварийном режиме осуществляют так же, как и в первом примере с использованием подачи охлажденной трифторуксусной кислоты в реакционную массу на дно реактора.

Пример 3. Поясняет воэможность использования охлажденного инертного конденсата (например, жидкого азота) для реализации предлагаемого способа.

В реактор 1 емкостью 1,2 л, смонтированный вместо десятилитрового реактора на описанной выше установке, помещают суспензию 240,3 r пиридона и 10,8 г мочевины в 735 мл уксусного ангидрида, Затем к этой суспензии, подогретой до 40 С, в течение часа дозируют 100 мл 98%-ной азотной . кислоты. По ходу дозировки имитируются отказы системы дозирования, выражающиеся в увеличении расхода азотнои кислоты.

При нормальном дозировании поддержание температуры в реакторе на регламентном уровне (40 — 45 С) осуществляется только изменением температуры воды в рубашке и змеевике реактора. Во время имитации отказов системы дозирования (при увеличении регламентного расхода в 2 раза), традиционная система стабилизации температуры, осуществляющая теплосъем через стенки рубашки и змеевика, не может выполнять свою функцию; температура повышается свыше 50 С и, также как и в первом примере, в реактор подается охладитель. в данном случае, жидкий азот, имеющий температуру 195,8 С. Подача последнего строго регламентируется описанной выше системой управления, реализующей алгоритм, представленный в формуле изобретения. В результате подачи охладителя в реакционную массу (на дно реактора) температура последней возвращается в регламентные пределы 40 — 45ОС, а пары азота барботируют и уходят в атмосферу, Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность управления, так как снижает вероятность перехода предаварийных режимов в аварийные и повышает.экономичность ведения процесса за счет уменьшения числа аварийных остановов, при которых имеют место потеря продукта реакции и рост непроизводительных трудозатрат.

Использование предлагаемого способа позволяет также интенсифицировать ряд процессов .(увеличить их производительность на 10 — 15%) путем увеличения первой уставки "опасного" параметра и соответствующего приближения регламентного режима к границе неустойчивости.

Использование предлагаемого способа позволяет проводить быстропротекающие процессы в реакторах с мешалками, которые обычными способами вообще не представляется возможным реализовать.

Формула изобретения

Способ автоматического управления потенциально опасным химико-технологическим процессом в предаварийном режиме путем подачи хладагента через рубашку реактора, охладителя непосредственно в реакционную смесь и прекращения подачи исходного реагента в реактор при превышении температуры или скорости роста температуры реакционной массы заданного значения, измерения давления в реакторе и температуры хладагента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения потерь продукта путем уменьшения числа аварийных

1660726

Р<< 0,5 Рпр, Составитель Г.Огаджанов

Техред М,Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Г.Гербер

Заказ 2073 Тираж 332 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 остановок процесса, в качестве охладителя используют инертную по отношению к реакционной массе жидкость, при этом подачу охладителя осуществляют в периоды времени, удовлетворяющие условиям б Т .и.— Тхд >g, УТр.м >р д, где Tp. ., Тх — температура реакционной массы и хладагента;

5 Р, Рпр — давление в реакторе и предельно допустимое значение давления в реакторе.