Способ автоматического управления процессом эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола

 

Использование: химическая, нефтехимическая промышленность. Сущность способа: пересчитывают текущие значения концентраций гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора в соответствии с заданной температурой в реакторе. По полученным значениям корректируют соотношения расходов пропилена и гидроперекиси , катализатора и гидроперекиси. Регулируют расход пропилена по давлению в реакторе. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4892458/26 (22) 02.10.90 (46) 23.02.93. Бюл. N. 7 (71) Волгоградское специальное конструк. торское бюро Научно-и роизводствен ного объединения "Нефтехимавтоматика" .(72) В.И, Лебедев, В,H. Педченко, А.И. Райзберг, Т.Н. Белозерцева, В.В. Бережной, В.П. Хомяков, В.А. Белокуров, А.И. Мышкин, А.С. Башкиров и А.И. Классен . (73) Малое государственное предприятие

Волжского конструкторского бюро " Автоматика" (56) С.В, Адельсон, Т.П. Вишнякова, Я;М. Паушкин. Технология нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N !638141, кл. С 07 С 15/46, 1989.

Изобретений относится к управлению технологическими процессами и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известно, что на селективность процесса зпоксидирования влияет . температура процесса и величина молярного соотношения олефийа и гидроперекиси (1), и что стабильность вышеуказанных параметров на определенном уровне обеспечивает требуемую селективность.

Известен способ, сущность которого заключается в том, что соотношение расходов катализатора и.гидроперекиси корректируют по концентрации остаточной гидроперекиси на выходе реактора, соотношение расходов пропилена и гидроперекиси корректируют по содержанию окиси пропилена на входе реактора, а регулирование темпе„„5U ÄÄ 1797604 АЗ (я)5 С 07 С 15/46, G 05 0 27/00 (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭПОКСИДИРОВАНИЯ ПРОПИЛЕНА ГИДРОПЕРЕКИСЬЮ ЭТИЛБЕНЗОЛА (57) Использование: химическая, нефтехимическая промышленность. Сущность способа: пересчитывают текущие значения концентраций гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора в соответствии с заданной температурой в реакторе. По полученным значениям корректируют соотношения расходов пропилена и гидроперекиси, катализатора и гидроперекиси.

Регулируют расход пропилена по давлению в реакторе. 1 ил. ратуры осуществляется с учетом скорости изменения температуры.

Вь|шеуказанный способ не позволяет достичь высокого качества управления, так как не учитывает влияние температуры на концентрацию гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора и влияние давления на процессы, происходящие в реакторе.

Отклонение температуры реактора от нормы при стабильности остальных параметров приводит к изменению концентрации гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора и далее: к изменению соотношения подач реагентов, изменению тепловыделения и снова к изменению температуры, Кроме того изменение температуры вызывает изменение давления в реакторе, и, следовательно, изменение подач реагентов в реактор, Процесс приобретает

1797604

4 колебательный характер, что снижает качество управления, а следовательно увеличивает расходы реагентов и теплоносителя.

Целью изобретения является сокращение затрат реагентов, катализатора и хлада- 5 агента за счет повышения качества управления.

Поставленная цель достигается тем, что ..в известном способе пересчитывают текущие значения концентраций гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора в соответствии с заданной температурой и по полученным значениям корректируют сооТношения расходов пропилена и гидроперекиси, катализатора и гидроперекиси, а. 15 расход пропилена корректируют по давлению в реакторе.

Предлагаемый способ по сравнению с известным имеет ряд отличительных признаков: 20 пересчет текущей концентрации гидроперекиси на выходе реактора на заданное .. значение температуры реактора; пересчет значения текущей концентрации окиси пропиленэ на выходе реактора на заданное значение температуры реактора; корректировка соотношения расходов пропилена и гидроперекиси. катализатора и гидроперекиси по пересчитанным значениям концентраций; 30 коррекция расхода пропилена в реактор по давлению в реакторе.

Пересчет концентрации гидроперекиси на выходе реактора на заданное значение температуры позволяет определить то зна- 35 чение концентрации, которое будет при температуре реактора, равной заданной, В этом случае коррекция соотношения расходов гидроперекиси и катализатора будет иметь место, только в случае, когда причи- 40 на изменения концентрации гидроперекиси на выходе реактора не связана с температурой (например падение активности катализатора и т.д,). Таким образом исключается влияние контура регулирования температу- 45 ры реактора на контур регулирования соотношения расходов катализатора и гидроперекиси, а следовательно, улучшается качество управления.

Пересчет концентрации окиси пропилена на выходе реактора на температуру реактора., равную заданной, позволяет определить то значение концентрации, которое будет иметь место при температуре реактора, равной заданной.

При этом, как было указано выше, исключается влияние контура регулирования температуры реактора на контур регулиро; вания соотношения расходов пропилена и гидроперекиси, что повышает качество управления.

При изменении температуры изменяется давление в реакторе. при изменении давления корректируют расходы гидроперекиси, катализатора и пропилена в реактор, что позволяет сохранить требуемые соотношения расходов вышеуказанных продуктов.

Таким образом компенсируется влияние давления на подачу реагентов, что повышает качество управления, В результате совместного действия вы.шеуказанных факторов исключается влияние контуров регулирования температуры и давления на соотношения расходов катализатора и гидроперекиси и пропилена и гидроперекиси через выходные концентрации гидроперекиси и окиси пропилена.

Улучшение качества управления повышает селективноСть. увеличивает конверсию, снижает расход реагентов и расход энергоресурсов.

На чертеже представлена принципиаль. ная схема реализации способа, Схема содержит реактор 1, датчик концентрации катализатора 2, регулятор расхода катализатора 3, регулирующий клапан на трубопроводе подачи катализатора 4, датчик 5 концентрации гидроперекиси на входе в реактор, регулятор расхода гидроперекиси 6, регулирующий клапан подачи гидроперекиси 7, датчик концентрации пропилена

8, регулятор расхода пропилена 9, регулиру- . ющий клапан подачи пропилена 10, датчик давления в реакторе 11, датчик температуры в реакторе 12, датчик концентрации гидроперекиси на выходе реактора 13, датчик концентрации окиси пропилена на выходе реактора 14, датчики 15 и 16 температуры хладоагента на входе в реактор и выходе из реактора, регулятор расхода промышленной воды 17, регулирующий клапан подачи . промышленной воды 18, регулятор расхода антифриза (хладоагента) 19, регулирующий клапан на линии хладоагента 20, вычислительное устройство 21, смеситель 22, теплообменник хладоагента промышленной воды 23.

Способ реализуется следующим обра.зом. Сигналы от датчиков концентраций 2, 5, 8, 13, 14, датчиков расхода 3, 6, 9, 17, датчиков температуры 12, 15, 16. поступают в вычислительное устройство 21.

В вычислительное устройство 21 вводятся следующие величины:

С4з д. — задание на выходную концентрацию гидроперекиси;

С5ззд. задание на выходную концентрацию окиси пропилена; tpsap, — задание на температуру реактоP3, 1797604

K> Frn C<

Frn C> К2

F пзад.

I (2), (4) 40

K2=f (С5п С5) Х1 — Х2 100

Х1

Х1 Х2

Х>

F (12), К1 =

55 (7), Рха зад. = f (тр 1р зад.) Рзад. — задание на давление в реакторе;

K> — задание на соотношение расходов катализатора и гидроперекиси;

К2 — задание на соотношение расходов пропилена и гидроперекиси; 5

Frn зад. — задание на расход гидроперекиси на входе в реактор.

В вычислительной машине 21 рассчитываются следующие величины по формулам

1-8: 10

rAe Гк зад. — расход катализатора, заданная 15 величина, т!ч;

С2 — кон центра ция катал и затора, мас.%;

С1 — концентрация гидроперекиси в растворе, мас,%; 20

Frn — расход гидроперекиси. з

25 где Рпзад, расход пропилена (заданная величина), т/ч, Сз — концентрация пропилена, мас.%:

К1 = f (С4гп С4зад.) (3) 30 гДе С4рп — конЦентРаЦиЯ гиДРопеРекиСи на выходе реактора, пересчитанная на заданную температуру реактора, мас.%., f — функциональная зависимость К1 от 35 рассогласования, в качестве которой берется стандартный закон регулирования (например ПИД), где С5п — концентрация окиси пропилена на выходе реактора, пересчитанная на заданную температуру реактора, мас.%;

f — завйсимость, реализующая стандар- 45 тный закон регулирования (например ПИД).

C4rn = K3 (тр.зад. tp) + C4: (5) С5рп = K4 (1р.зад. — tp) + С5 (6), 50 где С4 и С5 соответственно концентрация гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора, мас.%, tp — температура реактора, C;

Кз и К4- коэффициенты пропорциональности. где Рха зад расход хладоагента (заданная величина), т/ч;

f — зависимость расхода хладоагента от рассогласования, в качестве которого берут стандартный закон регулирования, (например ПИД -закон).

Корректируют расход гидроперекиси, расход пропилена и катализатора при изменении давления в реакторе по формулам:

U) = ир + К (P Pçàä.): (8), О2 = Up2 + К6 (P Рзад,); (9).

03 = 0рз+ К7 (Р Рзад.) ° (10), где Up>, Ор2 и 0рз — соответственно сигналы управления регулирующими клапанами расходов гидроперекиси, пропилена и катализатора регуляторами 6,9 и 3;

К5, Кб и К7 — коэффициент пропорциональности.

Второе слагаемое формул 8.9 и 10 является корректирующим сигналом, вырабатываемым вычислительным устройством 21 для коррекции расходов гидроперекиси, пропилена и катализатора.

U>, U2 и Оз — соответственно скорректированные по давлению сигналы управления регулирующими клапанами расходов гидроперекиси, пропилена и катализатора.

Таким образом, при изменении давления согласно формулам 8, 9, 10 вырабатываются сигналы управления регулирующими клапанами 7, 10 и 4 и при этом компенсируется изменение расхода соответствующего реагента, вызванное изменением давления.

1l р и м е р. Конверсия определяется выражением где K> — конверсия, %;

Х вЂ” подача гидроперекиси в реактор, т/ч;

Х2 — выход гидроперекиси из реактора, т/ч.

Разделив числитель и знаменатель выражения (11) на общую массу смеси гидроперекиси, пропилена и др„получим: где F — суммарная подача продуктов в реактор, т/ч.

1797604

Величины С1- — 100 и С4- — 100

Х1 Хг .

F F определяют- соответственно массовую концентрацию (мас.%) гидроперекиси на входе (в растворе) и выходе реактора. Пусть конверсия при температуре реактора, равной

t1, определяется величиной

Х1 «Xf

К)—

F (13), где — — массовая доля гидроперекиси на х

F выходе реактора при температуре реактора ц.

Соответственно при температуре реактора тг имеем

Х1 Х

К = " 100

F (14), х где — — массовая доля гидроперекиси- на

F выходе реактора при температуре реактора г.

Соответственно К) —:К1 =

Х1(Х1

100 100 д

Х1

Х1

ДС4

Х1

F (15) Или разноСть концентраций Д С4 гидроперекиси на выходе реактора при разной температуре реактора (С4 и С4 ), при неизI II менных остальных параметрах, можно определять из выражения (15) в виде формулы

ДС4 =(К3 — K3) — "F

Доля гидроперекиси в растворе гидроперекиси и пропилена на входе в.реактор в производстве (см, (2)), равна 0,17, Х1 Х (Е Р

Х1

Х1 Х

Х ) 100 =

Х1 — = 0.17 = С гпвх

Заданная температура реактора 110 С.

Время пребывания в реакторе 23 мин, при

5 подаче 27 т/ч раствора гидроперекиси, содержащем 24,6 мас.%. гидроперекиси и 12 т/ч пропилена и 19,8 мин при подаче 33 т/ч раствора гидроперекиси (С1=24,6 мас, ) и

15 т/ч пропилена.

Тогда имеем в первом случае 23 мин конвврсию К1 =74,5 мас. % при температуре

t=100 С и конверсию Кг=85,8 мас.% при температуре 114 С.

1 KI — Kt Х1

Отсюда ДС41 =

14 F

74,5 -85,8 0,17 =0,14 /—

14 ОС

20 т.е. изменение концентрации гидроперекиси на выходе из реактора на 0,14% происходит при изменении температуры реактора на 1 С.

Соответственно, для второго случая К1 =

= 72,2 мас,%, К1 = 85,3 мас.%. K) — K1 Х1

ДС4г

14 F — = -0,16 мас,%, 30

0,35% Д С4 < 0,4 мас.%

40 т.е. имеем значительную величину., Рассмотрим ситуацию изменения температуры реактора при неизменных остальных параметрах. Пусть увеличится

45 температура на 1,5 С, тогда получаем для второго случая Д С4=0,24 мас.%, т.е. выходная концейтрация увеличится на 0,24 мас.% (см. формулу (15)). "

Соответственно согласно известному

50 произойдет коррекция (понижение) соотношения катализатора и гидроперекиси, в чем нет необходимости. При восстановлении температуры до нормы скорректированное соотйошение даст низкую концентрацию

55 гидроперекиси на выходе, Коррекция соотношения повлияет на контур регулирования температуры и начнется колебательный процесс, как было указано выше.

Выходную концентрацию гидроперекиси на выходе первого реактора на производ- . стве в Нижнекамскнефтехим держат в

35 пределе 5 мас.

При реальном колебании температуры реактора й2,5 С имеем

1797604 зг 0,14 + 0,16

С С

С гпвх С4

Если будет идти управление согласно предложенному способу, то С4рп будет определено по формуле

С4гп = 0,15 (110-111.5)+5,24=5;01% где 0,15 средняя величина коэффициента Кз

1 определяемая как ©41 +ЬС42

2 з где 0,14 и 0,16 — изменение концентрации гидроперекиси при изменении температуры реактора на 1ОС при нагрузках (27 т/ч и

33 т/ч, см. расчет выше).

110 С вЂ” заданная температура, а

111,55 C — текущая температура реактора;

5,24 мас.% — текущая концентрация, 5 мас.% — заданная концентрация гидроперекиси на выходе реактора;

С4рп — пРактически Равна заДанной величине.

Вследствие этого будет работать только регулятор температуры. Он восстановит температуру и срыва в колебательный процесс не произойдет, При увеличении на 1ОС текущей температуры реактора произойдет увеличение выходной концентрации окиси пропилена, При регулировании согласно известному будет скорректировано (уменьшено) соотношение расходов пропилена и гидроперекиси, что ухудшит селективность.

При изменении температуры реактора от 1 00 С до 114ОС при времени реакции 23 мин селективность меняется от 91,5% до

89,5%.

Селективность определяется по формуле где C5 — концентрация окиси пропилена (мас.%) на выходе реактора;

Crnex — концентрация гидроперекиси в растворе гидроперекиси и пропилена (мас. %) на входе в реактор;

C4 — концентрация гидроперекиси на выходе из реактора (мас.%).

Концентрация гидроперекиси на входе в реактор Сгпвх=17% Пусть при температуре 100 С С4=5%, тогда при температуре оу

114 С C4=5%-0,14 - - х 14 С = 3,04%. о где 0,14 х 14 С вЂ” изменение выходной

ОС концентрации гидроперекиси при изменении температуры реактора на 14 С.

Итак имеем при температуре реактора

100 С $=91,5%. Сгпвх=17%С4=5% соответственно из выражения 16 получим

С5 = (Сгпвх — С4 } =.

100

= (17 — 5} = 10,987;.

Аналогично, при температуре реактора

114 С имеем

C5 = (17-3,04)= 12,49%, 89,5

100 т.е. концентрация окиси пропилена при изменении температуры реактора на 14 С возросла на 12,49 — 10,89=1,51%, т.е. на 1 С температуры концентрация пропилена на

1,51 выходе реактора увеличивается на

=0-1 1 % /О(При регулировании согласно предлагаемому способу при росте температуры на

1;5 С величина С5п равна

С5п =0,11(110-111,5)+С5 .

При температуре реактора 110 С, концентрация окиси пропилена была равна заданной и Равнялась С5зад=12%.

С ростом температуры на 1,5 С выходная концентрация окиси пропилена стала

12,165, отсюда

С5п=0,11(110 — 111,5)+12,156=12%, т,е. С5п осталось равной заданной.

Следовательно, при регулировании согласно предлагаемому способу изменения соотношения подач пропилена и гидроперекиси не произойдет и не будет ухудшена селектцвность.

Будет работать только регулятор температуры, не оказывая влияния на другие контуры регулирования.

Пусть давление изменилось на 2 кг/см2, (P — P зад.) 1 кг/cм

При этом согласно формуле (8) сигнал управления регулирующим клапаном увели12

1797604

Использование изобретения позволит за счет повышения качества управления сократить затраты реагентов, катализатора и хладоагента.

Рт/Я яугу

Составитель Е,Фрейман

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Гунько

Р.еда ктор

Заказ 664 Тираж 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 чится на величину Кв(Р— Рэад)=2(см/кг%) х

1(кг/см )-2%

К определяется опытным путем (К =

2 см /кг%; Кв= 3 2 см /кг%; ,Кт 1,8 см /кг%), При этом перемещение клапана íà 2% хода скомпенсирует уменьшение расхода гидроперекиси от изменения давления.

Расход гидроперекиси при этом оста.нется на прежнем уровне, так же как и расходы пропилена и катализатора (см. выражения 9 и 10).

Вследствие этого ход реакции и тепловыделения не изменится, воздействие давления на температуру не произойдет. и соответственно не возникает колебательный процесс, вызванный взаимным влиянием давления температуры и расхода реагента.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола, включающий

5 регулирование расходов гидроперекиси и катализатора по давлению в реакторе, регулирование температуры в реакторе, коррекцию соотношения расходов катализатора и гидроперекиси по концентрации гидропе10 рекиси на выходе из реактора, соотношения расходов пропилена и гидроперекиси bio концентрации окисй пропилена на выходв из реактора, отличающийся тем, что, с целью сокращения затрат реагентов, ката15 лизатора и хладагента за счет повышения качества управления, пересчитывают текущие значения концентраций гидроперекиси и окиси пропилена на выходе реактора в соответствии с заданной температурой в ре20 акторе и по полученным значениям корректируют соотношения расходов пропилена и гидроперекиси, катализатора и гидроперекиси, а расход пропилена корректируют по давлению в реакторе.