Способ управления процессом сополимеризации акрилила "б"

 

Использование: управление процессами химической технологии, в частности, в способах управления периодическими процессами полимеризации. Сущность изобретения: способ включает последовательное дозирование мономеров и растворителя. После ввода первой дозы инициатора в смеси с растворителями осуществляют перемешивание и нагрев реакционной смеси с постоянной скоростью до интенсивного роста температуры паров. Затем обеспечивают регулирование подачи хладагента в обратный конденсатор по температуре флегмы. После стабилизации температуры в реакторе подают вторую дозу инициатора в смеси с растворителем и продолжают процесс стабилизации до обрыва цепи сополимеризации, определяемый по прекращению изменения вязкости реакционной смеси. 1 ил.

Изобретение относится к управлению процессами химической технологии, в частности к способам управления периодическими процессами полимеризации.

Известен способ управления процессом полимеризации с помощью регулирования отвода тепла реакции, который заключается в регулировании температуры хладагента в обратном конденсаторе путем изменения его расхода в зависимости от температуры реакционной массы в реакторе.

Известен также способ регулирования процесса полимеризации с помощью регулирования отвода тепла реакции полимеризации в растворе или дисперсии, осуществляемой в реакторе, оборудованном обратным холодильником, заключающийся в регулировании температуры хладагента в обратном конденсаторе путем изменения расхода хладагента в обратный конденсатор в зависимости от температуры реакционной массы в реакторе, при изменении температуры в одной или нескольких расположенных друг за другом точках в направлении потока хладагента в обратном конденсаторе [2] Наиболее близким аналогом является способ управления процессом сополимеризации производства акрилила "Б", и линейного сополимера бутилакрилата и анилацетата в среде этилацетата, включающий последовательное дозирование в заданном соотношении мономеров и растворителя, ввод первой дозы инициатора, перемешивание и нагрев реакционной смеси до момента интенсивного роста температуры паров, после чего перекрывают подачу паров в подогреватель и открывают подачу хладагента в обратный конденсатор и рубашку реактора, стабилизируют температуру в реакторе путем изменения давления пара, поступающего в подогреватель термоцикла в зависимости от температуры горячей воды, поступающей в рубашку на обогрев реактора, корректируемой регулятором температуры в реакторе, затем дополнительно подают в смеси с растворителем вторую дозу инициатора.

Все известные способы полимеризации дают большой разброс качественных показателей полимеризации и значительное потребление энергоресурсов, а также длительность процесса.

Задачей предложенного изобретения является повышение стабильности качественных показателей при одновременном сокращении продолжительности процесса и уменьшении потребления энергоресурсов.

Технический результат достигается тем, что в способе управления процессом сополимеризации акрилила "Б" ввод первой дозы инициатора осуществляют в смеси в растворителем, нагрев реакционной смеси ведут с постоянной скоростью в соответствии с заданной температурной программой, при этом при превышении температуры паров растворителя (35^оС) стабилизацию температуры в реакторе проводят в зависимости от температуры флегмы на выходе из обратного коденсатора, воздействуя на положение клапана подачи хладагента в обратный конденсатор, причем при открытии которого более чем на 30% прикрывают подачу пара в подогреватель термоцикла, при открытии более чем на 65% пропорционально открывают клапан подачи хладагента в термоцикл, а по мере перекрытия до 35% дозируют вторую дозу инициатора, после чего возвращают к прежнему режиму стабилизации вплоть до момента обрыва цепи сополимеризации, определяемого по прекращению изменения вязкости реакционной смеси.

На чертеже представлена принципиальная схема управления процессом сополимеризации акрилила "Б".

Технологическая схема содержит реактор 1, обратный конденсатор 2, обогреватель 3 термоцикла, насосы 4 и 5, вискозиметр 6, емкость 7 для установки вискозиметра, отсекатели 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, регулирующие клапана 15, 16, 17, термодатчик 18 (Т1) контроля температуры в реакторе, термодатчик 19 (Т2) контроля температуры воды, термодатчик 20 (Т3) контроля температуры флегмы, электропневматические реле 21 и 22 и микропроцессор 23.

На схеме указаны используемые механизмы и датчики, соединенные соответственно с каналами управления и приема информации микропроцессорным контроллером.

Схема содержит контуры регулирования температуры воды, температуры флегмы и циркуляции воды.

К контуру регулирования температуры в реакторе 1 относится схема взаимосвязанного регулирования, включающая термодатчик 18 (Т1), установленный в реакторе, и термодатчик 19 (Т2), установленный в месте сливания потоков горячей подогретой в теплообменнике 3 и охлажденной поступающей из заводской сети воды. При этом в качестве регулирующих устройств используются соответственно клапана 16 и 17 подачи пара в теплообменник 3 и охлажденной воды, подаваемой на смешение с водой из термоцикла в рубашку реактора 1. Заданием для контура регулирования термодатчика 19 (Т2) служит корректирующий сигнал разбаланса текущей температуры в реакторе 1 и заданной температуры.

К контуру регулирования температуры флегмы на выходе из обратного конденсатора 2 относится термодатчик 22 (Т3) на выходе флегмы и регулирующий клапан 15 на подаче охлаждаемой воды в конденсаторе 2. Реализация алгоритмов непрерывного действия и логического управления подачи реагентов в реактор обеспечивает в соответствии с заданной программой микроконтроллер.

По команде "пуск" обеспечивается установка исполнительных механизмов отсекателей 11, 12, 13, 14 в исходном состоянии и формируются запросы на загрузку реагентов. После начала загрузки этилацетата и бутилакрилата поступает команда на "нагрев" компонентов в реакторе 1. Подъем температуры в реакторе 1 должен обеспечиваться с заданной скоростью, которая программно устанавливается контроллером. В свою очередь этот контур в соответствии с принятым алгоритмом управления формирует задание контуру регулирования температуры воды, поступающей в рубашку реактора 1, воздействуя на клапан подачи пара в подогреватель 3 термоцикла.

С увеличением температуры в реакторе 1 начинается экзотермическая реакция сополимеризации, в процессе которой происходит интенсивное испарение этилацетата.

При повышении температуры паров Т3 термодатчика 20 контроля флегмы свыше 35^оС необходимо полностью открыть клапан 17 на подаче охлаждающей воды в реакторе путем подачи команды на электропневматический исполнительный клапан 17 и изменить канал коррекции задания контура регулирования температуры горячей воды на контур регулирования температуры флегмы измеряемой термодатчиком 20 (Т₃) путем подачи охлаждающей воды через клапан 15 в обратный конденсатор 2. При этом величина "задания" определяется автоматически в зависимости от выходного сигнала регулятора температуры в реакторе.

При открытии клапана на подаче охлаждающей воды в обратный конденсатор 2 более чем на 30% необходимо закрыть регулирующий клапан 16 и для надежности отсекатель 22 на подаче пара в подогреватель 3 термоцикла, и при дальнейшем его открытии в диапазоне 65-85% пропорционально открывать клапан подачи охлаждающей воды и термоцикл.

В дальнейшем температуру в реакторе 1 Т1 поддерживают путем изменения задания контуру термодатчика 20 (Т3) регулирования температуры флегмы, управляющему подачей холодной воды в конденсатор 2. По мере исчерпания радикальных групп инициатора, реакция сополимеризации начинает затухать, что приводит к уменьшению количества тепла, выделяемого в процессе и для поддержания заданной температуры в реакторе 1, регулятор 20 (Т3) температуры флегмы начинает прикрывать клапан 15 на подаче охлаждающей воды в обратный конденсатор 2. Очевидно, что положение этого клапана может быть использовано в качестве косвенной характеристики полноты протекания процесса сополимеризации.

Прикрытие этого клапана на 65% (до 35%) указывает на необходимость загрузки второй порции инициатора, после которой на некоторое время снова интенсифицируется реакция сополимеризации. В дальнейшем в процессе регулирования температуры флегмы клапан на подаче охлаждающей воды в обратный конденсатор прикрывается до 75% что указывает на необходимость дополнительного подвода тепла в реактор 1 для компенсации теплопотерь и стабилизации свойств сополимера. Для этого обеспечивают переключение канала коррекции задания, формируемого контуром регулирования температуры Т1 в реакторе, на контур регулирования температуры Т2 воды в циркуляционном контуре термоцикла, задания этому контуру устанавливают в зависимости от выходного сигнала регулятора температуры в реакторе 1. Одновременно необходимо закрыть клапан на подаче охлаждающей воды в конденсаторе 2 и регулировать температуру воды в термоцикле путем изменения подачи пара в подогреватель 5 термоцикла, в диапазоне 60-80% необходимо пропорционально открыть клапан на подаче охлаждающей воды в рубашку. Для улучшения динамических характеристик систем управления необходимо предусмотреть изменения настроечных параметров регуляторов температуры горячей воды в флегмы. По мере стабилизации показания вискозиметра 6 на циркуляционном контуре определяют момент прекращения процесса сополимеризации и формируют команду о прекращении подачи пара в подогреватель и выдачу готового продукта в приемную емкость.

Использование предлагаемого способа управления процессом сополимеризации акрилила "Б" позволяет по сравнению с существующим сократить на 30% продолжительность процесса, снизить на 15% потребление энергоресурсов при повышении стабильности показателей качества сополимера (вязкость на 10%) по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ АКРИЛИЛА "Б" линейного сополимера бутилакрилата и винилацетата в среде этилацетата, включающий последовательное дозирование в заданном соотношении мономеров и растворителя, ввод первой дозы инициатора, перемешивание и нагрев реакционной смеси до интенсивного роста температуры паров, после чего перекрывают подачу паров в подогреватель и открывают подачу хладагента в обратный конденсатор и рубашку реактора, стабилизируют температуру в реакторе путем изменения давления пара, поступающего в подогреватель термоцикла в зависимости от температуры горячей воды, поступающей в рубашку на обогрев реактора, корректируемой регулятором температуры в реакторе, затем дополнительно подают в смеси с растворителем вторую дозу инициатора, отличающийся тем, что ввод первой дозы инициатора осуществляют в смеси с растворителем, нагрев реакционной смеси ведут с постоянной скоростью в соответствии с заданной температурной программой, при этом при превышении температуры паров растворителя 35^oС стабилизацию температуры в реакторе проводят в зависимости от температуры флегмы на выходе из обратного конденсатора, воздействуя на положение клапана подачи хладагента в обратный конденсатор, причем при открытии которого более чем на 30% прикрывают подачу пара в подогревателе термоцикла, при открытии более чем на 65% пропорционально открывают клапан подачи хладагента в термоцикл, а по мере прикрытия до 35% дозируют вторую дозу инициатора, после чего возвращаются к прежнему режиму стабилизации до момента обрыва цепи сополимеризации, определяемого по прекращению изменения вязкости реакционной смеси.