Способ управления процессом выделения синтетического каучука

 

Изобретение относится к способам управления технологическим процессом в производстве синтетического каучука типа СКИ, СКД и может также быть использовано в других производствах в химической и нефтехимической промышленности. Для повышения качества каучука и снижения энергозатрат в процессе выделения каучука водной дегазацией стабилизируют расходы полимеризата, воды, пара, определяют размеры дегазируемой крошки. Для получения заданных параметров процесса производят предварительное эмульгирование полимеризата водой в специальном смесителе и регулируют размеры дегазируемой крошки дополнительной подачей циркуляционной воды в крошкообразователь. Проверка способа в промышленных условиях показала, что повышается однородность крошки каучука по фракционному составу. Кроме того, перегрев полимеризата производится в одной фазе (жидкость-жидкость), что уменьшает сопротивление при транспортировке эмульсии полимеризата и уменьшает вибрацию арматуры и подводящих трубопроводов к агрегатам выделения, а также способствует экономии пара при выделении каучука и уменьшению количества углеводородов, выбрасываемых в окружающую среду. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам управления технологическими процессами выделения синтетического каучука водной дегазацией и может быть использовано в производстве синтетического каучука типа СКИ, СКД и других производств в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ управления процессом выделения синтетического каучука водной дегазацией, проводимым в агрегатах крошкообразования (перегреватели и крошкообразователи), и выделения путем стабилизации соотношения расходов полимеризата и циркуляционной воды; стабилизации расхода пульпы каучука на агрегаты выделения и измерения показателя pH пульпы каучука. При отклонении показателя pH изменяют расход пара в агрегаты крошкообразования. (Авт. свид. N 1006442, кл. С 08 C 2/06, 1983).

Недостатком указанного способа является недостаточно высокое качество получаемого каучука, т. к. не учитывается размер частиц дегазируемого каучука, увеличивается расход пара на 1 т каучука при его дополнительной подаче.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления процессом водной дегазации изопренового каучука путем измерения температуры дегазации, давления паровой фазы, размеров частиц дегазируемого каучука с коррекцией соотношения расходов пар - полимеризат и дозировки антиагломератора в зависимости от заданного значения размеров крошки каучука. (Авт. свид. N 1772793, кл. G 05 D 27/09 1992).

Недостатком указанного способа является недостаточно высокое качество дегазации и каучука из-за большой неоднородности образующей крошки каучука и перерасхода пара при крошкообразовании.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества каучука и снижение энергозатрат на 1 т каучука.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе управления процессом выделения синтетического каучука водной дегазацией, проводимой в смесителе, крошкообразователе и дегазаторе путем стабилизации расхода полимеризата, пара и циркуляционной воды, измерения размера дегазируемой крошки каучука, полимеризат предварительно смешивают с циркуляционной водой в смесителе, направляют полученную эмульсию полимеризата в крошкообразователь и дегазатор, отбирают пробу пульпы каучука из дегазатора и при отклонении диаметра частиц крошки каучука от заданного значения корректируют расход циркуляционной воды в крошкообразователь, причем при увеличении диаметра частиц крошки каучука расход циркуляционной воды увеличивают и наоборот, при этом полимеризат в смеситель подают в 3 отверстия, расположенные радиально по окружности трубопровода смесителя под углом 120^o.

Совокупность новых приемов управления в сочетании с известными придает предлагаемому способу новые свойства, обеспечивая повышение качества каучука и снижение энергозатрат на 1 т каучука за счет повышения однородности крошки каучука при эмульгировании полимеризата циркуляционной водой. Это позволяет судить о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема управления процессом выделения синтетического каучука в производстве полиизопрена. На фиг. 2 дан разрез смесителя по сечению А - А.

Полимеризат по трем отверстиям и циркуляционную воду подают в инжекторный смеситель 1, где образуется эмульсия полимеризата, которая поступает в крошкообразователь 2, куда подается пар, а также циркуляционная вода. С выхода крошкообразователя 2 пульпа каучука поступает в дегазатор 3, через верх которого отгоняются пары растворителя, а пульпа каучука с низа дегазатора насосом откачивается на агрегаты выделения.

Управление процессом осуществляется при помощи контура регулирования расхода циркуляционной воды, состоящего из датчика расхода 4; регулятора 5; клапана 6; датчика расхода полимеризата 7, контура регулирования расхода пара, состоящего из датчика расхода 8; регулятора 9; клапана 10. Кроме того, в систему входит устройство отбора проб пульпы каучука с датчиком размера крошки каучука 11 (при отсутствии датчика размер крошки определяется лабораторным методом), клапан 12 на линии подачи циркуляционной воды в крошкообразователь для регулирования диаметра частиц крошки каучука и ЭВМ 13.

Исследование процесса дегазации каучука показало, что полимеризат перед дегазацией необходимо смешивать с циркуляционной водой для образования эмульсии полимеризата и получения однородной крошки каучука по своему фракционному составу.

Перегрев полимеризата производится при этом в одной фазе (жидкость - жидкость), что способствует уменьшению сопротивления при транспортировке эмульсии полимеризата через крошкообразователь и уменьшению вибрации арматуры и подводящих трубопроводов.

Кроме того, сокращается расход пара при образовании крошки каучука на границе раздела фаз эмульсии полимеризата (газовая фаза - из углеводородов и жидкая фаза - из пульпы каучука в воде). Подача циркуляционной воды в крошкообразователь влияет на диаметр и однородность крошки каучука. В рабочем диапазоне эта зависимость носит линейный характер (с увеличением диаметра частиц крошки каучука расход циркуляционной воды увеличивают).

Управление процессом выделения каучука осуществляют ЭВМ 13 следующим образом: 1) по информации датчиков 4 и 7 расхода циркуляционной воды и полимеризата определяют текущие значения расхода полимеризата (G_пол и циркуляционной воды G_ц.в.)в смесителе 1 и по заданному соотношению расходов полимеризата и циркуляционной воды D^зад_{пол-ц.в.} рассчитывают регулирующие воздействия на расход циркуляционной воды G^зад_ц.в.= G^зад_пол · D_{пол-ц.в.} (1) .

Сигнал, пропорциональный вычисленному значению расхода циркуляционной воды, выдают на регулятор 5 и клапан 6 на линии подачи воды в смеситель, 2) по информации с датчиков 7 и 8 расхода полимеризата и пара определяют текущие значения расхода полимеризата в смеситель 1 и пара (G_п) в крошкообразователь 2 и по заданному соотношению расхода полимеризата и пара D_{пол-пар} рассчитывают управляющее воздействие на расход пара G^зад_пар = G^зад_пол × D_{пол-пар} (2) .

Сигнал, пропорциональный вычисленному значению расхода пара, выдают на регулятор 9 и клапан 10 на линии подачи пара в крошкообразователь 2. На выходе дегазатора 3 отбирают пробу пульпы каучука и определяют по информации датчика 11 размеры диаметра частиц крошки каучука d_к сравнивают с заданным значением диаметра крошки d^з_к^ад и при отклонении его от заданного значения Δd = d_к- d^з_к^ад формируют величину заданного соотношения расхода полимеризата и циркуляционной воды D_{пол-ц.в.} в зависимости от полученного отклонения, например, по типовому ПИ-закону регулирования.

где a₁, a₂ - константы; t - время интегрирования.

При увеличении размеров диаметра крошки d_к против заданного значения расхода циркуляционной воды G^зад_ц.в. увеличивают, а при уменьшении диаметра крошки расход воды уменьшают. Таким образом, эмульгируя полимеризат и регулируя размер крошки водой, повышают эффективность процесса выделения синтетического каучука. При этом улучшается однородность каучука (фракционный состав крошки d = 6-8 мм значительно увеличивается). Возрастает пористость и удельная поверхность крошки каучука, что благоприятно сказывается на последующих стадиях производства каучука.

Увеличивается производительность агрегатов выделения, уменьшается количество остаточных углеводородов, выбрасываемых в атмосферу, достигается экономия энергоресурсов (пара, электроэнергии).

Экспериментальная проверка способа управления в промышленных условиях, проведенная в III кв. 1996 г. в цехе дегазации и выделения синтетического каучука в АО "Нижнекамскнефтехим", показала его эффективность и полезность.

Ниже приводится численный пример реализации предлагаемого способа и таблица достигнутых показателей производства каучука.

Пример. Исходные данные: 1. Заданное соотношение расхода полимеризата и циркуляционной воды
2. Заданное соотношение расхода полимеризата и пара

3. Заданное среднее значение диаметра крошки
d^з_к^ад = 7 мм.
При внесении возмущений по нагрузке (уменьшении) изменились параметры процесса выделения.

Для поддержания заданного значения соотношений в^з₁^ад, , в^з₂^ад и d^за_кр^д с помощью ЭВМ 13 осуществляют следующие действия:
1. Определяют по информации датчика 7 расход полимеризата G_пол = 15 т/ч.

2. Определяют по информации датчика 4 расход циркуляционной воды G_в = 40 т/ч.

3. Определяют текущее соотношение расхода полимеризата (в₁) и циркуляционной воды

4. Сравнивают текущее соотношение в₁ с в^з₁^ад
в₁ = 2,66 > в^з₁^ад = 2,0,
т. к. оно отличается от заданного, то пропорционально уменьшают расход циркуляционной воды

где
к₁ = 15,15.

Величину корректировки G_в = -10 т/ч отрабатывают с помощью регулятора 5 и клапана 6 на линии подачи воды в смеситель 1 и приводят соотношение в₁ к заданному значению в^з₁^ад .

5. Определяют по информации датчика 8 расход пара G_п = 7 т/ч.

6. Определяют текущее соотношение расхода полимеризата и пара в₂

7. Сравнивают текущее соотношение в₂ с в^з₂^ад
в₁ = 0,46 > в^з₂^ад = 0,3,
т. к. оно отличается от заданного, то пропорционально уменьшают расход пара

где
к = 28,12.

Величину корректировки G_п = -4,5 т/ч отрабатывают с помощью регулятора 9 и клапана 10 на линии подачи пара в крошкообразователь 2 и приводят соотношение в₁ к заданному значению в^з₁^ад.

8. Определяют по информации датчика 11 (либо путем отбора пробы пульпы каучука лабораторным методом) средний размер диаметра крошки d_к = 12.

9. Сравнивают текущее значение диаметра крошки каучука d_к с d^з_к^ад
d_к = 12>d^з_к^ад = 7,
т. к. оно отличается от заданного, то пропорционально изменению среднего диаметра крошки d корректируют величину заданного соотношения расхода полимеризата и циркуляционной воды
в₁ = к₃d = -0,04 (7 - 12),
где
к₃ = -0,04;
в₁ = 0,2.

10. Определяют скорректированное заданное значение соотношения расхода полимеризата циркуляционной воды
в^с₁^кор = в^з₁^ад+в₁= 2,0(+0,2) = 2,2.
11. Определяют управляющее воздействие на расход циркуляционной воды
G^з_в^ад = в^с₁^кор · G_пол = 2,2·15 = 33 т/ч.
Величину G^з_в^ад = 33 т/ч выдают с ЭВМ 13 и на клапан 12 на линии подачи воды в крошкообразователь 2 для приведения среднего диаметра крошки к заданному значению d^з_к^ад.р

Формула изобретения

Способ управления процессом выделения синтетического каучука водной дегазацией, проводимой в смесителе, крошкообразователе и дегазаторе путем стабилизации расходов полимеризата, циркуляционной воды, пара и измерения размера дегазируемой крошки каучука, отличающийся тем, что полимиризат предварительно смешивают с циркуляционной водой в смесителе, направляют полученную эмульсию полимеризата в крошкообразователь и дегазатор, отбирают пробу пульпы каучука из дегазатора и при отклонении диаметра частиц крошки каучука от заданного значения корректируют расход циркуляционной воды в крошкообразователь, причем при увеличении диаметра частиц крошки каучука расход циркуляционной воды увеличивают и наоборот, при этом полимеризат в смеситель подают в три отверстия, расположенные радиально по окружности трубопровода смесителя под углом 120^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3