RU2046809C1 - Способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров - Google Patents
Способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046809C1 RU2046809C1 SU5036938/05A SU5036938A RU2046809C1 RU 2046809 C1 RU2046809 C1 RU 2046809C1 SU 5036938/05 A SU5036938/05 A SU 5036938/05A SU 5036938 A SU5036938 A SU 5036938A RU 2046809 C1 RU2046809 C1 RU 2046809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- reactor
- flow rate
- pressure
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
Abstract
Использование: в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в способе управления процессом полимеризации определяют текущую загрузку реактора и текущее парциальное давление паров окиси пропилена, расход окиси регулируют по определенному парциальному давлению паров окиси, расход охлаждающей воды регулируют по отклонению измеренной температуры реакции от заданного значения с коррекцией по определенной текущей загрузке реактора. 3 ил.
Description
Изобретение относится к автоматизации процессов полимеризации в химико-технологических производствах, в частности в производстве простых полиэфирных смол, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен способ получения простых полиэфиров путем сополимеризации окисей пропилена и этилена при повышенной температуре проводимой в две стадии [1]
В этом способе подачу окиси этилена осуществляют без учета парциального давления в реакторе, что не позволяет сократить время подачи, а следовательно, достичь максимальной производительности установки. Кроме того, отсутствие регулирования подачи охлаждающей воды в теплообменник в зависимости от загрузки реактора не позволяет точно выдерживать заданную температуру реакции, что снижает качество целевого продукта.
В этом способе подачу окиси этилена осуществляют без учета парциального давления в реакторе, что не позволяет сократить время подачи, а следовательно, достичь максимальной производительности установки. Кроме того, отсутствие регулирования подачи охлаждающей воды в теплообменник в зависимости от загрузки реактора не позволяет точно выдерживать заданную температуру реакции, что снижает качество целевого продукта.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров в реакторах-полимеризаторах периодического типа путем измерения температуры реакционной массы в реакторе и теплообменнике, измерения расхода окиси пропилена, регулирования расхода окиси в зависимости от давления и температуры в реакторе и регулирования расхода охлаждающей воды в теплообменнике [2]
Однако на общее давление в реакторе, кроме парциального давления паров окиси (определяющего в конечном итоге, выделяемое тепло) значительное влияние оказывает изменяющееся в зависимости от температуры и загрузки реактора парциальное давление азота. Это затрудняет регулирование расхода окиси с целью достижения максимально возможного тепловыделения и, следовательно, максимальной скорости подачи. Вместе с тем, известный способ регулирования расхода воды не учитывает измеряющуюся в ходе процесса загрузку реактора, что не позволяет добиться необходимой точности стабилизации t реакционной массы, что отражается на качестве продукции.
Однако на общее давление в реакторе, кроме парциального давления паров окиси (определяющего в конечном итоге, выделяемое тепло) значительное влияние оказывает изменяющееся в зависимости от температуры и загрузки реактора парциальное давление азота. Это затрудняет регулирование расхода окиси с целью достижения максимально возможного тепловыделения и, следовательно, максимальной скорости подачи. Вместе с тем, известный способ регулирования расхода воды не учитывает измеряющуюся в ходе процесса загрузку реактора, что не позволяет добиться необходимой точности стабилизации t реакционной массы, что отражается на качестве продукции.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности за счет сокращения времени полимеризации, повышение качества готовой продукции.
Это достигается тем, что в способе управления процессом полимеризации простых полиэфиров в реакторах-полимеризаторах периодического типа определяют текущую загрузку реактора и текущее парциальное давление паров окиси пропилена, расход окиси регулируют по определенному парциальному давлению паров окиси, расход охлаждающей воды регулируют по отклонению измеренной температуры реакции от заданного значения с коррекцией по определенной текущей загрузке реактора.
Совокупность новых признаков в сочетании с известными сообщают данному техническому решению новые свойства, заключающиеся в определении текущей загрузки реактора и текущего парциального давления паров окиси пропилена (этилена), регулировании расхода окиси по определенному парциальному давлению паров окиси, регулировании расхода охлаждающей воды по отклонению измеренной температуры реакции от заданного значения с коррекцией по определенной текущей загрузке реактора, которые обеспечивают повышение качества продукции и увеличение производительности за счет сокращения времени полимеризации.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы управления процессом полимеризации, реализующая данный способ; на фиг. 2 и 3 графики сопоставительного анализа.
Процесс полимеризации осуществляют в реакторе-полимеризаторе 1 периодического типа с выносным теплообменником 2 путем постепенного добавления к заранее загруженному форполимеру заданного количества окиси пропилена (или окиси этилена, в зависимости от стадии и марки полиэфира, далее в тексте окиси). В результате экзотермической реакции полимеризации в присутствии инертного газа (азота) образуется полимеризат высокого молекулярного веса. Тепло реакции отводится с помощью принудительного теплообмена в выносном теплообменнике 2. Процесс проводится при соблюдении ограничений на общее давление в реакторе 1 и на температуры реакционной массы в реакторе и теплообменнике. Нарушение ограничений на температуру приводит к снижению качества продукции.
Реализующая данный способ система управления включает датчик 3 общего давления в реакторе, датчик 4 температуры реакционной массы в реакторе, датчик 5 текущего расхода окиси, датчик 6 температуры реакционной массы в теплообменнике, регулятор 7 расхода окиси, регулятор 8 расхода охлаждающей воды. На схеме показаны также реализованные в управляющей ЭВМ 9 функциональные блоки: блок 10 определения текущей загрузки реактора, блок 11 определения текущего парциального давления паров окиси, блок 12 определения расхода окиси, блок 13 определения расхода охлаждающей воды.
Схема управления реализуется на базе серийно выпускаемых отечественных средств автоматики и вычислительной техники.
Данный способ осуществляют следующим образом.
По измеренным датчиком 5 значениям расхода окиси с заданной дискретностью управления этим расходом (1-2 мин) в блоке 10 определяют текущую загрузку реактора Vi в каждый дискретный момент i
Vi= Vфп+uj, (1) где Vфп объем форполимера, м3;
Uj расход окиси на j-м такте, м3.
Vi= Vфп+uj, (1) где Vфп объем форполимера, м3;
Uj расход окиси на j-м такте, м3.
Затем в блоке 11 по измеренным датчиками 3 и 4 значениям общего давления Pi и температуры в реакторе T определяют значение выделенного парциального давления паров окиси Pок i
Pок i=Pi-PN i, (2)
PN i=(Po ˙Vг o/Тр о)/(Vг i/Т +P ˙K ˙Vi), (3)
V Vобщ-Vi, (4) где Pi общее давление в реакторе, атм;
PN i парциальное давление азота, атм;
Vг i объем газообразной фазы в реакторе, м3;
Тр i абсолютная температура реакционной массы в реакторе, град;
Vобщ общий объем реактора и теплообменника, м3;
Ро давление в реакторе перед загрузкой окиси, атм;
Vг о начальный объем газообразной фазы, м3, равный
Vг о=Vобщ-Vфп, (5)
Тр о температура в реакторе перед загрузкой окиси, град;
R универсальная газовая постоянная;
К коэффициент растворимости азота в щелочном полимеризате (значение величины RK, 1/град, определяется экспериментальным путем).
Pок i=Pi-PN i, (2)
PN i=(Po ˙Vг o/Тр о)/(Vг i/Т
V
PN i парциальное давление азота, атм;
Vг i объем газообразной фазы в реакторе, м3;
Тр i абсолютная температура реакционной массы в реакторе, град;
Vобщ общий объем реактора и теплообменника, м3;
Ро давление в реакторе перед загрузкой окиси, атм;
Vг о начальный объем газообразной фазы, м3, равный
Vг о=Vобщ-Vфп, (5)
Тр о температура в реакторе перед загрузкой окиси, град;
R универсальная газовая постоянная;
К коэффициент растворимости азота в щелочном полимеризате (значение величины RK, 1/град, определяется экспериментальным путем).
Затем в блоке 12 определяет текущий расход окиси, обеспечивающий минимальное общее время подачи окиси при соблюдении ограничений на парциальное давление паров окиси.
Известно, что парциальное давление паров окиси характеризует концентрацию непрореагировавшей окиси в полимеризате.
Указанная концентрация определяет скорость реакции полимеризации и, следовательно, выделяемое тепло реакции. Оптимальный по общему времени подачи расход окиси соответствует максимальному расходу при соблюдении ограничений на теплосъем, а следовательно, на выделенное давление паров окиси.
Этот расход может быть определен, например, следующим образом.
Пусть Ui искомый текущий расход окиси, (Ui+j), Ui+j-1,) прогнозируемое парциальное давление паров окиси в будущий момент i+j, зависящее от текущей и предыдущих подач окиси, а максимально допустимое парциальное давление паров окиси, ограниченное возможностями теплосъема. Определяют максимально возможное Ui, отвечающее условиям.
Здесь будущие подачи окиси Ui+1, Ui+j=0, а предыдущие Ui-1, Ui-2 измерены.
Условие (6) должно выполняться в течение j будущих тактов (на практике достаточно взять j=2, так как при будущих нулевых подачах давление паров окиси начнет резко падать).
Прогнозирование парциального давления паров окиси проводят с помощью специально определяемой модели давления, например линейной
Pi=hk·ui-k+φi, (8) где hk, K=0,1, N весовые коэффициенты линейной модели;
φi случайная составляющая.
Pi=hk·ui-k+φi, (8) где hk, K=0,1, N весовые коэффициенты линейной модели;
φi случайная составляющая.
Прогнозируемое давление паров окиси с учетом формулы (6) принимает вид
= hk+j·ui-k+, (9) где вычисляется стандартными методами прогнозирования случайных процессов.
= hk+j·ui-k+, (9) где вычисляется стандартными методами прогнозирования случайных процессов.
Рассматривая (6) в виде строгих равенств, получают для каждого j
u . (10)
С учетом ограничений (7) текущий расход окиси определяют
ui= max{0, min{u , u , u , } (11)
Выбираемый согласно (11) расход окиси Ui используется в качестве уставки в регуляторе расхода окиси. В следующий дискретный момент i+1 процедура расчета расхода окиси повторяется на базе новых измерений с помощью датчиков 3, 4 и 5.
u
С учетом ограничений (7) текущий расход окиси определяют
ui= max{0, min{u
Выбираемый согласно (11) расход окиси Ui используется в качестве уставки в регуляторе расхода окиси. В следующий дискретный момент i+1 процедура расчета расхода окиси повторяется на базе новых измерений с помощью датчиков 3, 4 и 5.
В блоке 13 с заданной дискретностью управления подачей охлаждающей воды (15 с) определяют текущий расход воды Wi с целью поддержания температуры реакционной массы в теплообменнике Ti то на необходимом по технологическому регламенту уровне
Качество стабилизации температуры определяет качество готового продукта и может быть достигнуто только при учете меняющейся вместе с загрузкой реактора 1 инерционности охлаждаемой реакционной массы. Эта цель достигается, например, с помощью реализуемого в ЭВМ 9 цифрового ПИД-регулятора с настройкой, зависящей от определяемой в блоке 10 текущей загрузки реактора Vi (K)
Wi= A(Vi)·(T о-)+B(Vi)(T о-T 1)+C(Vi)(T j-T), (12) где К глубина интегрирования;
A(Vi), B(Vi), C(Vi) настройки ПИД-регулятора, зависящие от загрузки реактора, например, линейно
A(Vi)=aVi B(Vi)=bVi, C(Vi)=cVi.
С ростом инерционности реакционной массы значения настроечных коэффициентов регулятора увеличиваются. Определяемый блоком 12 расход воды Wi используется в регуляторе 8 расхода воды в качестве уставки. В следующий дискретный момент i+1 процедура определения расхода повторяется на базе новых измерений.
Качество стабилизации температуры определяет качество готового продукта и может быть достигнуто только при учете меняющейся вместе с загрузкой реактора 1 инерционности охлаждаемой реакционной массы. Эта цель достигается, например, с помощью реализуемого в ЭВМ 9 цифрового ПИД-регулятора с настройкой, зависящей от определяемой в блоке 10 текущей загрузки реактора Vi (K)
Wi= A(Vi)·(T
A(Vi), B(Vi), C(Vi) настройки ПИД-регулятора, зависящие от загрузки реактора, например, линейно
A(Vi)=aVi B(Vi)=bVi, C(Vi)=cVi.
С ростом инерционности реакционной массы значения настроечных коэффициентов регулятора увеличиваются. Определяемый блоком 12 расход воды Wi используется в регуляторе 8 расхода воды в качестве уставки. В следующий дискретный момент i+1 процедура определения расхода повторяется на базе новых измерений.
Учет загрузки реактора при расчете расхода воды блоком 13 позволяет путем надежной стабилизации температуры реакции повысить качество готового продукта. Вместе с тем это позволяет добиться с помощью расчета расхода окиси стабилизации парциального давления паров окиси вблизи максимально допустимого уровня, что приводит к сокращению времени полимеризации.
П р и м е р 1 (по прототипу). Производят синтез полиэфира марки Лапром 5003-2Б-10, загрузка форполимера 2070 кг, загрузка окиси пропилена 11500 кг, загрузка окиси этилена 2100 кг.
Регулирование давления осуществляют путем изменения скорости подачи окиси, а регулирование температуры реакции путем изменения расхода охлаждающей воды.
На графике фиг. 2 показаны изменения общего давления и температуры в процессе реакции. В условиях установившегося стационарного процесса общее среднее давление составило 3,5 кгс/см2 средняя температура реакции 114оС, при максимальном значении до 121оС. Средняя скорость подачи окиси 1,9 м3/ч. Производительность линии составила 1,0 т/ч. Получен готовый продукт с содержанием непредельных соединений (йодное число) 1,95 г J2/100 г.
П р и м е р 2 (по предлагаемому способу). Синтез полиэфира марки Лапром 5003-2Б-10 производят при загрузках исходного сырья, аналогичных примеру 1.
Управление подачей окиси осуществляют по выделенному парциальному давлению паров окиси, а управление расходом охлаждающей воды по температуре реакции с коррекцией от текущей загрузки реактора.
На графике фиг. 3 показаны общее давление и температура реакции в примере 2. В условиях установившегося стационарного процесса общее среднее давление составило 4,0 кгс/м2, в том числе выделенное парциальное давление паров окиси поддерживалось в пределах 2,4-3,0 кгс/см2. Средняя температура реакции составила 118оС при максимальном значении до 119,1оС. Достигнута средняя скорость подачи окиси 2,6 м3/ч. Производительность линии составила 1,25 м3/ч. Получен готовый продукт с содержанием непредельных соединений (йодное число) 1,45 г J2/100 г.
Из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого способа управления процессом полимеризации простых полиэфиров позволяет за счет сокращения стадии полимеризации увеличить производительность одной линии на 25% и повысить качество готового продукта за счет снижения максимальной температуры (по показателю йодного числа).
Внедрение способа в производство простых полиэфиров позволяет сократить длительность стадии полимеризации в среднем на 5% на каждой технологической установке мощностью 7,5 тыс. т полиэфира в год.
Claims (1)
- СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ПРОСТЫХ ПОЛИЭФИРОВ в реакторах-полимеризаторах периодического типа путем измерения температуры реакционной массы в реакторе и теплообменнике, измерения общего давления в реакторе, измерения расхода окиси пропилена, регулирования расхода окиси в зависимости от давления и температуры в реакторе и регулирования расхода охлаждающей воды в теплообменнике в зависимости от температуры реакционной массы в теплообменнике, отличающийся тем, что определяют текущую загрузку реактора и текущее парциальное давление паров окиси пропилена, расход окиси регулируют по определенному парциальному давлению паров окиси, расход охлаждающей воды регулируют по отклонению измеренной температуры реакции от заданного значения с коррекцией по определенной текущей загрузке реактора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036938/05A RU2046809C1 (ru) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036938/05A RU2046809C1 (ru) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046809C1 true RU2046809C1 (ru) | 1995-10-27 |
Family
ID=21601669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5036938/05A RU2046809C1 (ru) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046809C1 (ru) |
-
1992
- 1992-04-10 RU SU5036938/05A patent/RU2046809C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1062217, кл. C 08G 65/06, 1983. * |
2. Технологический регламент на производство лапролов в цехе простых полимерных смол ТР 2 : 09 - 058 утв. 4.10.90 НЖК г.Нижнекамск. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0486262A1 (en) | Chemical processes | |
US4852053A (en) | Material and energy balance reconciliation | |
RU2046809C1 (ru) | Способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров | |
US7786228B2 (en) | Method for optimization of process by adjustment of initiator in polymerization system | |
EP0111341A2 (en) | Process for producing a vinyl polymer | |
KR20010102026A (ko) | 유화 중합시 단량체 전환률의 연속 모니터링 및 조절 방법 | |
CN109932899A (zh) | 化工产品生产中反应温度的优化控制方法及*** | |
EP0318609B1 (en) | Polypropylene impact copolymer reactor control system | |
US20050136547A1 (en) | Polymer reaction and quality optimizer | |
SU1016303A1 (ru) | Способ автоматического управлени процессом полимеризации этилена в трубчатом реакторе | |
SU1237675A1 (ru) | Способ автоматического управлени процессом полимеризации в производстве бутилкаучука и устройство дл его осуществлени | |
RU2223284C1 (ru) | Способ управления производством бутилкаучука | |
RU2209817C1 (ru) | Способ управления процессом получения бутилкаучука | |
US4031297A (en) | Polymerization of monomers | |
Joseph Schork | Design and Operation of Polymerization Reactors | |
SU1608183A1 (ru) | Способ автоматического управлени процессом этерификации | |
SU1186621A1 (ru) | Способ автоматического управлени процессом полимеризации этилена или сополимеризации его с альфа-олефинами | |
SU787417A1 (ru) | Способ управлени непрерывным процессом растворной полимеризации | |
RU2120948C1 (ru) | Способ управления процессом получения олигомера | |
SU1036360A1 (ru) | Способ автоматического регулировани реактора непрерывного действи | |
SU1397457A1 (ru) | Способ регулировани процесса растворной полимеризации изопрена | |
RU2036203C1 (ru) | Способ управления процессом полимеризации термоэластопластов | |
SU1526811A1 (ru) | Способ управлени реакторов дл жидкофазных экзотермических периодических процессов | |
RU2091398C1 (ru) | Способ управления непрерывным процессом растворной сополимеризации бутадиена и стирола | |
SU916382A1 (ru) | Способ автоматического управления процессом синтеза пербората натрия1 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050411 |