SU1720704A1 - Method of controlling chemical process - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации управлени  технологическими процессами органической химии, может быть использовано в лакокрасочной промышленности и позвол ет повысить точность контрол  и управлени . Способ основан на измерении теплового эффекта реакции при порционной подаче реагента, который провод т путем последовательного определени  измерени  температуры реакционной среды после подачи реагента. При этом перед каждой подачей порции реагента определ ют температурный фон исходной реакционной среды. Затем путем сопоставлени  последовательно измеренных изменений температур реакционной среды после подачи реагента с температурным фоном суд т о ходе реакции. Определение изменений температур осуществл ют через промежуток времени после подачи порции реагента, определ емый длительностью побочных реакций. 1 ил. ЈThe invention relates to the automation of control of technological processes in organic chemistry, can be used in the paint industry, and allows you to improve the accuracy of monitoring and control. The method is based on measuring the thermal effect of the reaction with batch feeding of the reagent, which is carried out by sequentially determining the temperature of the reaction medium after the supply of the reagent. In this case, before each feeding of the portion of the reagent, the temperature background of the initial reaction medium is determined. Then, by comparing the successive measured changes in the temperature of the reaction medium after the supply of the reagent with the temperature background, the progress of the reaction is judged. The determination of temperature changes is carried out at a time interval after the supply of a portion of the reagent, determined by the duration of side reactions. 1 il. J

Description

Изобретение относитс  к автоматизации управлени  технологическими процессами органической химии.This invention relates to the automation of process control of organic chemistry.

Цель изобретени  - повышение точности и информативности контрол .The purpose of the invention is to improve the accuracy and information content of the control.

Способ по сн етс  чертежом, где представлены термометрические кривые процесса азо-сочетани  , арилида с диазосоединени ми на основе 4-хлор-2- нитроанилина.The method is explained in the drawing, which shows the thermometric curves of the azo coupling process, arylide with diazo compounds based on 4-chloro-2-nitroaniline.

Способ контрол  и управлени  реакцией азосочетани  основан на измерении теплового эффекта реакции при порционной подаче реагента путем последовательного определени  изменени  температуры реакционной среды после подачи реагента. Перед подачей порции реагента определ ют температурный фон исходной реакционной среды и путем сопоставлени  последовательно измеренных изменений .температур реакционной среды после подачи реагента с температурным фоном суд т о ходе реакции. Определение изменений температур осуществл ют через промежуток времени после придачи порции реагента, определ емый длительностью побочных реакций .The method of controlling and controlling the azo coupling reaction is based on measuring the thermal effect of the reaction during batch feeding of the reagent by sequentially determining the change in temperature of the reaction medium after feeding the reagent. Before feeding a portion of the reagent, the temperature background of the initial reaction medium is determined and by comparing the successively measured changes in the temperature of the reaction medium after supplying the reagent with the temperature background, the progress of the reaction is judged. The determination of temperature changes is carried out at a time interval after the addition of a portion of the reagent, determined by the duration of side reactions.

Под температурным фоном понимают изменение температуры исходной реакционной среды во времени. .Under the temperature background understand the change in temperature of the initial reaction medium over time. .

Сопоставление изменений температуры реакционной среды после подачи реагента с температурным фоном позвол ет более четко выделить сравнительно небольшие температурные изменени  (0,02- 0,05°С) обусловленные ракцией сочетани Comparison of changes in the temperature of the reaction medium after the supply of the reagent with the temperature background makes it possible to more clearly distinguish relatively small temperature changes (0.02-0.05 ° C) due to a combination of cancer

-х|| x |

ГОGO

оabout

s|s |

О ABOUT

на фоне температурных изменений, обусловленных неконтролируемыми возмущени ми (теплообмен и др.).:against the background of temperature changes due to uncontrolled disturbances (heat exchange, etc.):

Измерение изменени  температуры реакционной среды через определенное заранее установленное врем  после придачи порции реагента позвол ет исключить вли ние на точность измерени  теплового эффекта реакции сочетани , теплового эффекта реакции нейтрализации и разности температур смешиваемых реагентов.Измерение приращений температур до и после придачи порции реагента дает возможным уменьшить вли ние теплообмена реакционной среды с внешней средой на результаты определени  тепловыделени  за счет химической реакции. В первом измерении (до . придачи порции реагента) учитываютс  изменени  температуры за счет теплообмена и других возмущений, а во втором и последующих изменени х за счет теплообмена и теплового эффекта реакции. Поэтому разность этих приращений обусловлена лишь тепловым эффектом реакции. В момент придачи реагента изменение температуры обусловлено несколькими факторами: приращение температуры среды за счет различи  в температуре смешивающихс  реагентов, тепловой эффект реакции нейтрализации (азосоставл юща  - щелочна  среда, диазосоставл юща  кисла  среда) и тепловой эффект реакции сочетани .Measuring the change in temperature of the reaction medium at a predetermined predetermined time after adding a portion of the reagent eliminates the influence on the measurement accuracy of the thermal effect of the coupling reaction, the thermal effect of the neutralization reaction and the temperature difference of the mixed reagents. Measuring temperature increments before and after adding a portion of the reagent makes it possible to reduce the effect the heat exchange of the reaction medium with the external environment on the results of determining the heat release due to a chemical reaction. In the first dimension (prior to the addition of a portion of the reagent), changes in temperature due to heat exchange and other disturbances are taken into account, and in the second and subsequent changes due to heat exchange and the thermal effect of the reaction. Therefore, the difference between these increments is due only to the thermal effect of the reaction. At the moment of reagent addition, the temperature change is caused by several factors: the temperature increment of the medium due to the difference in temperature of the mixing reagents, the heat effect of the neutralization reaction (the azo-component is alkaline medium, the diazo-component acidic medium) and the heat effect of the coupling reaction.

. Из анализа кинетики этих тепловыделений следует, что первые два тепловых эффекта протекают в несколько раз быстрее, чем реакци  сочетани . Поэтому провод т измерени  приращени  температуры через определенное заранее установленное врем  после придачи реагента, когда реакци  нейтрализации завершилась и можно исключить вли ние побочных тепловых эффектов .. From the analysis of the kinetics of these heat releases, it follows that the first two thermal effects proceed several times faster than the coupling reaction. Therefore, temperature increment measurements are taken at a predetermined predetermined time after the addition of the reagent, when the neutralization reaction is complete and the effect of side thermal effects can be eliminated.

. Предлагаемый способ позвол ет обеспечить не только определение конца периодического процесса, но и провести его так, чтобы обеспечить заданное соотношение реагентов в ходе и конце реакции сочетани . Последнее особенно важно дл  процессов сочетани .. The proposed method allows not only to determine the end of a batch process, but also to carry it out in such a way as to ensure the specified ratio of reactants during and end of the coupling reaction. The latter is especially important for combination processes.

Способ может быть реализован на базе известных технических средств: малоинерционный термодатчик (0,.1-1 с) и устройство, позвол ющее измер ть небольшие приращени  температуры (0,0014), 1°С) на фоне существенных (единицы, дес тки градусов Цельси ) изменений абсолютного значени  температуры реакционной среды. Использование простейшей логической схемы (на базе микропроцессора) позвол ет полностью автоматизировать процесс управлени  реакцией сочетани .The method can be implemented on the basis of well-known technical means: a low-inertia thermal sensor (0, .1-1 s) and a device that allows measuring small temperature increments (0.0014), 1 ° C against the background of significant (units, ten degrees Celsius) changes in the absolute value of the temperature of the reaction medium. The use of the simplest logic circuit (microprocessor based) makes it possible to fully automate the process of controlling the reaction of a combination.

П р и м е р 1. Сочетание диазотирован- ного диметилового эфира 5-аминоизофталевойPRI me R 1. Combination of 5-aminoisophthalic diazotized dimethyl ether

кислоты с ацетоацет-5-аминобензимидазоло- ном провод т в ацетатной буферной смеси. Дл  этой цели готов т буферный раствор(30 мл Н20, 6,5 мл 20% NaOH, 4 мл лед ной уксусной кислоты), отдельно раствор ют ацетоацет0 5-аминобензимидазолон в щелочи (2,3 г 20 мл НаО, 5 мл 20% аОН). Раствор азосоставл ющей сливают в буферный раствор. Температура раствора азосоставл ющей 20°С, раствора диазосоставл ющей - 5°С. Дл acids with acetoacetate-5-aminobenzimidazolone are carried out in an acetate buffer mixture. For this purpose, a buffer solution was prepared (30 ml H20, 6.5 ml 20% NaOH, 4 ml glacial acetic acid), acetoace 0 5-aminobenzimidazolone was dissolved separately in alkali (2.3 g 20 ml NaO, 5 ml 20% and he). The solution of the azo-component is poured into the buffer solution. The temperature of the azo-component solution of 20 ° C, of the diazo-component solution is 5 ° C. For

5 проведени  реакции сочетани  диазосо- ставл ющую подают в раствор азосоставл ющей , определ ют температурный фон, т..е измер ют изменение температуры раствора азосоставл ющей за 15 с, затем при0 дают порцию диазосоставл ющей и через 20 с начинают измер ть приращение температуры реакционной массы за каждые 15 с. Как только приращение температуры за 15 с станет равным приращению темпера5 туры за 15 с до подачи порции диазосоставл ющей , придают следующую порцию (и таким образом 15-17 порций). Затем порции уменьшают до 2 %. Пор док подачи порций аналогичный. Как только первоеFor the combination reaction, the diazo compound is fed into the azo component solution, the temperature background is determined, i.e. the temperature change of the azo component solution is measured in 15 seconds, then a portion of the diazo component is obtained, and after 20 seconds the temperature increment of the reaction masses for every 15 s. As soon as the temperature increment for 15 s becomes equal to the temperature increment 15 s before the serving of the diazoconstituent is supplied, the next batch is added (and thus 15-17 servings). Then the portions are reduced to 2%. The serving order of servings is similar. As soon as the first

0 приращение температуры реакционной массы, измеренное через 20 с после подачи порции, станет равным в пределах -10% приращению температуры реакционной0 the increment of the temperature of the reaction mass, measured 20 s after the filing of the portion, will be equal to within -10% of the increment of the temperature of the reaction

5 массы, измеренному до подачи порции, придачу диазосоставл ющей прекращают и подают порцию азосоставл ющей (2%) с тем, чтобы сн ть избыток диазосоставл ющей. П р и м е р 2. Сочетание 1-амино-8-наф0 тол-4-сульфокислоты (Чикаго С-кислота) с диазотолуолом в уксусной среде. Концентраци  азокомпоненты 0,03 м/л, диазоком- поненты 0,25 М/л. Температура сочетани  24°С. Процесс сочетани  осуществл ют так5 masses, measured before the serving of the batch, are added to the diazo-compound and a portion of the azo-component is fed (2%) in order to remove the excess of the diazo-component. PRI mme R 2. Combination of 1-amino-8-naph0 tol-4-sulfonic acid (Chicago C-acid) with diazotoluene in acetic acid. The concentration of the azocomponent is 0.03 m / l, the diazo component is 0.25 M / l. The combination temperature is 24 ° C. The combination process is carried out as follows.

5 же, как в примере 1. За счет высокой информативности о процессе обеспечена загрузка реагентов в заданном соотношении и с точностью , определ емой размером порции.5, as in example 1. Due to the high information content of the process, the reagents are loaded in a given ratio and with an accuracy determined by the portion size.

На чертеже представлены термометри0 ческие кривые конкретного процесса, проведенного в услови х опытного производства: начальна  температура массы (азосоставл ющей ) 20°С. Из чертежа видно, что придача диазоеоставл ющей (t 0-2°C) вызываетThe drawing shows the thermometric curves of a particular process carried out under conditions of pilot production: the initial mass temperature (azo-component) is 20 ° C. It can be seen from the drawing that the addition of a diazo component (t 0-2 ° C) causes

5 уменьшение температуры, т.е. выдел емого в результате реакции тепли не хватает дл  компенсации захоложени  за счет смешени  с азосоставл ющей холодной диазо.5 decrease in temperature, i.e. the heat generated by the reaction is not enough to compensate for the submergence due to mixing with the azo-component of cold diazo.

После окончани  придачи диазо (90%) наблюдаетс  подъем температуры иона (на диаграмме(51 - результат анализа.After the end of the addition of diazo (90%), an increase in the ion temperature is observed (in the diagram (51 is the result of the analysis).

цветной реакции массы с Н-кислотой). После исчезновени  диазо (на диаграмме д - ) подьем температуры прекращаетс . После придачи очередной порции 2% диазо был зафиксирован конец процесса (подъема температуры нет, по анализу 5). Из чертежа видно также, что даже в сравнительно небольшом реакторе опытного производства (100 л) неконтролируемых возмущений температуры, сравниваемых с полезным сигналом, не наблюдаетс . Следует ожидать , что в услови х реального производства эти возмущени  (за счет инерционности объекта реактор 3 м3 и более) будут еще меньше.color reaction of mass with H-acid). After the disappearance of the diazo (in diagram E -), the temperature rise ceases. After adding the next portion of 2% diazo, the end of the process was recorded (there is no temperature rise, according to analysis 5). It can also be seen from the drawing that even in a relatively small pilot production reactor (100 liters) uncontrolled temperature perturbations compared with the useful signal are not observed. It should be expected that under the conditions of real production these disturbances (due to the inertia of the object, a reactor of 3 m3 or more) will be even less.

Предлагаемый способ контрол  и управлени  процессами сочетани  обеспечивает:The proposed method for controlling and controlling the combination processes provides:

1.Определение не только окончани  процесса, но и обеспечение заданного соот- ношени  реагентов в ходе и конце процесса сочетани .1. Determination of not only the end of the process, but also the provision of a predetermined ratio of reagents during and at the end of the coupling process.

2.Повышение точности проведени  процесса сочетани  за счет посто нного контрол  за ходом процесса путем наблю- дени  химических превращений по изменению температуры реакционной среды.2. Improving the accuracy of the combination process due to constant monitoring of the process by observing chemical transformations by changing the temperature of the reaction medium.

Формул аизобретени  Способ контрол  и управлени  химическим процессом, в частности процессом эзосочетани , основанный на порционной подаче реагента в реактор и измерении теплового эффекта реакции путем последовательного измерени  в заданном интервале времени приращений температуры реакционной среды после очередной подачи порции реагента, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол  и управлени , дополнительно измер ют в заданном интервале времени изменение температурного фона реакционной среды до подачи порции реагента, последовательно сравнивают приращени  температуры реакционной среды после подачи порции реагента с изменением температурного фона реакционной среды до подачи порции реагента , при величине указанного приращени  температуры, равной величине изменени  температурного фона реакционной среды, подают очередную порцию реагента и при первом совпадении величины указанного приращени  температуры с величиной изменени  температурного фона реакционной среды суд т об окончании химической реакции и прекращают подачу реагента ,iFormula of the invention A method of controlling and controlling a chemical process, in particular an eso-combination process, based on batch feeding the reagent into the reactor and measuring the thermal effect of the reaction by measuring the temperature of the reaction medium after the next batch of reagent, in order to increase the accuracy of monitoring and control, additionally measured in a predetermined time interval, the change in the temperature background of the reaction medium before the supply of portions p agent, successively compare the temperature increments of the reaction medium after supplying a portion of the reagent with a change in the temperature background of the reaction medium before supplying a portion of the reagent, when the value of the specified temperature increment is equal to the change in the temperature background of the reaction medium, the next portion of the reagent is supplied and when the first match of the specified temperature increment the magnitude of the change in the temperature background of the reaction medium is judged to end the chemical reaction and stop the flow of the reagent, i

з;h;

ii

оabout

esjesj

3CVJ3CVJ

COCO

CSJCSJ

OJ CSJOJ CSJ

CvJCvj

CDCD

CxiCxi

COCO

CMCM

Claims (1)

Формула и-зобрет.енияClaim Способ контроля и управления химическим процессом, в частности процессом азосочетания, основанный на порционной 5 подаче реагента в реактор и измерении теплового эффекта реакции путем последовательного измерения в заданном интервале времени приращений температуры реакционной среды после очередной подачи пор10 ции реагента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля и управления, дополнительно измеряют в заданном интервале времени изменение температурного фона реакционной среды до 15 подачи порции реагента, последовательно сравнивают приращения температуры реакционной среды после подачи порции реагента с изменением температурного фона реакционной среды до подачи порции реа20 гента, при величине указанного приращения температуры, равной величине изменения температурного фона реакционной среды, подают очередную порцию реагента и при первом совпадении величины 25 указанного приращения температуры с величиной изменения температурного фона реакционной среды судят об окончании химической реакции и прекращают подачу реагента. ;A method for monitoring and controlling a chemical process, in particular, an azo coupling process, based on a batch of reagent 5 feeding into the reactor and measuring the thermal effect of the reaction by successively measuring in a given time interval the increments in the temperature of the reaction medium after the next batch of reagent is fed, characterized in that, with the aim of increasing the accuracy of control and management, additionally measure in a given time interval the change in the temperature background of the reaction medium to 15 feed portions of the reagent, followed by The temperature increments of the reaction medium after feeding a portion of the reagent to the change in the temperature background of the reaction medium before feeding the portion of the reagent 20 are compared, at a value of the indicated temperature increment equal to the change in the temperature background of the reaction medium, the next portion of the reagent is fed, and at the first coincidence of the value 25 of the indicated temperature increment with the magnitude of the change in the temperature background of the reaction medium is judged on the end of the chemical reaction and stop the flow of the reagent. ;