СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ АВТОКЛАВНОГО ПОЛИМЕРИЗАЦИОННОГО РЕАКТОРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
AUTOMATIC CONTROL OVER STARTING HIGH-PRESSURE POLYMERISATION CONTINUOUS-OPERATION REACTOR

Изобретение относится к автоматизации экзотермических химико-технологических процессов и может быть использовано при управлении пусковыми и переходными режимами экзотермических реакторов химико-технологических установок непрерывного действия, в частности установок производства полиэтилена в нефтехимической промышленности.
Известен способ автоматического управления переходными режимами в процессе синтеза полиэтилена, предусматривающий последовательное программное изменение значений давления в реакторе, расходов модификатора и инициатора, соответствующих максимальной температуре в реакторе, от начального состояния, через состояние, характеризующееся значениями режимных параметров, соответствующими выпуску промежуточной марки полиэтилена, далее - до конечного состояния с необходимыми значениями максимальной температуры, давления в реакторе и расходами модификатора и инициатора (SU №1399305, кл. С08F 110/02, G05D 27/00, 1988).
Способ позволяет уменьшить количество брака при производстве полиэтилена высокого давления, а также сократить потери сырья. Однако данный способ может быть применен только для ограниченного набора получаемых марок полиэтилена высокого давления, а также данный способ не включает в себя проверку устойчивости системы при работе в переходных режимах.
Кроме того, способ пригоден для управления процессом только в трубчатом реакторе в производстве полиэтилена высокого давления.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ управления химическим реактором непрерывного действия, заключающийся в том, что повышают давление в реакторе до первоначального значения, повышают температуру на входе в реактор, подают смесь этилена и инициатора с концентрацией инициатора меньше заданной при одновременном повышении температуры и давления в реакторе до рабочих значений, затем увеличивают концентрацию инициатора в реакторе до заданного значения при одновременном уменьшении температуры на входе в реактор, измеряют значения указанных величин (SU №1810099, кл. В01J 19/00, 1993).
Недостатками указанного способа является отсутствие проверки устойчивости системы во время осуществления пуска полимеризационного реактора.
Задачей изобретения является исключение аварийных ситуаций и сокращение времени простоя в пусковых режимах автоклавного полимеризационного реактора непрерывного действия в производстве полиэтилена высокого давления.
Поставленная задача решается тем, что повышают давление в реакторе до первоначального значения, повышают температуру на входе в реактор, подают смесь этилена и инициатора с концентрацией инициатора, меньше заданной при одновременном повышении температуры и давления в реакторе до рабочих значений, затем увеличивают концентрацию инициатора в реакторе до заданного значения при одновременном уменьшении температуры на входе в реактор, измеряют значения указанных величин, согласно изобретения рассчитывают значение производной по температуре в реакторе от статической характеристики, в зависимости от которого корректируют концентрацию инициатора в реакторе путем изменения расхода инициатора на входе в реактор.
На чертеже представлена блок-схема системы управления пуском автоклавного полимеризационного реактора, где 1 - автоклавный полимеризационный реактор, 2 - трубопровод подачи смеси этилена и инициатора в реактор, 3 - датчик измерения расхода инициатора, 4 - датчик температуры на входе в реактор 1, 5 - датчик давления в реакторе 1, 6 - датчик температуры в реакторе, 7 - устройство сбора сигналов, поступающих от датчиков, 8 - электронный блок уточнения коэффициентов статической модели реактора 1, 9 - электронный блок расчета производной от статической модели реактора 1, 10 - электронный блок сравнения значения производной с нулем и принятия решения по переходу, при равенстве нулю значения производной осуществляется переход к блоку 11, в котором формируется управление для регулятора 12, изменяющего расход инициатора в реактор, в противном случае осуществляется переход к блоку 13 для формирования управления, воздействующего на исполнительный механизм клапана 14 сброса давления в реакторе.
Пример выполнения. В реакторе 1 повышают давление до 100 МПа, повышают температуру до 200°С, затем по трубопроводу 2 подают смесь этилена и инициатора с уменьшенной концентрацией инициатора, равной 2 ppm, и поднимают температуру и давление в реакторе 1 до рабочего значения, равного 240°С и 144 МПа соответственно. После чего повышают концентрацию инициатора до заданного значения 23 ppm при одновременном уменьшении температуры смеси этилена и инициатора на входе в реактор 1 до 85°С. Значения расхода инициатора на входе в реактор, температуры на входе в реактор, давления и температуры в реакторе измеряют датчиками 3-6, после чего эти данные поступают в устройство сбора 7, после этого данные передаются в блок 8 для уточнения коэффициентов статической модели реактора. Данные из блока 8 поступают на вход блока 9, где рассчитывается значение производной по температуре в реакторе от статической характеристики реактора, где статическая модель реактора записывается как
0
0
0
где х - безразмерная начальная концентрация инициатора, y - безразмерная температура в реакторе, y - безразмерная начальная температура реакционной смеси, λ, u - безразмерные комплексы, описывающие расход реакционной смеси и энергию активации соответственно, а производная от статической характеристики определяется по формуле , где y - безразмерная температура в реакторе, y - безразмерная начальная температура реакционной смеси, после чего в блоке 10 сравнивается найденное значение производной с нулем (Вольфсон С.А., Ениколопян И.С. Расчеты высокоэффективных полимеризационных процессов. - М.: Химия, 1980. - 312 с.). При выполнении этого условия осуществляется переход к блоку 11, в котором определяется величина корректирующего расхода инициатора на входе в реактор. Реализацию управления осуществляет регулятор 12, изменяющий расход инициатора в реактор, при невыполнении условия осуществляется переход к блоку 13, в котором формируется управление, передаваемое на исполнительный механизм клапана 14 сброса давления в реакторе.
Благодаря включению в систему управления пуском реактора блоков, отвечающих за проверку устойчивости системы в пусковом режиме, а именно блоков расчета производной от статической характеристики по температуре в реакторе и формирования управляющих воздействий в зависимости от величины производной, исключаются несанкционированные скачкообразные изменения температуры в реакторе, которые могут привести к срабатыванию аварийной защиты и, следовательно, прекращению пуска.
Достигается сокращение потерь сырья, равного объему реактора, из-за подрыва аварийных мембран и выброса реакционной смеси в атмосферу, являющихся следствием скачкообразного увеличения температуры в реакторе.
Достигается сокращение времени на промывку реактора на 1-1,5 часа из-за его разгрузки в результате потери устойчивости вследствие достижения температурой в реакторе недопустимо высоких значений.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1810099, кл. В01J 19/00, 1993.
2. Авторское свидетельство СССР №1399305, кл. С08F 110/02, G05D 27/00.
3. Вольфсон С.А., Ениколопян И.С. Расчеты высокоэффективных полимеризационных процессов. - М.: Химия, 1980. - 312 с.