СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ СИНТЕЗА СУСПЕНЗИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ СТИРОЛА
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF SYNTHESIS REACTOR FOR SUSPENSION POLYMERISATION OF STYRENE

Изобретение относится к области систем автоматического управления. Оно может быть использовано при автоматизации работы полимеризационных реакторов, имеющих один или несколько контуров управления, подключаемых в зависимости от динамических характеристик объекта и особенностей возмущающего воздействия.
4
3
В полимеризационных реакторах особенно важной является динамика изменения тепловых потоков в реакционном объеме. Теплообмен в таких аппаратах затруднен, так как вязкость реагирующих сред является переменной величиной в ходе полимеризации и по мере накопления продуктов реакции достигает высоких значений (до 10 Па×с), вследствие чего меняется инерционность процесса. Современные реакторы объемом от 10 м обладают высокой инерционностью, поэтому достичь необходимого качества управления температурой не всегда возможно.
Известен способ автоматического управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции в зависимости от величины отклонения значения измеренной температуры от заданного значения подачей теплоносителя и хладагента в рубашку реактора (RU №93012620 А от 20.09.96 г.). При данном способе управления процессом отсутствует возможность воздействия на температуру с помощью изменения гидродинамического режима внутри реактора. Учитывать это воздействие необходимо, так как при применении аппаратов с мешалками увеличение их оборотов при значительной вязкости реакционных сред приводит как к значительному росту мощности, потребляемой мешалкой, так и к опасности локального перегрева самой реакционной массы за счет трения слоев вязкой среды, что снижает качество получаемого продукта.
В связи с изложенным предлагается ввести дополнительный контур стабилизации скорости вращения мешалки реактора, который будет поддерживать необходимую скорость вращения и в нужный момент изменять ее. При этом будет меняться и величина энергии диссипации, что позволит лучше стабилизировать температуру внутри реактора и улучшить качество управления процессом и, как следствие, качество получаемого продукта.
Цель предлагаемого изобретения - улучшение качества управления технологическим объектом за счет выбора коррекции динамически эффективных каналов управления и включения их в работу в зависимости от состояния объекта управления, описываемого реальной динамической моделью. Разработанная динамическая модель процесса суспензионной полимеризации стирола состоит из кинетических уравнений и уравнения теплового баланса.
з
N
p
T
Система управления процессом полимеризации с использованием коррекции параметров системы управления изображена в виде блок-схемы на фигуре 1. Система состоит из двух контуров управления. Первый контур обеспечивает заданную скорость вращения мешалки N с помощью регулятора 3 (R). Второй контур обеспечивает стабилизацию температуры реакционной смеси внутри реактора T с помощью регулятора 9 (R).
з
N
з
N
k
k
k
В первом контуре управления задание скорости вращения мешалки реактора N (при N=0; Nз=Nз) сравнивается с текущим значением N в сумматоре 2. Ошибка рассогласования e=(N -N) поступает на вход регулятора 3, стабилизирующего скорость вращения мешалки реактора N. Регулятор 3 вырабатывает управляющее воздействие u, которое подается на технологический объект управления (ТОУ) 7 в виде мощности, необходимой для вращения мешалки реактора. Текущее значение скорости вращения N в виде обратной связи поступает в сумматор 2, тем самым замыкая первый контур управления.
з
р
T
з
р
р
Tp
з
р
Во втором контуре управления системой заданная температура в реакторе Т сравнивается с текущим значением температуры Т в сумматоре 8. Ошибка рассогласования е=(Т-Т) поступает на вход регулятора 9, стабилизирующего температуру реакционной смеси внутри реактора Т. Регулятор 9 вырабатывает управляющее воздействие u, которое подается на ТОУ в виде мощности необходимой для поддержания заданной температуры внутри реактора Т. Текущее значение температуры внутри реактора Т в виде обратной связи поступает в сумматор 8, тем самым замыкая второй контур управления.
з
Тр
T
з
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><msub><mi>T</mi><mi>M</mi></msub></mrow></msub></mrow>
k
На фигуре 1 показано также, что контур управления скоростью вращения мешалки реактора имеет коррекцию заданной скорости вращения N в зависимости от нескольких величин. Первая величина, получаемая с объекта управления, является управляющим воздействием регулятора температуры u, вторая величина
рассчитывается в математической модели 4 на основании общих кинетических, тепловых и гидродинамических зависимостей процесса суспензионной полимеризации стирола (СПС). Обе величины поступают на сумматор 5, где они вычитаются. Их разница Δu поступает в блок коррекции 6, который вырабатывает корректирующее воздействие N, которое поступает на сумматор 1, где оказывает воздействие на величину задания скорости вращения мешалкой N.
Тр
Тр
k
k
Это воздействие оказывается в момент, когда изменяется вязкость среды и имеет два направления. Первое направление работает в период увеличения вязкости. Свидетельством этого является уменьшение подаваемой мощности для поддержания температуры u вследствие увеличения диссипации механической энергии перемешивания. В этом случае корректирующий параметр N воздействует на задание скорости вращения в сторону уменьшения. Второе направление работает в период уменьшения вязкости. Свидетельством этого является увеличение подаваемой мощности для поддержания температуры u вследствие уменьшения диссипации механической энергии перемешивания. В этот период процесса корректирующий параметр N воздействует на задание скорости вращения в сторону увеличения.
Отличительной особенностью данного способа управления является отслеживание моделированных параметров процесса и на их основании выработка корректирующего воздействия на параметры системы, что позволяет улучшить качество управления технологическим объектом и, как следствие, качество получаемого продукта.