Устройство автоматического регулирования процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел с образованием олигомеров - основы алкидных лаков

Полезная модель относится к автоматизированным способам управления технологическими процессами, в частности, к регулированию процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел с образованием олигомеров - основы алкидных лаков и может быть использована в химической и лакокрасочной промышленности. Задачей, стоящей перед полезной моделью, является автоматическое удержание температуры процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел в течение длительного времени до достижения заданной вязкости полученного продукта - олигомеров - основы алкидных лаков, и прекращение реакции поликонденсации при достижении заданной вязкости продукта. Задача решается за счет установки в схеме датчика температуры и задатчика температуры рабочей смеси, соединенных с измерительным преобразователем, а также регулятора и переключателя, исполнительного механизма открывания и закрывания донного вентиля реактора, блока управления нагревом высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), пускателей циркуляционного насоса и насоса-дозатора, а также датчика и задатчика вязкости рабочей смеси, соединенных со вторым измерительным преобразователем, а также регулятора, переключателя, исполнительного механизма открывания и закрывания вентиля теплообменника охлаждения ВОТ, пускателя и вентилятора воздушного охлаждения ВОТ. Перед началом работы устанавливают заданную вязкость задатчиком вязкости 2 и заданную температуру рабочей смеси задатчиком рабочей температуры 15. При включении системы автоматического регулирования процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел сигнал от датчика вязкости 1 подается на первый вход первого измерительного преобразователя 3, сигнал от задатчика вязкости 2 подается на второй вход первого измерительного преобразователя 3, который преобразует полученные сигналы, затем с выхода первого измерительного преобразователя 3 сигнал поступает на вход первого регулятора 4, который вырабатывает управляющий сигнал, поступающий далее на вход первого переключателя 5, с первого выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход первого пускателя 6, включающий первый исполнительный механизм 7 (ИМ), кинематически соединенный с задвижкой 8 донного вентиля реактора, с второго выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход второго пускателя 9, включающий циркуляционный насос 10, с третьего выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход третьего пускателя 11, включающий насос-дозатор 12, с четвертого выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход блока управления нагревом ВОТ 13. Одновременно с включением датчиков вязкости включаются: датчик рабочей температуры 14, сигнал от которого поступает на первый вход второго измерительного преобразователя 16, и задатчик рабочей температуры 15, сигнал от которого поступает на второй вход второго измерительного преобразователя 16, который преобразует поступающие сигналы и вырабатывает сигнал, поступающий во второй регулятор 17, где вырабатывается управляющий сигнал, поступающий в блок управления нагревом ВОТ 13 и включает все ТЭНы на нагрев ВОТ. Если температура нагрева реакционной массы по показаниям датчика рабочей температуры 14 не превышает заданного значения, определенного задатчиком рабочей температуры 15, то в блок управления нагревом ВОТ 13 никаких сигналов из второго регулятора 17 не поступает, все ТЭНы включены на нагрев ВОТ, если же датчик рабочей температуры покажет превышение температуры над заданным значением, определенным задатчиком рабочей температуры 15, то второй измерительный преобразователь 16 вырабатывает сигнал рассогласования, который поступает во второй регулятор 17, где вырабатывается управляющий сигнал, поступающий в блок управления нагревом ВОТ 13, под действием управляющего сигнала часть ТЭНов отключается, температура ВОТ уменьшается, и, соответственно, температура реакционной массы тоже снижается на определенную величину; когда температура реакционной массы по показаниям датчика рабочей температуры 14 снижается ниже определенного заданного значения, то под действием поступающих сигналов второй измерительный преобразователь 16 вырабатывает сигнал, поступающий во второй регулятор 17, который вырабатывает управляющий сигнал, поступающий в блок управления нагревом ВОТ 13, и ТЭНы снова включаются на нагрев ВОТ, температура реакционной массы поднимается до верхнего заданного значения. Таким образом, среднее значение рабочей температуры поддерживается в заданных пределах в течение времени, необходимого для достижения заданного значения вязкости. Когда значение вязкости достигнет заданного значения, под действием сигналов датчика вязкости 1 и задатчика вязкости 2 первый измерительный преобразователь 3 преобразует полученные сигналы, сформирует и выдаст сигнал в первый регулятор 4, который выработает управляющий сигнал и передаст его со второго выхода на вход во второй переключатель 18, с первого выхода которого сигнал поступит на вход пятого пускателя 19, который включает второй исполнительный механизм (ИМ) 20, кинематически соединенный с вентилем 21 теплообменника охлаждения ВОТ, а со второго выхода второго переключателя 18 сигнал поступает на вход четвертого пускателя 22, включающего вентилятор 23 воздушного охлаждения ВОТ; первый регулятор 4 выдает также управляющий сигнал на вход первого переключателя 5, который под действием управляющего сигнала с четвертого выхода подает команду на блок управления нагревом ВОТ 13 и на полное отключение нагрева ВОТ. ВОТ охлаждается в теплообменнике воздушного охлаждения вентилятором воздушного охлаждения 23, охлаждает реакционную массу и реакция поликонденсации полиэфиров растительных масел прекращается. Техническим результатом является автоматическое поддержание оптимального температурного режима, позволяющего достичь эффективного протекания процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел с образованием олигомеров, снижения удельного расхода электроэнергии, повышения производительности труда, производства продукции стабильно высокого качества. 2 с, 1 п. ф., 1 илл. (схема).

Полезная модель относится к автоматизированным средствам регулирования процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел с образованием олигомеров - основы алкидных лаков и может быть использована в химической и лакокрасочной промышленности для проведения различных технологических процессов.

В технике применяется много различных систем и устройств для автоматического регулирования температурного режима технологических процессов, применяемых в черной металлургии, в цветной металлургии, в производстве строительных материалов и др. (патенты 1736925, 1752794, 1765667, 1770726, 1788422, 1806448, 2015183, 2497957).

Близким по технической сущности и достигаемому результату является система автоматического регулирования температурного режима рекуперативного колодца (патент РФ 1770716), в которой заложен алгоритм управления процессом.

Представляют интерес патенты РФ 146449, 148853, в которых предложены схемы автоматического регулирования температурного режима окислительной колонны при окислении растительных масел. В схеме рассматривается один параметр - температура.

В нашем случае необходимо регулировать два параметра - температуру и вязкость реакционной массы.

Для осуществления реакции поликонденсации образовавшихся эфиров в реактор загружают фталевый и малеиновый ангидриды и ксилол. Реакционная масса имеет температуру 150-160°C.

Открывают подачу «горячего» (280°C) высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) в рубашку реактора и в теплообменники, открывают донный вентиль реактора, включают циркуляционный насос, прокачивают реакционную массу через теплообменники, подогреваемые «горячим» ВОТ, нагревают реакционную смесь до температуры 235-245°C и выдерживают при этой температуре 6-8 часов до завершения реакции поликонденсации. Включают также насос-дозатор, который непрерывно подает ксилол из приемника ксилола в скоростной смеситель. Ксилол необходим для образования азеотропной смеси, с помощью которой из зоны реакции удаляется образующаяся реакционная вода, чтобы реакция поликонденсации стала необратимой.

Основную сложность представляет поддержания температурного режима рабочей смеси в течение длительного времени на стадии поликонденсации, до достижения заданной вязкости продукта, поскольку от этого зависит скорость реакции и время протекания процесса. Управление технологическим процессом на данном производстве в настоящее время осуществляется в ручном режиме оператором, который ведет процесс буквально «вслепую», опираясь лишь на собственные знания и опыт работы на данном оборудовании. Ему необходимо точно знать, какое количество секций ТЭНов подогрева ВОТ необходимо для нагрева реактора с определенной скоростью или поддержания температуры в реакторе, а также постоянно контролировать вязкость продукта. Так же нужно добавить, что химический процесс не всегда протекает совершенно одинаково, поэтому оператор может ошибиться, что в данном случае может привести к большим материальным потерям.

Из уровня техники известен RU 2015995 C1, 15.07.1994 (прототип), в котором описан способ контроля процесса поликонденсации полиэфирных смол, осуществляемым путем периодического отбора проб контролируемой среды из реактора, измерение вязкости и кислотного числа и определения по ним момента окончания процесса поликонденсации, в автоматическом режиме по измеренным значениям вязкости и температуры проб рассчитывают энергию активации вязкого течения контролируемых проб, определяют функциональную зависимость между энергией активации вязкого течения и автоматически измеренным кислотным числом, а затем определяют окончание процесса поликонденсации автоматически по точке перегиба по этой функциональной зависимости.

Задачей предлагаемой полезной модели является удержание температуры в заданных пределах, путем автоматизации управления технологическим процессом поликонденсации полиэфиров растительных масел с образованием олигомеров - основы алкидных лаков и прекращение реакции поликонденсации при достижении заданной вязкости продукта.

Задача решается за счет установки в схеме датчика температуры и задатчика температуры рабочей смеси, соединенных с соответствующими преобразователями, регуляторами и переключателями, исполнительным механизмом открывания и закрывания вентиля теплообменника охлаждения ВОТ, а также датчиком и задатчиком вязкости рабочей смеси, соединенных с соответствующими преобразователями, регуляторами, переключателями, блоком управления нагревом ВОТ, исполнительным механизмом закрывания и открывания донного вентиля реактора, пускателями циркуляционного насоса и насоса-дозатора.

Техническим результатом является автоматическое поддержание оптимального температурного режима, позволяющего достичь эффективного протекания процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел и прекращение реакции поликонденсации при достижении заданной вязкости продукта, повышения производительности труда, увеличения выпуска продукции стабильно высокого качества заданной вязкости, снижения удельного расхода электроэнергии.

Устройство автоматического регулирования температурного режима процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел, представленное на схеме, содержит датчик вязкости 1 и задатчик вязкости 2, соединенные с первым измерительным преобразователем 3, первый измерительный преобразователь 3 соединен с входом первого регулятора 4, первый выход которого соединен с входом первого переключателя 5, первый выход которого соединен с первым пускателем 6 первого исполнительного механизма (ИМ) 7, кинематически соединенного с задвижкой 8 донного вентиля реактора, второй выход первого переключателя 5 соединен с входом второго пускателя 9, осуществляющего включение циркуляционного насоса реакционной массы 10, третий выход первого переключателя 5 соединен с третьим пускателем 11, осуществляющим включение насоса-дозатора 12, подающего ксилол, четвертый выход первого переключателя 5 соединен с блоком управления нагревом ВОТ 13. Устройство содержит также датчик рабочей температуры 14 и задатчик рабочей температуры 15, соединенные с вторым измерительным преобразователем 16, который соединен с входом второго регулятора 17, выход второго регулятора 17 соединен с вторым входом блока управления нагревом ВОТ 13, первый регулятор 4 своим вторым выходом соединен со вторым переключателем 18, который первым выходом соединен с пятым пускателем 19, осуществляющим включение второго исполнительного механизма 20, кинематически соединенного с вентилем 21 теплообменника охлаждения ВОТ, а вторым выходом соединен с четвертым пускателем 22, включающем вентилятор воздушного охлаждения 23 теплообменника ВОТ.

Перед началом работы устанавливают заданную вязкость задатчиком вязкости 2 и заданную температуру технологического процесса задатчиком рабочей температуры 15.

При включении системы автоматического регулирования процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел сигнал от датчика вязкости 1 подается на первый вход первого измерительного преобразователя 3, сигнал от задатчика вязкости 2 подается на второй вход первого измерительного преобразователя 3, который преобразует полученные сигналы, затем с выхода первого измерительного преобразователя сигнал поступает на вход первого регулятора 4, который вырабатывает управляющий сигнал, поступающий далее на вход первого переключателя 5; с первого выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход первого пускателя 6, включающий первый исполнительный механизм (ИМ) 7, кинематически соединенный с задвижкой 8 донного вентиля реактора, с второго выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход второго пускателя 9, включающий циркуляционный насос 10, с третьего выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход третьего пускателя 11, включающий насос-дозатор 12, с четвертого выхода первого переключателя 5 сигнал поступает на вход блока управления нагревом ВОТ 13. Одновременно с включением датчиков вязкости включаются: датчик рабочей температуры 14, сигнал от которого поступает на первый вход второго измерительного преобразователя 16, и задатчик рабочей температуры 15, сигнал от которого поступает на второй вход второго измерительного преобразователя 16, который преобразует поступающие сигналы и вырабатывает сигнал, поступающий во второй регулятор 17, где вырабатывается управляющий сигнал, поступающий в блок управления нагревом ВОТ 13. Если температура нагрева реакционной массы по показаниям датчика рабочей температуры 14 не превышает заданного значения, определенного задатчиком рабочей температуры 15, то в блок управления нагревом ВОТ 13 никаких сигналов из второго регулятора 17 не поступает, все ТЭНы включены на нагрев ВОТ, если же датчик рабочей температуры покажет превышение температуры над заданным значением, определенным задатчиком рабочей температуры 15, то второй измерительный преобразователь 16 вырабатывает сигнал рассогласования, который поступает во второй регулятор 17, где вырабатывается управляющий сигнал, поступающий в блок управления нагревом ВОТ, под действием управляющего сигнала часть ТЭНов отключаются, температура ВОТ уменьшается, и температура реакционной массы снижается на определенную величину; когда температура реакционной массы по показаниям датчика рабочей температуры 14 снижается ниже определенного заданного значения, то под действием поступающих сигналов второй измерительный преобразователь 16 вырабатывает сигнал, поступающий во второй регулятор 17, который вырабатывает управляющий сигнал, поступающий в блок управления нагревом ВОТ 13, и ТЭНы снова включаются на нагрев ВОТ, температура реакционной массы поднимается до верхнего заданного значения. Таким образом, среднее значение рабочей температуры поддерживается в заданных пределах в течение времени, необходимого для достижения заданного значения вязкости. Когда значение вязкости достигнет заданного значения, под воздействием сигналов датчика вязкости 1 и задатчика вязкости 2 первый измерительный преобразователь 3 преобразует полученные сигналы, сформирует и выдаст сигнал в первый регулятор 4, который выработает управляющий сигнал и передаст его со второго выхода на вход во второй переключатель 18, с первого выхода которого сигнал поступит на вход пятого пускателя 19, который включает второй исполнительный механизм (ИМ) 20, кинематически соединенный с вентилем 21 теплообменника охлаждения ВОТ, а со второго выхода второго переключателя 18 сигнал поступает на вход четвертого пускателя 22, включающего вентилятор 23 воздушного охлаждения ВОТ; первый регулятор 4 выдает также управляющий сигнал на вход первого переключателя 5, который под действием управляющего сигнала с четвертого выхода подает команду на блок управления нагревом ВОТ 13 на полное отключение нагрева ВОТ. Температура ВОТ снижается и снижает температуру реакционного продукта, реакция поликонденсации полиэфиров растительных масел прекращается.

Таким образом, поставленная задача решена.

Устройство автоматического регулирования процесса поликонденсации полиэфиров растительных масел с образованием олигомеров - основы алкидных лаков, содержащее датчик вязкости, задатчик вязкости, первый измерительный преобразователь, первый регулятор, первый переключатель, первый пускатель и первый исполнительный механизм, второй пускатель, третий, четвёртый и пятый пускатели, второй переключатель, второй исполнительный механизм, блок управления нагревом высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), датчик рабочей температуры, задатчик рабочей температуры, второй измерительный преобразователь, второй регулятор, при этом, задатчик вязкости имеет настройку на максимальное значение вязкости, соединён с первым измерительным преобразователем, выход первого преобразователя соединён с входом первого регулятора, первый выход которого соединён с входом первого переключателя, первый выход первого переключателя соединён с входом первого пускателя, выход которого соединён с входом первого исполнительного механизма, кинематически соединённого с донным вентилем реактора, второй выход первого переключателя соединён с входом второго пускателя, управляющим циркуляционным насосом, третий выход первого переключателя соединён с входом третьего пускателя, управляющим насосом-дозатором, четвёртый выход первого переключателя соединён с первым входом блока управления нагревом ВОТ, второй выход первого регулятора соединён с входом второго переключателя, первый выход которого соединён с входом пятого пускателя, выход которого соединён с входом второго исполнительного механизма, кинематически соединённого с вентилем теплообменника охлаждения высокотемпературного органического теплоносителя, второй выход второго переключателя соединён с четвёртым пускателем управляющим вентилятором воздушного охлаждения ВОТ, содержит также датчик рабочей температуры и задатчик рабочей температуры, подключённые к первому и второму входам второго измерительного преобразователя, выход которого соединён с входом второго регулятора, выход которого подключен к второму входу блока управления нагревом ВОТ.

РИСУНКИ