Способ управления процессом синтеза гликолей
Использование: химическая промышленность. Сущность изобретения: путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена по измеренной разности температур на входе и выходе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, после чего по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор, а затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации. Текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по математическому выражению. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к автоматическому управлению процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена и может быть использовано в химической промышленности.
Известен способ управления процессом синтеза гликолей путем некаталитической гидратации оксида этилена (Технический регламент производства окиси этилена и гликолей N 104-85 Дзержинского ПО "Капролактам", Дзержинск, 1985, хранится в отраслевой библиотеке ГОСНИИХЛОР ПРОЕКТА, Москва), заключающийся в стабилизации соотношения расходов раствора оксида этилена и обессоленной воды на смешение, что при стабильной концентрации оксида этилена в водном растворе, поступающем на смешение, обеспечивает стабильную селективность по целевому продукту. Недостатком этого способа является отсутствие информации о концентрации оксида этилена, в потоке поступающем на смеситель и соответственно на реактор, что не позволяет точно стабилизировать уровень селективности по целевому продукту. Наиболее близким по совокупности признаков, т. е. прототипом, является способ управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена (авт. св. 1581716 А1 СССР, МКИ C 07 C 31/20, G G 05 D 27/00) путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена, в котором дополнительно измеряют концентрацию моноэтиленгликоля, температуру реакционной массы на входе в реактор и температуру в трех расположенных последовательно зонах реактора зоне разгона, зоне протекания реакции и зоне стабилизации температуры, определяют оптимальное значение концентрации оксида этилена на входе в реактор, при котором значение селективности процесса по моноэтиленгликолю принимает максимальное значение, рассчитывают текущее значение концентрации оксида этилена на входе в реактор и корректируют расходы обессоленной воды и водного раствора оксида этилена в зависимости от соотношения значений оптимальной и текущей концентрации оксида этилена на входе в реактор. Кроме того, дополнительно измеряют значение температуры на выходе из реактора и регулируют температуру входной смеси в зависимости от текущих значений температуры в зоне стабилизации и температуры целевого продукта на выходе из реактора путем воздействия на расход греющего пара, подаваемого в подогреватель. Недостатком прототипа является то, что предложенный способ управления направлен на обеспечение максимальной селективности только одного продукта -моноэтиленгликоля, в то время как целевыми продуктами могут являться и высшие гликоли или их совокупность. Кроме того, к недостаткам можно отнести необходимость многократного численного интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих процесс, с целью идентификации математической модели, с помощью которой определяется текущая концентрация оксида этилена на входе в реактор, а затем путем итерационной поисковой процедуры устанавливаются оптимальная концентрация и оптимальная температура смеси на входе в реактор, что снижает быстродействие системы управления и соответственно качество управления. Изобретательская задача состояла в разработке достаточно простого и быстродействующего способа управления процессом синтеза гликолей некаталитической гидратацией оксида этилена, обеспечивающего оптимальное распределение продуктов на выходе из реактора при заданных технологических ограничениях и минимум энергозатрат, а также динамическую стабилизацию объекта. Поставленная задача достигается тем, что в способе управления процессом синтеза гликолей гидратацией оксида этилена путем регулирования расходов обессоленной воды и водного раствора оксида этилена по измеренной разности температур на выходе и входе реактора рассчитывают текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор, затем по заданному оптимальному распределению продуктов на выходе из реактора рассчитывают оптимальную концентрацию оксида этилена и рециркулирующего гликоля, с помощью материального баланса смесителя рассчитывают оптимальные расходы воды, водного раствора оксида этилена и гликоля, потом по статической модели реактора рассчитывают минимальную температуру подогрева смеси на входе в реактор и затем корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения заданий локальным регуляторам, а оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля поддерживают с помощью системы динамической стабилизации. Кроме того, необходимо отметить, что текущую концентрацию оксида этилена на входе в реактор рассчитывают по формуле Xовх =![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
X0 (m -1)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1333.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1334.gif)
Xy0i решение при нулевых граничных условиях;
C0 1 +
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1335.gif)
m отношение констант скоростей всех стадий реакций к константе первой стадии;
t обобщенная переменная
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1336.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/969.gif)
z пространственная координата реактора. При этом учитывают практически полное превращение оксида этилена в реакторе. 3) Рассчитывают оптимальные расходы U*1, U*2, U*3 воды, раствора оксида этилена и рециркулирующего гликоля соответственно, исходя из материального баланса смесителя
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1337.gif)
U U1 + U2 + U3,
где U1, U2, U3 расход воды, раствора оксида этилена и гликоля, приходящего с рециклом, на входе в смеситель соответственно;
U расходы на выходе смесителя;
X0вх, Y0вх, X0iвх концентрации оксида этилена, воды и гликоля на выходе из смесителя, т. е. на входе в реактор, соответствующие обозначениям со штрихами концентрации на входе в смеситель. 4) Рассчитывают минимальную температуру подогрева реакционной смеси на входе в реактор T*0вх, обеспечивающую полное превращение оксида этилена в реакторе, исходя из уравнения, связывающего концентрацию оксида этилена и приведенную температуру
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1338.gif)
X0вх - X0 = -
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
и используя уравнения для Xo(t) и выражение для обобщенной переменной t. 5) Корректируют текущие расходы и температуру подогрева путем изменения задания локальным регуляторам 4-7 согласно полученным оптимальным значениям T*0вх, U*1, U*2 и U*3.
6) Поддерживают оптимальные значения концентраций оксида этилена и рециркулирующего гликоля с помощью системы динамической стабилизации с обратной связью, обеспечивающей постоянную температуру на выходе реактора при постоянной температуре на входе, учитывая, что при постоянной температуре на входе в реактор Tвх Т0вх, что обеспечивается регулятором 4, изменение температуры на выходе реактора
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1339.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/1340.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
Формула изобретения
Xовх =
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
где Ховх текущая концентрация оксида этилена на входе в реактор;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1