Способ управления процессом получения бутилкаучука

 

Описывается способ управления процессом получения бутилкаучука путем сополимеризации в реакторах в присутствии катализатора, шихты из изобутилена, изопрена и инертного растворителя, включающий измерение вязкости по Муни полимера. Способ отличается тем, что регулируют расход шихты, катализатора, соотношение катализатор - шихта. При этом перед увеличением расхода шихты увеличивают подачу катализатора выше заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени и уменьшение его осуществляют в момент установления увеличенного расхода шихты на заданном значении и, наоборот, перед уменьшением расхода шихты уменьшают подачу катализатора ниже заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени и увеличение его осуществляют в момент установления уменьшенного расхода шихты на заданном значении. Время увеличения или уменьшения подачи шихты и катализатора осуществляют расчетным путем, при этом заданное время увеличения подачи катализатора до его уменьшения и наоборот определяют по формуле t = t_к-t_ш, где t_к - время воздействия на вязкость по Муни полимера расхода катализатора; t_ш - время воздействия на вязкость по Муни полимера расхода шихты. Технический результат - повышение качества целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам управления процессами полимеризации олефиновых углеводородов и может быть использовано в нефтехимической промышленности, в производстве синтетических каучуков типа СКИ, СКД, бутилкаучука.

Известен способ управления процессом синтеза бутилкаучука в среде инертного растворителя в реакторе с мешалкой, включающий измерение температуры в зоне реакции, косвенное определение вязкости по Муни (по коэффициенту рефракции и динамической вязкости), в зависимости от вязкости по Муни и разности температур верха и низа реактора изменяют частоту вращения мешалки (патент РФ N 2046126, кл. C 08 C 2/06, G 05 D 27/00 от 28.12.97, БИ N 29, 1995 г.).

Недостатком указанного способа является невысокая точность регулирования вязкости по Муни из-за длительных переходных процессов (близкиx к автоколебательным), возникающиx при изменении расхода катализатора и шихты (раствор изобутилена с изопреном в хлорметиле).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества каучука.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления процессом получения бутилкаучука путем сополимеризации в реакторах в присутствии катализатора, шихты из изобутилена, изопрена и инертного растворителя, включающем измерение вязкости по Муни полимера, регулируют расход шихты, катализатора, соотношение катализатор - шихта, при этом перед увеличением расхода шихты увеличивают подачу катализатора выше заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени и уменьшение его осуществляют в момент установления увеличенного расхода шихты на заданном значении и, наоборот, перед уменьшением расхода шихты уменьшают подачу катализатора ниже заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени и увеличение его осуществляют в момент установления уменьшенного расхода шихты на заданном значении, время увеличения или уменьшения подачи шихты и катализатора осуществляют расчетным путем, при этом заданное время увеличения подачи катализатора до его уменьшения и наоборот определяют по формуле t = t_к-t_ш, где t_к - время воздействия на вязкость по Муни полимера расхода катализатора; t_ш - время воздействия на вязкость по Муни полимера расхода шихты.

Возможно осуществить расчет с помощью ЭВМ.

Совокупность новых приемов управления в сочетании с известным придает предлагаемому способу новые свойства, обеспечивающие эффективное управление качеством полимеризата в динамике с учетом изменений расхода шихты (нагрузки) и катализатора, что уменьшает разброс вязкости по Муни полимера и улучшает качество каучука. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером и фиг. 1, где изображена принципиальная схема системы управления в производстве бутилкаучука. (Условно показан один реактор из пяти работающих систем). Сополимеризация изобутилена с изопреном проводится при температуре от -80 до -98^oC в реакторе 1, куда подается шихта (изобутилен с изопреном в растворе хлорметила), регулируемая контуром 2-4 (2 - датчик, 3 - регулятор, 4 - клапан). В нижнюю часть реактора 1 подается также катализатор, регулируемый контуром 5-7 (5 - датчик, 6 - регулятор, 7 - клапан). На выходе раствора полимера с верха реактора установлен датчик 8 вязкости по Муни полимера (при забивке датчика вязкость по Муни определяется лабораторным методом либо процесс ведут по температуре в реакторе). Для управления процессом используется ЭВМ-9.

Реакция сополимеризации изобутилена с изопреном происходит с выделением тепла, которое отводится охлаждающим этиленом (холодильники для реактора 1 условно не показаны). По экспериментальным данным производства и по исследованию процесса в лабораторных условиях установлено, что наиболее сильным возмущением в процессе является изменение расхода шихты (нагрузка на реактор), например для получения заданной производительности, а эффективным управляющим воздействием, влияющим на качество каучука, является расход катализатора. Однако из-за различия в инерционности воздействия шихты и катализатора на качество каучука при переходе с одного уровня на другой возникают длительные переходные процессы (особенно при одновременном изменении расхода шихты и катализатора), влияющие на структуру полимера и качество каучука. Поэтому для учета различий в инерционности возмущающих и управляющих воздействий по расходу шихты и катализатора нагрузку (расход шихты) изменяют с задержкой (запаздыванием) относительно подачи катализатора, последний подают с увеличением или с уменьшением относительно заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени.

По предлагаемому способу управления процессом сополимеризации осуществляют следующие операции (см. фиг. 2, 3).

1. Задают время изменения нагрузки (t₀) и ее величину (G'_ш).

2. Определяют значение расхода катализатора (G_к^р) для нового значения нагрузки (G'_ш) и заданного соотношения катализатор - шихта (d_к^зад) (G_к^р) = (d_к^зад) (G'_ш). (1) 3. Определяют увеличение (уменьшение) величины управляющего воздействия по расходу катализатора (G_к) (G_к) = K₁G^p_к, (2) где K₁ - константа, определяемая экспериментально.

4. Определяют время воздействия (t) увеличенного (уменьшенного) t = t_к-t_ш, (3) где t_к-t_ш - время воздействия (реакция) на выходные показатели (вязкость по Муни, температуры в реакторе) соответственно расхода катализатора и шихты, определяемое экспериментально.

5. Задают в момент времени t₁ = t₀-t (4) увеличенный (уменьшенный) расход катализатора и выдерживают его в течение времени t с использованием контура расхода (5-7).

6. Задают момент времени t₀, требуемый расход шихты (G'_ш) контуром 2-4 и устанавливают расход катализатора (G_к^р) соответствующим заданному соотношению (d_к^зад) катализатор - шихта.

7. При постоянном значении расхода шихты определяют по информации датчика 8 текущее значение вязкости по Муни полимера, и при отклонении его от заданного значения (M) (например, при возмущениях по микропримесям) корректируют расход катализатора (G_к) пропорционально отклонению
G_к = KM (6),
где K - константа.

Таким образом, изменяя расход катализатора при изменении расхода шихты через определенные интервалы времени, добиваются компенсации наиболее сильного возмущающего воздействия по нагрузке, что улучшает качество каучука. Ниже приведен численный пример реализации способа.

Пример.

Необходимо увеличить нагрузку по шихте (расход изобутилена с изопреном с постоянной концентрацией в изопрене) с уровня G'_ш = 30 т/ч до G'_ш = 40 т/ч (подача осуществляется на трех работающих реакторах) в момент времени t₀ = 20 мин. Заданное соотношение катализатор - шихта d_к^зад = 5 л/т.

Для данного значения параметров время воздействия на выходные показатели:
расхода катализатора t_к = 18 мин,
расхода шихты t_ш = 13 мин.

1. Для нового значения расхода шихты определяем расход катализатора G_к^р
G_к^р = d_к^зад G'_ш (1)
G_к^р = 5 л/т 40 т/ч = 200 л/ч
2. Определяем увеличение расхода катализатора G_к:
(G_к) = K₁G^p_к, (2);
где K₁ = 0,15
G_к = 0,15 200 л/ч = 30 л/ч
3. Определяем заданное время воздействия (t) увеличенного расхода катализатора
t = t_к-t_ш (3);
t = 18-13 = 5 мин.
4. В момент времени t₁ = t₀-t (4);
t₁ = 20 - 5 = 15 мин,
устанавливаем расход катализатора (5)

и выдаем в качестве задания регулятору 6 и клапану 7 на линии подачи катализатора в реактор.

5. В момент времени t₀ = 20 мин устанавливаем значение расхода катализатора G_к^р = 200 л/ч и заданное значение расхода шихты G'_ш = 40 т/ч, что соответственно в качестве задания регуляторам 6 и 3.

6. По информации датчика вязкости по Муни полимера M_тек. = 47 ед., т.к. оно не отклонилось от заданного диапазона вязкости по Муни М_зад = 45-50 ед., то воздействие на расход катализатора не производим.

На фиг. 2, 3 приведены циклограммы переключения возмущающих и управляющих воздействием по расходу шихты и катализатора.

На фиг. 4 показан переходный процесс вязкости по Муни:
кривая 1 - регулирование по прототипу,
кривая 2 - регулирование по предлагаемому способу.

Как видно из фиг. 4, точность регулирования при управлении по предлагаемому способу значительно выше, чем при обычном способе управления.

Для заданного значения вязкости по Муни (M_зад = 45-50) максимальное отклонение по предлагаемому способу составляет 2-4 ед. против 5-10 ед.

Формула изобретения

1. Способ управления процессом получения бутилкаучука путем сополимеризации в реакторах в присутствии катализатора, шихты из изобутилена, изопрена и инертного растворителя, включающий измерение вязкости по Муни полимера, отличающийся тем, что регулируют расход шихты, катализатора, соотношение катализатор - шихта, при этом перед увеличением расхода шихты увеличивают подачу катализатора выше заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени и уменьшение его осуществляют в момент установления увеличенного расхода шихты на заданном значении и, наоборот, перед уменьшением расхода шихты уменьшают подачу катализатора ниже заданного соотношения катализатор - шихта в течение заданного времени и увеличение его осуществляют в момент установления уменьшенного расхода шихты на заданном значении, время увеличения или уменьшения подачи шихты и катализатора осуществляют расчетным путем, при этом заданное время увеличения подачи катализатора до его уменьшения и наоборот определяют по формуле
t = t_k-t_ш,
где t_k - время воздействия на вязкость по Муни полимера расхода катализатора;
t_ш - время воздействия на вязкость по Муни полимера расхода шихты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расчет осуществляют с помощью ЭВМ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4