Système de commande pour'un réacteur
La présente invention concerne la commande d'en réacteur. Sous l'un de ses aspects, elle concerne un procédé et un appareil pour commander le profil des températures d'un bout à l'autre d'un réacteur ou enceinte de réaction qui contient une multiplicité de lits de catalyse en série. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé et un appareil pour commander le rapport des agents de réaction dans le courant d'alimentation qui s'écoule vers le réacteur.
Beaucoup de processus chimiques utilisent des réacteurs qui contiennent une multiplicité de lits de catalyse en série. Il est important que l'on soit en mesure de commander le profil des températures d'un bout $4' autre du réacteur pour assurer une conversion maximale des agents de réaction pour obtenir un produit désiré et aussi pour assurer que des niveaux de température dangereux ne sont pas atteints.
C'est donc un but de la présente invention que de procurer un procédé et un appareil pour commander le profil des températures d'un bout à l'autre d'un réacteur qui contient une multiplicité de lits de catalyse en série.
De façon générale, le courant d'alimentation d'un réacteur contiendra une multiplicité d'agents
de réaction. Il est important que l'on soit en mesure de commander le rapport des agents de réaction, de l'un par rapport à chaque autre, pour assurer une conversion maximale en un produit donné et aussi pour assurer que les agents de réaction ne seront pas gaspillés. Bien souvent, la commande du rapport des agents de réaction sera importante pour empêcher des réactions latérales indésirables. Egalement, le rapport des agents de réaction doit être commandé de façon à limiter la présence d'agents de réaction n'ayant pas réagi dans l'effluent qui s'écoule du réacteur de façon à simplifier les processus de séparation subséquents.
C'est ainsi un but de l'invention que de procurer un procédé et un appareil pour commander le rapport des agents de réaction dans le courant d'alimentation qui s'écoule vers un réacteur.
Suivant la présente invention, on procure un procédé et un appareil tels que le profil des températures d'un bout à l'autre d'un réacteur contenant une multiplicité de lits de catalyse en série soit commandé en introduisant en différents points dans le réacteur une multiplicité de courants ayant des températures différentes. Le courant d'alimentation con-tenant les agents de réaction est divisé avant d'introduire le courant d'alimentation dans le réacteur.
Une première partie du courant d'alimentation est introduite dans l'orifice d'entrée d'alimentation du
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talyse. La température de cette première partie du courant d'alimentation est manipulée de façon à maintenir une température d'entrée désirée pour le premier lit de catalyse. La seconde partie du courant d'alimentation est introduite dans le réacteur en aval du premier lit de catalyse et devant le second lit de catalyse et est combinée avec l'effluent de réaction s'écoulant à partir du premier lit de catalyse/. L'effet de refroidissement de cette seconde partie du courant d'alimentation produit une température d'entrée désirée pour le second lit de catalyse. Un courant de recyclage venant du processus de séparation pour l'effluent de la réaction s'écoulant à
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restants. Ce courant de recyclage peut être divisé en autant de courants qu'il y a de lits de catalyse restants. Le débit de chaque courant de recyclage séparé est manipulé pour maintenir une température d'entrée désirée pour le lit de catalyse dans lequel le courant de recyclage est introduit. De cette manière, le profil de températures d'un bout à l'autre du réacteur est commandé.
Une analyse de l'effluent de la réaction s'écou-lant à partir du réacteur est utilisée pour établir un signal qui réponde à la différence entre le rapport réel des agents de réaction restant dans l'effluent de la réaction et le rapport désiré des agents de réaction restant dans l'effluent de la réaction.
Ce signal de différence est interprété pour représenter le rapport désiré des agents de réaction dans le courant d'alimentation qui va vers le réacteur. Une analyse du courant qui s'écoule vers le réacteur est utilisée pour établir un signal qui représente le rapport réel des agents de réaction dans le courant d'alimentation du réacteur. Ce rapport réel est comparé au rapport désiré et le débit d'un au moins des agents de réaction est commandé en réponse à cette comparaison pour ainsi maintenir un rapport désiré des agents de réaction dans le courant d'alimentation qui s'écoule vers le réacteur.
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée du dessin (figure 1).
La figure 1 est une représentation schématique d'un réacteur en série avec un dispositif de fractionnement et un système de commande associé pour le réacteur et le dispositif de fractionnement.
L'invention sera décrite comme un procéda pour produire un éther méthyl-t-butylique. Cependant, l'invention s'applique à d'autres procédés chimiques où l'on désire maintenir au profil de températures désiré d'un bout àl'autre d'un réacteur contenant une
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maintenir un rapport désiré d'agents de réaction dans le courant d'alimentation s'écoulant vers un réacteur. La commande du profil de températures d'un bout à l'autre du réacteur s'applique aussi à des procédés où un seul agent de réaction s'écoule vers un réacteur. La commande du rapport de réaction de la présente invention est applicable à n'importe quel réacteur auquel est fourni un courant d'alimentation contenant au moins deux agents de réaction.
L'invention est décrite aussi à propos de l'emploi de courants en tète provenant d'un dispositif de fractionnement associé à un procédé pour produire un éther méthyl-t-butylique comme fluide diluant. Cependant, tout fluide diluant convenable provenant d'une source convenable quelconque peut être utilisé si on le désire.
Bien que l'invention soit représentée et dé-
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de commande spécifique pour le réacteur, l'invention s'applique aussi à différents genres et configurations qui répondent au but de l'invention. Les lignes désignées comme lignes de signalisation sur le dessin sont électriques ou pneumatiques dans cette forme de réalisation préférée. Cependant, l'invention s'applique aussi à des moyens de signalisation mécaniques, hydrauliques ou autres pour la transmission d'infor-mation. Dans presque tous les systèmes de commande, on utilisera une combinaison quelconque de ces types de signaux. Cependant, l'emploi d'un autre genre de transmission de signaux, compatible avec le procédé et l'équipement utilisé, est dans la portée de l'invention.
Les dispositifs de commande montrés peuvent utiliser les divers modes de commande tels que proportionnelle,proportionnelle-intégrale, proportionnelledérivée ou proportionnelle-intégrale-dérivée. Dans cette forme de réalisation préférée, on utilise des dispositifs de commande proportionnelle-intégrale mais tout dispositif de commande capable d'accepter deux signaux d'entrée et produisant un signal de sortie exprimé, représentant une comparaison des deux signaux d'entrée, tombe dans la portée de l'invention. Le fonctionnement des dispositifs de commande proportionnelle-intégrale est bien connu. Le signal de commande de sortie d'un dispositif de commande proportionnelle-intégrale peut être représenté par :
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où
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L'expression d'un signal de sortie par un dispositif de commande est bien connue dans la technique des dispositifs de commande. Essentiellement, le signal de sortie d'un dispositif de commande peut être exprimé pour représenter une pression et une pression réelle est comparée par un dispositif de commande. Le signal de sortie pourrait être un signal représentant un changement désiré dans le débit d'un
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sions désirée et actuelle. Au contraire, le même signal de sortie pourrait être exprimé pour représenter un pourcentage ou pourrait être exprimé pour représenter un changement de température nécessaire pour rendre égales les températures désirée et actuelle. Si le signal de sortie du dispositif de commande peut aller de 1,35 kg à 6,8 kg , ce qui est typique, le signal de sortie pourrait être exprimé de façon telle qu'un signal ayant une pression de 4,08 kg corresponde à 50 pourcent d'un débit spécifié quelconque ou d'une température spécifiée quelconque.
Les divers moyens transducteurs utilisés pour mesurer les paramètres qui caractérisent le procédé et les divers signaux ainsi engendrés peuvent avoir différentes formes ou présentations. Par exemple,
les éléments de commande du système peuvent être mis en oeuvre en utilisant des équipements électriques analogiques, numériques, électroniques, pneumatiques, hydrauliques, mécaniques ou d'autres genres semblables ou des combinaisons d'un ou de plusieurs types d'équipements. Alors que la forme de réalisation préférée de la présente invention utilise de préfé-rence une combinaison d'éléments de commande pneumatiques en association avec l'appareil électrique analogique de manipulation et de traduction, l'appareil et le procédé de l'invention meuvent être mis en oeuvre en utilisant divers équipements spécifiques dont on peut disposer et que connaissent les spécia-
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peut être modifiée sensiblement pour s'adapter aux besoins de présentation de signaux de l'installation particulière, des facteurs de sécurité, des caractéristiques physiques des instruments de mesure et de commande, et d'autres facteurs semblables. Par exemple, un signal de mesure brute d'écoulement produit par un débitmètre à orifice à pression différentielle présenterait ordinairement une relation de caractère proportionnel au carré du débit réel. D'autres instruments de mesure pourraient produire un signal proportionnel au paramètre mesuré, et d'autres moyens de traduction encore pourraient produire un signal ayant une relation plus compliquée mais connue avec le paramètre mesuré.
En plus, tous les signaux pourraient être traduits en présentation à "zéro supprimé '' ou autre similaire pour donner un "zéro vivant" et empêcher qu'une défaillance de l'équipement soit interprétée erronément comme un signal de mesure ou de commande de niveau "élevé" ou "bas". Quel que soit l'aspect du signal ou la relation exacte du signal avec le paramètre qu'il représente, cha-que signal représentant un paraître du procédé mesuré ou représentant une valeur du processus désirée, sera en relation avec le paramètre mesuré ou la valeur désirée permettant la désignation d'une valeur spécifique mesurée ou désirée, par une valeur de signal spécifique. Un signal qui représente une mesure
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est par conséquent un signal à partir duquel de l'information concernant la valeur mesurée ou désirée peut être facilement retrouvée quelle que soit la relation mathématique exacte entre les unités de signalisation et les unités du processus mesuré ou désiré.
En se reportant à la figure 1,.on amène dans des conduits 11 un alcool qui est de préférence du méthanol. Un courant d'alimentation contenant de l'isobutylène est fourni par le conduit 12. Le courant qui contient l'isobutylène s'écoulant par le conduit 12 sera typiquement le courant C4 provenant d'un craqueur catalytique. Le courant d'alimentation par le conduit 11 et le courant s'écoulant par le conduit 12 sont combinés et s'écoulent par le conduit
13. Une partie du courant s'écoulant par le conduit
13 va par le conduit 15 à l'échangeur de chaleur 17. L'échangeur de chaleur 17 est pourvu d'un fluide de chauffage par le conduit 19. Après avoir été chauffé, le produit s'écoulant par le conduit 15 est.fourni par l'échangeur de chaleur 17, par le conduit 21, au réacteur 22. La partie du courant d'alimentation qui
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24 au réacteur 22. Le réacteur 22 contient quatre lits de catalyse 25 à 28. De préférence, on utilise comme
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Rohm et Haas. Les lits de catalyse 25 à 28 sont en série de manière que les agents de réaction s'écoulent du lit de catalyse 25 dans le lit de catalyse 26. Du lit de catalyse 26, les agents de réaction s'écoulent à travers le lit de catalyse 27 et ensuite
à travers le lit de catalyse 28 et sortent du réacteur. Le courant s'écoulant par le conduit 21 est introduit dans le lit de catalyse 25 Le courant s'écoulant
par le conduit 24 est introduit avant le lit de catalyse 26 mais après le lit de catalyse 25.
L'effluent de la réaction venant du réacteur
22 est extrait du réacteur 22 par le conduit 31. L'effluent de la réaction contiendra typiquement de l'éther méthyl-t-butylique en même temps que du méthanol,
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d'alimentation s'écoulant vers le réacteur 22, qui ne réagissent pas pour former l'éther méthyl-t-butylique. L'effluent de la réaction venant du réacteur
22 s'écoule par le conduit 31 et est introduit comme alimentation dans le dispositif de fractionnement. Le dispositif de fractionnement 33 est utilisé pour séparer l'éther méthyl-t-butylique des autres constituants de l'effluent s'écoulant par le conduit 31.
De la chaleur est fournie au dispositif de fractionnement 33 par un fluide chauffant qui s'é-
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est retiré du dispositif de fractionnement 33 comme produit de queue par le conduit 35. Les constituants restants de l'effluent de la réaction s'écoulant
par le conduit 31 sont enlevés comme produit de
tête du dispositif de fractionnement 33 par le conduit 37. Le courant de tête s'écoulant par le conduit
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de refroidissement est fourni à l'échangeur de chaleur 39 par le conduit 41. Le courant.de tête ainsi refroidi qui s'écoule par le conduit 37 s'écoule de l'échangeur de chaleur 39, par le conduit 42, à l'accumulateur de tête 44. L'accumulateur de tête 44 a un pot d'élimination 45. Typiquement, le méthanol
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qui s'écoule par le conduit 42 s'accumuleront dans le pot d'élimination 45 et seront enlevés par le conduit 46. La partie liquide du courant de tête qui s'écoule par le conduit 42, qui n'est pas enlevée par le conduit 46, s'écoule de l'accumulateur de tête
44 par le conduit 49. Une partie du fluide qui s'écoule par le conduit 49 est retirée par le conduit
51. La partie restante du fluide qui s'écoule par le conduit 49 est fournie soit au dispositif de frac-tionnement 33 par la combinaison des conduits 52
et 53 ou au réacteur 22 par la combinaison des conduits 52 et 56 -58. En particulier, l'effluent qui s'écoule par le conduit 57 est fourni au réacteur 22 avant le troisième lit de catalyse 27 mais après le second lit de catalyse 26. Le fluide s'écoulant par le conduit 58 est fourni au réacteur 22 avant le quatrième lit de catalyse 28 mais après le troisième lit de catalyse 27.
Le transducteur d'écoulement 61 en combinaison avec le dispositif sensible à l'écoulement 62, qui est situé pour fonctionner dans le conduit 12, fournit un signal de sortie 63 qui représente le débit de l'alimentation s'écoulant par le conduit 12. Un signal 63 est fourni comme première entrée au dispositif de commande de l'écoulement, 64. Le dispositif de commande de l'écoulement, 64, est aussi muni d'un signal de consigne 65 qui représente le débit
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12. En réponse aux signaux 63 et 65, le dispositif de commande d'écoulement 64 établit un signal de sortie 67 qui répond à la différence entre les signaux
63 et 65. Le signal 67 est fourni comme signal de commande à la valve de commande pneumatique 68 qui est située pour fonctionnement dans le conduit 12. La valve de commande pneumatique 68 est manipulée en réponse au signal 67 pour ainsi maintenir le débit réel de l'alimentation s'écoulant par le conduit 12 sensiblement égal au débit désiré , représenté par le signal 65.
Le transducteur analyseur 71 qui est de préférence un analyseur chromatographique est relié pour fonctionnement au conduit 31 par le conduit 72. Le transducteur analyseur 71 analyse la concentration du méthanol et de l'isobutylène dans l'effluent de la réaction s'écoulant par le conduit 31 et établit le signal de sortie 74 qui représente le-rapport du méthanol à l'isobutylène. Le signal 74 est fourni par l'analyseur transducteur 71 comme première en-
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dispositif de commande d'analyseur 75 est également muni d'un signal de consigne 76 qui représente le rapport désiré du méthanol à l'isobutylène dans l'effluent de réaction s'écoulant par le conduit 31. En réponse aux signaux 74 et 76, le dispositif de commande d'analyseur 75 établit un signal de sortie 78
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le rapport du méthanol à l'isobutylène dans le courant d'alimentation qui s'écoule à travers le conduit
13 , qui est nécessaire pour maintenir le rapport
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tion qui s'écoule à travers le conduit 31, sensiblement égal au rapport représenté par le signal de con-
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commande d'analyseur 75 comme signal de consigne au dispositif de commande d'analyseur 79.
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rence un analyseur chromatographique, est relié pour fonctionnement au conduit 13 par un conduit 82. Le transducteur analyseur 81 analyse la concentration du méthanol et la concentration de l'isobutylène dans le courant d'alimentation qui s'écoule par le con- duit 13. Le transducteur analyseur 81 établit alors
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méthanol à l'isobutylène dans le courant d'alimenta-
tion qui s'écoule par le conduit 13. Le signal 84
est fourni par le transducteur analyseur 81 au dis- positif de commande d'analyseur 79.En réponse aux si- ; gnaux 78 et 84, le dispositif de commande d'analyseur
79 établit un signal de sortie 85 qui répond à la différence entre les signaux 78 et 84. Le signal 85 est fourni par le dispositif de commande d'analyseur
79 au transducteur courant-pression (I/P)87. Le signal 85 est transformé de sa forme électrique en
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au dispositif de commande d'écoulement 91. Un signal
85 sera exprimé de façon à représenter le débit du méthanol nécessaire pour maintenir un rapport désiré
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tion qui s'écoule par le conduit 31.
Le transducteur d'écoulement 93, en combinai-
<EMI ID=28.1> situé d'une manière propre au fonctionnement dans le conduit 11, procure un signal de sortie 95 qui représente le débit du méthanol s'écoulant par le conduit 11. Le signal 95 est fourni comme entrée variable de procédé , au dispositif de commande d'écou-
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sitif de commande d'écoulement 91 établit un signal
de sortie 96 qui répond à la différence entre les signaux 89 et 95. Le signal 96 est fourni par le dispositif de commande d'écoulement 91 comme signal de commande à la valve de commande pneumatique 97 qui
est située de façon à pouvoir fonctionner dans le conduit 11. La valve de commande pneumatique 97 est manipulée en réponse au signal 96 pour ainsi maintenir
le rapport voulu du méthanol à l'isobutylène dans le courant d'alimentation qui s'écoule vers le réacteur
22.
Le transducteur d'écoulement 101, en combinaison avec le dispositif sensible à l'écoulement 102,
qui est situé pour fonctionnement dans le conduit 15, fournit un signal de sortie 104 qui représente le débit du courant d'alimentation qui s'écoule par le conduit 15. Le signal 104 est fourni comme entrée variable de procédé au dispositif de commande d'écoulement
105. Le dispositif de commande d'écoulement 105 est également muni d'un signal de consigne 106 qui représente le débit désiré du fluide qui s'écoule à tra- vers le conduit 15. Le signal 106 sera typiquement d'une valeur qui donnera une division désirée du courant d'alimentation du conduit 13 entre le conduit
15 et le conduit 24.
En réponse aux signaux 104 et 106, le dispositif de commande d'écoulement 105 établit un signal de sortie 108 qui répond à la différence entre
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par le dispositif de commande d'écoulement 105 comme signal de commande à la valve de commande,pneumatique
109 qui est située pour fonctionnement dans le conduit 15. La valve de commande pneumatique 109 est manipulée en réponse au signal 108 pour ainsi fournir une division voulue du fluide qui s'écoule par le conduit 13.
Le transducteur de pression 111, en combinaison avec un dispositif sensible à la pression situé pour fonctionnement dans le conduit 24, fournit un signal de sortie 112 qui représente la pression du fluide d'alimentation s'écoulant à travers le conduit 24.Le signal 112 est fourni par le transducteur de pression 111 comme entrée au transduc-
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forme électrique en forme pneumatique par le transducteur I/P 113 et il est fourni comme signal 115 au dispositif de commande de pression 116. Le dispositif de commande de pression 116 est également muni d'un signal de consigne 117 qui représente la pression désirée du fluide s'écoulant à travers le <EMI ID=32.1>
dispositif de commande de pression 116 établit un signal de sortie 118 qui répond à la différence entre les signaux 115 et 117. Le signal 118 est fourni comme signal de commande à la valve de commande pneumatique 119 qui est située pour fonctionnement dans le conduit 24. La valve de commande pneumatique 119 est manipulée en réponse au signal 118 pour ainsi maintenir une pression désirée du fluide qui s'écoule à travers le conduit 24.
Typiquement, le point de consigne pour le dispositif de commande de pression restera à une valeur constante quelconque et le point de consigne pour le dispositif de commande d'écoulement 105 sera utilisé pour donner la division voulue du fluide qui s'écoule à travers le conduit 13.
Un transducteur de température 121, en combinaison avec un dispositif sensible à la température tel qu'un thermocouple situé pour fonctionnement dans le conduit 25, fournit un signal de sortie 123 qui représente la température de l'entrée d'alimentation du réacteur 22 ou la température d'entrée
au lit de catalyse 25. Le signal 123 est fourni comme entrée variable de processus au dispositif de commande de température 124. Le dispositif de commande de température 124 est également pourvu d'un signal de consigne 125 qui représente la température d'entrée désirée de l'alimentation du réacteur 22.
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commande de température 124 établit un signal de sortie 126 qui répond à la différence entre les signaux
123 et 125. Le signal 126 est fourni par le disposi-
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transducteur I/P 127. Le signal 126 est transformé de sa forme électrique en sa forme pneumatique par le transducteur I/P 127 et il est fourni comme signal
128 à la valve de commande pneumatique 129 située pour fonctionnement dans le conduit 19. La valve de commande pneumatique 129 est manipulée en réponse au signal 128 pour ainsi maintenir la température d'entrée du lit de catalyse 25 sensiblement égale
à la température d'entrée désirée représentée par
le signal de consigne 125.
Le transducteur de température 131, en combinaison avec un dispositif sensible à la température tel qu'un thermocouple, situé pour fonctionnement dans le réacteur 22, fournit un signal de sortie 133 qui représentella température d'entrée du lit de catalyse 27. Le signal 133 est fourni comme entrée variable de processus au dispositif de commande de température 134. Le dispositif de commande de température 134 est également muni d'un signal de consigne
135 qui représente la température d'entrée voulue pour le lit.de catalyse 27. En réponse aux signaux
133 et 135, le dispositif de commande de température
134 établit un signal de sortie 136 qui répond à la <EMI ID=35.1>
136 est fourni par le dispositif de commande de température 134 comme entrée au transducteur I/P 137.
Le signal 136 est transformé de sa forme électrique
<EMI ID=36.1>
et il eet fourni comme signal 138 à la valve de commande pneumatique 139 située pour fonctionnement dans le conduit 57. La valve de commande pneumatique 139 est manipulée en réponse au signal 138 pour ainsi maintenir la température d'entrée du lit de catalyse
27 sensiblement égale à la température d'entrée voulue
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Le transducteur de température 141, en combinaison avec un dispositif sensible à la température, tel qu'un thermocouple situé pour fonctionnement dans le réacteur 22, fournit un signal de sortie 143
qui représente la température d'entrée du lit de catalyse 28. Le signal 143 est fourni ccmme entrée varia-
<EMI ID=38.1>
rature 144. Le dispositif de commande de température
144 est également muni d'un signal de consigne 145 qui représente la température d'entrée désirée pour le lit de catalyse 28. En réponse aux signaux 143 et 145, le dispositif de commande de température 144 établit un signal de sortie 146 qui répond à la dit-
<EMI ID=39.1>
est fourni par le dispositif de commande de tempé-
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Le signal 146 est transformé de sa forme électrique en forme pneumatique par le transducteur I/P 147 et il est fourni comme signal 148 à la valve de commande pneumatique 149 , située pour fonctionnement dans le conduit 58. La valve de commande pneumatique
149 est manipulée en réponse au signal 148 pour ainsi maintenir la température d'entrée du lit de catalyse 28 sensiblement égale à la température d'entrée voulue représentée par le signal de consigne
145.
Le transducteur de température 151, en com-
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tel qu'un thermocouple, situé pour fonctionnement dans le conduit 37, fournit un signal de sortie 153 qui représente la température du courant de tête
qui s'écoule à partir du dispositif de fractionnement
33. Le signal 153 est fourni comme entrée variable de processus au dispositif de commande de tempéra-
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154 est également muni d'un signal de consigne 155 qui représente la température voulue du courant de tête qui s'écoule à partir du dispositif de fractionnement 33. En réponse aux signaux 153 et 155,
le dispositif de commande de température 154 établit un signal de sortie 156 qui répond à la différence entre les signaux 153 et 155. Le signal 156 est fourni par le dispositif de commande de température 154 comme entrée pour le transducteur I/P 157. Le signal 156 est transformé de sa forme électrique en forme pneumatique par le transducteur I/P 157 et il est fourni comme signal 158 à la valve de commande pneumatique 159 située pour fonctionnement dans le conduit 53. La valve de commande pneumatique 159 est manipulée en réponse au signal 158 pour ainsi maintenir la température du courant de tête qui s'écoule
à partir du dispositif de fractionnement 33 , sensiblement égale à la température d'entrée voulue représentée par le signal de consigne 155.
Le transducteur d'écoulement 161,en combinaison avec le dispositif sensible à l'écoulement 162 situé pour fonctionnement dans le conduit 34, fournit un signal de sortie 164 qui représente le débit du fluide de chauffage s'écoulant par le conduit 34. Le signal 164 est fourni comme entrée variable de processus au dispositif de commande d'écoulement 165.
Le dispositif de commande d'écoulement 165 est également muni d'un signal de consigne 167 qui représente le débit désiré du fluide de chauffage qui s'écoule par le conduit 34. En réponse aux signaux 164 et 167, le dispositif de commande d'écoulement 165 établit
un signal de sortie 168 qui répond à la différence entre les signaux 164 et 167. Le signal 168 est fourni comme signal de commande à la valve de commande pneumatique 169 située pour fonctionnement dans le conduit 34.La valve de commande pneumatique 169 est manipulée en réponse au signal 168 pour ainsi maintenir le débit effectif du fluide chauffant qui s'écoule par le conduit 34 sensiblement égal au débit désiré représenté par le signal 167.
Un dispositif de commande de niveau 171 établit un signal de sortie 172 qui est représentatif du débit de fluide qui s'écoule par le conduit 51 nécessaire pour maintenir le niveau voulu de liquide dans l'accumulateur 44. Le signal 172 est fourni comme signal de consigne au dispositif de commande d'écoulement 174. Le transducteur d'écoulement 175, en combinaison avec le dispositif 176 sensible à l'écoulement, situé pour fonctionnement dans le conduit 51, fournit un signal de sortie 177 qui représente le débit du fluide s'écoulant par le conduit
51. Le signal 177 est donné comme entrée variable de processus au dispositif de commande d'écoulement
174. En réponse aux signaux 172 et 177, Le dispositif de commande d'écoulement 174 établit un signal de sortie 178 qui répond à la différence entre les
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signal de commande par le dispositif de commande d'écoulement 174 à la valve de commande pneumatique 179 qui est située pour fonctionnement dans le conduit
51. La valve de commande pneumatique 179 est manipulée en réponse au signal 178 pour ainsi maintenir un niveau de liquide désiré dans l'accumulateur 44.
Le profil de température d'un bout à l'autre du réacteur 22 est maintenu typiquement dans la gamme de 54 [deg.]C à 65 [deg.]C environ. De préférence la température d'entrée est maintenue à une température d'environ 54 [deg.]C et ainsi le signal 125 représentera
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qui s'écoule par le conduit 13 est de préférence divisé sensiblement également entre le conduit 15
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par le conduit 13 de l'ordre d'environ 16 kilogrammes par jour, la température de sortie du premier lit
de catalyse 25 sera d'environ 61,5[deg.]C, lorsque la
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Le courant qui s'écoule par le conduit 24 aura typiquement une température d'environ 32 [deg.]C. En combinant le courant d'alimentation qui s'écoule à travers le conduit 24 avec l'effluent de réaction qui s'écoule à partir du lit de catalyse 25, on assure une température d'entrée au lit de catalyse 26, d'en-
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Le fluide qui s'écoule par le conduit 56 aura
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bit du fluide qui s'écoule par les conduits 57 et 58 est manipulé de façon à maintenir une température
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Si les températures d'entrée des lits de catalyse
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rature de sortie du réacteur 22 sera typiquement d'environ 61,5*C. L'emploi d'un courant d'alimentation divisé et du courant de recyclage pour comman-der le profil de température dans le réacteur 22 assure une commande étroite du profil de température dans chaque lit de catalyse dans le réacteur 22 et assure ainsi la commande étroite du profil de température total dans le réacteur 22.
De façon générale, le rapport du méthanol à
<EMI ID=51.1>
s'écoule par le conduit 13 sera de l'ordre d'environ 1,1:1 à environ 1,2:1. Lorsque le rapport du méthanol à l'isobutylène dans le courant d'alimentation qui s'écoule par le conduit 13 est de cet ordre, le rapport du méthanol à l'isobutylène dans l'effluent qui s'écoule à travers le conduit 31 sera typiquement de l'ordre d'environ 2:1 à environ 3:1 pour un pourcentage de conversion d'environ 90 pourcent.Un rapport du méthanol à l'isobutylène de 1,1:1 est actuellement préféré. Pour cette raison, le signal de consigne 76 sera établi à un rapport du méthanol à l'isobutylène de 2:1 en supposant une conversion au pourcentage de 90 pourcent.
Il est particulièrement avantageux d'analyser l'effluent qui s'écoule du réacteur 22 pour maintenir le rapport voulu, parce que le rapport du méthanol
<EMI ID=52.1>
l'effluent qui s'écoule par le conduit 31 que dans le courant qui s'écoule par le conduit 13. La précision de la commande de rapport est ainsi améliorée en basant la commande sur l'analyse du courant d'effluent qui s'écoule à partir du réacteur 22 plutôt qu'en utilisant seulement l'analyse du courant d'alimentation qui s'écoule par le conduit 13 pour comman-
<EMI ID=53.1>
courant qui s'écoule à travers le conduit 13.
L'invention a été décrite dans une forme de réalisation préférée représentée à la figure 1. Des
<EMI ID=54.1>
la pratique de l'invention telle que représentée à la figure 1, tels que des dispositifs sensibles à l'écoulement, 62, 94, 102, 176 et 162 ; des transducteurs d'écoulement 61, 93, 101, 175 et 161 ; des dispositifs de commande d'écoulement 64, 91, 165,
174 et 105 ; des valves de commande pneumatiques 97,
68, 109, 129, 119, 139, 149, 159, 179 et 169 ; des transducteurs de courant à pression 85, 127, 113,
137, 147 et 157 ; des transducteurs de température
121n 131, 141 et 151 ; des dispositifs de commande de température 144, 134, 144 et 154 ; le transducteur de pression 111 ; un dispositif de commande de pression 116 ; une commande de niveau 171 ; et des dispositifs de commande et analyseurs 175 et 179 , sont bien connus et sont disponibles dans le commerce , comme cela est décrit dans l'ouvrage Perrys
<EMI ID=55.1>
22, publié par McGraw Hill.
Les transducteurs analyseurs 71 et 81 sont de préférence des analyseurs chromatographiques tels que le système de chromatographie Model 102, fabriqué par la société Applied Automation, Inc.r de Bartlesville, Oklahoma, E.U.A.
Pour des raisons de brièveté, l'équipement auxiliaire classique tel que pompes, échangeurs de chaleur supplémentaires, dispositifs de commande <EMI ID=56.1> inclu dans la présente description , puisqu'il
ne fait pas partie de l'exposé de l'invention.
Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation actuellement préférée, des formes de réalisation en variante , raisonnables , et des modifications sont possibles
pour les spécialistes, tout en restant dans le cadre et la portée de l'invention. Des formes en variante, telles que l'utilisation du système de commande selon l'invention dans des processus différents ou
en association avec des réacteurs qui contiennent plus ou moins que quatre lits de catalyse , tombent également dans le cadre et la portée de l'invention .
Control system for a reactor
The present invention relates to reactor control. In one of its aspects, it relates to a method and an apparatus for controlling the temperature profile from one end to the other of a reactor or reaction enclosure which contains a multiplicity of catalysis beds in series. In another aspect, the invention relates to a method and apparatus for controlling the ratio of reaction agents in the feed stream flowing to the reactor.
Many chemical processes use reactors that contain a multiplicity of catalyst beds in series. It is important that one is able to control the temperature profile from one end of the reactor to the other to ensure maximum conversion of the reaction agents to obtain a desired product and also to ensure that dangerous temperature levels do not are not reached.
It is therefore an object of the present invention to provide a method and an apparatus for controlling the temperature profile from one end to the other of a reactor which contains a multiplicity of catalysis beds in series.
Generally, the feed stream of a reactor will contain a multiplicity of agents
of reaction. It is important that one is able to control the ratio of the reactants, from one to each other, to ensure maximum conversion to a given product and also to ensure that the reactants will not be wasted. Often, controlling the ratio of reaction agents will be important to prevent unwanted side reactions. Also, the ratio of reaction agents should be controlled to limit the presence of unreacted reaction agents in the effluent flowing from the reactor so as to simplify subsequent separation processes.
It is thus an object of the invention to provide a method and an apparatus for controlling the ratio of reaction agents in the feed stream flowing to a reactor.
According to the present invention, a method and an apparatus are provided such that the temperature profile from one end to the other of a reactor containing a multiplicity of catalyst beds in series is controlled by introducing at different points in the reactor a multiplicity of currents with different temperatures. The feed stream containing the reaction agents is divided before introducing the feed stream into the reactor.
A first part of the supply current is introduced into the supply inlet port of the
<EMI ID = 1.1>
analysis. The temperature of this first part of the supply stream is manipulated so as to maintain a desired inlet temperature for the first catalyst bed. The second part of the feed stream is introduced into the reactor downstream of the first catalysis bed and in front of the second catalysis bed and is combined with the reaction effluent flowing from the first catalysis bed /. The cooling effect of this second part of the supply stream produces a desired inlet temperature for the second catalyst bed. A recycle stream from the separation process for the reaction effluent flowing at
<EMI ID = 2.1>
remaining. This recycling stream can be divided into as many streams as there are remaining catalyst beds. The flow rate of each separate recycle stream is manipulated to maintain a desired inlet temperature for the catalyst bed into which the recycle stream is introduced. In this way, the temperature profile from one end to the other of the reactor is controlled.
Analysis of the reaction effluent flowing from the reactor is used to establish a signal which responds to the difference between the actual ratio of reaction agents remaining in the reaction effluent and the desired ratio of reaction agents remaining in the reaction effluent.
This difference signal is interpreted to represent the desired ratio of reaction agents in the feed stream to the reactor. An analysis of the current flowing to the reactor is used to establish a signal that represents the actual ratio of the reactants to the feed stream to the reactor. This actual ratio is compared to the desired ratio and the flow rate of at least one of the reaction agents is controlled in response to this comparison, thereby maintaining a desired ratio of the reaction agents in the feed stream flowing to the reactor. .
Other objects and advantages of the invention will appear on reading the detailed description of the drawing (Figure 1).
Figure 1 is a schematic representation of a reactor in series with a fractionation device and an associated control system for the reactor and the fractionation device.
The invention will be described as a process for producing a methyl-t-butyl ether. However, the invention applies to other chemical processes where it is desired to maintain the desired temperature profile from one end to the other of a reactor containing a
<EMI ID = 3.1>
maintain a desired ratio of reaction agents in the feed stream flowing to a reactor. Controlling the temperature profile from one end of the reactor to the other also applies to processes where a single reaction agent flows to a reactor. The reaction ratio control of the present invention is applicable to any reactor to which a feed stream containing at least two reaction agents is supplied.
The invention is also described with regard to the use of head currents from a fractionation device associated with a process for producing a methyl-t-butyl ether as diluent fluid. However, any suitable diluent fluid from any suitable source can be used if desired.
Although the invention is shown and depicted
<EMI ID = 4.1>
specific control for the reactor, the invention also applies to different genres and configurations which meet the object of the invention. The lines designated as signaling lines in the drawing are electric or pneumatic in this preferred embodiment. However, the invention also applies to mechanical, hydraulic or other signaling means for the transmission of information. In almost all control systems, some combination of these types of signals will be used. However, the use of another kind of signal transmission, compatible with the method and the equipment used, is within the scope of the invention.
The control devices shown can use the various control modes such as proportional, proportional-integral, proportional derivative or proportional-integral-derivative. In this preferred embodiment, proportional-integral control devices are used, but any control device capable of accepting two input signals and producing an expressed output signal, representing a comparison of the two input signals, falls into the scope of the invention. The operation of proportional-integral control devices is well known. The output control signal of a proportional-integral control device can be represented by:
<EMI ID = 5.1>
or
<EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
The expression of an output signal by a control device is well known in the art of control devices. Essentially, the output of a controller can be expressed to represent a pressure and an actual pressure is compared by a controller. The output signal could be a signal representing a desired change in the rate of a
<EMI ID = 9.1>
sions desired and current. On the contrary, the same output signal could be expressed to represent a percentage or could be expressed to represent a temperature change necessary to make the desired and current temperatures equal. If the output signal from the controller can range from 1.35 kg to 6.8 kg, which is typical, the output signal could be expressed in such a way that a signal having a pressure of 4.08 kg corresponds at 50 percent of any specified flow or any specified temperature.
The various transducer means used to measure the parameters which characterize the process and the various signals thus generated can have different forms or presentations. For example,
the system control elements can be implemented using analog, digital, electronic, pneumatic, hydraulic, mechanical or other similar types of electrical equipment or combinations of one or more types of equipment. While the preferred embodiment of the present invention preferably uses a combination of pneumatic control elements in association with the analog electrical manipulation and translation apparatus, the apparatus and method of the invention can be implemented using various specific equipment available and known to the specialists
<EMI ID = 10.1>
can be changed significantly to suit the particular facility's signal presentation needs, safety factors, physical characteristics of measurement and control instruments, and other similar factors. For example, a raw flow measurement signal produced by a differential pressure orifice flow meter would ordinarily have a relationship of character proportional to the square of the actual flow. Other measuring instruments could produce a signal proportional to the measured parameter, and still other means of translation could produce a signal having a more complicated but known relationship with the measured parameter.
In addition, all signals could be translated into "zero suppressed" or similar presentation to give a "living zero" and prevent equipment failure from being misinterpreted as a level measurement or control signal "high" or "low". Whatever the aspect of the signal or the exact relation of the signal with the parameter it represents, each signal representing an appearance of the process measured or representing a value of the desired process, will be relation with the measured parameter or the desired value allowing the designation of a specific measured or desired value, by a specific signal value. A signal which represents a measurement
<EMI ID = 11.1>
is therefore a signal from which information regarding the measured or desired value can be easily retrieved regardless of the exact mathematical relationship between the signaling units and the units of the measured or desired process.
Referring to FIG. 1, an alcohol which is preferably methanol is brought into conduits 11. A feed stream containing isobutylene is supplied through line 12. The stream which contains isobutylene flowing through line 12 will typically be stream C4 from a catalytic cracker. The supply current through line 11 and the current flowing through line 12 are combined and flow through the line
13. Part of the current flowing through the conduit
13 goes through line 15 to the heat exchanger 17. The heat exchanger 17 is provided with a heating fluid through line 19. After being heated, the product flowing through line 15 is supplied. by the heat exchanger 17, by the conduit 21, to the reactor 22. The part of the supply stream which
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
24 to reactor 22. Reactor 22 contains four catalyst beds 25 to 28. Preferably, the following are used:
<EMI ID = 14.1>
Rohm and Haas. The catalyst beds 25 to 28 are in series so that the reaction agents flow from the catalyst bed 25 into the catalyst bed 26. From the catalyst bed 26, the reaction agents flow through the catalyst bed catalyzes 27 and then
through the catalyst bed 28 and exit the reactor. The current flowing through line 21 is introduced into the catalyst bed 25 The current flowing
via the conduit 24 is introduced before the catalysis bed 26 but after the catalysis bed 25.
The reaction effluent from the reactor
22 is extracted from reactor 22 via line 31. The reaction effluent will typically contain methyl-t-butyl ether at the same time as methanol,
<EMI ID = 15.1>
feed flowing to reactor 22, which do not react to form methyl-t-butyl ether. The reaction effluent from the reactor
22 flows through the conduit 31 and is introduced as feed into the fractionation device. The fractionation device 33 is used to separate the methyl-t-butyl ether from the other constituents of the effluent flowing through the pipe 31.
Heat is supplied to the fractionation device 33 by a heating fluid which spreads
<EMI ID = 16.1>
is removed from the fractionator 33 as a bottoms product through line 35. The remaining constituents of the flowing reaction effluent
via conduit 31 are removed as a product of
head of the fractionation device 33 through the conduit 37. The head current flowing through the conduit
<EMI ID = 17.1>
cooling is supplied to the heat exchanger 39 through the conduit 41. The thus cooled overhead stream flowing through the conduit 37 flows from the heat exchanger 39 through the conduit 42 to the head accumulator 44. Head accumulator 44 has a disposal pot 45. Typically, methanol
<EMI ID = 18.1>
which flows through the conduit 42 will accumulate in the elimination pot 45 and will be removed by the conduit 46. The liquid part of the overhead stream which flows through the conduit 42, which is not removed by the line 46, flows from the head accumulator
44 through line 49. Part of the fluid flowing through line 49 is withdrawn through line
51. The remaining part of the fluid flowing through the conduit 49 is supplied either to the fractionation device 33 by the combination of the conduits 52
and 53 or to reactor 22 by the combination of conduits 52 and 56 -58. In particular, the effluent flowing through line 57 is supplied to reactor 22 before the third catalyst bed 27 but after the second catalyst bed 26. The fluid flowing through line 58 is supplied to reactor 22 before the fourth catalysis bed 28 but after the third catalysis bed 27.
The flow transducer 61 in combination with the flow-sensitive device 62, which is located to operate in the conduit 12, provides an output signal 63 which represents the flow rate of the feed flowing through the conduit 12. A signal 63 is supplied as the first input to the flow control device, 64. The flow control device, 64, is also provided with a setpoint signal 65 which represents the flow
<EMI ID = 19.1>
12. In response to signals 63 and 65, the flow controller 64 establishes an output signal 67 which responds to the difference between the signals
63 and 65. The signal 67 is supplied as a control signal to the pneumatic control valve 68 which is located for operation in the conduit 12. The pneumatic control valve 68 is manipulated in response to the signal 67 to thereby maintain the actual flow the supply flowing through the conduit 12 substantially equal to the desired flow, represented by the signal 65.
The analyzer transducer 71 which is preferably a chromatographic analyzer is connected for operation to the conduit 31 by the conduit 72. The analyzer transducer 71 analyzes the concentration of methanol and isobutylene in the reaction effluent flowing through the conduit 31 and establishes the output signal 74 which represents the ratio of methanol to isobutylene. The signal 74 is supplied by the transducer analyzer 71 as the first signal.
<EMI ID = 20.1>
analyzer control device 75 is also provided with a setpoint signal 76 which represents the desired ratio of methanol to isobutylene in the reaction effluent flowing through line 31. In response to signals 74 and 76, the analyzer controller 75 establishes an output signal 78
<EMI ID = 21.1>
the ratio of methanol to isobutylene in the feed stream flowing through the conduit
13, which is necessary to maintain the relationship
<EMI ID = 22.1>
tion which flows through the conduit 31, substantially equal to the ratio represented by the con-
<EMI ID = 23.1>
analyzer control 75 as a setpoint signal to the analyzer control device 79.
<EMI ID = 24.1>
Rence a chromatographic analyzer, is connected for operation to the conduit 13 by a conduit 82. The analyzer transducer 81 analyzes the concentration of methanol and the concentration of isobutylene in the feed stream flowing through the conduit 13. The analyzer transducer 81 then establishes
<EMI ID = 25.1>
methanol with isobutylene in the feed stream
tion flowing through line 13. Signal 84
is supplied by the analyzer transducer 81 to the analyzer control device 79. In response to si-; 78 and 84, the analyzer control device
79 establishes an output signal 85 which responds to the difference between signals 78 and 84. Signal 85 is supplied by the analyzer controller
79 to the current-pressure (I / P) transducer 87. Signal 85 is transformed from its electrical form into
<EMI ID = 26.1>
to the flow control device 91. A signal
85 will be expressed to represent the methanol flow rate required to maintain a desired ratio
<EMI ID = 27.1>
tion flowing through the conduit 31.
The flow transducer 93, in combination with
<EMI ID = 28.1> situated in a manner suitable for operation in the conduit 11, provides an output signal 95 which represents the flow rate of methanol flowing through the conduit 11. The signal 95 is supplied as variable process input, to the listening control device
<EMI ID = 29.1>
flow control device 91 establishes a signal
96 which responds to the difference between signals 89 and 95. Signal 96 is supplied by the flow control device 91 as a control signal to the pneumatic control valve 97 which
is located so as to be able to operate in the conduit 11. The pneumatic control valve 97 is manipulated in response to the signal 96 to thereby maintain
the desired ratio of methanol to isobutylene in the feed stream flowing to the reactor
22.
The flow transducer 101, in combination with the flow-sensitive device 102,
which is located for operation in the conduit 15, provides an output signal 104 which represents the flow rate of the supply current flowing through the conduit 15. The signal 104 is supplied as a variable process input to the control device. flow
105. The flow control device 105 is also provided with a setpoint signal 106 which represents the desired flow rate of the fluid flowing through the duct 15. The signal 106 will typically be of a value which will give a desired division of the supply current of the conduit 13 between the conduit
15 and conduit 24.
In response to signals 104 and 106, the flow controller 105 establishes an output signal 108 which responds to the difference between
<EMI ID = 30.1>
by the flow control device 105 as a control signal to the control valve, pneumatic
109 which is located for operation in the conduit 15. The pneumatic control valve 109 is manipulated in response to the signal 108 so as to provide a desired division of the fluid which flows through the conduit 13.
The pressure transducer 111, in combination with a pressure sensitive device located for operation in the conduit 24, provides an output signal 112 which represents the pressure of the supply fluid flowing through the conduit 24. The signal 112 is supplied by the pressure transducer 111 as input to the transducer
<EMI ID = 31.1>
electrical form in pneumatic form by the I / P transducer 113 and it is supplied as a signal 115 to the pressure control device 116. The pressure control device 116 is also provided with a reference signal 117 which represents the desired pressure of the fluid flowing through the <EMI ID = 32.1>
pressure control device 116 establishes an output signal 118 which responds to the difference between signals 115 and 117. Signal 118 is supplied as a control signal to the pneumatic control valve 119 which is located for operation in conduit 24. The pneumatic control valve 119 is manipulated in response to the signal 118 so as to maintain a desired pressure of the fluid which flows through the conduit 24.
Typically, the set point for the pressure control device will remain at any constant value and the set point for the flow control device 105 will be used to give the desired division of the fluid flowing through the conduit. 13.
A temperature transducer 121, in combination with a temperature-sensitive device such as a thermocouple located for operation in conduit 25, provides an output signal 123 which represents the temperature of the supply inlet to reactor 22 or the inlet temperature
to the catalyst bed 25. The signal 123 is supplied as a variable process input to the temperature control device 124. The temperature control device 124 is also provided with a setpoint signal 125 which represents the desired input temperature of supply to reactor 22.
<EMI ID = 33.1>
temperature control 124 establishes an output signal 126 which responds to the difference between the signals
123 and 125. Signal 126 is provided by the device.
<EMI ID = 34.1>
I / P 127 transducer. The signal 126 is transformed from its electrical form to its pneumatic form by the I / P 127 transducer and it is supplied as a signal.
128 to the pneumatic control valve 129 located for operation in the duct 19. The pneumatic control valve 129 is manipulated in response to the signal 128 so as to maintain the inlet temperature of the catalyst bed 25 substantially equal
at the desired inlet temperature represented by
the reference signal 125.
The temperature transducer 131, in combination with a temperature-sensitive device such as a thermocouple, located for operation in the reactor 22, provides an output signal 133 which represents the input temperature of the catalyst bed 27. The signal 133 is provided as a variable process input to the temperature control device 134. The temperature control device 134 is also provided with a setpoint signal
135 which represents the desired inlet temperature for the catalyst bed 27. In response to signals
133 and 135, the temperature control device
134 establishes an output signal 136 which responds to the <EMI ID = 35.1>
136 is supplied by the temperature control device 134 as input to the I / P transducer 137.
Signal 136 is transformed from its electrical form
<EMI ID = 36.1>
and it is supplied as signal 138 to the pneumatic control valve 139 located for operation in the conduit 57. The pneumatic control valve 139 is manipulated in response to signal 138 to thereby maintain the inlet temperature of the catalyst bed
27 substantially equal to the desired inlet temperature
<EMI ID = 37.1>
The temperature transducer 141, in combination with a temperature sensitive device, such as a thermocouple located for operation in the reactor 22, provides an output signal 143
which represents the inlet temperature of the catalyst bed 28. The signal 143 is supplied as a variable input
<EMI ID = 38.1>
erasing 144. The temperature control device
144 is also provided with a setpoint signal 145 which represents the desired input temperature for the catalyst bed 28. In response to signals 143 and 145, the temperature control device 144 establishes an output signal 146 which responds to said it-
<EMI ID = 39.1>
is provided by the temperature control device
<EMI ID = 40.1>
The signal 146 is transformed from its electrical form into a pneumatic form by the I / P transducer 147 and it is supplied as a signal 148 to the pneumatic control valve 149, located for operation in the conduit 58. The pneumatic control valve
149 is manipulated in response to the signal 148 to thereby maintain the inlet temperature of the catalyst bed 28 substantially equal to the desired inlet temperature represented by the setpoint signal
145.
The temperature transducer 151, in
<EMI ID = 41.1>
such as a thermocouple, located for operation in conduit 37, provides an output signal 153 which represents the temperature of the overhead current
flowing from the fractionator
33. Signal 153 is supplied as a variable process input to the temperature controller.
<EMI ID = 42.1>
154 is also provided with a setpoint signal 155 which represents the desired temperature of the overhead current flowing from the fractionation device 33. In response to signals 153 and 155,
the temperature controller 154 establishes an output signal 156 which responds to the difference between the signals 153 and 155. The signal 156 is supplied by the temperature controller 154 as an input for the I / P transducer 157. The signal 156 is transformed from its electrical form into pneumatic form by the I / P transducer 157 and it is supplied as a signal 158 to the pneumatic control valve 159 located for operation in the conduit 53. The pneumatic control valve 159 is manipulated in response to the signal 158 to thereby maintain the temperature of the flowing overhead current
from the fractionation device 33, substantially equal to the desired inlet temperature represented by the setpoint signal 155.
The flow transducer 161, in combination with the flow-sensitive device 162 located for operation in the conduit 34, provides an output signal 164 which represents the flow of the heating fluid flowing through the conduit 34. The signal 164 is provided as a variable process input to the flow controller 165.
The flow control device 165 is also provided with a setpoint signal 167 which represents the desired flow rate of the heating fluid which flows through the duct 34. In response to signals 164 and 167, the flow control device flow 165 establishes
an output signal 168 which responds to the difference between signals 164 and 167. Signal 168 is supplied as a control signal to the pneumatic control valve 169 located for operation in conduit 34. The pneumatic control valve 169 is manipulated by response to signal 168 to thereby maintain the effective flow rate of the heating fluid flowing through line 34 substantially equal to the desired flow rate represented by signal 167.
A level control device 171 establishes an output signal 172 which is representative of the flow of fluid flowing through the conduit 51 necessary to maintain the desired level of liquid in the accumulator 44. The signal 172 is supplied as a signal setpoint to the flow control device 174. The flow transducer 175, in combination with the flow-sensitive device 176, located for operation in the duct 51, provides an output signal 177 which represents the flow rate of the fluid s flowing through the conduit
51. Signal 177 is given as a variable process input to the flow control device
174. In response to signals 172 and 177, the flow control device 174 establishes an output signal 178 which responds to the difference between the
<EMI ID = 43.1>
control signal from the flow control device 174 to the pneumatic control valve 179 which is located for operation in the conduit
51. The pneumatic control valve 179 is manipulated in response to the signal 178 so as to maintain a desired level of liquid in the accumulator 44.
The temperature profile from one end to the other of the reactor 22 is typically maintained in the range of approximately 54 [deg.] C to 65 [deg.] C. Preferably the inlet temperature is maintained at a temperature of about 54 [deg.] C and thus the signal 125 will represent
<EMI ID = 44.1>
which flows through the conduit 13 is preferably divided substantially equally between the conduit 15
<EMI ID = 45.1>
via line 13 of the order of approximately 16 kilograms per day, the outlet temperature of the first bed
of catalysis 25 will be about 61.5 [deg.] C, when the
<EMI ID = 46.1>
The current flowing through line 24 will typically have a temperature of about 32 [deg.] C. By combining the feed stream flowing through the conduit 24 with the reaction effluent flowing from the catalyst bed 25, an inlet temperature to the catalyst bed 26 is ensured. -
<EMI ID = 47.1>
The fluid flowing through the conduit 56 will have
<EMI ID = 48.1>
bit of fluid flowing through conduits 57 and 58 is manipulated to maintain a temperature
<EMI ID = 49.1>
If the inlet temperatures of the catalyst beds
<EMI ID = 50.1>
The outlet strip of the reactor 22 will typically be around 61.5 ° C. The use of a divided supply stream and the recycling stream to control the temperature profile in the reactor 22 ensures close control of the temperature profile in each catalyst bed in the reactor 22 and thus ensures control narrow of the total temperature profile in reactor 22.
Generally, the ratio of methanol to
<EMI ID = 51.1>
flows through line 13 will be in the range of about 1.1: 1 to about 1.2: 1. When the ratio of methanol to isobutylene in the feed stream flowing through line 13 is of this order, the ratio of methanol to isobutylene in the effluent flowing through line 31 will be typically on the order of about 2: 1 to about 3: 1 for a conversion percentage of about 90 percent. A methanol to isobutylene ratio of 1.1: 1 is currently preferred. For this reason, the set signal 76 will be established at a ratio of methanol to isobutylene of 2: 1 assuming a percentage conversion of 90 percent.
It is particularly advantageous to analyze the effluent flowing from reactor 22 to maintain the desired ratio, because the ratio of methanol
<EMI ID = 52.1>
the effluent which flows through the conduit 31 than in the current which flows through the conduit 13. The accuracy of the ratio control is thus improved by basing the control on the analysis of the effluent current which s flows from reactor 22 rather than using only the analysis of the feed stream flowing through line 13 to control
<EMI ID = 53.1>
current flowing through conduit 13.
The invention has been described in a preferred embodiment shown in Figure 1. Des
<EMI ID = 54.1>
practicing the invention as shown in Figure 1, such as flow sensitive devices, 62, 94, 102, 176 and 162; flow transducers 61, 93, 101, 175 and 161; flow control devices 64, 91, 165,
174 and 105; pneumatic control valves 97,
68, 109, 129, 119, 139, 149, 159, 179 and 169; pressure transducers 85, 127, 113,
137, 147 and 157; temperature transducers
121n 131, 141 and 151; temperature control devices 144, 134, 144 and 154; the pressure transducer 111; a pressure control device 116; a level 171 command; and control devices and analyzers 175 and 179, are well known and are commercially available, as described in Perrys
<EMI ID = 55.1>
22, published by McGraw Hill.
The analyzer transducers 71 and 81 are preferably chromatographic analyzers such as the Model 102 chromatography system, manufactured by the company Applied Automation, Inc. of Bartlesville, Oklahoma, E.U.A.
For the sake of brevity, conventional auxiliary equipment such as pumps, additional heat exchangers, control devices <EMI ID = 56.1> included in this description, since
is not part of the disclosure of the invention.
Although the invention has been described in connection with a presently preferred embodiment, alternative, reasonable embodiments, and modifications are possible
for specialists, while remaining within the scope and scope of the invention. Alternative forms, such as the use of the control system according to the invention in different processes or
in association with reactors which contain more or less than four catalysis beds, also fall within the scope and scope of the invention.