CS205687B1 - Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů - Google Patents

Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů Download PDF

Info

Publication number
CS205687B1
CS205687B1 CS56079A CS56079A CS205687B1 CS 205687 B1 CS205687 B1 CS 205687B1 CS 56079 A CS56079 A CS 56079A CS 56079 A CS56079 A CS 56079A CS 205687 B1 CS205687 B1 CS 205687B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
temperature
reaction mixture
reaction
chemical
rate
Prior art date
Application number
CS56079A
Other languages
English (en)
Inventor
Miloslav Vesely
Vaclav Plechacek
Original Assignee
Miloslav Vesely
Vaclav Plechacek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miloslav Vesely, Vaclav Plechacek filed Critical Miloslav Vesely
Priority to CS56079A priority Critical patent/CS205687B1/cs
Publication of CS205687B1 publication Critical patent/CS205687B1/cs

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Description

Vynález se týká objektivního řízení a ukončování chemických reakcí. Může být využit především pro automatizací chemických procesů v průmyslovém měřítku. Jeho princip spočívá v novém způsobu Sledování a vyhodnocování teplotních změn reakční směsi, způsobených rěakčním teplem.
Součástí automatizovaných chemických procesů bývají chemické reakce, jejichž průběh lze předem jednoznačně definovat. Jsou-li známé koncentrace a kvalita výchozích i pomocných látek, je možno při dodržení předem stanovených podmínek jednotlivé složky přesně dávkovat a reakci ukončit podle pevně nastaveného programu. Kolísá-li však kvalita či koncentrace surovin, nebo není-li možno přesně dodržet předepsané reakční podmínky, napr. teplotu či pH, mění se i reakční doba. Ňa jejím dodržení závisí často nejen výkon výrobního zařízení, ale i výtěžek a jakost produktu. V těchto případech bývá výhodné kontinuálně vyhodnocovat složení reakční směsi vhodnými analyzátory a na základě jejich údajů proces automaticky nebo ručně ukončit. Dosud vyvinuté analyzátory však umožňují sledovat pouze nepatrnou část chemických reakcí (viz například čs. pat. č. 120 137 a č. 128 404]. Je všeobecně známo, že chem. reakce jsou provázeny větším či menším tepelným efektem. Této skutečnosti se však k objektivnímu sledování a případně k řízení chemických procesů při průmyslové syntéze podařilo využít pouze ojediněle, např. u reakcí probíhajících v adiabatickém průtočném reaktoru. Známá je i aplikace průtočné eňthalpiometrie, umožňující automatickou analýzu reakční směsi se zpětnou vazbou na výrobní proces. Širšímu uplatnění termómetrických metod v uvedené oblasti, především , pak při řízení dískontínuálních procesů, bránila dosud řada faktorů. Tepelné změny, provázející většinu chemických reakcí, jsou relativně malé, takže vzrůst či pokles teploty reakční směsi, jimiž sé uvedené změny projevují, a které je možno měřit a Vyhodnocovat, bývají v technologickém měřítku značně ovlivňovány kolísající teplotou okolí, průběhem vedlejších a následných reakcí, jakož 1 reakcí pomocných látek, např. neutralizací, dále rozpouštěním či vylučováním reakčních složek a reakčních produktů.
Podle uvedeného vynálezu bylo zjištěno, že postupem podle vynalezu je možno výše uvedené rušivé vlivy v řadě případů eliminovat a chemické procesy objektivně sledovat, řídit u ukončovat, přičemž podstata tohoto postupu spočívá v tom, že se kontinuálně nebo periodicky měří rychlost teplotní změny reakční směsi, přičemž pokles této rychlosti nebo s výhodou snížení rychlosti tohoto poklesu na předem zvolenou hodnotu, s výhodou na hodnotu blížící se nule se využívá jako signál ke změně reakčních podmínek, jako např. teploty, tlaku, pH, koncentrace reakčních složek apod., a/nebo- k ukončení procesu. Uvedený způsob lze realizovat tak, že v předem definovaných časových Intervalech se snímá teplota reakční směsi, přičemž jako signál ke změně reakčních podmínek a/nebo k u205687 končení procesu se využívá dosažení předem zvolené a automaticky stanovené diference mezi dvěma po sobě naměřenými teplotami, nebo s výhodou dosažení předem zvoleného a automaticky stanoveného roz'dílu či podílu mezi dvěma po sobě následujícími takto zjištěnými diferencemi. Další výhodné řešení spočívá v tom, že se kontinuálně měří teplota reakční směsi, přičemž jako signál ke změně reakčních podmínek a/nebo k ukončení procesu se využívá dosažení předem zvolené a automaticky stanovené hodnoty prvé nebo s výhodou druhé derivace teploty podle času.
Hlavní výhoda postupu dle tohoto vynálezu spočívá v tom, že umožňuje použít objektivního řízení a ukončování chemických reakcí i v těch případech, pro které vzhledem k chemickému charakteru reakce nejsou k dispozici vhodné analysátory. Z toho vyplývá, že postup dle vynálezu značně rozšiřuje možnosti automatizace chemických procesů.
Výše uvedený způsob lze využít k objektivnímu sledování a tím 1 k automatickému řízení a ukončování řády reakcí především tam, kde v průběhu chemického procesu není třeba reakční směs zahřívat či chladit, nebo kde alespoň krátkodobě lze vyhřívání či chlazení vypnout. Bývá výhodný tehdy, probíhá-li reakce dostatečně rychle, tj. netrvá-li obvykle déle než 1 až 3 hodiny. Jeho využití někdy znesnadňuje nedostatečně reprodukovatelné vylučování reakčních produktů v průběhu řízeného procesu. Možnost aplikace vynálezu není tedy v podstatě omezena druhem chemické reakce, nýbrž konkrétními technologickými podmínkami v jednotlivých případech. Nezáleží tedy na tom, jedná-11 se .např. o kondenzaci, redukci, oxidaci, acylaci, nltraci, sulfonaci, diazotaci, azokopulaci, halogenaci a podobně, nýbrž na tepelném režimu či rychlosti reakce, na průběhu vylučování reakčních produktů v průběhu cheipického procesu, na velikosti reakčního tepla apod.
Pro měření teplotních změn dle vynálezu lze využít všechna dostatečně citlivá teplotní čidla a to i taková, která mají nelineární charakteristiku (jedná se o zpracování signálu v úzkém rozmezí teplot) a určitou dlouhodobou nestabilitu parametrů (vyhodnocují se dvojice měření v poměrně krátkém časovém intervalu). S výhodou lze tedy využít např. termistorů, které citlivě reagují i na malé teplotní změny a vykazují pouze zanedbatelné zpoždění. V řadě případů jsou vhodné i platinové odporové teploměry. Při mimořádných nárocích na přesnost lze doporučit teploměr krystalový. K vyhodnocování naměřených údajů lze použít i poměrně jednoduchá elektronická zařízení.
Probíhá-li chemická reakce adiabaticky, tj. reakční směs není nuceně ani výměnou tepla s okolím ochlazována či zahřívána, lze vzrůst teploty daný uvolňující se reakčním teplem znázornit křivkou A na přiloženém obr. Po dosažení 100% konzervace se teplota s časem již nemění, tj. prvá derivace teploty podle času, charakterizující rychlost teplotní změny (viz křivku B), se rovná nule. Dochází-11 však k výměně tepla mezi reakční směsí a okolím a probíhá-11 tato výměna konstantní rychlostí, může být průběh teploty znázorněn např. křivkami C (teplo je z reakční směsi odebíráno) nebo D (teplo je dodáváno). V tomto případě pak po dosažení 100% konverze nabude nulové hodnoty nikoliv prvá (křivky C’, D’), nýbrž druhá derivace teploty podle času, charakterizující pokles rychlosti teplotní změny v průběhu reakce (viz křivku E).
Přísně adiabatického průběhu reakce a případně konstantní rychlosti výměny tepla mezi reakční směsí a okolím lze v praxí dosáhnout jen výjimečně. Avšak v případě, kdy teplota reakční směsi je blízká teplotě okolí, bývá rychlost výše definované výměny tepla téměř nulová. V tomto případě lze pro hodnocení průběhu chemického procesu použít prvé derivace teploty podle času. Podobně je možno uvažovat v případě, kdy rozdíl teplot mezí reakční směsí a okolím se v průběhu hodnocení stupně konverze příliš nemění. Rychlost výměny tepla lze pak považovat za konstantní a pro stanovení stupně chemické přeměny je možno s výhodou použít druhé derivace teploty podle času.
Při sledování a řízení pomalejších reakcí bývá výhodné.snímat teplotu v definovaných časových intervalech a vyhodnocovat místo derivací diference prvého, resp. druhého řádu.
Postup, podle vynálezu je v dalším textu blíže osvětlen několika případy, které však, především pokud se týká druhu chemických reakcí, pro jejichž sledování, řízení a ukončování může být navržený postup využit, nikterak předmět vynálezu nevymezují ani neomezují. Popisované roztoky či suspenze jsou charakterizovány molárními koncentracemi, množství, pokud není jinak uvedeno, jsou udávána v objemových dílech. Příklad 1
K-280 d. 0,6 M roztoku dinatriové 90li 1-amlno-8-naftol-3,6-disulfonové kyseliny se za intenzivního míchání co nejrychleji přidá 24 d. acetanhydridu. Teplota reakční směsi se v průběhu acetylace měří kontinuálně. Jakmile automaticky zjišťovaná druhá derivace teploty podle času dosáhne nulové hodnoty, proces se po dalších 30 s míchání ukončí. Člní-li teplota obou výchozích komponent 23 °C, proběhne acetylace asi za 4 minuty. Konečná teplota reakční směsi činí přibližně 34 °C.
Příklad 2
V reaktoru se smísí 1000 d. 0,1 M roztoku trinatriové soli aminoazobarviva vzorce (IJ, 15 d. 10 M roztoku hydroxidu sodného a 19 hmot. dílů kyanurchloridu.
7ή2
Teplota intenzivně míchané reakční směsi, která v počátku kondenzace činí asi 10 °C, se snímá v intervalech 15 s, přičemž se automaticky zjišťují diference mezi dvěma bezprostředně po sobě naměřenými hodnotami. Jakmile diference druhého řádu (tj. diference mezi dvěma po sobe zjištěnými diferencemi) nabude hodnoty blízké nule (asi po 10 až 20 min), zvýší se teplota reakční směsi z ca 13 °C na ca 30 °C, přidá se 100 d. 1 M roztoku sodné soli kyseliny sulfanilové a vzniklá směs se zalkalizuje přídavkem ca 10 d.
Ke vzniklé směsi, jejíž teplota se upraví na 35 °C, se za intenzivního míchání přidá 20 d. fenylestěru kyseliny chlormravenčí. Během kondenzace se kontinuálně měří a.automaticky vyhodnocuje teplota reakční směsi. Jakmile druhá derivace teploty podle času dosáhne prakticky nulové hodnoty, přeruší se měření. Po dalších 2 min míchání lze reakci považovat za prakticky ukončenou.
Příklad 4
100 d. 1 M suspenze 4-aminofenyl-i3-sulfatoethylsulfonu se po přídavku 100 d. vody a 40 d. 5 M roztoku kyseliny chlorovodíkové diazotuje běžným způsobem 20 d. 5 M roztoku dusitanu sodného. Do takto připravené suspenze diazolátky se připustí 96 d. 0,5 M roztoku dinatriové soli l-amino-8-naftol-3',6-disulfokyseliny. Teplota reakční směsi se snímá v lmin. intervalech, přičemž se automaticky zjišťují diference mezi dvěma bezprostředně po sobě naměřenými hodnotami. Po dosažení prakticky nulové hodnoty diference mezi dvěma po sobě zjištěnými dife; rencemi, tj. po ukončení azokopulace do o-polol^y k aminoskupině aminonaftol-disulfokyseliny, se pH reakční směsi co nejrychleji upraví přídavkem 75 d. 2,5 M roztoku octanu sodného. Kopulace do o-polohy k hydroxylové skupině
M hydroxidu sodného. Teplota reakčního roztoku se nyní snímá v 1 min intervalech, a automaticky sé vyhodnocuje. Po dosažení prakticky nulové hodnoty druhé diference se proces kondenzace ukončí.
Příklad 3
K 250 d. 0,4 M suspenze sodné soli aminoazobarviva, jehož konstituce může být vyjádřena vzorcem (II), se přidá 50 d. 2,5 M roztoků octanu sodného a 10 d. 10 M hydroxidu sodného.
och3 / V-nh2
přítomného monoazobarviva proběhne téměř okamžitě, takže proces je možno po ca 1 minutě ukončit. Ciní-li teplota suspenze diazolátky a roztoku azokomponenty 20 °C, vystoupí teplota reakční směsi po ukončení 1. kopulace na ca
23,7 °C.
Příklad 5 ,
Ke směsi 1000 d. ca 1,5 M suspenze 3-nitro-4toluidinu a 990 d. 5 M kyseliny chlorovodíkové se během 5 minut přidá 240 d. dusitanu sodného, načež se počne kontinuálně měřit a vyhodnocovat teplota reakční směsi. Jakmile druhá derivace teploty podle času dosáhne prakticky nulové hodnoty, automaticky se přidají 3 d. výše uvedeného diaaotačního činidla. Další 3 d. roztoku dusitanu sodného se přidají vždy po poklesu absolutní hodnoty druhé derivace teploty podle času na hodnotu blízkou nule. Jakmile se po přídavku diaaotačního činidla absolutní hodnota druhé derivace prakticky nezvýší, dávkování se zastaví, po 3 min. se odstraní přebytek kyseliny dusité přídavkem 5 d. 1 M kyseliny aminodusolfonové a proces se ukončí. V průběhu diazotace se z reakční směsi pokud možno rovnoměrně odebírá teplo chladicím mediem, takže teplota ke konci reakce činí ca 8°C.

Claims (3)

1. Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procesů vyznačený tím, že se kontinuálně nebo periodicky měří rychlost teplotní změny reakční směsi, přičemž pokles této rychlosti nebo s výhodou snížení rychlosti tohoto poklesu na předem zvolenou hodnotu, s výhodou na hodnotu blížící se nule, se využívá jako signál ke změně reakčních podmínek, jako např. teploty, tlaku, pH, koncentrace reakčních složek apod., anebo k ukončení procesu.
VYNÁLEZU
2. Způsob podle bodu 1. vyznačený tím, že v předem definovaných časových intervalech se snímá teplota reakční směsi, přičemž jako signál ke změně reakčních podmínek anebo k ukončení procesu se využívá dosažení předem zvolené a automaticky stanovené diference mezi dvěma po sobě naměřenými teplotami, nebo s výhodou dosažení předem zvoleného a automaticky stanoveného rozdílu či podílu mezi dvěma po sobě následujícími takto zjištěnými diferencemi.
203687
3. Způsob podle bodu 1. vyznačený tím, že se kontinuálně měří teplota reakční směsi, přičemž jako signál ke. změně reakčních podmínek anebo k ukončení procesu se využívá dosažení předem zvolené a automaticky stanovené hod noty prvé nebo s výhodou druhé derivace tep loty podle času.
CS56079A 1979-01-25 1979-01-25 Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů CS205687B1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS56079A CS205687B1 (cs) 1979-01-25 1979-01-25 Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS56079A CS205687B1 (cs) 1979-01-25 1979-01-25 Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS205687B1 true CS205687B1 (cs) 1981-05-29

Family

ID=5337873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS56079A CS205687B1 (cs) 1979-01-25 1979-01-25 Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS205687B1 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Crossley et al. Chemical Constitution and Reactivity. I. Phenyldiazonium Chloride and its Mono Substituted Derivatives
CN104704369B (zh) 用于检测低水平的lal反应物质的灵敏快速方法
Marky et al. Salt‐dependent conformational transitions in the self‐complementary deoxydodecanucleotide d (CGCAATTCGCG): Evidence for hairpin formation
Verma et al. A novel approach for simultaneous sensing of urea and glucose by SPR based optical fiber multianalyte sensor
Caillet et al. In-line monitoring of partial and overall solid concentration during solvent-mediated phase transition using Raman spectroscopy
CN113324944B (zh) 结晶过程控制的原位在线红外光谱监测设备、系统及方法
Dolan et al. Modeling rheological behavior of gelatinizing starch solutions using mixer viscometry data
Simon et al. Crystallization process monitoring and control using process analytical technology
KR102209231B1 (ko) 중합 반응의 제어 파라미터 모니터링 방법 및 이를 실시하기 위한 장치
Zogg et al. A new small-scale reaction calorimeter that combines the principles of power compensation and heat balance
Yi et al. Development of a small-scale automated solubility measurement apparatus
CS205687B1 (cs) Způsob objektivního řízení a ukončování chemických procésů
Kadam et al. Rapid online calibration for ATR-FTIR spectroscopy during batch crystallization of ammonium sulphate in a semi-industrial scale crystallizer
US20210328237A1 (en) System for monitoring ammonium bisulfide
CA2154737A1 (en) Process for monitoring polycondensation or polyaddition reactions
CN111077145A (zh) 连续生产中芳香胺重氮化反应转化率测定和/或控制方法
MacGregor On-line reactor energy balances via Kalman filtering
WO1999010530A1 (en) Estimation of nucleic acid
CS205690B1 (cs) Způsob řízení a ukončování násadových chemických procesů
CS208429B1 (cs) Způsob sledování tepelných změn provázejících chemické pochody a zařízení k provádění tohoto způsobu
O'Leary et al. Optical methods for monitoring temperature in spectrophotometric analysers
Singh et al. Evaluation of in-line sensors for selected properties measurements in continuous food processing
Blaine et al. Estimate of the “true” magnetic transition temperatures for the ICTA reference materials GM761
Asakuma et al. Attrition behavior by micro-hardness parameters in suspension-crystallization processes
de Willigen Pasting of Potato Starch in Corn Industries Recording Viscometer