RU2299094C2 - Device of the automatic control over the reactor of the semi-continuous operation - Google Patents
Device of the automatic control over the reactor of the semi-continuous operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299094C2 RU2299094C2 RU2005112602/15A RU2005112602A RU2299094C2 RU 2299094 C2 RU2299094 C2 RU 2299094C2 RU 2005112602/15 A RU2005112602/15 A RU 2005112602/15A RU 2005112602 A RU2005112602 A RU 2005112602A RU 2299094 C2 RU2299094 C2 RU 2299094C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- static
- meter
- frequency
- power
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области управления реактором полунепрерывного действия (РПНД) при изменяемом расходе жидкого дозируемого компонента с использованием трехканального статического источника питания для регулирования скорости вращения двигателя мешалки, производительности дозатора и мощности, потребляемой тепловым расходомером при определении расхода дозируемого компонента, которое найдет широкое применение в химической, химико-фармацевтической, лакокрасочной, витаминной, пищевой и других специализированных отраслях промышленности для производства промежуточных (при многостадийном синтезе) и целевых продуктов (лекарственных препаратов, пигментов, лаков, витаминов, высокоэнергетических композиций).The invention relates to the field of control of a semi-continuous reactor (RPND) with a variable flow rate of a liquid dosing component using a three-channel static power source to control the speed of the stirrer motor, the performance of the dispenser and the power consumed by the heat flow meter in determining the flow rate of the dosing component, which will be widely used in chemical , chemical-pharmaceutical, paint and varnish, vitamin, food and other specialized industries laziness for the production of intermediate (for multi-step synthesis) and the target products (medicines, pigments, varnishes, vitamins, high-energy compositions).
Известно значительное количество способов и устройств по управлению РПНД (реактором), каждый из которых находит свою область применения, исходя из особенностей кинетики и термодинамики процесса, фазового состояния дозируемого компонента, технологического и аппаратурного оформления процесса, а также достигнутого уровня научно-технического процесса:A significant number of methods and devices for controlling RPND (reactor) are known, each of which finds its own field of application, based on the characteristics of the kinetics and thermodynamics of the process, the phase state of the dosed component, the technological and equipment design of the process, and the achieved level of the scientific and technical process:
1. А.c. №№1230667, МПК В01J 9/00, Публ. 1986, 1634659, МПК В01J 9/00, публ. 1991, 1690840, МПК B01J 19/00, публ. 1991, 1736600, МПК B01J 19/00, публ. 1992, 1804903, МПК B01J 19/00, публ. 1993.1. A.c. No. 1230667, IPC B01J 9/00, Publ. 1986, 1634659, IPC B01J 9/00, publ. 1991, 1690840, IPC B01J 19/00, publ. 1991, 1736600, IPC B01J 19/00, publ. 1992, 1804903, IPC B01J 19/00, publ. 1993.
2. Автоматическое регулирование и контрольно-измерительные приборы в промышленности основной химии / Под ред. В.С.Шермана - Л. 1975/,2. Automatic regulation and instrumentation in the basic chemistry industry / Ed. V.S.Sherman - L. 1975 /,
- Беркман Б.Е. Промышленный синтез ароматических нитросоединений и аминов - М., 1964,- Berkman B.E. Industrial synthesis of aromatic nitro compounds and amines - M., 1964,
- Веденеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия. - М., 1978,- Vedeneev Yu.D. Dispensers of continuous action. - M., 1978,
- Манусов Е.Б. Контроль и регулирование технологических процессов лакокрасочных производств. - M., 1977.- Manusov E.B. Monitoring and regulation of technological processes of paint and varnish production. - M., 1977.
Известен способ автоматического управления технологическим процессом в реакторе с приведенным устройством по его реализации, в котором частоту выдачи доз, объем единичной дозы подаваемого компонента, а также скорость вращения мешалки корректируют по уровню дозируемого компонента в расходной емкости (РЕ) (А.с. №498957, публ. 1976 г.).A known method of automatic process control in a reactor with a given device for its implementation, in which the frequency of the dose, the volume of a single dose of the supplied component, as well as the speed of rotation of the mixer are adjusted according to the level of the dosed component in the supply tank (PE) (A.S. No. 498957 publ. 1976).
Недостатки способа:The disadvantages of the method:
1. Усложненная трехканальная структура управления отдельными контурами не обеспечивает полную взаимосвязь между ними.1. The complicated three-channel structure for controlling individual circuits does not provide a complete relationship between them.
2. Отсутствие мощной турбулизации реакционной массы (РМ) при переменной степени заполнения реактора отрицательным образом сказывается на продолжительности процесса дозирования, недопустимом отклонении температуры РМ и выходе целевого продукта. При этом даже совместное воздействие указанных факторов на процесс не способствует повышению выхода целевого продукта и сокращению длительности дозировки.2. The lack of powerful turbulization of the reaction mass (PM) with a variable degree of filling of the reactor negatively affects the duration of the dosing process, the unacceptable deviation of the temperature of the PM and the yield of the target product. Moreover, even the combined effect of these factors on the process does not contribute to increasing the yield of the target product and reducing the duration of dosage.
Известна установка, описанная в статье "Безопасное управление процессом нитрования фурфурола в реакторе полунепрерывного действия" "Химико-фармацевтический журнал", 1993, №3, с.53-57), в которой изложены принципы работы как самой установки, так и устройства по ее управлению.Known installation described in the article "Safe control of the process of nitration of furfural in a semi-continuous reactor" (Chemical and Pharmaceutical Journal, 1993, No. 3, p. 53-57), which sets out the principles of operation of both the installation itself and the device for it management.
Недостатки способа:The disadvantages of the method:
1. Невысокая точность стабилизации температуры РМ в реакторе из-за отсутствия контроля расхода дозируемого компонента, подаваемого в реактор, что не позволяет реализовать каскадную систему стабилизации температуры РМ, отличающуюся повышенным быстродействием.1. The low accuracy of stabilization of the temperature of the PM in the reactor due to the lack of control of the flow rate of the dosed component supplied to the reactor, which does not allow the cascade stabilization system of the temperature of the PM, which is characterized by increased speed.
2. Безнапорный режим подачи дозируемого компонента не обеспечивает усиленной турбулизации потока в среде РМ, что снижает эффективность тепло- и массообмена.2. The non-pressure mode of feeding the dosed component does not provide enhanced turbulization of the flow in the medium of the Republic of Moldova, which reduces the efficiency of heat and mass transfer.
В качестве ближайшего аналога по данному изобретению принята установка, описанная в статье "Автоматизированная система управления реактором полунепрерывного действия", опубликованная в журнале "Химическая промышленность", 1991, №10 с.48-52, в которой изложена суть как самой установки, так и устройства по ее управлению.The installation described in the article "Automated control system for a semi-continuous reactor" published in the journal "Chemical Industry", 1991, No. 10, pp. 48-52, which sets out the essence of both the installation and devices for its management.
Установка содержит реактор с рубашкой и змеевиком, соединенных между собой параллельно через трехходовой регулирующий клапан, мешалку с регулируемым приводом, клапан разгрузки реактора, вытяжную систему для отвода газообразных продуктов реакции, две расходные РЕ, заполняемые исходными компонентами, и двухканальный дозатор с регулируемым приводом.The installation contains a reactor with a jacket and a coil connected in parallel through a three-way control valve, an agitator with an adjustable drive, an unloading valve for the reactor, an exhaust system for the removal of gaseous reaction products, two consumable PE filled with initial components, and a two-channel dispenser with an adjustable drive.
Устройство по управлению реактором реализовано на использовании: измерителей температуры РМ в реакторе с управляющим воздействием на пневмопривод трехходового клапана с перераспределением потоков, хладоагента в зависимости от знака отклонения температуры РМ, между рубашкой и змеевиком; измерителей уровней в расходных емкостях с регулирующим воздействием по значению одного из них в програмно-параметрическом режиме через общий статический преобразователь частоты как на производительность дозатора, так и на скорость вращения мешалки.The reactor control device is implemented using: RM temperature meters in the reactor with a control action on the pneumatic actuator of a three-way valve with redistribution of flows, refrigerant depending on the sign of the temperature deviation of the RM between the jacket and the coil; level meters in consumable containers with a regulating effect on the value of one of them in program-parametric mode through a common static frequency converter both on the performance of the dispenser and on the speed of rotation of the mixer.
Недостатки приведенного устройства:The disadvantages of the above device:
1. Пониженная мощность теплосъема, обусловленная параллельным соединением змеевика и рубашки, что ведет к увеличению длительности дозировки.1. Reduced heat removal capacity due to the parallel connection of the coil and the shirt, which leads to an increase in the dosage duration.
2. Отсутствие измерителей расхода дозируемых компонентов не позволяет реализовать эффективную каскадную систему регулирования, обеспечивающую стабилизацию температуры РМ в реакторе с высокой динамической точностью.2. The lack of flow meters for the dosed components does not allow to implement an effective cascade control system that provides stabilization of the PM temperature in the reactor with high dynamic accuracy.
3. Использование общего статического преобразователя частоты снижает значимость применения регулируемых приводов из-за ограниченного диапазона выбора скоростей вращения мешалки и производительности дозатора, поскольку электрические характеристики статических преобразователей частоты для каждого из приводов в отдельности должны быть разными в силу специфики их назначения. Кроме того, такой статический преобразователь частоты не обеспечивает требуемую плавность и жесткость характеристики изменения скорости вращения двигателя мешалки в широком диапазоне при переменной нагрузке на ее вал.3. The use of a common static frequency converter reduces the importance of using variable-speed drives due to the limited range of selection of agitator rotation speeds and dispenser performance, since the electrical characteristics of the static frequency inverters for each drive individually must be different due to the specifics of their purpose. In addition, such a static frequency converter does not provide the required smoothness and rigidity of the characteristics of changing the speed of rotation of the motor of the mixer in a wide range with a variable load on its shaft.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что предложено устройство автоматического управления реактором полунепрерывного действия, содержащее расходную емкость для жидкого дозируемого компонента, реактор, снабженный мешалкой, змеевиком и рубашкой, термопреобразователь, расположенный в реакторе, датчик уровня, установленный в расходной емкости, электропневматические дискретные преобразователи, предназначенные для управления пневмоприводами отсечных и разгрузочных клапанов, статический источник питания, при этом выход с расходной емкости через дозатор соединен с патрубком реактора, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено статическим трехканальным источником питания, датчиками давления и расхода на напорном патрубке дозатора и электропроводности в реакторе, измерителями частоты напряжения, подаваемого к двигателям дозатора и мешалки, а также мощности, потребляемой расходомером, микропроцессорным контроллером, предназначенным для реализации функций каскадной системы стабилизации температуры реакционной массы в реакторе и программно-импульсно-реверсивной системы регулирования скорости вращения двигателя мешалки, а также формирования управляющих воздействий, подаваемых на электропневматические преобразователи и через статический трехканальный источник питания на двигатели дозатора, мешалки и расходомер, выполненный на основе теплового метода с измерением величины мощности, потребляемой электронагревателем расходомера, причем статический трехканальный источник питания снабжен общим блоком управления, двумя отдельными статическими регулируемыми преобразователями частоты и одним статическим преобразователем частоты и напряжения с регулированием величины потребляемой мощности, первый вход которого через блок управления и первый статический регулируемый преобразователь частоты и первый выход связан параллельно с первым измерителем частоты и двигателем дозатора, второй вход через блок управления и второй статический регулируемый преобразователь частоты и второй выход связан параллельно с вторым измерителем частоты и двигателем мешалки, а третий вход через статический преобразователь частоты с регулированием величины потребляемой мощности и третий выход параллельно связан с измерителем мощности и с управляющим входом теплового расходомера, расходная емкость снабжена нижним сливным патрубком с косым срезом, смещенным относительно оси расходной емкости, поднятым относительно днища расходной емкости и связанным с входом дозатора, на напорном участке которого последовательно расположены тепловой расходомер, датчик давления и обратный клапан, при этом выходы термопреобразователя, расположенного в реакторе, датчика электропроводности, измерителя частоты напряжения, подаваемого к двигателю мешалки, датчика уровня в расходной емкости, измерителя частоты напряжения, подаваемого к двигателю дозатора, термопреобразователя теплового расходомера, измерителя мощности, потребляемой тепловым расходомером, датчика давления соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микропроцессорного контроллера, а четвертый и пятый выходы с микропроцессорного контроллера связаны через электропневматические дискретные преобразователи с клапаном разгрузки реактора и со сливным клапаном расходной емкости, соответственно.The essence of the invention consists in the fact that a device for automatic control of a semi-continuous reactor containing a consumable container for a liquid dosing component, a reactor equipped with a stirrer, a coil and a jacket, a thermal converter located in the reactor, a level sensor installed in the supply tank, electropneumatic discrete converters designed to control the pneumatic actuators of shut-off and discharge valves, a static power source, while the output with p the by-pass tank through the dispenser is connected to the reactor pipe, characterized in that it is additionally equipped with a static three-channel power source, pressure and flow sensors on the pressure pipe of the meter and electrical conductivity in the reactor, meters of the frequency of voltage supplied to the meter and mixer motors, as well as the power consumed flowmeter, microprocessor controller, designed to implement the functions of a cascade system for stabilizing the temperature of the reaction mass in the reactor and program-pulse of a non-reversible control system for the rotation speed of the mixer motor, as well as the formation of control actions supplied to electro-pneumatic converters and through a static three-channel power source to metering motors, mixers and a flow meter, made on the basis of the thermal method with measuring the amount of power consumed by the electric meter heater, moreover, static three-channel power supply equipped with a common control unit, two separate static adjustable converters of frequency and one static frequency and voltage converter with regulation of the power consumption, the first input of which through the control unit and the first static adjustable frequency converter and the first output are connected in parallel with the first frequency meter and the metering motor, the second input through the control unit and the second static adjustable frequency converter and the second output is connected in parallel with the second frequency meter and the mixer motor, and the third input is through a static frequency converter by controlling the amount of power consumed and the third output is connected in parallel with the power meter and the control input of the heat flow meter, the supply tank is equipped with a lower drain pipe with an oblique cut, offset relative to the axis of the supply tank, raised relative to the bottom of the supply tank and connected to the dispenser inlet, on the pressure section of which a heat flow meter, a pressure sensor and a check valve are arranged in series, while the outputs of a thermal converter located in the reactor, an electric sensor hydrology, a voltage frequency meter supplied to the mixer motor, a level sensor in the supply tank, a voltage frequency meter supplied to the metering motor, a heat transducer of a heat flow meter, a power meter consumed by a heat flow meter, a pressure sensor connected, respectively, to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth inputs of the microprocessor controller, and the fourth and fifth outputs from the microprocessor controller are connected through electropneumatic discrete e converters reactor discharge valve and outlet valve with the supply tank, respectively.
В порядке обоснования соответствия предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость» приводим следующие доказательства.In order to justify the conformity of the invention with the criterion of "industrial applicability" we give the following evidence.
1. В настоящее время около 75% всех существующих промышленно-технологических систем органического синтеза, протекающего с большим тепловым эффектом, реализуются в РПНД в силу значительных их преимуществ (см. таблицу).1. At present, about 75% of all existing industrial-technological systems of organic synthesis occurring with a large thermal effect are implemented in RPND due to their significant advantages (see table).
Классификационные особенности РПНДClassification features RPND
пуско-остановочных операцийSimplified algorithm
start-up operations
аппаратуры по окончании каждого цикла процессаPossibility of inspection
equipment at the end of each process cycle
Из анализа приведенной таблицы следует, что преимущества РПНД существенно превалируют над его недостатками, а при выборе рациональной стратегии управления РПНД большинство его недостатков может быть сведено к минимуму.From the analysis of the table it follows that the advantages of RPND significantly prevail over its shortcomings, and when choosing a rational management strategy for RPND, most of its shortcomings can be minimized.
2. Специфическое название РПНД обусловлено различным режимом подачи исходных компонентов, производимых перед началом процесса дозирования. Один из них сливается в реактор, а второй подается постепенно и непрерывно на стадии дозирования с целью рассредоточения выделения тепла во времени. Выгрузка прореагировавшей РМ происходит на окончании стадий дозирования и выдержки, т.е. периодически по завершении одного полного цикла процесса.2. The specific name of the RPND is due to the different mode of supply of the starting components produced before the start of the dosing process. One of them is discharged into the reactor, and the second is supplied gradually and continuously at the dosing stage in order to disperse heat generation over time. Unloading of the reacted PM occurs at the end of the dosing and aging stages, i.e. periodically upon completion of one full cycle of the process.
Сочетание в одном цикле процесса двух различных режимов подачи исходных компонентов и выгрузки готовой РМ предопределили такое специфическое название реактора подобного принципа действия.The combination of two different modes of supplying the starting components and unloading the finished PM in one process cycle predetermined such a specific name for the reactor of a similar principle of operation.
3. Уровень автоматизации действующих и проектируемых РПНД остается до сих пор относительно невысоким из-за значительной сложности последнего, как объекта управления, и потенциальной опасности экзотермических процессов, проводимых в нем, а также недостаточной изученности учета воздействия указанных факторов для совершенствования систем управления объектами подобного класса.3. The level of automation of existing and planned RPMDs is still relatively low due to the considerable complexity of the latter as a control object, and the potential danger of exothermic processes carried out in it, as well as insufficient knowledge of the consideration of the impact of these factors to improve control systems for objects of this class .
4. Сложность РПНД обусловлена, прежде всего, нестационарностью его динамических характеристик по каналам управляющих воздействий, связанной как с переменным составом реакционной массы, так и с переменной степенью заполнения реактора.4. The complexity of the RPND is due, first of all, to the unsteadiness of its dynamic characteristics through the channels of control actions, associated with both the variable composition of the reaction mass and the variable degree of filling of the reactor.
Объем РМ в РПНД является величиной переменной и определяется следующей зависимостью:The volume of RM in the RPND is a variable and is determined by the following relationship:
где V - текущий объем РМ, м3;where V is the current volume of RM, m 3 ;
Vн - исходный объем компонента в реакторе перед началом дозировки, м3;Vн - the initial volume of the component in the reactor before dosing, m 3 ;
Gдк - расход дозируемого компонента, кг/ч;Gdk - consumption of the dosed component, kg / h;
τ - длительность дозировки, ч.τ - dosage duration, h
Поверхность теплообмена также меняется во времени (по ходу дозировки) и выражается следующим соотношением:The heat exchange surface also varies in time (in the course of dosage) and is expressed by the following ratio:
где F - текущая поверхность теплообмена, м2;where F is the current heat transfer surface, m 2 ;
Fн - исходная поверхность теплообмена (перед началом дозировки), м2;Fн - the initial heat transfer surface (before dosing), m 2 ;
D - внутренний диаметр реактора по его цилиндрической части, м.D is the inner diameter of the reactor along its cylindrical part, m
Теплоемкость РМ в РПНД также является величиной переменной и определяется следующим выражением:The heat capacity of RM in RPND is also a variable and is determined by the following expression:
где Ан - исходная теплоемкость РМ перед началом дозировки, кДж/кг;where An is the initial heat capacity of the RM before the start of dosage, kJ / kg;
А - текущая теплоемкость дозируемого компонента, кДж/кг;A is the current heat capacity of the dosed component, kJ / kg;
Сдк - удельная теплоемкость дозируемого компонента, кДж/кг град;SDK - specific heat of the dosed component, kJ / kg deg;
Gдк - расход дозируемого компонента, кг/ч.Gdk - consumption of the dosed component, kg / h.
5. Потенциальная опасность процесса состоит в том, что при случайном стечении нежелательных обстоятельств (отказы в работе системы: стабилизации температуры РМ, дозировки компонентов, вращения мешалки; возникновение протечек в теплообменпых устройствах реактора, недопустимые отклонения параметров хладоагента и, как следствие, бурное неуправляемое развитие окислительно-восстановительных реакций), громадная концентрация межатомной энергии связи, таящейся в исходных, промежуточных и, в особенности конечных, продуктах реакции, может перейти в реальную аварию с тяжелыми последствиями (большим материальным ущербом).5. The potential danger of the process lies in the fact that in the event of an accidental combination of undesirable circumstances (system failure: stabilization of the PM temperature, dosage of components, rotation of the stirrer; leaks in the heat exchange devices of the reactor, unacceptable deviations of the parameters of the refrigerant and, as a result, rapid uncontrolled development redox reactions), a huge concentration of the interatomic binding energy hidden in the initial, intermediate and, especially, final, reaction products, can per Iti in real accident with serious consequences (large material damage).
Поэтому разработка более рациональных схем автоматического управления объектами подобного класса на основе новейших достижений в науке и технике является одним из актуальных решений поставленной задачи.Therefore, the development of more rational schemes for the automatic control of objects of a similar class based on the latest achievements in science and technology is one of the urgent solutions to the problem.
6. Несмотря на то, что электропривод в химической промышленности является силовой основой большинства аппаратов с мешалкой, применяемых для различных производственных процессов, его технический уровень гораздо ниже, чем в других отраслях промышленности, например в металлургической. Регулируемый же электропривод, который считается одним из важнейших средств воздействия на объект при автоматизации производственных процессов, находит до сих пор крайне ограниченное применение при разработке рациональных систем управления химическими процессами, что отрицательным образом сказывается на повышении их эффективности.6. Despite the fact that the electric drive in the chemical industry is the power base of most devices with a stirrer used for various production processes, its technical level is much lower than in other industries, for example, in the metallurgical industry. A regulated electric drive, which is considered one of the most important means of influencing an object during automation of production processes, is still very limitedly used in the development of rational chemical process control systems, which negatively affects the increase in their efficiency.
Развитие силовой полупроводниковой техники позволяет внести принципиально новые решения в структуру автоматизированного электропривода дозатора и перемешивающих устройств. Статические преобразователи, разработанные на основе биполярных транзисторов с изолированным затворами, изменяющие трехфазное напряжение промышленной частоты в трехфазное напряжение регулируемой амплитуды и частоты, позволяют придать хорошие регулирующие качества асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, как наиболее простому в исполнении и надежному в работе.The development of power semiconductor technology allows you to make a completely new solution to the structure of an automated electric batcher and mixing devices. Static converters, developed on the basis of insulated-gate bipolar transistors, which change the three-phase voltage of industrial frequency into a three-phase voltage of adjustable amplitude and frequency, make it possible to give good regulating qualities to an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, as the most simple in execution and reliable in operation.
Использование биполярных транзисторов в статических преобразователях частоты и регуляторах мощности позволяет обеспечить большие токи в силовых цепях управления, высокую частоту переключения (до 100 кГц), малое переходное сопротивление в открытом виде, что до минимума снижает тепловые потери, а также требует незначительную мощность сигнала управления.The use of bipolar transistors in static frequency converters and power controllers allows you to provide high currents in the power control circuits, a high switching frequency (up to 100 kHz), a small transient resistance in the open form, which minimizes heat loss and also requires a small control signal power.
Изменения напряжения и частоты на статорной обмотке двигателя в замкнутой системе автоматического управления в функции определяющего параметра позволяют обеспечить требуемый диапазон регулирования скорости вращения двигателя, ограничить пусковой момент и получить плавный разгон и торможение двигателя.Changes in voltage and frequency on the stator winding of the motor in a closed-loop automatic control system as a function of the determining parameter make it possible to provide the required control range for the motor rotation speed, limit the starting torque and obtain smooth acceleration and braking of the motor.
В особенности эффективно использование регулируемого электропривода при автоматизации РПНД, характеризующегося переменной степенью заполнения и изменением вязкости РМ в широком диапазоне по мере подачи дозируемого компонента.It is especially effective to use a controlled electric drive for automation of RPND, characterized by a variable degree of filling and a change in the viscosity of the PM in a wide range as the dosage component is fed.
Каскадная система стабилизации температуры РМ по подаче дозируемого компонента в реактор и програмно-импульсно-реверсивный режим перемешивания создают улучшенное распределение исходных компонентов и продуктов реакции в целенаправленном протекании химической реакций из-за возникновения более тесного равномерного и плотного контакта между реагентами при их пульсирующем взаимодействии.The cascade RM temperature stabilization system for feeding the dosed component to the reactor and the program-pulse-reverse mixing mode create an improved distribution of the starting components and reaction products in the targeted course of chemical reactions due to the closer uniform and dense contact between the reactants during their pulsating interaction.
Это приводит к улучшению процессов суспензирования и диспергирования одного компонента в другом. При этом возрастает мощность конвективных потоков, повышая тем самым эффективность от РМ к поверхностям теплообмена (рубашки и змеевика) реактора.This leads to an improvement in the processes of suspension and dispersion of one component in another. At the same time, the power of convective flows increases, thereby increasing the efficiency from the PM to the heat transfer surfaces (jacket and coil) of the reactor.
8. При подаче компонента в реактор посредством дозатора переменной производительности с регулируемым электроприводом появляется возможность постепенного и безопасного увеличения его расхода, так как по мере повышения степени заполнения реактора пропорционально возрастает и поверхность теплообмена, что увеличивает возможность дополнительного теплосъема. Повышая постепенность увеличения расхода дозируемого компонента в реактор, удается существенно сократить длительность его подачи и исключить недопустимые отклонения температуры РМ.8. When a component is fed into the reactor by means of a variable capacity metering device with an adjustable electric drive, it becomes possible to gradually and safely increase its consumption, since as the degree of filling of the reactor increases, the heat exchange surface also proportionally increases, which increases the possibility of additional heat removal. Increasing the gradual increase in the flow rate of the dosed component into the reactor, it is possible to significantly reduce the duration of its supply and eliminate unacceptable temperature deviations of the PM.
Поскольку переменные степени заполнения реактора и состав РМ создают неодинаковые условия интенсивности перемешивания, при постоянной скорости вращения мешалки, ухудшаются массообменные процессы. Для поддержания режима перемешивания на постоянном уровне целесообразно скорость вращения мешалки увеличивать пропорционально количеству отдозированного компонента из РЕ.Since the variable degree of filling of the reactor and the composition of the PM create unequal conditions for the intensity of mixing, at a constant speed of rotation of the stirrer, mass transfer processes worsen. To maintain the mixing mode at a constant level, it is advisable to increase the speed of the mixer in proportion to the amount of the dosed component from PE.
Если же устанавливать производительность дозатора и скорость вращения мешалки постоянными, исходя из конечной степени заполнения реактора, то тогда для начальной степени заполнения реактора существующая минимальная поверхность теплосъема не справится с возросшей в несколько раз тепловой нагрузкой, а режим перемешивания сместится в область аэрации. В конечном итоге совместное воздействие указанных факторов послужит причиной теплового выброса РМ или взрывного разрушения реактора.If we set the metering capacity and the speed of rotation of the mixer constant, based on the final degree of filling of the reactor, then for the initial degree of filling of the reactor, the existing minimum surface of the heat sink will not cope with the heat load increased several times, and the mixing mode will shift to the aeration area. Ultimately, the combined effect of these factors will cause the thermal release of PM or explosive destruction of the reactor.
9. Измерение расхода материальных потоков жидкостей является одним из важнейших информационных каналов при выборе рациональной структуры управления процессом в условиях воздействия переменных нагрузок на объект.9. The measurement of the flow rate of material flows of liquids is one of the most important information channels when choosing a rational process control structure under the influence of variable loads on an object.
В промышленности до 50% управляющих воздействий приходится на регламентацию материальных потоков, что в конечном итоге и определяет эффективность ведения процесса по данному параметру, поэтому разработка достаточно простых в эксплуатации расходомеров, обладающих приемлемыми метрологическими характеристиками с высокими надежностными показателями, является весьма перспективной задачей.In industry, up to 50% of the control actions are accounted for by the regulation of material flows, which ultimately determines the efficiency of the process according to this parameter, therefore the development of flowmeters that are quite easy to operate and have acceptable metrological characteristics with high reliability indicators is a very promising task.
Измерение расхода позволяет прогнозировать режим протекания процесса, определять количество поданого в реактор компонента, реализовать по упрощенному алгоритму систему стабилизации температуры РМ в реакторе.Flow measurement allows predicting the process flow, determining the amount of component supplied to the reactor, and implementing a temperature stabilization system RM in the reactor using a simplified algorithm.
Благоприятными факторами, способствующими успешному осуществлению контроля расхода тепловым методом, является бесконтактность и отличные демпфирующие свойства самой измерительной системы, что существенным образом улучшает надежностные характеристики датчика - теплового расходомера.Favorable factors contributing to the successful implementation of flow control by the thermal method are non-contactness and excellent damping properties of the measuring system itself, which significantly improves the reliability of the sensor - the heat flow meter.
Принцип действия теплового расходомера, наиболее часто применяемого при автоматизации РПНД, основан на измерении мощности, потребляемой электронагревателем движущегося потока дозируемого компонента в трубопроводе при поддержании постоянства температурного перепада до (T1) и после (Т2) электронагревателя. В этом случае расход дозируемого компонента Gдк будет являться функцией мощности N, потребляемой электронагревателем: Gдк=f(N) при Т2-T1=const, и с повышением расхода мощность, потребляемая электронагревателем, возрастает пропорционально расходу Gдк.The principle of operation of the heat flow meter, which is most often used in RPND automation, is based on measuring the power consumed by the electric heater of the moving flow of the dosed component in the pipeline while maintaining the temperature difference before (T1) and after (T2) the electric heater. In this case, the flow rate of the dosed component Gdc will be a function of the power N consumed by the electric heater: Gdc = f (N) at T2-T1 = const, and with an increase in the flow rate, the power consumed by the electric heater increases in proportion to the flow rate Gdc.
Конструктивно тепловой расходомер представляет собой отрезок трубы с наружным кольцевым расположением трех обмоток по ее поверхности: двух термобатарей, соединенных между собой по дифференциальной схеме измерения сигнала, и одной электронагревателя, размещенной на разном растоянии между ними.Structurally, the heat flow meter is a pipe segment with an outer ring arrangement of three windings on its surface: two thermal batteries connected to each other by a differential signal measurement circuit, and one electric heater located at a different distance between them.
Отличительной особенностью тепловых расходомеров является отсутствие дополнительных потерь давления на участке измерения.A distinctive feature of heat flow meters is the absence of additional pressure losses in the measurement area.
Ценным качеством таких расходомеров является также возможность измерения расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей и пульп, поскольку степень агрессивности контролируемой среды определяется только материалом трубы, которую можно подобрать коррозионно-стойкой.A valuable quality of such flowmeters is also the ability to measure the flow rate of aggressive, abrasive and viscous liquids and pulps, since the degree of aggressiveness of the controlled medium is determined only by the material of the pipe, which can be selected corrosion-resistant.
10. РПНД, как объект управления по каналу регулирования температуры РМ, когда в качестве управляющего воздействия используется подача дозируемого компонента, обладает существенной инерционностью, что влияет на точность ее динамической стабилизации. В этом случае целесообразно применять каскадную систему стабилизации температуры РМ. Она включает в себя два регулятора: основной или внешний для стабилизации основного параметра - температуры РМ и вспомогательный или внутренний, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты объекта управления - расхода дозируемого компонента.10. RPND, as a control object on the temperature control channel of the RM, when the feed of the dosed component is used as the control action, has a significant inertia, which affects the accuracy of its dynamic stabilization. In this case, it is advisable to use a cascade RM temperature stabilization system. It includes two regulators: the main or external to stabilize the main parameter - the temperature of the RM and the auxiliary or internal, designed to regulate the auxiliary coordinate of the control object - the flow rate of the dosed component.
Вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура по регулированию расхода дозируемого компонента в каскадной системе по стабилизации температуры РМ повышается качество переходного процесса: уменьшается величина амплитудного отклонения по температуре и в несколько раз сокращается длительность переходного процесса. Благодаря высокому быстродействию вспомогательного контура по регулированию расхода дозируемого компонента предотвращаются значительные отклонения основной регулируемой величины - температуры РМ в режиме стабилизации, а сама структура регулятора температуры существенно упрощается.Due to the higher speed of the internal circuit for controlling the flow rate of the dosed component in the cascade system for stabilizing the temperature of the PM, the quality of the transient process increases: the amplitude deviation in temperature decreases and the duration of the transient process decreases several times. Due to the high speed of the auxiliary circuit for regulating the flow of the dosed component, significant deviations of the main controlled variable - the temperature of the PM in the stabilization mode are prevented, and the structure of the temperature controller is greatly simplified.
11. Большинство процессов, реализуемых в РПНД, протекают с заметным изменением электропроводности РМ в ходе реакции, которая в сравнении с первоначальным значением (перед началом дозировки) может возрастать в 5-6 раз. Кроме того, электропроводность позволяет контролировать и аварийные режимы протекания процесса: нарушение температурного дозировочного и гидродинамического режимов.11. Most of the processes implemented in the RPND occur with a noticeable change in the conductivity of the RM during the reaction, which, in comparison with the initial value (before dosing), can increase by 5-6 times. In addition, the electrical conductivity allows you to control and emergency modes of the process: violation of the temperature dosing and hydrodynamic modes.
Особенности данного изобретения и оценка его эффективности поясняются следующими графическими материалами:The features of this invention and the assessment of its effectiveness are illustrated by the following graphic materials:
Фиг 1 - функциональная схема автоматического управления РПНД.Fig 1 is a functional diagram of an automatic control RPND.
Фиг.2 - блок статического трехканального регулируемого источника питания.Figure 2 - block static three-channel adjustable power source.
Фиг.3 - график изменения расхода дозируемого компонента (Gдк) в зависимости от степени заполнения РПНД (φ).Figure 3 is a graph of the change in the flow rate of the dosed component (Gdk) depending on the degree of filling of the RPND (φ).
Фиг.4 - график изменения скорости (nм) и направления (±) вращения мешалки в зависимости от степени заполнения РПНД (φ).Figure 4 is a graph of the change in speed (n m ) and direction (±) of rotation of the mixer, depending on the degree of filling RPND (φ).
Фиг.5 - график изменения мощности (N), потребляемой электронагревателем теплового расходомера в зависимости от расхода дозируемого компонента (Gдк) при обеспечении постоянства температурного перепада (ΔT) между термобатареями, установленными до и после электронагревателя.Figure 5 is a graph of the change in power (N) consumed by the electric heater of the heat flow meter depending on the flow rate of the dosed component (Gdk) while ensuring a constant temperature difference (ΔT) between the thermopiles installed before and after the electric heater.
Фиг.6 - структурная схема статического трехканального регулируемого источника питания.6 is a structural diagram of a static three-channel adjustable power source.
Фиг.7 - принципиальная схема датчика - теплового расходомера.7 is a schematic diagram of a sensor - heat flow meter.
Фиг.8 - конструктивная схема датчика теплового расходомера.Fig. 8 is a structural diagram of a heat meter sensor.
Фиг.9 - структурная схема каскадной системы стабилизации температуры РМ.Fig.9 is a structural diagram of a cascade temperature stabilization system PM.
Фиг.10 - график оценки длительности подачи дозируемого компонента объемом Vдк до (τ1) и после (τ2) используемого изобретения.Figure 10 is a graph of the evaluation of the duration of the filing of the dosed component with a volume of Vdc before (τ1) and after (τ2) the invention is used.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства по автоматическому управлению РПНД на установке, состоящей из реактора 1, РЕ 2 и дозатора 3 подачи дозируемого компонента с двигателем 4.Figure 1 presents a functional diagram of a device for automatic control of RPND on a plant consisting of a reactor 1,
Реактор 1 в качестве теплообменных устройств снабжен рубашкой 5 и змеевиком 6, соединенными между собой последовательно посредством трубной перемычки 7. Реактор 1 оснащен пропеллерной мешалкой 8 с двигателем 9, клапаном 10 разгрузки (аварийного сброса) содержимого реактора; патрубками подачи: хладоагента 11 и исходного компонента 12; патрубками выхода: хладоагента с пониженной энтропией 14 и газообразных побочных продуктов реакции 15.The reactor 1 as a heat exchange device is equipped with a
По окончании дозировки объем РМ повышается до уровня 16; РЕ 2 оснащена патрубком 17 для заполнения дозируемым компонентом до уровня 18, сливным клапаном 19 для удаления загрязненного остатка после окончания дозировки, заборным патрубком 20 дозатора, приподнятого относительно днища с косым входным срезом в его сторону, препятствующим попаданию посторонних включений сверху в заборный патрубок.At the end of the dosage, the volume of PM rises to level 16;
На напорном патрубке 21 дозатора, опущенного в реактор, в зону работы мешалки, установлен обратный клапан 22, представляющий собой односедельный отсечной клапан прямого принципа действия (нормально закрыт) и препятствующий образованию опасного сифонно-самостоятельного потока РМ из реактора, который возможен был бы в случае аварийного останова дозатора, когда уровень РМ в реакторе станет выше уровня дозируемого компонента в РЕ или давление газовой фазы в реакторе станет избыточным по отношению к РЕ.On the discharge pipe 21 of the dispenser, lowered into the reactor, in the zone of operation of the mixer, a
Для регистрации контролируемых параметров, хранения в памяти их значений и выдачи соответствующих управляющих воздействий предназначен МПК 23 с малой степенью интеграции с поступлением информационных сигналов по каналам Xi и выдачей управляющих воздействий по каналам Yi.To register the controlled parameters, store their values in memory and issue the corresponding control actions, the MPK 23 is designed with a small degree of integration with the arrival of information signals through the Xi channels and the issuance of control actions through the Yi channels.
В реакторе 1 контролируют:In the reactor 1 control:
- температуру РМ посредством термопреобразователя 24 с выдачей информационного сигнала по каналу X1;- the temperature of the RM by means of a temperature transducer 24 with the issuance of an information signal on channel X1;
- электропроводность РМ с помощью погружного кондуктометра 25 с выдачей информационного сигнала по каналу Х2;- electrical conductivity of RM using an
- скорость и направление вращения двигателя мешалки при помощи частотомера 26 с выдачей информационного сигнала по каналу Х3.- speed and direction of rotation of the mixer motor using a frequency counter 26 with the issuance of an information signal on channel X3.
В РЕ 2 контролируют:In
- уровень дозируемого компонента посредством уровнемера 27 с выдачей информационного сигнала по каналу Х4.- the level of the dosed component through the level gauge 27 with the issuance of an information signal on channel X4.
На дозаторе и его напорном патрубке контролируют:On the dispenser and its discharge pipe control:
- скорость вращения двигателя дозатора при помощи частотомера 28 с выдачей информационного сигнала по каналу Х5;- the rotation speed of the dispenser motor using a frequency counter 28 with the issuance of an information signal on channel X5;
- температурный перепад на тепловом расходомере 29 посредством дифференциальной термобатареи с выдачей информационного сигнала по каналу Х6;- temperature difference at the heat flow meter 29 by means of a differential thermopile with the issuance of an information signal on channel X6;
- мощность, потребляемую электронагревателем теплового расходомера 29 при помощи измерителя мощности 30 с выдачей сигнала по каналу Х7;- the power consumed by the electric heater of the heat flow meter 29 using a
- давление посредством манометра 31 с выдачей информационного сигнала по каналу Х8.- pressure by means of a manometer 31 with the issuance of an information signal on channel X8.
В реакторе 1 регулируют:In the reactor 1 regulate:
- температуру РМ в режиме стабилизации по каскадной схеме по сигналу с термопреобразователя 24 по информационному каналу X1 с выдачей с МПК 23 командного сигнала по каналу Z1 на статический трехканальный источник питания 32 с последующим воздействием по каналу Y1 на скорость вращения двигателя 4 дозатора 3;- the temperature of the RM in stabilization mode in a cascade scheme according to a signal from the thermocouple 24 through the information channel X1 with the issuance from the IPC 23 of the command signal through channel Z1 to a static three-
- скорость вращения двигателя 9 мешалки в программно-импульсно-реверсивном режиме, когда текущее значение скорости определяется интегралом расхода дозируемого компонента, а реверсивное - задается постоянным временным интервалом по сигналу с измерителя мощности 30, потребляемой электронагревателем теплового расходомера 29, по каналу Х7 с выдачей с МПК 23 командного сигнала по каналу Z2 на статический трехканальный источник питания 32 с последующим воздействием по каналу Y2 на скорость и направление вращения двигателя 9.- the rotation speed of the
На напорном патрубке 21 регулируют температурный перепад теплового расходомера 29 в режиме стабилизации по информационному сигналу Х6 с выдачей с МПК 23 командного сигнала по каналу Z3 на статический трехканальный источник питания 32 с последующим воздействием по каналу Y3 на мощность, подводимую к электронагревателям теплового расходомера, являющуюся показателем текущего значения расхода дозируемого компонента.On the pressure pipe 21, the temperature difference of the heat flow meter 29 is regulated in the stabilization mode according to the information signal X6 with the issuance of the command signal from the IPC 23 via channel Z3 to a static three-
На установке управляют:On the installation run:
- аварийным сбросом РМ из реактора 1 воздействием по сигналам с термопреобразователя 24 по каналу X1 и с кондуктометра 25 по каналу Х2 через МПК 23 по каналу Y4 через электропневматический дискретный преобразователь 33 на пневмопривод клапана разгрузки 10;- emergency discharge of PM from reactor 1 by the action of signals from the thermocouple 24 through channel X1 and from the
- разгрузкой РЕ 2 от загрязненного остатка дозируемого компонента воздействием по сигналу Х4 от уровнемера 27 через МПК 23 по каналу Y5 на электропневматический дискретный преобразователь, а затем через преобразователь 34 на пневмопривод сливного клапана 19.- unloading
На фиг.2 представлен блок статического трехканального преобразователя частоты, напряжения и мощности, выполненного на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором с высокочастотными импульсными преобразователями (поз.32), уменьшающими его габариты и вес.Figure 2 presents the block of a static three-channel frequency, voltage and power converter based on insulated gate bipolar transistors with high-frequency pulse converters (pos. 32), reducing its dimensions and weight.
Первый канал (Z1-Y1) предназначен для стабилизации температуры РМ в системе каскадного регулирования с управляющим воздействием на изменение производительности дозатора 3 путем варьирования частоты подаваемого напряжения к двигателю 4 дозатора (фиг.1).The first channel (Z1-Y1) is designed to stabilize the temperature of the PM in a cascade control system with a control effect on the change in the performance of the dispenser 3 by varying the frequency of the supplied voltage to the dispenser motor 4 (Fig. 1).
Второй канал (Z2-Y2) служит для управления скоростью вращения двигателем 9 мешалки 8 в функции от степени заполнения РПНД, определяемой по интегралу отдозированного компонента в программно-импульсно-реверсивном режиме (фиг.4).The second channel (Z2-Y2) is used to control the speed of rotation of the
Длительность импульса определяется временным интервалом и устанавливается по таймеру блока управления с учетом динамической характеристики используемого асинхронного двигателя и объема реактора.The pulse duration is determined by the time interval and is set by the timer of the control unit, taking into account the dynamic characteristics of the used induction motor and the volume of the reactor.
Третий канал (Z3-Y3) служит для стабилизации температурного перепада на тепловом расходомере до и после электронагревателя варьированием мощности электронагревателя в зависимости от расхода дозируемого компонента (фиг.5).The third channel (Z3-Y3) serves to stabilize the temperature difference on the heat flow meter before and after the electric heater by varying the power of the electric heater depending on the flow rate of the dosed component (Fig. 5).
На фиг.6 представлена структурная схема статического трехканального источника питания для регулирования частоты и мощности.Figure 6 presents the structural diagram of a static three-channel power source for controlling frequency and power.
Конструктивно последний состоит из блока управления 35, первого преобразователя частоты 36 для изменения скорости вращения двигателя 4 дозатора 3 в зависимости от знака отклонения температуры РМ.Structurally, the latter consists of a
Второй преобразователь частоты 37 предназначен для управления скоростью вращения мешалки в программно-импульсно-реверсивном режиме в функции от количества отдозированного компонента в реактор и временного интервала.The
Третий преобразователь частоты и мощности (N) 38 служит для управления мощностью (N) электронагревателя теплового расходомера при измененной, но фиксированной частоте, и с пониженным значением напряжения, что исключает погрешность от дополнительных колебаний питающего напряжения и снижает требования к величине пробоя изоляционного материала, реализуя электронагреватель весьма компактным.The third frequency and power converter (N) 38 serves to control the power (N) of the electric heater of the heat meter at a changed but fixed frequency and with a lower voltage value, which eliminates the error from additional fluctuations in the supply voltage and reduces the requirements for the breakdown value of the insulating material, realizing The electric heater is very compact.
На фиг.7 представлена принципиальная схема работы теплового расходомера (датчика) измерения мощности, потребляемой электронагревателем, при обеспечении постоянства разности температур на поверхности трубы (фиг.7.1), по которой проходит поток дозируемого компонента Gдк, до и после электронагревателя, и ассиметричности расположения обеих термобатарей относительно электронагревателя, что исключает дополнительную погрешность от влияния термопотока электронагревателя на показания дифференциальной термобатареи.Figure 7 presents a schematic diagram of the operation of a heat flow meter (sensor) measuring the power consumed by an electric heater, while ensuring a constant temperature difference on the pipe surface (Fig. 7.1), along which the flow of the dosed component Gdk passes, before and after the electric heater, and the asymmetry of the location of both thermal batteries relative to the heater, which eliminates the additional error from the influence of the heat flow of the electric heater on the readings of the differential thermal battery.
На фиг.7.1 показана динамика поверхностного кольцевого температурного поля вдоль наружной стенки трубы по ходу потока дозируемого компонента до электронагревателя, под электронагревателем и после него.Figure 7.1 shows the dynamics of the surface annular temperature field along the outer wall of the pipe along the flow of the dosed component to the electric heater, under the electric heater and after it.
К основным элементам теплового расходомера (фиг.7.2) относятся: отрезок трубы 39, по наружной поверхности которой последовательно расположены три кольцевые обмотки на разном расстоянии друг от друга (условия ассиметричности): термобатарея 40 (входная) до электронагревателя 41 и термобатарея 42 (выходная) после электронагревателя.The main elements of the heat flow meter (Fig. 7.2) include: a
Стрелками (сплошные, чередующиеся с пунктирными к стенке трубы) показано направление воздействия термопотока от электронагревателя через стенку трубы к потоку дозируемого компонента (Gдк), проходящего внутри трубы 39.Arrows (solid, alternating with dashed lines to the pipe wall) show the direction of the heat flux from the electric heater through the pipe wall to the flow of the dosed component (Gdc) passing inside the
Буквенными символами обозначены параметры:The letter symbols indicate the parameters:
- температурные:- temperature:
Т1 - температура поверхности трубы датчика до электронагревателя, определяемая температурой дозируемой жидкости;T1 - surface temperature of the sensor tube to the electric heater, determined by the temperature of the dosed liquid;
Т2 - температура поверхности трубы датчика после электронагревателя, определяемая мощностью электронагревателя (N), необходимой для обеспечения постоянства температурного перепада (ΔТ=5С) между входной и выходной термобатареями;T2 is the surface temperature of the sensor tube after the electric heater, determined by the electric heater power (N), necessary to ensure the constancy of the temperature difference (ΔТ = 5С) between the input and output thermopiles;
Тн - начальный подъем температуры поверхности трубы от воздействия электронагревателя, при этом: Тн≈Т1;Tn - the initial rise in temperature of the surface of the pipe from exposure to an electric heater, with: Tn≈T1;
Тм - максимальный подъем температуры поверхности трубы на окончании воздействия электронагревателя, при этом Тм>Т2;Tm - the maximum rise in the temperature of the surface of the pipe at the end of the electric heater, with Tm> T2;
ΔT - постоянная разность температур выходной и входной термобатарей вне зависимости от величины расхода дозируемого компонента;ΔT is the constant temperature difference between the output and input thermopiles regardless of the flow rate of the dosed component;
dT - минимальная разность температур по наружной поверхности трубы между максимальным фактическим ее достижением и показаниями выходной термобатареи, при этом dT≪Т;dT is the minimum temperature difference along the outer surface of the pipe between its maximum actual achievement and the readings of the output thermopile, with dT≪Т;
- линейные:- linear:
L1 - расстояние от входной термобатареи до начала обмотки электронагревателя;L1 is the distance from the input thermal battery to the start of the heater coil;
L2 - расстояние от конца обмоток электронагревателя до выходной термобатареи;L2 is the distance from the end of the windings of the electric heater to the output thermopile;
L3 - длина обмотки электронагревателя по поверхности трубы;L3 - the length of the coil of the heater on the surface of the pipe;
L4 - расстояние от начала обмотки нагревателя до момента начала подъема температуры поверхности трубы;L4 is the distance from the beginning of the heater winding to the moment the temperature of the pipe surface begins to rise;
L5 - расстояние от момента максимального достижения температуры поверхности трубы до расположения выходной термобатареи;L5 - distance from the moment of maximum achievement of the surface temperature of the pipe to the location of the output thermal battery;
L1>L2 - основное условие ассиметричности расположения входной и выходной термобатареи относительно электронагревателя;L1> L2 - the main condition for the asymmetry of the location of the input and output thermal batteries relative to the electric heater;
d - внутренний диаметр трубы теплового расходомера;d is the inner diameter of the pipe of the heat flow meter;
D - наружный диаметр трубы теплового расходомера.D is the outer diameter of the pipe of the heat flow meter.
На фиг.8 представлена конструктивная схема датчика - теплового расходомера.On Fig presents a structural diagram of the sensor is a heat flow meter.
Она состоит из проточной трубы датчика 39, на наружной поверхности которой последовательно расположены три кольцевые обмотки: входной термонагревательной батареи 40, электронагревателя 41 и выходной термобатареи 42, установленных внутри термоизолирующего кожуха 43, окаймленного двухстворчатой крышкой 44. На одной из створок крышки установлен разъем 45, через который выходят пять проводов.It consists of a flow pipe of the
А, В, С - трехфазное питание электронагревателя с пониженным напряжением и измененной частотой.A, B, C - three-phase power supply of an electric heater with a reduced voltage and a modified frequency.
D, Е - выход дифференциального сигнала от входной и выходной термобатарей, соединенных между собой по дифферинциальной схеме.D, E - differential signal output from the input and output thermopiles, interconnected by a differential circuit.
Торцевые части трубы датчика снабжены присоединительными фланцами 46.The end parts of the sensor tube are provided with connecting
На фиг.9 представлена каскадная система стабилизации температуры Тт (X1) РМ в реакторе по подаче дозируемого компонента Gдк из РЕ, запрограмированная в МПК 23 (фиг.1).Figure 9 presents the cascade temperature stabilization system Tm (X1) PM in the reactor by supplying the dosed component Gdk from PE, programmed in the IPC 23 (figure 1).
Она включает в себя объект управления: реактор 1, первый сумматор 47, где AT - разница между текущим (Тт) и заданным (Тз) значениями температуры РМ, регулятор температуры РМ 48; второй сумматор 49, где ΔG - разница между заданным (переменным) (G3) и текущим (Gдк) значениями расхода дозируемого компонента, регулятор расхода дозируемого компонента 50, выполненного на основе дозатора 3 с регулируемым приводом (4 и 32) (фиг.1). Интегратор расхода 51 также запрограммирован в МПК 23.It includes the control object: reactor 1, the
Через Wт(p) и WpR(p) обозначены передаточные функции регуляторов: температуры РМ и расхода дозируемого компонента Gдк.By Wt (p) and WpR (p) the transfer functions of the regulators are indicated: the temperature of the PM and the flow rate of the dosed component Gdc.
На фиг.10 представлен график сравнительной оценки длительности дозировки компонента при реализации системы управления по ближайшему аналогу [журнал "Химическая промышленность", 1991, №10, с.48-52] (τ1 - наклонная линия 1) и предложенной системы стабилизации температуры РМ с использованием статического трехканального источника питания (τ2 - наклонная линия 2). Длительность дозировки (τ1>τ2) сократилась примерно на 25-30% при управляемой подаче одного и того же первоначального объема (Vgк) дозируемого компонента из РЕ 2.Figure 10 presents a graph of a comparative evaluation of the dosage duration of a component when implementing a control system according to the closest analogue [Chemical Industry Journal, 1991, No. 10, pp. 48-52] (τ1 - sloping line 1) and the proposed temperature stabilization system RM with using a static three-channel power source (τ2 - oblique line 2). The dosage duration (τ1> τ2) was reduced by about 25-30% with a controlled supply of the same initial volume (Vgк) of the dosed component from
Работа устройства автоматического управления реактором протекает следующим образом.The device for automatic control of the reactor proceeds as follows.
В начале процесса, когда объем РМ минимальный, а следовательно, и минимальна поверхность теплообмена со стороны рубашки 5 и змеевика 6, расход дозируемого компонента и скорость вращения мешалки минимальны. По мере увеличения степени заполнения реактора 1 с регулятора температуры 48 по сигналу с первого сумматора 47 поступает команда регулятору расхода 50 (фиг.9) на увеличение подачи дозируемого компонента, в противном случае температура РМ начнет снижаться.At the beginning of the process, when the PM volume is minimal, and therefore the heat exchange surface is minimal from the side of the
Одновременно на интеграторе расхода 51 вырабатывается управляющее воздействие (Z2) на увеличение скорости вращения мешалки 8 через статический трехканальный источник питания по каналам Z2-Y2 на двигатель мешалки 9.At the same time, on the
Команда на периодическое реверсирование вращения двигателя мешалки 8 поступает с таймера, запрограммированного в МПК 23.The command for the periodic reversal of rotation of the motor of the
При снижении уровня дозируемого компонента в расходной емкости 2 до отметки расположения заборного патрубка 20 дозатора 3 с уровнемера 27 по каналу Х4 поступает команда в МПК 23 на остановку реактора.When the level of the dosed component in the
Использование изобретения, помимо сокращения длительности дозировки на 25-30%, позволяет на 6-8% увеличить выход целевого продукта и также улучшить его качественные показатели.The use of the invention, in addition to reducing the dosage duration by 25-30%, allows to increase the yield of the target product by 6-8% and also improve its quality indicators.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005112602/15A RU2299094C2 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Device of the automatic control over the reactor of the semi-continuous operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005112602/15A RU2299094C2 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Device of the automatic control over the reactor of the semi-continuous operation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005112602A RU2005112602A (en) | 2006-11-10 |
| RU2299094C2 true RU2299094C2 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=37500395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005112602/15A RU2299094C2 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Device of the automatic control over the reactor of the semi-continuous operation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2299094C2 (en) |
-
2005
- 2005-04-26 RU RU2005112602/15A patent/RU2299094C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| САХНЕНКО В.И. и др. Автоматизированная система управления реактором полунепрерывного действия. Химическая промышленность, № 10, 1991, с.48-52. САХНЕНКО В.И. и др. Безопасное управление процессом нитрования фурфурола в реакторе полунепрерывного действия. Химико-фармацевтический журнал, 1993, № 3, с.53-57. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005112602A (en) | 2006-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kowalski et al. | Expression for turbulent power draw of an in-line Silverson high shear mixer | |
| Meeuwse et al. | Multistage rotor‐stator spinning disc reactor | |
| JP5068756B2 (en) | Control system for combining materials | |
| Fair et al. | Heat transfer and gas holdup in a sparged contactor | |
| US8240908B2 (en) | Control system for and method of combining materials | |
| CN101850225B (en) | Benzene selective hydrogenation device | |
| WO2009003023A2 (en) | System and process for inhibitor injection | |
| CN108514855A (en) | A kind of reaction unit | |
| US20110178645A1 (en) | Control System for and Method of Combining Materials | |
| Despènes et al. | Impact of the material on the thermal behaviour of heat exchangers-reactors | |
| RU2299094C2 (en) | Device of the automatic control over the reactor of the semi-continuous operation | |
| Patel et al. | Effect of impeller type on continuous‐flow mixing of non‐Newtonian fluids in stirred vessels through dynamic tests | |
| US10046295B2 (en) | Methods for scale-up of continuous reactors | |
| US20040202587A1 (en) | Reactor heat transfer systems | |
| JP4705245B2 (en) | Method for continuously monitoring and controlling monomer conversion during emulsion polymerization | |
| RU2294556C1 (en) | Device for automatic control over semi-continuous action reactor | |
| WO2002088191A1 (en) | Improved reactor systems | |
| RU2294237C2 (en) | Device of the automatic control over the reactor of the semicontinuous operation | |
| Zhang et al. | Matching relation between intrinsic kinetics and liquid-liquid mass transfer of medium-rate reaction: Take 1, 1, 2-trichloroethane dehydrochlorination as an example | |
| RU86329U1 (en) | ADAPTIVE CONTROL DEVICE FOR SEMI-CONTINUOUS ACTION REACTOR | |
| RU2239223C2 (en) | Automatic control device for semi-continuously running reactor | |
| Rao et al. | Heat transfer in mechanically agitated gas-liquid systems | |
| Chavan | Close‐clearance helical impellers: A physical model for newtonian liquids at low Reynolds numbers | |
| GB2374947A (en) | Reaction system with adjustable heat transfer surface area | |
| Wadzani et al. | Design, fabrication and Characterization of a 7 Litre Esterification Reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080427 |