RU2669791C1 - Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации - Google Patents
Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669791C1 RU2669791C1 RU2018120499A RU2018120499A RU2669791C1 RU 2669791 C1 RU2669791 C1 RU 2669791C1 RU 2018120499 A RU2018120499 A RU 2018120499A RU 2018120499 A RU2018120499 A RU 2018120499A RU 2669791 C1 RU2669791 C1 RU 2669791C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- temperature
- reaction mass
- control
- polymerizer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 230000000454 anti-cipatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/12—Polymerisation in non-solvents
- C08F2/16—Aqueous medium
- C08F2/18—Suspension polymerisation
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B15/00—Systems controlled by a computer
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D24/00—Control of viscosity
- G05D24/02—Control of viscosity characterised by the use of electric means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение относится к области автоматизации работы реакторов-полимеризаторов, в частности к способу управления реактором суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора и изменения скорости вращения мешалки. Система управления процессом суспензионной полимеризации состоит из двух контуров управления. Первый контур обеспечивает заданную скорость вращения мешалки Nреактора-полимеризатора с помощью регулятора 3 (R). Второй контур обеспечивает стабилизацию температуры реакционной массы T внутри реактора-полимеризатора с помощью регулятора 8 (R). Способ заключается в том, что при изменении выходного сигнала Uс регулятора 3 (R) вырабатывается упреждающее воздействие S1 в контур стабилизации температуры реакционной массы Т в реакторе-полимеризаторе, а при изменении температуры реакционной массы вырабатывается упреждающее воздействие S2 в контур управления скоростью вращения мешалки реактора-полимеризатора. Технический результат - улучшение качества управления технологическим объектом за счет изменения динамических свойств каналов управления температурой реакционной массы и стабилизации скорости вращения мешалки реактора-полимеризатора в зависимости от состояния объекта управления и, как следствие, улучшение качества получаемого продукта. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области систем автоматического управления. Оно может быть использовано при автоматизации работы реакторов - полимеризаторов, имеющих один или несколько контуров управления, подключаемых в зависимости от динамических характеристик объекта и особенностей возмущающего воздействия.
Процессы суспензионной полимеризации являются одной из типовых технологий получения полимеров различного назначения. Данные процессы являются экзотермическими реакциями с явно выраженными нелинейными зависимостями, что приводит к возникновению различных проблем при управлении данными процессами.
Процессы полимеризации, протекающие по радикальному механизму инициирования, обладают характерной нелинейностью протекания процесса, а именно гель - эффектом, который, например, проявляется при степени конверсии 30% в случае суспензионной полимеризации метилметакрилата, 60% для стирола и 80% для винилацетата.
В момент возникновения гель - эффекта происходит резкое выделение тепла, которое может вывести реактор – полимеризатор из устойчивого состояния, а также приводит к изменению параметров объекта управления (реактор - полимеризатор), которые меняются при возникновении гель – эффекта.
Известны способы автоматического управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции в зависимости от величины отклонения значения измеренной температуры от заданного значения подачей теплоносителя и хладагента в рубашку реактора – полимеризатора (RU № 93012620 A от 20.09.96 г.). При данном способе управления процессом отсутствует возможность воздействия на температуру с помощью изменения гидродинамического режима внутри реактора - полимеризатора. Учитывать это воздействие необходимо, так как при применении аппаратов с мешалками увеличение их оборотов при значительной вязкости реакционных сред приводит как к значительному росту мощности, потребляемой мешалкой, так и к опасности локального перегрева самой реакционной массы за счет трения слоев вязкой среды, что снижает качество получаемого продукта.
Способ управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции, с помощью изменения подачи теплоносителя и/или хладагента в рубашку реактора - полимеризатора, отличающийся тем что, используется дополнительное воздействие на температуру реакционной массы путем изменения гидродинамического режима внутри реактора - полимеризатора за счет изменения заданной скорости вращения мешалки реактора – полимеризатора в дополнительном канале управления, которая корректируется в зависимости от рассчитанных по модели свойств реакционной массы (RU №2 534 365 C2 от 24.04.2012). При данном способе необходимо построить адекватную математическую модель процесса с учетом изменения вязкости реакционной массы, что не всегда возможно.
Способ управления процессом суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции, с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора - полимеризатора, отличающийся тем что, используется информация об изменении токовой нагрузки на асинхронный электродвигатель привода мешалки реактора - полимеризатора для организации сигнала упреждения на регулятор основного канала управления, который рассчитывается с помощью математической модели динамики реактора - полимеризатора (RU № 2 649 039 C1 от 30.01.2017). При данном способе необходимо построить адекватную математическую модель изменения вязкости реакционной массы, что не всегда возможно.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества управления температурой процесса суспензионной полимеризации.
Поставленная задача решается путем введения двух каналов упреждения – первый канал вырабатывает сигнал упреждения в зависимости от изменения выходного сигнала регулятора, обеспечивающего стабилизацию скорости вращения мешалки реактора – полимеризатора, а второй − в зависимости от изменения температуры реакционной массы.
Система управления процессом суспензионной полимеризации с использованием каналов упреждения изображена в виде блоксхемы на фигуре 1.
Система состоит из двух контуров управления. Первый контур обеспечивает заданную скорость вращения мешалки NЗД с помощью регулятора 3 (RN). Второй контур обеспечивает стабилизацию температуры реакционной массы Т внутри реактора - полимеризатора с помощью регулятора 8 (RT).
В первом контуре управления, заданная скорость вращения мешалки NЗД реактора – полимеризатора сравнивается с текущим значением N в элементе сравнения 2. Ошибка рассогласования εN=(NЗД-N) поступает на вход регулятора 3 (RN), стабилизирующего скорость вращения мешалки N реактора - полимеризатора. Регулятор 3 (RN) вырабатывает управляющее воздействие UN, которое подается на технологический объект управления (ТОУ) 4 в виде мощности, необходимой для вращения мешалки реактора - полимеризатора. Текущее значение скорости вращения N мешалки реактора – полимеризатора в виде обратной связи поступает в элемент сравнения 2, тем самым замыкая первый контур управления.
Во втором контуре управления, заданная температура реакционной массы TЗД сравнивается с текущим значением температуры T реакционной массы в элементе сравнения 7. Ошибка рассогласования εT=(TЗД-T) поступает на вход регулятора 8 (RT), стабилизирующего температуру реакционной массы T внутри реактора - полимеризатора. Регулятор 8 (RT) вырабатывает управляющее воздействие UT, которое подается на ТОУ 4 в виде расхода хладагента, необходимого для поддержания заданной температуры реакционной массы T внутри реактора - полимеризатора. Текущее значение температуры реакционной массы T внутри реактора - полимеризатора в виде обратной связи поступает в элемент сравнения 7, тем самым замыкая второй контур управления.
На фигуре 1 показано также, что в контур управления температурой реакционной массы Т введен канал упреждения, который включает блок корректирующего устройства (КУ1) 5, а в контур управления скоростью вращения мешалки введен канал упреждения, который включает блок корректирующего устройства (КУ2) 6.
Блок 5 (КУ1) работает следующим образом, в момент, когда вязкость реакционной массы начинает значительно возрастать выходной сигнал UN регулятора 3 (RN) начинает значительно увеличиваться и в этот момент включается в работу блок 5 (КУ1), который рассчитывает скорость изменения сигнала UN и, если она превышает заданное значение, то вырабатывается сигнала SK1, который подается на элемент сравнения 7 контура стабилизации температуры реакционной массы Т с целью обеспечения увеличения подачи хладагента в рубашку реактора – полимеризатора, избежав тем самым резкого возрастания температуры реакционной массы Т, которая начинает увеличиваться за счет увеличения диссипации механической энергии на перемешивание.
Блок 6 (КУ2) работает следующим образом: в момент, когда температура реакционной массы Т начинает значительно увеличиваться, в этот момент времени включается в работу блок 6 (КУ2), который рассчитывает скорость роста температуры реакционной массы Т и, если она превышает заданное значение, то вырабатывается сигнал коррекции SK2, который подается на элемент сравнения 1 контура стабилизации скорости вращения мешалки с целью уменьшения заданного значения NЗД скорости вращения мешалки до величины NK ЗД, что приводит к уменьшению влияния диссипации механической энергии на перемешивание на температуру реакционной массы.
Отличительной особенностью данного способа управления является отслеживание изменения выходного сигнала UN с регулятора 3 (RN) и, на его основании, выработка упреждающего воздействия SK1 в контур стабилизации температуры реакционной массы Т в реакторе – полимеризаторе, а также отслеживание температуры реакционной массы и, на основании ее изменения, выработки упреждающего воздействии SK2 в контур управления скоростью вращения мешалки реактора – полимеризатора, что позволяет улучшить качество управления технологическим объектом и, как следствие, качество получаемого продукта.
Claims (1)
- Способ управления реактором суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора и изменения скорости вращения мешалки, заключающийся в том, что при изменении выходного сигнала UN с регулятора 3 (RN) вырабатывается упреждающее воздействие SK1 в контур стабилизации температуры реакционной массы Т в реакторе–полимеризаторе, а при изменении температуры реакционной массы вырабатывается упреждающее воздействие SK2 в контур управления скоростью вращения мешалки реактора–полимеризатора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120499A RU2669791C1 (ru) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120499A RU2669791C1 (ru) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669791C1 true RU2669791C1 (ru) | 2018-10-16 |
Family
ID=63862482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018120499A RU2669791C1 (ru) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669791C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754804C2 (ru) * | 2020-02-20 | 2021-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3130187A (en) * | 1960-07-11 | 1964-04-21 | Phillips Petroleum Co | Automatic process control method and apparatus |
| SU729989A1 (ru) * | 1976-10-04 | 1985-02-28 | Предприятие П/Я В-8855 | Способ автоматического управлени температурным режимом процесса суспензионной полимеризации винилхлорида |
| SU1190372A1 (ru) * | 1983-05-10 | 1985-11-07 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Высокомолекулярных Соединений Ан Ссср | Устройство дл получени вещества с заданной в зкостью |
| SU1575158A1 (ru) * | 1987-04-10 | 1990-06-30 | Предприятие П/Я В-8415 | Способ управлени процессом эмульсионной полимеризации стирола |
| CN1390858A (zh) * | 2002-07-26 | 2003-01-15 | 重庆钢铁(集团)有限责任公司 | 一种模糊控制的聚合釜温度的全自动控制方法 |
| RU2534365C2 (ru) * | 2012-04-24 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Способ автоматического управления реактором синтеза суспензионной полимеризации стирола |
| RU2649039C1 (ru) * | 2017-01-30 | 2018-03-29 | Александр Геннадиевич Лопатин | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации стирола |
-
2018
- 2018-06-04 RU RU2018120499A patent/RU2669791C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3130187A (en) * | 1960-07-11 | 1964-04-21 | Phillips Petroleum Co | Automatic process control method and apparatus |
| SU729989A1 (ru) * | 1976-10-04 | 1985-02-28 | Предприятие П/Я В-8855 | Способ автоматического управлени температурным режимом процесса суспензионной полимеризации винилхлорида |
| SU1190372A1 (ru) * | 1983-05-10 | 1985-11-07 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Высокомолекулярных Соединений Ан Ссср | Устройство дл получени вещества с заданной в зкостью |
| SU1575158A1 (ru) * | 1987-04-10 | 1990-06-30 | Предприятие П/Я В-8415 | Способ управлени процессом эмульсионной полимеризации стирола |
| CN1390858A (zh) * | 2002-07-26 | 2003-01-15 | 重庆钢铁(集团)有限责任公司 | 一种模糊控制的聚合釜温度的全自动控制方法 |
| RU2534365C2 (ru) * | 2012-04-24 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Способ автоматического управления реактором синтеза суспензионной полимеризации стирола |
| RU2649039C1 (ru) * | 2017-01-30 | 2018-03-29 | Александр Геннадиевич Лопатин | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации стирола |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754804C2 (ru) * | 2020-02-20 | 2021-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5884929B1 (ja) | ゴム組成物の混合方法および混合システム | |
| RU2669791C1 (ru) | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации | |
| RU2679221C1 (ru) | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации | |
| NO178790B (no) | Fremgangsmåte ved fremstilling av olefinpolymerer i en autoklavrektor | |
| US4843576A (en) | Temperature control arrangement for an extruding process | |
| RU2649039C1 (ru) | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации стирола | |
| KR102360602B1 (ko) | 중합 플랜트에서 하나의 중합체 등급으로부터 또 다른 중합체 등급으로의 전이 시간의 최소화 방법 | |
| RU2754804C2 (ru) | Способ автоматического управления реактором суспензионной полимеризации | |
| RU2534365C2 (ru) | Способ автоматического управления реактором синтеза суспензионной полимеризации стирола | |
| JPS6033530B2 (ja) | 密閉型混練機の混練制御方法 | |
| Erdoğan et al. | The effect of operational conditions on the performance of batch polymerization reactor control | |
| RU2507556C2 (ru) | Управление реактором газофазной полимеризации | |
| US3351430A (en) | Method for the automatic control of reactions in continuous flow reaction series | |
| KR20010071277A (ko) | 연속 중합 공정의 온도 제어 시스템 | |
| JP2006002032A (ja) | ポリマー製造方法およびその装置 | |
| Hvala et al. | Modelling and simulation of semi-batch polymerisation reactor for improved reactants dosing control | |
| Caetano et al. | Modeling and control of an exothermal reaction | |
| RU2682173C1 (ru) | Способ проведения экзотермической каталитической реакции полимеризации в изотермическом режиме в газожидкофазном полунепрерывном реакторе смешения | |
| JP5407041B2 (ja) | ポリマー粒子製造方法及びその重合装置 | |
| EP4230289A1 (en) | Emulsion polymerization management (epm) system by proportional heating/cooling and flow controlling for consistent product qualities | |
| Joseph Schork | Design and Operation of Polymerization Reactors | |
| JPH0711148Y2 (ja) | ポリエステルの連続重合装置 | |
| RU2036203C1 (ru) | Способ управления процессом полимеризации термоэластопластов | |
| SU168441A1 (ru) | Способ автоматического регулирования процесса эмульсионной полимеризации | |
| Ogunnaike et al. | Control of polymerization processes |