SU889077A1 - Способ управлени процессом перемешивани в реакторе полунепрерывного действи - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В РЕАКТОРЕ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относитс  к автомати эации процессов химической технологии , в частности к способам управлени  процессом перемешивани  в реакторах периодического (РПД) и полунепрерывного (РПНД) действи , когда в зкость реакционной массы мен етс  в широком диапазоне, и может быть использовано в химической, нефтехимической , фармацевтической, витаминной и лакокрасочной промышленности при производстве различных полупродуктов лекарственных препаратов и цластических материалов. Известен способ регулировани  про|цесса перемешивани  в аппарате с мешалкой путем изменени  скорости ее араженн  в зависимости от величины и знака отклонений уровней реакционной массы у стенки аппарата и по оси вала мешалки от установленных значений с коррекцией по глубине вихревой воронки l . Данный способ характеризуетс  невозможностью его использовани  дл  в в зких сред, где отклонение уровней и глубина образующейс  воронки измен етс  незначительно а применение только одного типа мешалки не дает существенного улучшени  условий теплои массообмена в течение всей длительности процесса. Известен способ ,, управлени  процессом перемешивани , в котором мощность , потребл емую двигателем мешалки , корректируют по в зкости реакционной массы 2 . Недостатком этого способа  вл етс  потребность в аналитическом приборе дл  измерени  в зкости реакционной массы, отличающийс  сложностью и обладающим более низкими надежностньми характеристиками в сравнении с приборами дл  измерени  температ.уры. Известен также способ управлени  процессом перемешивани  посредством использовани  нескольких разного типа. 38 мешалок, когда вал одной мешалки соосен с валом друг9й З. Недостатком данного способа  вл етс  низка  интенсивность перемешивани  реакционной массы у стенки реактора , когда в зкость ее незначительна . Кроме того, наличие сальникового уплотнени , непосредственно кон тактируемого с реакционной йассой, ограничивает область его применени , а соосность валов усложн ет механику привода мешалок, отсутствует диапазон изменени  значений в зкости или друго го параметра, по которому регулируетс  соотношение скоростей вращени  каж дои мешалки в отдельности. Наиболее близким к данному изобретению по технической,сущности и дости гаемому результату  вл етс  способ управлени  процессом перемешивани  в реакторе полунепрерывного действи  путем изменени  скорости вращени  мешалок в зависимости от в зкости перемешиваемой .среды .4. Данный способ характеризуетс  невысоким выходом целевого продукта и большой, длительностью ведени  процесса , обусловленных недостаточной интенсивностью тепло- и массообмена. Цель изобретени  - повышение выхода целевого продукта и сокращение дли тельности ведени  процесса за счет интенсификации тепло- и массообмена; Поставленна  цель достигаетс  тем что в зкость перемешиваемой среды контролируют по разности температуры измеренных около внутренней стенки реактора и оси вала  корной мешалки, при этом при значении разности темпе ратур меньшем заданного измен ют ско рость вращени  пропеллерных мешалок в Зависимости от указанной разности, скорость же враще ш   корной мешалки стабилизируют на минимальном уровне, при значении разности температур бол ше заданного измен ют скорость враще 1ШЯ  корной мешалки в зависимости от Указанной разности, скорость же вращени  пропеллерных мешалок стабили- зируют на номинальном уровне, а момент окончани  процессу перемешивани  определ ют хпри достижении указан ной разностью температур установлен . ного значени . На фиг. 1 представлен график зависимости изм-нени  величины температурного перепада (Лт) от в зкости перемешиваемой среды () и скорости 7 вращени  мешалки (h) , полученные экспериментально; на фиг. 2 - принципиальна  схема системы, реализующей данный способ. Способ осуществл етс  следующим образом. В качестве перемешиваемой жидкости с различными значени ми в зкости используют глицерин разной концентрации (.100%-ный глицерин - крива  А, 70%-ный водный раствор глицерина крива  Б, чис.та  вода - крива  В на фиг. 1). Между в зкостью перемешиваемой жидкости и величиной температурного перепада, замер емого у стенки аппарата и по оси вала мешалки, существует определенна  зависимость. Величина температурного перепада быть использована в качестве параметра , характеризующего переход процесса .в область предаварийных и аварийных релоимов, так как при прекращении работы перемешивающих устройств (поломка мешалок, отключение подачи энергии) или чрезмерном загустевании реакционной массы величина температурного перепада резко возрастает, что требует выработки соответствующих противоаварийных воздействий. К концу процесса, когда в зкость реакционной массы также увеличиваетс , величина температурного перепада может указывать на момент останова процесса и начало следующей стадии процесса. Система, реализующа  данный способ, содержит (фиг. 2) аппарат 1 с рубашкой 2, снабженный тихоходной  корной мешалкой 3, установленной по его центру и быстроходными пропеллерными мешалками 4 и 5, расположенными между валом и вертикальной частью лопасти  корной мешалки. Кажда  межалка снабжена индивидуальным электроприводом 6-8, а  корна , кроме того, редуктором 9. В днище аппарата 1 установлен клапан выгрузки ТО. Загрузка исходных компонентов происходит через, штуцера 11 и 12, Б рубашку аппарата по входному штуцеру 13 подаетс  либо хладоагент, либо теп лоно сит ель, котррый вытекает через выходной патрубок 14. Внутри реактора расположены два датчика температуры 15у стенки аппарата 1 и 16 - по оси вала  корной мешалки 3. Прибор 17 служит дл  измерени  величины температурного перепада. Блок 18 предназначен дл  определени  величины отклонени  температурного перепада от заданного значени . В блоке 19 происхо дит выработка командного сигнала дл  управлени  блоками переключени  20 и 21. Величина задающих воздействий по значению тe шepaтypнoгo перепада дл  выработки управл ющего воздействи  по изменению скорости вращени  пропеллерных мешалок вырабатьшаетс  бло ком переключени  20, а  корной мешалки - блоком переключени  21. Регу лирование скорости вращени  двигателей мешалок осуществл етс  статическими преобразовател ми частоты 22 (д пропеллерных мешалок 4 и 5) и 23 (дл   корной мешалки 3) . После загрузки исходных компонентов аппарат 1, когда в зкость реакционной массы незначительна, а следовательно температурный-перепад невелик , в качестве основного перемешивающего устройства используют быст роходные пропеллерные мешалки 4 и 5. При этом скорость их вращени  мен ют в функции текущего значени , величина температурного перепада и блок пе реключени  21 по команде от блока 19 переключает регулируемому блоку 23 задающее воздействие на изменение скорости вращени  двигател  мешалки по значению указанного параметра. Скорость вращени   корной мешалки 3 выбирают минимальной и равной заданному значению, которое подают на вход регулирующего блока 23 по команде , поступающей от блока 19. По мере протекани  процесса в зкость реакционной массы постепенно возрастает, возрастает и величина тем пературного перепада. При некотором их значении, ко-гда эффективность работы пропеллерных мещалок 4 и 5 резко падает, необходимо по сигналу от блока 18 и команде от блока 19 перейти наиспользование в качестве основного перемащивающего устройства  корной мешалки 3, а скорость вращени  пропел лерных мешалок 4 и 5 установить посто нной , равной значени м в момент переключени  режимов работы мешалок, или даже несколько снизить до значени , равного номинапьнрму (0)1 что осуществл етс  по команде блока 19 в блоке переключени  21. В качестве задающего воздействи  системы программного регулировани  скорости вращени   корной мешалки 3 служит величина температурного перепада, поступающего на вход регулирующего блока 23. С увеличением значени  этого параметра скорость вращени   корной мешалки 3 должна пропорционально уменьшатьс , чтобы предотвратить поломку мешалки при чрезмерном загустевании реакционной массы. Поскольку величина температурного перепада характеризует и качество перемепшвани  и изменение физических свойств реакционной массы, то в случае его резкого увеличени  можно зафиксировать по вление аномальных отклонений в протекании процесса: прекращение работы мешалок или чрезмерное загустевание реакционной массы. Поэтому целесообразно использовать величину температурного перепада в качестве задающего параметра автоматической системы защиты дл  выработки соответствующих противоаварийных воздействий . Дл  многих процессов, осуществл емых в РДЦ и РПНД, момент их окончани  сопровождаетс  существенным увеличением в зкости реакционной массы и следовательно температурного перепада. Поэтому целесообразно информацию о значении температурного перепада использовать в автоматической системе останова процесса и по достижении установленного его значени  прекратить процесс и переходить iK последующим технологическим операци м . Данный способ позвол ет повысить выход целевого продукта и сократить длительность ведени  процесса вследствие улучшени  условий тепло- и массообмена , когда в зкость реакционной массы мен етс  в широком диапазоне (1 -10 -lOOJ Па.с. В этих услови х в начале процесса, проводимого в РПД и РПНД, когда г зкость среды измен етс  незначительно (I -. -4) Па.с целесообразно использовать с наибольшей эффективностью скоростную мещалку (пропеллерную или турбинную) , а скорость вращени  тихоходной мешалки ( корной) устанавливать на минимально допустимом значении. Последн   в этом случае выполн ет функции подвижных отражательных перегородок реактора, что способствует дополнительной турбулизации потока жидкости в аппарате и шнимaльнoмy потреблению энергии, необходимой дл  работы  корной мешалки. Диаметральна  установка двух пропечПлерных мешалок способствует созданию более мощных осевых потоков жидкости в аппаратах болього объема. Б дальнейшем, в резул т те изменени  соотношени  концентраций исходных компонентов и образующихс  продуктов реакции, а также изменени  свойств реакционной массы просходит существенное увеличение в зкости среды, при которой эффектнаность работы быстроходной мешалки резко падает В этом случае скорость вращени  тихоходной мешалки должна быть повьшена до значени , соответствующего увеличению в зкости реакционной массы вьпие 4 Па.с. Скорость же вращени  быстроходной мешалки в,дальнейшем остаетс  посто нной, равной моменту достижени  верхнего предела значени  в зкости области ее работы или может быть, с целью сш-шени  энергозатрат на перемешивание, уменьшена до номинального значени . Работа быстроходной мешалки при номинальных или минимальных оборотах преп тствует образованию застойных зон при повышенных значени х в зкости реакционной массы. Поскольку в зкость оказывает вли ние на значение коэффициента теплоотдачи от стенки реактора к реакционной массе и на значение коэффициента теплопроводности самой реакционной массы, то по вл етс  температурный перепад между значеьшем температуры среды у стенки аппарата и по оси вала тихоходной мешалки. Величина этого перепада определ етс  в основном значением в зкости среды и интенсивностью перемешивани . Потому при управлении процесс перемешивани  в реакторах с мешалками целесообразно использовать в качестве задающего воздействи  системы регулировани  скорости вращени  каждой мешалки величину температурного перепада .

Применение данного способа управлени  позвол ет повысить эффективность перемешивани  реакционной массы в РЦЦ и РПНД и увеличить выход целевого продукта за счет создани  улучшенной гидродинамики потока в аппарате и существенно сократить длитель , ность процесса в св зи с обеспечением более интенсивного процесса теплообмена . Применительно к процессу нитровани  пиридона,  вл ющегос  промежуточным продуктом синтеза дорогосто .  щего витамина Bg, использование данного способа управлени  процессом перемешивани  позвол ет увеличить на 2-3% выход целевого продукта, почти

в два раза сократить длительность процесса и свести ее к 5-8 часам, а также повысить безопасность ведени  процесса за счет использовани  дополнительной информации по температурному перепаду в автоматизированной системе защиты.

Совместное про вление указанных факторов дает годовую экономию при

синтезе витамина Bg пор дка 100 тыс. руб. при его годовой производительности 20 тонн.

Claims (4)

1.Авторское свидетельство СССР № 689713,-кл. В 01 F 7/00, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР № 363678, кл. С 07 В 11/00, 19)1.

3.Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с Мешалками. Л., Хими , 1975,

.с. 64.

4.Авторское свидетельство СССР № 465215, кл. В 01 tJ 1/00, 1973.

V:

к,