RU2046809C1 - Method of operation of simple polyester polymerization process - Google Patents
Method of operation of simple polyester polymerization process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046809C1 RU2046809C1 SU5036938/05A SU5036938A RU2046809C1 RU 2046809 C1 RU2046809 C1 RU 2046809C1 SU 5036938/05 A SU5036938/05 A SU 5036938/05A SU 5036938 A SU5036938 A SU 5036938A RU 2046809 C1 RU2046809 C1 RU 2046809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- reactor
- flow rate
- pressure
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматизации процессов полимеризации в химико-технологических производствах, в частности в производстве простых полиэфирных смол, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. The invention relates to the automation of polymerization processes in chemical engineering industries, in particular in the production of simple polyester resins, and can be used in chemical, petrochemical and other industries.
Известен способ получения простых полиэфиров путем сополимеризации окисей пропилена и этилена при повышенной температуре проводимой в две стадии [1]
В этом способе подачу окиси этилена осуществляют без учета парциального давления в реакторе, что не позволяет сократить время подачи, а следовательно, достичь максимальной производительности установки. Кроме того, отсутствие регулирования подачи охлаждающей воды в теплообменник в зависимости от загрузки реактора не позволяет точно выдерживать заданную температуру реакции, что снижает качество целевого продукта.A known method of producing polyethers by copolymerization of propylene oxide and ethylene at an elevated temperature carried out in two stages [1]
In this method, the supply of ethylene oxide is carried out without taking into account the partial pressure in the reactor, which does not allow to reduce the supply time, and therefore, to achieve maximum plant performance. In addition, the lack of regulation of the supply of cooling water to the heat exchanger depending on the load of the reactor does not allow to accurately maintain the desired reaction temperature, which reduces the quality of the target product.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом полимеризации простых полиэфиров в реакторах-полимеризаторах периодического типа путем измерения температуры реакционной массы в реакторе и теплообменнике, измерения расхода окиси пропилена, регулирования расхода окиси в зависимости от давления и температуры в реакторе и регулирования расхода охлаждающей воды в теплообменнике [2]
Однако на общее давление в реакторе, кроме парциального давления паров окиси (определяющего в конечном итоге, выделяемое тепло) значительное влияние оказывает изменяющееся в зависимости от температуры и загрузки реактора парциальное давление азота. Это затрудняет регулирование расхода окиси с целью достижения максимально возможного тепловыделения и, следовательно, максимальной скорости подачи. Вместе с тем, известный способ регулирования расхода воды не учитывает измеряющуюся в ходе процесса загрузку реактора, что не позволяет добиться необходимой точности стабилизации t реакционной массы, что отражается на качестве продукции.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of controlling the polymerization of polyethers in batch type polymerization reactors by measuring the temperature of the reaction mass in the reactor and heat exchanger, measuring the flow rate of propylene oxide, controlling the flow rate of oxide depending on the pressure and temperature in the reactor and regulating the flow of cooling water in the heat exchanger [2]
However, the total pressure in the reactor, in addition to the partial pressure of the oxide vapor (which ultimately determines the heat generated), is significantly affected by the partial pressure of nitrogen, which depends on the temperature and load of the reactor. This makes it difficult to control the flow of oxide in order to achieve the highest possible heat dissipation and, therefore, the maximum feed rate. At the same time, the known method for regulating the flow of water does not take into account the reactor load measured during the process, which does not allow achieving the necessary stabilization accuracy t of the reaction mass, which affects the quality of the product.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности за счет сокращения времени полимеризации, повышение качества готовой продукции. The technical result of the invention is to increase productivity by reducing the time of polymerization, improving the quality of the finished product.
Это достигается тем, что в способе управления процессом полимеризации простых полиэфиров в реакторах-полимеризаторах периодического типа определяют текущую загрузку реактора и текущее парциальное давление паров окиси пропилена, расход окиси регулируют по определенному парциальному давлению паров окиси, расход охлаждающей воды регулируют по отклонению измеренной температуры реакции от заданного значения с коррекцией по определенной текущей загрузке реактора. This is achieved by the fact that in the method for controlling the polymerization of polyethers in batch type polymerization reactors, the current load of the reactor and the current partial vapor pressure of propylene oxide are determined, the flow rate of the oxide is controlled by a specific partial vapor pressure of the oxide, the flow rate of cooling water is controlled by the deviation of the measured reaction temperature from set value with correction for a certain current reactor load.
Совокупность новых признаков в сочетании с известными сообщают данному техническому решению новые свойства, заключающиеся в определении текущей загрузки реактора и текущего парциального давления паров окиси пропилена (этилена), регулировании расхода окиси по определенному парциальному давлению паров окиси, регулировании расхода охлаждающей воды по отклонению измеренной температуры реакции от заданного значения с коррекцией по определенной текущей загрузке реактора, которые обеспечивают повышение качества продукции и увеличение производительности за счет сокращения времени полимеризации. The combination of new features in combination with the known ones gives this technical solution new properties, which include determining the current reactor load and the current partial vapor pressure of propylene oxide (ethylene), regulating the oxide flow rate at a specific partial oxide vapor pressure, and regulating the cooling water flow rate by deviating the measured reaction temperature from a given value with correction for a certain current reactor load, which provide an increase in product quality and an increase in productivity by reducing the time of polymerization.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы управления процессом полимеризации, реализующая данный способ; на фиг. 2 и 3 графики сопоставительного анализа. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a polymerization process control system that implements this method; in FIG. 2 and 3 graphs of comparative analysis.
Процесс полимеризации осуществляют в реакторе-полимеризаторе 1 периодического типа с выносным теплообменником 2 путем постепенного добавления к заранее загруженному форполимеру заданного количества окиси пропилена (или окиси этилена, в зависимости от стадии и марки полиэфира, далее в тексте окиси). В результате экзотермической реакции полимеризации в присутствии инертного газа (азота) образуется полимеризат высокого молекулярного веса. Тепло реакции отводится с помощью принудительного теплообмена в выносном теплообменнике 2. Процесс проводится при соблюдении ограничений на общее давление в реакторе 1 и на температуры реакционной массы в реакторе и теплообменнике. Нарушение ограничений на температуру приводит к снижению качества продукции. The polymerization process is carried out in a
Реализующая данный способ система управления включает датчик 3 общего давления в реакторе, датчик 4 температуры реакционной массы в реакторе, датчик 5 текущего расхода окиси, датчик 6 температуры реакционной массы в теплообменнике, регулятор 7 расхода окиси, регулятор 8 расхода охлаждающей воды. На схеме показаны также реализованные в управляющей ЭВМ 9 функциональные блоки: блок 10 определения текущей загрузки реактора, блок 11 определения текущего парциального давления паров окиси, блок 12 определения расхода окиси, блок 13 определения расхода охлаждающей воды. The control system implementing this method includes a
Схема управления реализуется на базе серийно выпускаемых отечественных средств автоматики и вычислительной техники. The control scheme is implemented on the basis of commercially available domestic automation and computer technology.
Данный способ осуществляют следующим образом. This method is as follows.
По измеренным датчиком 5 значениям расхода окиси с заданной дискретностью управления этим расходом (1-2 мин) в блоке 10 определяют текущую загрузку реактора Vi в каждый дискретный момент i
Vi= Vфп+uj, (1) где Vфп объем форполимера, м3;
Uj расход окиси на j-м такте, м3.According to the values of oxide consumption measured by the sensor 5 with a given discreteness of control of this consumption (1-2 min) in
V i = V fp + u j , (1) where V fp is the volume of the prepolymer, m 3 ;
U j consumption of oxide on the j-th cycle, m 3 .
Затем в блоке 11 по измеренным датчиками 3 и 4 значениям общего давления Pi и температуры в реакторе T
Pок i=Pi-PN i, (2)
PN i=(Po ˙Vг o/Тр о)/(Vг i/Т
V
PN i парциальное давление азота, атм;
Vг i объем газообразной фазы в реакторе, м3;
Тр i абсолютная температура реакционной массы в реакторе, град;
Vобщ общий объем реактора и теплообменника, м3;
Ро давление в реакторе перед загрузкой окиси, атм;
Vг о начальный объем газообразной фазы, м3, равный
Vг о=Vобщ-Vфп, (5)
Тр о температура в реакторе перед загрузкой окиси, град;
R универсальная газовая постоянная;
К коэффициент растворимости азота в щелочном полимеризате (значение величины RK, 1/град, определяется экспериментальным путем).Then, in
P ok i = P i -P N i , (2)
P N i = (P o ˙ V g o / T p o ) / (V g i / T
V
P N i the partial pressure of nitrogen, atm;
V g i the volume of the gaseous phase in the reactor, m 3 ;
T p i the absolute temperature of the reaction mass in the reactor, deg;
V total total volume of the reactor and heat exchanger, m 3 ;
P about the pressure in the reactor before loading the oxide, atm;
V g about the initial volume of the gaseous phase, m 3 equal to
V r o = V total -V fp , (5)
T r about the temperature in the reactor before loading the oxide, deg;
R is the universal gas constant;
To the coefficient of solubility of nitrogen in an alkaline polymerizate (the value of RK, 1 / deg, is determined experimentally).
Затем в блоке 12 определяет текущий расход окиси, обеспечивающий минимальное общее время подачи окиси при соблюдении ограничений на парциальное давление паров окиси. Then, in
Известно, что парциальное давление паров окиси характеризует концентрацию непрореагировавшей окиси в полимеризате. It is known that the partial vapor pressure of an oxide characterizes the concentration of unreacted oxide in the polymerizate.
Указанная концентрация определяет скорость реакции полимеризации и, следовательно, выделяемое тепло реакции. Оптимальный по общему времени подачи расход окиси соответствует максимальному расходу при соблюдении ограничений на теплосъем, а следовательно, на выделенное давление паров окиси. The indicated concentration determines the polymerization reaction rate and, consequently, the reaction heat generated. The oxide consumption that is optimal in terms of the total supply time corresponds to the maximum consumption, subject to restrictions on heat removal, and therefore on the allocated vapor pressure of the oxide.
Этот расход может быть определен, например, следующим образом. This flow rate can be determined, for example, as follows.
Пусть Ui искомый текущий расход окиси, (Ui+j), Ui+j-1,) прогнозируемое парциальное давление паров окиси в будущий момент i+j, зависящее от текущей и предыдущих подач окиси, а максимально допустимое парциальное давление паров окиси, ограниченное возможностями теплосъема. Определяют максимально возможное Ui, отвечающее условиям.Let U i be the desired current oxide consumption, (U i + j ), U i + j-1 ,) the predicted partial pressure of the oxide vapor at the future moment i + j, depending on the current and previous oxide supplies, and maximum permissible partial vapor pressure of oxide, limited by heat removal capabilities. Determine the maximum possible U i that meets the conditions.
(0,0, ui, ui-1,) ≅ , j 1,2,j, (6)
0 ≅ ui≅ , (7) где максимально допустимый расход окиси. (0,0, u i , u i-1 ,) ≅ ,
0 ≅ u i ≅ , (7) where maximum allowable oxide consumption.
Здесь будущие подачи окиси Ui+1, Ui+j=0, а предыдущие Ui-1, Ui-2 измерены.Here, future oxide feeds U i + 1 , U i + j = 0, and previous U i-1 , U i-2 are measured.
Условие (6) должно выполняться в течение j будущих тактов (на практике достаточно взять j=2, так как при будущих нулевых подачах давление паров окиси начнет резко падать). Condition (6) must be fulfilled for j future cycles (in practice, it is enough to take j = 2, since at future zero flows the pressure of the oxide vapor will begin to drop sharply).
Прогнозирование парциального давления паров окиси проводят с помощью специально определяемой модели давления, например линейной
Pi=hk·ui-k+φi, (8) где hk, K=0,1, N весовые коэффициенты линейной модели;
φi случайная составляющая.Prediction of the partial pressure of oxide vapor is carried out using a specially defined pressure model, for example, linear
P i = h k · u ik + φ i , (8) where h k , K = 0,1, N are the weighting coefficients of the linear model;
φ i is a random component.
Прогнозируемое давление паров окиси с учетом формулы (6) принимает вид
= hk+j·ui-k+, (9) где вычисляется стандартными методами прогнозирования случайных процессов.The predicted vapor pressure of the oxide, taking into account formula (6), takes the form
= h k + j · u ik + , (9) where calculated by standard methods for predicting random processes.
Рассматривая (6) в виде строгих равенств, получают для каждого j
u
С учетом ограничений (7) текущий расход окиси определяют
ui= max{0, min{u
Выбираемый согласно (11) расход окиси Ui используется в качестве уставки в регуляторе расхода окиси. В следующий дискретный момент i+1 процедура расчета расхода окиси повторяется на базе новых измерений с помощью датчиков 3, 4 и 5.Considering (6) in the form of strict equalities, we obtain for each j
u
Given the restrictions (7), the current oxide consumption is determined
u i = max {0, min {u
The oxide consumption U i selected according to (11) is used as the set point in the oxide flow controller. At the next discrete moment i + 1, the procedure for calculating the oxide consumption is repeated on the basis of new
В блоке 13 с заданной дискретностью управления подачей охлаждающей воды (15 с) определяют текущий расход воды Wi с целью поддержания температуры реакционной массы в теплообменнике Ti то на необходимом по технологическому регламенту уровне
Качество стабилизации температуры определяет качество готового продукта и может быть достигнуто только при учете меняющейся вместе с загрузкой реактора 1 инерционности охлаждаемой реакционной массы. Эта цель достигается, например, с помощью реализуемого в ЭВМ 9 цифрового ПИД-регулятора с настройкой, зависящей от определяемой в блоке 10 текущей загрузки реактора Vi (K)
Wi= A(Vi)·(T
A(Vi), B(Vi), C(Vi) настройки ПИД-регулятора, зависящие от загрузки реактора, например, линейно
A(Vi)=aVi B(Vi)=bVi, C(Vi)=cVi.
С ростом инерционности реакционной массы значения настроечных коэффициентов регулятора увеличиваются. Определяемый блоком 12 расход воды Wi используется в регуляторе 8 расхода воды в качестве уставки. В следующий дискретный момент i+1 процедура определения расхода повторяется на базе новых измерений.In
The quality of temperature stabilization determines the quality of the finished product and can be achieved only by taking into account the inertia of the cooled reaction mass changing with the loading of
W i = A (V i )
A (V i ), B (V i ), C (V i) PID controller settings, depending on the reactor load, for example, linearly
A (V i ) = aV i B (V i ) = bV i, C (V i ) = cV i.
With an increase in the inertia of the reaction mass, the values of the tuning coefficients of the controller increase. The water flow rate W i determined by
Учет загрузки реактора при расчете расхода воды блоком 13 позволяет путем надежной стабилизации температуры реакции повысить качество готового продукта. Вместе с тем это позволяет добиться с помощью расчета расхода окиси стабилизации парциального давления паров окиси вблизи максимально допустимого уровня, что приводит к сокращению времени полимеризации. Accounting for the load of the reactor when calculating the flow rate of the
П р и м е р 1 (по прототипу). Производят синтез полиэфира марки Лапром 5003-2Б-10, загрузка форполимера 2070 кг, загрузка окиси пропилена 11500 кг, загрузка окиси этилена 2100 кг. PRI me R 1 (prototype). Laprom 5003-2B-10 brand polyester is synthesized, prepolymer loading 2070 kg, propylene oxide loading 11500 kg, ethylene oxide loading 2100 kg.
Регулирование давления осуществляют путем изменения скорости подачи окиси, а регулирование температуры реакции путем изменения расхода охлаждающей воды. Pressure control is carried out by changing the oxide feed rate, and the reaction temperature is controlled by changing the flow rate of cooling water.
На графике фиг. 2 показаны изменения общего давления и температуры в процессе реакции. В условиях установившегося стационарного процесса общее среднее давление составило 3,5 кгс/см2 средняя температура реакции 114оС, при максимальном значении до 121оС. Средняя скорость подачи окиси 1,9 м3/ч. Производительность линии составила 1,0 т/ч. Получен готовый продукт с содержанием непредельных соединений (йодное число) 1,95 г J2/100 г.In the graph of FIG. 2 shows the changes in the total pressure and temperature during the reaction. In steady-stationary process conditions the overall average pressure was 3.5 kgf / cm 2, an average reaction temperature of 114 ° C, with a maximum value of up to about 121 C. The average oxide feeding rate 1.9 m3 / h. The line capacity was 1.0 t / h. Prepared finished product with a content of unsaturated compounds (iodine number) J 1.95 g 2/100 g
П р и м е р 2 (по предлагаемому способу). Синтез полиэфира марки Лапром 5003-2Б-10 производят при загрузках исходного сырья, аналогичных примеру 1. PRI me R 2 (by the proposed method). The synthesis of polyester brand Laprom 5003-2B-10 is carried out at downloads of raw materials similar to example 1.
Управление подачей окиси осуществляют по выделенному парциальному давлению паров окиси, а управление расходом охлаждающей воды по температуре реакции с коррекцией от текущей загрузки реактора. The oxide supply is controlled by the selected partial oxide vapor pressure, and the cooling water flow is controlled by the reaction temperature with correction from the current reactor load.
На графике фиг. 3 показаны общее давление и температура реакции в примере 2. В условиях установившегося стационарного процесса общее среднее давление составило 4,0 кгс/м2, в том числе выделенное парциальное давление паров окиси поддерживалось в пределах 2,4-3,0 кгс/см2. Средняя температура реакции составила 118оС при максимальном значении до 119,1оС. Достигнута средняя скорость подачи окиси 2,6 м3/ч. Производительность линии составила 1,25 м3/ч. Получен готовый продукт с содержанием непредельных соединений (йодное число) 1,45 г J2/100 г.In the graph of FIG. 3 shows the total pressure and reaction temperature in Example 2. Under steady-state steady-state process conditions, the total average pressure was 4.0 kgf / m 2 , including the allocated partial vapor pressure of the oxide was kept within 2.4-3.0 kgf / cm 2 . The average reaction temperature was 118 ° C at the maximum to about 119.1 C. An average oxide feeding rate 2.6 m3 / h. The line capacity was 1.25 m 3 / h. Prepared finished product with a content of unsaturated compounds (iodine number) J 1.45 g 2/100 g
Из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого способа управления процессом полимеризации простых полиэфиров позволяет за счет сокращения стадии полимеризации увеличить производительность одной линии на 25% и повысить качество готового продукта за счет снижения максимальной температуры (по показателю йодного числа). From the above examples it is seen that the use of the proposed method for controlling the polymerization process of polyethers allows, by reducing the polymerization stage, to increase the productivity of one line by 25% and to improve the quality of the finished product by reducing the maximum temperature (in terms of iodine number).
Внедрение способа в производство простых полиэфиров позволяет сократить длительность стадии полимеризации в среднем на 5% на каждой технологической установке мощностью 7,5 тыс. т полиэфира в год. The implementation of the method in the production of polyethers allows to reduce the duration of the polymerization stage by an average of 5% per process unit with a capacity of 7.5 thousand tons of polyester per year.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036938/05A RU2046809C1 (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Method of operation of simple polyester polymerization process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036938/05A RU2046809C1 (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Method of operation of simple polyester polymerization process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046809C1 true RU2046809C1 (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=21601669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5036938/05A RU2046809C1 (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Method of operation of simple polyester polymerization process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046809C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2141977C1 (en) * | 1998-11-06 | 1999-11-27 | Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" | Method of control of etherification process of simple polyethers |
RU2165438C1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-04-20 | Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" | Method for governing process of preparing oxyethylenated alkylphenols |
RU2265030C2 (en) * | 2004-02-06 | 2005-11-27 | ООО "Камская нефтехимическая компания" | Method to control the process of production of polyethers and demulsifying agents on their base |
-
1992
- 1992-04-10 RU SU5036938/05A patent/RU2046809C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1062217, кл. C 08G 65/06, 1983. * |
2. Технологический регламент на производство лапролов в цехе простых полимерных смол ТР 2 : 09 - 058 утв. 4.10.90 НЖК г.Нижнекамск. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2141977C1 (en) * | 1998-11-06 | 1999-11-27 | Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" | Method of control of etherification process of simple polyethers |
RU2165438C1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-04-20 | Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" | Method for governing process of preparing oxyethylenated alkylphenols |
RU2265030C2 (en) * | 2004-02-06 | 2005-11-27 | ООО "Камская нефтехимическая компания" | Method to control the process of production of polyethers and demulsifying agents on their base |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0165416B1 (en) | Method and apparatus for controlling polymerization reaction | |
RU2046809C1 (en) | Method of operation of simple polyester polymerization process | |
US4852053A (en) | Material and energy balance reconciliation | |
JPH0481601B2 (en) | ||
US7786228B2 (en) | Method for optimization of process by adjustment of initiator in polymerization system | |
EP0111341A2 (en) | Process for producing a vinyl polymer | |
CN110045764A (en) | It is a kind of based on feedforward-reaction mechanism model temperature of reactor autocontrol method | |
KR20010102026A (en) | Method for Continuously Monitoring and Controlling the Monomer Conversion During Emulsion Polymerization | |
EP0318609B1 (en) | Polypropylene impact copolymer reactor control system | |
SU1237675A1 (en) | Method and apparatus for automatic controlling of polymerization process in producing butyl rubber | |
US20050136547A1 (en) | Polymer reaction and quality optimizer | |
RU2209817C1 (en) | Butyl rubber production process control method | |
SU1016303A1 (en) | Method for automatically controlling polymerization of ethylene in tubular reactor | |
US4031297A (en) | Polymerization of monomers | |
SU1397457A1 (en) | Method of regulating process of isoprene solution polymerization | |
Joseph Schork | Design and operation of polymerization reactors | |
RU2141977C1 (en) | Method of control of etherification process of simple polyethers | |
SU1608183A1 (en) | Method of automatic control of esterification process | |
SU1186621A1 (en) | Method of automatic control for process of ethylene polymerization of ethylene copolymerization with alpha-olefins | |
SU787417A1 (en) | Method of control of continuous polymerization process in solution | |
RU2120948C1 (en) | Method of operation of oligomer synthesis process | |
SU1036360A1 (en) | Method of automatic control of continuous action reactor | |
RU2036203C1 (en) | Method for controlling thermoelastoplastic rubber polymerization process | |
SU1526811A1 (en) | Method of controlling reactor for liquid-phase exothermal periodic processes | |
RU2091398C1 (en) | Method of controlling continuous butadiene-styrene solution copolymerization process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050411 |