устройство для обеспечения эффективного безопасного режима работы химического реактора

Формула изобретения

Устройство для обеспечения эффективного и безопасного режима работы трубчатого химического реактора, содержащее секционный каскадный нихромовый электронагреватель, камеру подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор, контроллер, блоки предварительной подготовки реагентов, включающие насос, емкость предварительного термостатирования и теплообменник окончательного термостатирования, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено инжекторами впрыска инициатора и теплоносителя в реактор, соединенными с камерой подачи инициатора и теплоносителя в реактор, камерой отделения мономера, инициатора, теплоносителя и конечного продукта, соединенной с блоками предварительной подготовки реагентов, малогабаритным преобразователем давления, соединенным с камерой подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор, цифровыми ампервольтметрами, расположенными на каскадном нихромовом электронагревателе, термопарами, расположенными на стенках реактора по всей его длине, при этом инжекторы впрыска инициатора и теплоносителя в реактор установлены по всей длине реактора, а блоки предварительной подготовки реагентов дополнительно снабжены автоматическими регуляторами подачи реагентов в камеру подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор.

Описание изобретения к патенту

Область применения - химическая промышленность. Изобретение предназначено для использования на предприятиях нефтехимической и химической отраслей с целью повышения надежности химико-технологических систем.

Известно устройство, содержащее установку типа трубчатого реактора, содержащее секционный каскадный нихромовый электронагреватель, камеру подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор, контроллер, блоки предварительной подготовки реагентов, включающие насос, емкость предварительного термостатирования и теплообменник окончательного термостатирования. В устройстве зон нагрева и нагреваемых частей теплообменника более одной. Межтрубное пространство теплообменника заполнено материалом, обладающим высокими теплопередающими и адгезионными к материалу труб свойствами. Трубные элементы зон нагрева и выдержки выполнены из унифицированных элементов. Нагревание в зоне выдержки осуществляется как электроподогревом, так и/или высокотемпературным теплоносителем (заявка на изобретение РФ №94035533, МПК В 01/3/04). В данном изобретении не учитывается влияние избыточного выделения теплоты на гидродинамику и тепломассообмен в реакторе, а также не предусмотрена система управления входными и выходными сигналами, отвечающая за обеспечение безопасного протекания технологического процесса. Данное изобретение не позволяет достичь безаварийного режима работы химического реактора.

Технической задачей данного изобретения является обеспечение эффективных в техноэкономическом плане и безаварийных режимов работы химического реактора.

Обеспечение эффективного и безопасного режима работы химического реактора достигается за счет того, что устройство содержит секционный каскадный нихромовый электронагреватель, камеру подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор, контроллер, блоки предварительной подготовки реагентов, включающие насос, емкость предварительного термостатирования и теплообменник окончательного термостатирования, а также инжекторы впрыска инициатора и теплоносителя в реактор, соединенные с камерой подачи инициатора и теплоносителя в реактор, камеру отделения мономера, инициатора, теплоносителя и конечного продукта, соединенную с блоками предварительной подготовки реагентов, малогабаритный преобразователь давления, соединенный с камерой подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор, цифровые ампервольтметры, расположенные на каскадном нихромовом электронагревателе, термопары, расположенные на стенках реактора по всей его длине, при этом инжекторы впрыска инициатора и теплоносителя в реактор установлены по всей длине реактора, а блоки предварительной подготовки реагентов дополнительно снабжены автоматическими регуляторами подачи реагентов в камеру подачи мономера, инициатора и теплоносителя в реактор.

Устройство для обеспечения эффективного и безопасного режима работы химического реактора представлено на чертеже.

Устройство состоит из:

Блок №1, ..., №n. Блоки предварительной подготовки реагентов, содержащие насос, емкость предварительного термостатирования, теплообменник окончательного термостатирования, также дополнительно снабжены автоматическими регуляторами подачи реагентов в камеру и теплообменник;

1...n - автоматические регуляторы подачи каждого реагента;

2 - камера одновременной подачи материалов;

3 - рабочий участок;

4 - малогабаритный преобразователь давления, регулирующий градиент давления на входе и выходе из реактора;

5 - цифровой ампервольтметр, регистрирующий изменение силы тока и напряжения на нихромовой спирали;

6 - автотрансформатор;

7 - секционный каскадный нихромовый электронагреватель;

8 - хромокапелевая термопара, регистрирующая изменение температуры вещества;

9 - разделительная камера;

10 - конечный продукт;

11 - камера подачи инициатора в пристеночную и центральную область реактора;

12 - инжектор впрыска инициатора в рабочий участок;

13 - камера подачи теплоносителя в пристеночную и центральную область реактора;

14 - инжектор впрыска теплоносителя в рабочий участок;

ПК - контроллер.

Устройство работает следующим образом: с помощью контролера осуществляется автоматическое управление процессом полимеризации, обеспечивающее роль диагностирующего и управляющего механизма. В качестве такого устройства может быть использован персональный компьютер (ПК). Данный компьютер должен быть снабжен необходимой информационной базой для сравнения полученных данных о технологическом процессе от датчиков и устройств, регулирующих гидродинамические, тепломассообменные и химические характеристики рабочей среды с данными, отвечающими оптимальному безопасному режиму всего производственного процесса.

В камеру подачи материалов (2) подаются реагенты, предварительно пройдя подготовительную процедуру, при которой подготовленный реагент предварительно термостатируется, затем из этой емкости насосом подается в теплообменник окончательного термостатирования, подключенный к термостату.

Регулирование расхода реагентов производится изменением числа оборотов соответствующих насосов и регуляторов (1, ..., n). Отметим, что температура теплообменников, обороты насосов, регуляторы подачи реагентов контролируются ПК. Перепад давления на рабочем участке (3) измеряется при помощи малогабаритного преобразования давления (4) и цифрового ампервольтметра (5), данные которого передаются на ПК.

Обогрев рабочего элемента (3) проводится секционными каскадными нихромовыми электронагревателями (7). Соответствующим переключением секций и регулированием силы тока на каждой из них достигаются тепловые граничные условия на стенке рабочего элемента. Секции электронагревателей состоят из нихромовых спиралей, соединенных в электрическую цепь с лабораторными автотрансформаторами (6) и электрическими приборами для определения силы тока и потребляемой мощности.

Контроль температуры на отдельных участках рабочего элемента производится с помощью хромокапелевых термопар (8), замеры которых подаются на ПК.

По завершении рабочего участка в камере отделения (9) отделяется конечный продукт (10) от непрореагировавших реагентов.

С помощью предложенных устройств возможно управление как расходом каждого реагента, так и регулированием его начальной температуры перед подачей его в камеру подачи материалов (2). С помощью секционных каскадных электронагревателей (6) возможно регулирование температуры на стенке рабочего элемента.

Известно, что полимеризация интенсивнее проходит сначала в центральном участке реактора, где наблюдаются максимальные значения температуры, а затем по длине реактора превращение вещества интенсивнее происходит в его пристеночной области из-за того, что время пребывания реагентов там больше, тем временем центральные слои проскальзывают и в связи с этим не успевают прореагировать. С помощью инжекторов впрыска инициатора (12) и теплоносителя (14) в реактор достигаются оптимальные условия для реагирования вещества как в центре, так и в пристеночной области реактора, исключающие возникновение высокой плотности энергии в потоке.

Таким образом, для обеспечения безаварийного режима работы технологического оборудования устанавливаются специальные датчики и устройства (описанные выше), регулирующие гидродинамические, тепломассообменные и химические характеристики рабочей среды, и выполняется присоединение этих устройств к контролеру, который должен быть снабжен необходимой информационной базой о предельно допустимых управляющих параметрах, соответствующих оптимальным и безопасным режимам работы всего производственного процесса. Контролер при выявлении характеристик рабочей среды, соответствующих критическому режиму работы технологического процесса, автоматически меняет расход и температуру каждого реагента и теплоносителя, а так же тепловые условия на стенке рабочего элемента, для предотвращения возникновения аварийных ситуаций.

Отличительной особенностью изобретения от его ближайшего аналога является следующее: изобретение включает в себя комплекс мероприятий по измерению физико-механических, гидродинамических, тепловых параметров среды и режимов работы оборудования, дальнейшей передачи этих значений на контроллер с целью их сравнения с предельно допустимыми и критическими значениями, заложенными в памяти контроллера, и выдачи сигналов для изменения параметров технологического процесса, в частности расхода, температуры жидкости на входе в трубу и температуры окружающей среды, а также теплоносителя, подаваемого в реактор через инжекторы (14), для обеспечения наиболее продуктивных и оптимальных, с точки зрения техноэкономической эффективности, режимов работы химического реактора, исключающих внеплановое увеличение температуры рабочей среды, а также возникновение аварийных ситуаций. Данные мероприятия проводятся путем прогнозирования возникновения критических режимов работы технологического оборудования, без остановки рабочего процесса. Данные от измеряющих приборов (5), (8) поступают на контроллер (ПК), который в зависимости от полученных данных регулирует время и место подачи инициатора и теплоносителя в реактор.

Изобретение относится к теплотехнике и химической технологии. Оно позволяет не только определять внутренние гидродинамические и теплофизические процессы, происходящие в потоке вязкой жидкости, но и прогнозировать, как данные процессы повлияют на характеристики рабочей среды или на качество конечного продукта.

Моделирование безопасных режимов работы химического реактора позволяет исключить самопроизвольное возникновение прогрессивного нарастания температуры, или выход из строя элементов данного оборудования.

Тем самым это способствует повышению надежности и увеличению ресурса работы данного оборудования.

Увеличивая скорость потока до предельно допустимых значений, за счет диссипации генерируется тепловая энергия, которая способствует снижению затрат электроэнергии для обеспечения необходимых температурных условий рабочего процесса.

Экономическая эффективность заключается в следующем: за счет определения диапазона значений управляющих параметров, соответствующих безопасному и наиболее продуктивному режиму технологического процесса, достигается снижение энергопотребления и уменьшение материальных затрат на починку и замену вышедшего из строя химико-технологического оборудования. Определение оптимальных техноэкономических условий работы химического реактора позволяет наиболее полно использовать его энергетический потенциал.