Управление пусковыми режимами автоклавного реактора полимеризации этилена

• Автор: Янкина, Ирина Аркадьевна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Исследование устойчивости химических реакторов.

1.2 Математические модели полимеризационного реактора

1.2.1 Полимеризационный реактор идеального смешения.

1.2.2 Математические модели реактора полимеризации этилена с учетом смешения

1.2.3 Обзор работ, посвященных исследованию устойчивости химических реакторов с учетом смешения.

1.3 Краткий обзор способов построения систем управления пуском химических реакторов.

1.4 Постановка задач диссертационной работы

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ
2.1 Построение бифуркационных диаграмм полимеризационного реактора.
2.2Применение тепловой диаграммы для определения числа стационарных состояний системы.
2.3 Исследование устойчивости состояний равновесия химического реактора
2.4 Критерий идентификации математической модели полимеризационного реактора.
2.5 Примеры расчета функций чувствительности.
Выводы к главе.
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ РЕАКТОРОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ЭТИЛЕНА В РЕЖИМЕ ПУСКА
3.1 Алгоритмы управления пуском реактора.
3.2 Исследование зависимости области устойчивости от параметров реактора.
3.2.1 Влияние изменения геометрических параметров реактора на область устойчивости
3.2.2 Влияние изменения коэффициента теплопередачи на область устойчивости реактора
3.3 Применение алгоритмов управлением пуском реактора в тренажерных комплексах Выводы к главе
ГЛАВА 4. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОВЫМИ ПРОЦЕССАМИ РЕАКТОРА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
4.1 Описание технологической схемы получения полиэтилена высокого давления
4.1.1 Описание схемы автоматизации реактора полимеризации
4.2 Принципы построения интегрированных систем управления технологическим процессом
4.2.1 Функции 8САОА систем.
4.3 Техническое и программное обеспечение АСУ ТП полимеризации этилена под высоким давлением
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Процессы полимеризации в трубчатом реакторе и автоклаве различаются температурным режимом, рабочим давлением и временем пребывания реакционной массы в аппарате. ПЭВД, получаемый в аппаратах разного типа, различается по свойствам. Основной проблемой в производстве полиэтилена является отвод большого количества тепла, выделяемого в процессе полимеризации (теплота полимеризации 9 кДж/моль). Возможность отвода тепла определяет степень превращения этилена. Отвод тепла можно осуществить либо через стенку реактора с помощью теплоносителя, либо путем нагрева реакционной массы в начале реактора (для трубчатых реакторов). Необходимость эффективного отвода теплоты обусловлена склонностью реакции к самоускорснию. Небольшое повышение температуры в условиях затрудненного отвода тепла приводит к ускорению экзотермической реакции, что в свою очередь еще больше разогревает реакционную массу. Температура возрастает очень быстро и может привести к термическому разложению этилена []. Неустойчивость режима работы химического реактора приводит в одних случаях к остановке или сокращению производительности, в других - к браку продукта, в третьих - к аварии. Поэтому выяснение условий устойчивости рассматривается как решение задачи работоспособности и эффективности технологического процесса []. Актуальность работы. Интенсификация действующих производств за счет перевода параметров технологического процесса на критические значения является одним из основных направлений развития химической промышленности. Химические реакторы непрерывного действия, в которых протекают экзотермические реакции, входят в состав таких производств, как полимеризация этилена, стирола, винилхлорида, производство аммиака и др. Сложные условия протекания реакции предъявляют особые требования к аппаратурному оформлению и системе управления процессом. Пуск и останов химического реактора представляют собой пошаговую реализацию установленной последовательности операций, выполнение которых требует высокой квалификации операгора-технолога. Особенностью пусковых режимов автоклавных реакторов полимеризации этилена под высоким давлением является возможная потеря устойчивости, приводящая к резкому разогреву смеси в аппарате и даже её взрыву с последующим выбросом продуктов реакции в атмосферу. Кроме этого реактор, являясь одним из основных аппаратов химико-технологической установки, оказывает влияние на связанное с ним технологическое оборудование, и наоборот. Ранее были предложены [], [], [], [] различные подходы к построению систем управления пусковыми режимами полимеризационных реакторов. Однако задача разработки алгоритмов управления переходными режимами реакторов остается актуальной в виду сложности процесса полимеризации и предрасположенности к возникновению аварийных ситуаций, что отрицательно сказывается на качестве получаемого продукта, на сроках службы реакторного оборудования и на состоянии окружающей среды. Поэтому в состав системы управления технологическим процессом необходимо включение алгоритмов контроля и управления пусковыми режимами химического реактора, что снижает риск возникновения аварийных ситуаций в процессе эксплуатации данного оборудования, а также позволяет контролировать действия оператора во время проведения пуска полимеризационного реактора. Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов управления пусковыми режимами автоклавных реакторов в производстве полиэтилена высокого давления, обеспечивающих уменьшение аварийных остановов процесса за счет автоматизации пусковых операций реактора с учетом устойчивости процесса. Разработка комплекса алгоритмов управления пуском автоклавного реактора полимеризации этилена на основе математической модели. Разработка методики контроля устойчивости реактора в пусковых режимах. Выбор геометрических размеров полимеризационного реактора. Разработка рекомендаций по построению системы управления пуском автоклавного реактора полимеризации этилена. Предложена методика оценки устойчивости состояний реактора полимеризации этилена в пусковых режимах.