5.2.5. Автоматизация управления процессом алкилирования бензола

Алкилирование—процесс введения алкильных групп в молеку­лы органических и некоторых неорганических веществ. Про­цессы алкилирования являются промежуточными стадиями в производстве мономеров для синтетического каучука, моющих веществ и других продуктов.

Процесс алкилирования является каталитическим, катализа­тором служит фосфорная или серная кислота, хлорид алюминия и др. Наибольшее распространение получил процесс алкилиро­вания бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия, в результате чего получают изопропилбензол (кумол), который используют для производства фенола, ацетона, в качестве высокооктанового компонента авиационных топлив. Сырьем для производства изопропилбензола служат пропан-пропиленовая фракция, содержащая 40- 80 % пропилена, и бензол. Хлорид алюминия вводится в количестве 8-10% от алкилата. Процесс ведут при давлении 0,5-1 МПа и температуре 90-130°С.

Автоматическая система регулирования процесса алкилиро­вания бензола предназначена для поддержания оптимального соотношения бензольных и алкильных групп. Объектом регули­рования является аппарат, предназначенный для проведения процесса алкилирования бензола пропиленом. В алкилатор по­даются осушенный бензол, свежий катализаторный комплекс (СКК), пропан-пропиленовая фракция (ППФ), полиалкилбензол (ПАБ) и возвратный катализаторный комплекс (ВКК). Из алкилатора выводится реакционная масса вместе с непрореагировавшими газами (абгазы).

В отстойнике из реакционной массы отделяется увлеченный тяжелый катализаторный слой, который возвращается в алки­латор. В абгазах содержатся пары бензола, которые после улавливания возвращаются в процесс. В системе регулирова­ния, представленной на. рис.5.8, в качестве основного незави­симого параметра принят расход бензола, определяющий производительность алкилатора по сырью и в конечном итоге—по целевому продукту. Расход пропилена F_ппф поддерживается в зависимости от расходов бензола (F_б), полиалкилбензола (F_паб), катализаторного комплекса (F_кк) и давления (Р) в алкилаторе, в соответствии с линейным уравнением:

F_ппф = a₀ + a₁F_б — a₂F_паб + а₃F_кк — а₄Р,

где а₀, а₁ – а₄ — коэффициенты.

Расчет по данному уравнению производится с помощью вы­числительного устройства, реализующего операцию умножения входных переменных на постоянный коэффициент с последую­щим алгебраическим сложением результатов. Коэффициенты а₀, а₁ – а₄ определены из принятого механизма реакции и уточ­нены статистическим путем. На вычислительное устройство 14 подаются сигналы с датчиком 5, 4, 6 и 11, пропорциональные соответственно расходам бензола, ПАБ, СКК и давлению в алкилаторе. При увеличении расхода бензола и катализаторного комплекса и уменьшении расхода полиалкилбензола соразмер­но с коэффициентами а₁ - а_з увеличивается расход ППФ. Кор­рекция расхода ППФ по давлению в алкилаторе введена с целью устранения неучтенных возмущающих воздействий, например активности каталитического комплекса, качества бензола и ППФ и других факторов. При увеличении или уменьше­нии давления в алкилаторе расход ППФ соответственно умень­шается или увеличивается. Кроме того, предусмотрено регули­рование подачи свежего катализаторного комплекса и вывода из системы ВКК в зависимости от его состава, который может быть определен с помощью датчика электропроводности.

Рис. 5.8. Схема автоматического регулирования процесса алкилирования бен­зола:

1—алкилатор; 2—отстойник; 3—насос; 4—6—датчики расходов; 7—10—регуляторы расходов; 11—датчик давления; 12—регулятор давления; 13—регулятор состава катализаторного комплекса; 14—вычислительное устройство; 15—20—регулирующие клапаны

Для этого регулятор 13 состава ВКК воздействует на регулирующий клапан 19 вывода из системы ВКК и на регулятор 10 расхода СКК, изменяя тем самым их подачу в алкилатор. Например, если активность ВКК снижается, то увеличивается количество выводимого из системы ВКК и соответственно увеличивается подача СКК.