Спосіб регулювання синтезу хімічних продуктів, спосіб синтезу хімічних продуктів і пристрій регулювання синтезу хімічних продуктів

1. Спосіб регулювання синтезу, щонайменше, одного хімічного продукту, що протікає на установці, що містить, щонайменше, один реактор (R) типу реактора з ідеальним перемішуванням, при якому одна або декілька регулюючих величин (GC) впливають на хід синтезу, забезпечуючи рівність однієї або декількох величин, пов’язаних із властивостями продукту та/або з ходом синтезу, називаних регульованими величинами (GR), що відповідають заданим значенням (СGR), причому названий спосіб включає такі етапи: - введення заданих значень, що відносяться до регульованих величин (СGR); - обчислення за допомогою органу прогнозування (ОР) прогнозованих значень регульованих величин (РGR), на основі вимірів регулюючих величин способу (МGC), - обчислення за допомогою органу контролю (ОС) необхідни х значень регулюючи х вели чин способу (С GC ) на осно ві заданих значень (С GR) і прогнозовани х значень (Р GR) регульовани х величин; - передачу заданих значень регулюючи х величин (СGC) пристроям, що впливають, або регулюючим органам, що контролюють ці пристрої, що впливають, щоб впливати на протікання процесу; причому використовують орган прогнозування (ОР), заснований на математичній моделі способу, називаній прямою моделлю (М), який відрізняється тим, що орган прогнозування (ОР) виконаний з можливістю прогнозування маси МXR, щонайменше, одного компонента (X) у реакторі (R) відповідно до рівняння: де: FXRin - масова витрата компонента X, що входить у реактор R; tX - година перебування Х в реакторі, що складає (19) (21) 97126234 (22) 01.06.1996 (24) 15.05.2001 (31) 9500506 (32) 09.06.1995 (33) BE (86) PCT/EP96/02408, 01.06.1996 (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Де Селлієр Жак, BE (73) СОЛВЕЙ ПОЛІОЛЕФІН ЮРОП-БЕЛЬЖЕМ, С.А., BE (56) Заявка WO 93/24533. 37277 - підрахунок заданого значення температури в реакторі в залежності від одного або декількох заданих параметрів властивостей продукту і передача цього заданого значення температури одному або декільком пристроям, що впливають, що дозволяє змінювати температуру в реакторі, - підрахунок теплового балансу реактора, зокрема на основі вимірів температури, використання цього теплового балансу для визначення кількості полімеру, синтезованого в одиницю часу, та/або продуктивності каталізатора та/або концентрації, щонайменше, одного реагенту в реакторі, - підрахунок кількості тепла, що виділяється при полімеризації, за допомогою розрахунку кількості одного або декількох реaгентів, непряме визначення кількості тепла, що потрібно додати або знизити, щоб підтримувати температуру реактора, використання отриманих результатів для забезпечення більш точного регулювання температури з метою дотримання заданого значення температури, зокрема при зміні швидкості процесу. 6. Спосіб регулювання по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що властивість PXR компонента “х” у реакторі R типу реактора з ідеальним перемішуванням підраховують з урахуванням співвідношення декільком пристроям, що впливають, із метою регулювання витрати компонентів, що входять у реактор, причому головний алгоритм та/або допоміжний алгоритм використовують відповідно до одного із попередніх пунктів. 8. Спосіб регулювання по пункту 7, який відрізняється тим, що використовують головний алгоритм, що включає: - орган прогнозування, заснований на прямій моделі способу, що дозволяє робити прогнозування властивостей синтезованого продукту в залежності від вимірюваних або прогнозованих концентрацій компонентів, - орган адаптації, що порівнює прогнозовані властивості, одержані органом прогнозування, із величинами, вимірюваними на синтезованому продукті і віднімає з цього порівняльного результату параметри адаптації, що використовують як додаткові величини входу в названий орган прогнозування головного алгоритму, та - орган контролю, заснований на інверсійній моделі способу, для підрахунку в залежності від заданих значень і прогнозованих властивостей синтезованого продукту заданих значень концентрацій для допоміжного алгоритму, причому названі параметри адаптації приймають участь також як додаткові величини входу в згаданий орган контролю. 9. Спосіб регулювання по одному з пунктів 7 або 8, який відрізняється тим, що використовують допоміжний алгоритм, що включає: - орган прогнозування, заснований на прямій моделі способу, що дозволяє здійснювати прогнозування концентрацій одного або декількох компонентів на основі матеріального балансу реактора; - орган адаптації, що порівнює прогнозовані концентрації, обумовлені прямою моделлю, з вимірюваними концентраціями і віднімає з цього порівняльного результату параметри адаптації, які використовують як допоміжні вхідні величини названого органу прогнозування допоміжного алгоритму, та - орган контролю, заснований на інверсійній моделі способу і пристосований для підрахунку в залежності від заданого значення швидкості, заданих значень концентрації, що обчислюються органом контролю головного алгоритму, і від прогнозованих концентрацій, що обчислюються органом прогнозування допоміжного алгоритму, заданих значень витрат, що входять у реактор, причому названі параметри адаптації приймають участь як додаткові величини входу в названий орган контролю допоміжного алгоритму. PxR = L AG(PxIN, MxR/FxIN), де: Рх - властивість компонента х, що відповідає, по суті, закону лінійного перемішування; Рх1+2 = w1 · Pх1 + w2 · Рх2, причому, w1 і w2 - масові співвідношення двох фракцій 1 і 2 із властивостями Рх1 і Px2, які перемішують; Рх1+2 - властивість компонента х на виході з реактора, після перемішування; PXIN - властивість компонента х на вході в реактор R; MXR - маса компонента х у реакторі R; F XIN - масова витрата компонента х, що вводиться в реактор R. 7. Спосіб регулювання по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що включає такі етапи: - введення заданих значень, що відносяться до одного або до декількох властивостей синтезованого продукту, у головний алгоритм, - введення заданого значення швидкості процесу в допоміжний алгоритм, - розрахунок заданих значень концентрації компонентів у реакторі за допомогою головного алгоритму, у залежності, зокрема, від заданих значень і вимірів властивостей продукту, а також від вимірів і прогнозованих концентрацій різноманітних компонентів у реакторі; - передача заданих значень концентрації, підрахованих за допомогою головного алгоритму як величин, що вводять у допоміжний алгоритм, - розрахунок заданих значень витрати компонентів, що вводять у реактор, за допомогою допоміжного алгоритму в залежності від заданої величини швидкості процесу, заданих значень концентрації та вимірів витрати компонентів, що вводять у реактор,та - передача заданих значень витрати, підрахо ваних за допомогою допоміжного алгоритму, одному або 10. Спосіб регулювання по пункту 8, який відрізняється тим, що при здійсненні процесу полімеризації: - періодично вимірюють показник текучості розплаву (МІ) та /або стандартну об’ємну масу (MVS) полімеру та/або вміст в ньому співмономеру, - за допомогою органу прогнозування головного алгоритму обчислюють прогнозовані бруттозначення МІ і MVS у залежності від температури в реакторі і часу перебування в різноманітних пристроях полімеризаційного циклу, 2 37277 - періодично за допомогою органу адаптації головного алгоритму забезпечують повторну синхронізацію прогнозованих брутто-значень МІ і MVS, з урахуванням часу, що пройшов між моментом виміру МІ і MVS і одержанням результатів виміру, і порівняння прогнозованих брутто-значень МІ і MVS, син хронізованих з вимірюваними значеннями МІ і MVS, - обчислення параметра kMI, що множить та адаптує, застосовуваного для прогнозування бруттозначень МІ, з одержанням прогнозованого значення Ml, що відбирається, та - обчислення адитивного параметру, що адаптує, kMVS, застосовуваного для прогнозування брутто-значень MVS, щоб одержати прогнозоване значення MVS, що відбирається. 11. Спосіб регулювання по пп. 1-9, який відрізняється тим, що здійснюють регулювання процесу полімеризації етилену з одержанням поліетилену в, щонайменше, одному реакторі, у якому реагентами є етилен, водень та/або співмономер, причому реакцію полімеризації здійснюють у присутності каталізатора, та частину вмісту реактора відбирають постійно або періодично. 12. Спосіб регулювання по одному з пунктів 1-9, який відрізняється тим, що здійснюють регулювання процесу безперервного синтезу пропілену шляхом полімеризації пропілену в, щонайменше, одному реакторі, у якому реагентами є пропілен, водень та/або співмономер, причому реакцію полімеризації проводять у присутності каталізатора, та постійно або періодично відбирають частину вмісту реактора. 13. Спосіб регулювання по пунктах 9 i 11, який відрізняє ться тим, що порівнюють за допомогою органу адаптації допоміжного алгоритму обмірювані концентрації етилену (Et), водню (Ну) та/або співмономеру (Bt) із величинами, прогнозованими органом прогнозування допоміжного алгоритму, забезпечуючи визначення, щонайменше, одного з таких параметрів адаптації: - питома активність каталізатора у відношенні етилену “AEt”, що вимірюється в кг/годину одержуваного поліетилену на кг каталізатора і на кг/м 3 етилену, - похибка в коефіцієнті підсилення при вимірі витрати водню “KfHy”, - чистота подачі співмономеру “KfBt”. 14. Спосіб регулювання по пунктах 9 і 12, який відрізняється тим, що порівнюють за допомогою органу адаптації допоміжного алгоритму вимірю вані концентрації пропілену (Ре), водню (Ну) та/або співмономеру (Et) із величинами, прогнозованими органом прогнозування допоміжного алгоритму для визначення, щонайменше, одного з таких параметрів адаптації: - питома активність каталізатора у відношенні пропілену “АРе”, що вимірюється в кг/годину поліпропілену на кг каталізатора та на кг/м 3 пропілену, - похибка в коефіцієнті підсилення при вимірі витрати водню “ KfHy “, - чистота подачі співмономеру “KfBt”. 15. Спосіб регулювання по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що при здійсненні процесу полімеризації обчислюють одну або декілька властивостей полімеру одним з нижчезазначених методів, а саме: близької інфрачервоної спектроскопії (NIR) або інфрачервоної спектроскопії, що трансформується по Фур’є (FTIR), або ядерного магнітного резонансу (ЯМР). 16. Спосіб регулювання по одному з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що при здійсненні процесу полімеризації обчислюють одну або декілька властивостей полімеру, з урахуванням заздалегідь установленої поправки результатів вимірів, що корелює, виконаних за допомогою близької інфрачервоної спектроскопії (NIR) із декількома заздалегідь визначеними довжинами хвиль у залежності від природи полімеру, що вибираються між 0,8 і 2,6 мм. 17. Спосіб синтезу хімічного продукту на установці, що містить, щонайменше, один реактор типу реактора з ідеальним перемішуванням, який відрізняє ться тим, що для регулювання процесу синтезу використовують спосіб регулювання по будь-якому з попередніх пунктів. 18. Пристрій регулювання синтезу хімічного продукту на установці для синтезування, що включає, щонайменше, один реактор типу реактора з ідеальним перемішуванням, щонайменше, один засіб для введення заданого значення властивості (СGR) синтезованого продукту в обчислювальний блок, щонайменше, один засіб для введення заданого значення швидкості синтезованого продукту (СGC) в обчислювальний блок, щонайменше, один орган контролю (ОС), щонайменше, один орган прогнозування (ОР), щонайменше, один засіб для передачі заданого значення регулюючої величини (СGC) на відповідний пристрій, що впливає, який відрізняється тим, що засоби з’єднані з можливістю здійснення способу регулювання відповідно до будь-якого із пунктів 1-16. ____________________ Цей винахід відноситься до способу регулювання синтезу хімічних продуктів. Він відноситься також до регулюючого пристрою, застосованому в цьомy способі, а також, зокрема, до синте зу полімеру, що регулюється цим способом. У способі синтезу хі мічних продуктів проведеному стан дартно, ви користовують регуля тори типу PID (пропорційний - інтегральний -диференційний), для того, щоб індивідуально регулювати більш-менш значну кількість величин (температура, тиск, швидкість... ), що впливають на розвиван ня синтезу. Інакше кажучи, для кожної температури, швидкості або тиску, що регулюються, вимірюють безперервно (або переривчасто) фактичну величину, а регулятор PID порівнює цю фактичну ве личину із заданою величиною і впливає на регульовану величину та ким чином, щоб, у разі потреби, зменшити різницю між заданою величиною і величиною, що вимірюється. Промислові способи хімічного синтезу дуже складні, принаймні, більшість із них. Тому, щоб 3 37277 одержати бажані властивості синте зованого продукту, деякі задані значення різних регуля торів потрібно вивіряти ще й експериментально. З цією метою використовують методи, які експериментально визначають комбінації параметрів для одержання в ста більному режимі бажаних властивостей синтезованого продукту. З них можна виділити за допомогою більш-менш складних пристосувань (ста тистичних) експериментальні залежності між регульованими величинами і властивостями синтезованого продукту. Проте, очевидно, що ці експериментальні залежності, що існують між різними величинами, регульованими окремо, ускладнені несподіваними порушен нями, пов'язаними, наприклад, з наявністю сторонньої домішки в сировині, і таке інше, не можуть бути цілком врахова ні. Також очевидно, що класична теорія регулювання для замкнутого контуру, що ви користовує як сигнал зворотного зв'язку інформацію про обмірювані головні властивості синте зованого продукту, важко застосовується для більшості способів синте зу. Дійсно, велика кількість холостих ходів ("мертвий" час) або при здійсненні способу, або при вимірах або аналізах, що використовуються для одержання сигналу зворотного зв'язку, а також складні взаємозалежності між різними величинами, що управляють способом, роблять цю класичну теорію регулювання практично неприйнятною. Відомий також пристрій регулювання синтезу що найменше одного хі мічного продукту на установці для синтезування, що включає, що найменше, один реактор типу реактора з ідеальним перемішуван ням, який містить що найменше один засіб для вводу заданого значення власти вості (СGR) синте зованого продукту в обчислювальний блок, що найменше один засіб для вво ду заданого значення швидкості синтезованого продук ту (СGC) в обчислювальний блок, щонайменше один орган контролю (ОС), що найменше один орган прогнозування (ОР), щонайменше один засіб для передачі заданого значення регулюючої ве личини (СGC) на відповідний пристрій, що впливає (див. міжнародну заявку WO 93/24533). Відомо, що способи синтезу, особливо безперервні способи синтезу полімерів (способи полімеризації), що оснащені систе мою регулювання з експериментальним доведенням заданих значень, мають суттєві недоліки, до яких можуть бути віднесені такі: - запуск процесу синтезу займає дуже багато часу і генерує велику кількість продуктів "поза нормою", - якісні переходи дуже повільні, що також приводить до одержання великої кількості перехідних продуктів "поза нормою", - швидкість процесу, тобто маса продук ту, синте зованого на одиницю часу, важко змінюється, якщо не змінюються властивості цього продукту, - стійкість основних властивостей одного або декількох отриманих продуктів ба жає бути кращою навіть при стабільному режимі. З метою усунення експериментального доведення заданих значень, у спеціалізованій літературі було запропоновано використовувати способи регулювання синтезу, основані на використанні характе ристичних рівнянь, що моделюють ці способи, щоб привести у відповідність властивості одного або декількох отриманих продуктів з умовами роботи одного або декількох реакторів при синтезі. Тим часом, через складність характе ристичних рівнянь, до цього ча су розглядали винятково статичний випадок (стабільний режим), або обмежувалися дуже простим емпіричним моделюванням динаміки способу. Використання статичної моделі було обмежено регулюванням достатньо стабільного режиму виробництва. Проте, у випадку емпіричного моделювання ха рактеристичні рівняння діють тільки в рамках вузького інтервалу значень (у безпосередній близькості до точки, для якої було здійснене моделювання). У обох ви падках фа зи запуску і фази переходу погано піддаються регулюванню. Було б бажано, тому мати у своєму розпорядженні простий спосіб і простий регулюючий пристрій, які б добре адаптувалися до специфічних особливостей динаміки синте зу хімічних продуктів. В основу ви находу поставлено задачі розробити спосіб регулювання синтезу хі мічного продукту, спосіб синте зу хі мічних продуктів і пристрій регулювання синтезу хі мічних продук тів, у яких шляхом використання певного диференційного рівняння забезпечити регулювання параметрів синтезу Відомий спосіб регулювання синтезу, щонайменше, одного хі мічного продукту, що протікає на установці, що містить, щонайменше, один реактор (К), типу реакто ра з ідеальним перемішуванням, при якому одна або декілька регулюючих величин (ОС) впливають на хід синтезу, забезпечуючи рівність однієї або декількох величин, пов'язаних із власти востями продукту та/а бо з ходом синте зу, називаних регульованими величинами (ОК), що відповідають заданим значенням (СGR), причому, названий спосіб включає такі етапи: - ввід заданих значень, що відносяться до регульованих величин (СGR); - обчислення за допомогою органу прогнозування (ОР) прогнозованих значень регульованих величин (РGR), основі вимірів регулюючих ве личин способу (МGC), - використання органу контролю (ОС) для обчислення необхідних значень регулюючих величин способу (СGC) на основі заданих значень (СGR) і прогнозованих значень (РGR) регульованих величин; - передачу за даних значень регулюючих величин (Сос) пристроям,що впливають, або регулюючим органам, що контролюють ці пристрої,що впливають, щоб впливати на протікання процесу; причому використовують орган прогнозування (ОР), заснований на математичній моделі способу (див. міжнародну заявку WO 93/24533). Відомий також спосіб синтезу що найменше одного хі мічного продукту на установці, що містить, щонайменше, один реактор, ти пу реактора з ідеальним перемішуванням, при здійсненні якого застосовують спосіб регулювання синтезу (див. міжнародну заявку WO 93/24533). 4 37277 хі мічних продуктів, які б добре адаптувались до специфічних особливостей динаміки синтезу хімічних продуктів. Технічний результат досягається способом регулювання синтезу, що найменше, одного хімічного продук ту на установці, що містить,що найменше,один реактор (R), який може бути уподібнений реактору з ідеальним перемішуван ням, при якому одна або декілька регулюючих ве личин (GC) впливають на хід синте зу, забезпечуючи рівність однієї або декількох величин, пов'язаних із властивостями продук ту та/а бо з проходженням процесу, що називаються регульованими величинами, (GR) були рівні відповідним заданим значенням (СGR) (або, щонайменше, були якнайближче до них); причому, названий спосіб містить такі етапи: (а) - введення заданих величин, що відносяться до регульованих ве личин (СGR); (б) - підрахунок за допомогою органу прогнозування (ОР) прогнозованих регульованих величин (РGR), на основі ви мірів регулюючих ве личин способу (МGC); (в) - використання органу контролю (ОС) для обчислення необхідних значень регулюючих величин способу (СGC) на основі заданих значень (СGR) і прогнозування (РGR) регульованих ве личин; (г) - передача заданих значень регулюючих величин способу (СGC) впливаючим пристроям, або регулюючим органам, що контролюють ці впливаючі пристрої, із метою впливу на проходження процесу, у якому орган прогнозування (ОР), заснований на математичній моделі способу, яка названа прямою моделлю (М), і виконаний таким чином, що прогнозує масу МХR, що найменше, одного компонента (X) у реакторі (R) за допомогою рівняння один за одним), або за допомогою формули, що еквівалентна нижчезазначеній: y( t – T ) + u(t ) × у(t) = 1+ . У випадку, коли маси декількох компонентів підраховують ви щевказаним способом, спосіб по винаходу особливо вигідний, тому що ці маси можуть підраховуватися по черзі прости ми алгебраїчними розрахунками і часто перераховуватися (Т < < t звичайно). Навпаки, традиційні методи потребують одногодинного рішення системи диференційних рівнянь, для чого необхідний великий обсяг розрахун ків і алгоритмів, при цьому, тривалість кожного повтору підрахунку достатньо висока, і, отже, регулювання такого типу погано реагує на швидкі зміни. Процес синтезу, що регулюєть ся, може сприяти одержанню мономерного або полімерного сполучен ня; дуже гарні результа ти були отримані при регулюванні процесів полімеризації. Цей спосіб може застосовувати ся також у випадку одночасного синтезування декількох хі мічних продуктів в одному процесі. Процес може бути безперервним або переривчастим (batch). Спосіб регулювання згідно винаходу дає прекрасні результати у випадку безперервних процесів. Можливо, що регульований процес може складати тільки частину більш об'ємного процесу, інші частини якого регулюються іншими способами, або зовсім не регулюються. Для застосування способу регулювання згідно винаходу потрібно, щоб, щонайменше, один реактор міг бути уподібнений реактору з ідеальним перемішуванням, тобто реактору, у якому різноманітні величини (температура, концентрації присутніх компонентів і та ке інше) були майже ідентичні в кожній точці. Інші можливі реактори можуть бути ти пу поршня ("plug-flow"), їх моделюють математично в холості періоди ("мертвий" час). Спосіб застосовують також у процесі, що протікає в декількох реакторах, розташованих послідовно та/або паралельно, що можуть синтезувати продук ти з ідентичними власти востями або різними. Під "компонента ми" припускається сукупність речовин, що знаходяться в реакторі, та призначені для участі синте зі, і сприятливих йому: це не тільки відправні реагенти, і один або декілька синте зованих продуктів, але також і можливі сполучен ня, що не трансформуються, наприклад: розчинники, каталізатори і таке інше. Установка, у якій протікає процес, може в разі потреби містити в собі крім одного або декількох реакто рів, і інші класичні пристрої, такі як редуктори, стрипери, конденсатори, сушильні апарати, дистиляційні колонки і таке інше. Звичайно ці додаткові пристрої можуть використо вува тися також як реактори (з ідеальним перемішуван ням, або поршневого ти пу), навіть якщо в ни х не відбувається ніякої хімічної реакції. У випадку способу полімеризації "ве личинами, що ха рактеризують властивості продукту", MXR = L AG (FXRin · t X · tX) у якому FXRin - масова витрата компоненту X, що вводиться в реактор R; tХ - час перебування Х в реакторі (ста ла часу), який складає tХ = MXR/(SFxdis) у якому: МХR - означає останню підраховану величину маси компоненту X, що знаходиться в реакторі R; SFxdis означає суму всі х масових ви трат Fxdis, із якими компонент Х видаляється з реактора R, зокрема, у результаті реакції та/або через вихід реакто ра; функція у = LAG (u, t) - це рішення диференційного рівняння u=t· T t(t ) T t(t ) dy + y, dt що підраховується при миттєвих значеннях величин u та t, а та кож при останньому підрахованому значенні величини у. Перевага цього способу в тому, що диференціальне рівняння, показане вище, ви рішуєть ся простим алгебраїчним способом, наприклад, за допомогою такої формули (Т означає тимчасовий інтервал, звичайно незначний стосовно t, що розділяє розрахун ки, що слідують 5 37277 Звичайно сума SFxdis усіх масових витрат (Fxdis), із якими компонент Х віддалиться з реактора R, складається з двох чле нів: FRX означає масову ви трату, по якій Х споживається однією або декількома можливими хімічними реакціями; FXout означає можливу масову ви трату компонента X, що ви ходить із реакто ра шляхом витягу під час реакції (у зви чайному випадку), коли Х не цілком поглинений реакцією в цьому реакторі, або шляхом випарювання у випадку відкритого реактора. Спосіб характеризується тим, що Fxdis звичайно пропорційні MXR; наприклад, маємо звичайно FXout= MXR / tR (tR - позначає час перебування реактора R), а можуть бути, наприклад: молекулярна маса, показник текучості в розплаві, стандартна щільність, утримання сомономеру, якщо сомономер є присутнім, і таке інше. "Величини, пов'язані зі способом" - це, насамперед, температура і тиск у реакторі, швидкість протікання процесу, концентрація різноманітних реагентів у реакторі і таке інше. Під швидкістю процесу розуміють масу о триманого продукту на одиницю часу, що, проте, не дорівнює витратам синте зованого продукту, що ви ходить із реактора: наприклад, зокрема, у фа зах запуску масова витрата синтезованого продукту, що виходить із реактора, є дуже маленькою можна сказати нульовою, незважаючи на те, що синтез уже почався, тобто можна сказати, що ця витрата, що ви ходить із реактора, менше, чим швидкість процесу. У стабільному режимі, навпаки, можна асимілювати швидкість масі синтезованого продукту на одиницю часу. Прикладами "регулюючих величин" є витрати реагентів, що вводяться у реактор, потужність, що подається до пристроїв, що підігрівають, і таке інше. Це величини, що дозволяють впливати на протікання процесу, а також на властивості синтезованого продукту. Одне або декілька заданих значень однієї або декількох регулюючих ве личин передаються безпосередньо або побічно класичним пристроям, що вп ливають, та ким як ванна, підігрівники і таке інше. "По бічно" означає, що регулюючі величини можуть передаватися через один або декілька регулюючих органів (контролюючих зви чайно одну перемінну величину, наприклад, регулятори PID) контролюючі одне або декілька пристроїв, що впливають (регулювання "локальне"). У матеріальному плані орган, що прогнозує, і контролюючий орган є звичайно класичними обчислювальними пристроями, що дозволяють робити розрахунки в залежності від їхнього монтажу або їхнього програмування: тут можна говорити, зокрема, про ЕОМ або цифрові системи "контролькерування" (SNCC). Один пристрій може вигідно комбінувати функції прогнозування і функції контролю. Одне або декілька використовува них обчислювальних пристроїв є, переважно, цифровими пристроями і подають результати їх розрахун ків періодично (переривчасто). Тимча сові інтер вали, що розділяють подачу ци х ре зультатів, можуть змінюватися у ча сі і можуть відрізнятися в залеж ності від бажаного результа ту: ясно, що ве личини з швидкою зміною повинні перераховуватися частіше, чим величини з повільною зміною. Для матеріального моделювання холости х хо дів ("мертвого" ча су) ви користовують регістри розбіжностей. Орган, що прогнозує, заснований на прямій математичній моделі способу (М), у якому реактор (R) уподібнений реактору з ідеальним перемішуванням; один або декілька чистих періодів ("мертвий" час) можуть бути прийняті до уваги в разі потреби, щоб зіграти роль можливих реакторів поршневого ти пу, можливих затримок одержання результатів ви міру. Контролюючий орган заснований переважно на інверсії прямої моделі, використовуваної в органі прогнозування (інверсійна модель). FRХ =RХ · MХR RX - означає реактивність Х в реакто рі R. В цьому ви падку ви раз, що дає tХ, спрощується і стає tX = 1 / (R X + 1/tR). Це вираз не залежить від MXR, що складає вкрай цікаве спрощення. Інша перевага способу згідно винаходу полягає в періодичному підрахунку ча су перебування tХ. Дійсно tХ добре подає динаміку компонента, аналізованого в реакторі. Це дозволяє, зокрема, спостерігати за розвитком даного параметра, що дуже важливо для розуміння динаміки процесу, і, отже, для його регулювання. Навпаки, емпіричні способи, типу "чорний ящик" (boite noire) не дозволяють одержати доступ до цього параметра. Переважно, підрахунок прогнозованих регульованих ве личин (РGR) може додатково враховувати одне або декілька вимірів регульованих величин (МGR), що регулюють величина (МGC) та/а бо інши х ве личин, пов'язаних із протіканням процесу (МAP). Є перевагою також те, що розрахунок заданих значень регулюючих ве личин способу (СGC) може додатково враховувати одне або декілька вимірів регульованих ве личин (МGR), регулюючих величин (МGC) та/або інши х ве личин, пов'язаних із протіканням процесу (МAP), ідентичних або відмінних від величин, узятих, у разі потреби, у розрахунок при обчисленні прогнозованих регульованих величин (РGR). Всі виміри, про які мова йде в даному описі, не є обов'язково прямими вимірами, у тому розумінні, що одне або декілька з них можуть, у разі потреби, бути ви ведені логічно, тобто ці величини можуть бути отримані шляхом обчислення з одного або декількох прямих вимірів. Так наприклад, швидкість деяких екзотермічних способів синтезу не може вимірюватися безпосередньо, але її можна вивести наприклад, із прямих вимірів витрати і температур на вході і виході о холоджуючої рідини. У окремому випадку способів полімеризації, одне або декілька власти востей полімеру, що підлягають регулюванню, це - питома об'ємна маса (MVS) полімеру, реологiчні властивості полімеру в розплавленому стані й утримання сополімера в ньому. Зокрема, одне або декілька реологiчних 6 37277 властивостей, що беруть участь у способі регулювання, це, переважно, показник текучості розплаву (melt index) полімеру та/а бо вимір грузькості. Для розрахун ку одного або декількох властивостей полімеру переважно використовують близьку інфрачервону спектроскопію (NIR), інфрачервону спектроскопію, трансформовану по Фур'є (FTIR) і ядерний магнітний резонанс (NMR). Зокрема, переважно можна оцінити одне або кілька властивостей полімеру, застосовуючи співвідношення заздалегідь уста новленої кореляції з результа тами вимірів, виконаних за допомогою близької інфрачервоної спектроскопії з кількома довжинами хвиль, обумовленими в залежності від природи полімеру, і що ви бираються між 0,8 і 2,6 мм. Ще більше подробиць, що стосують ся виконання таких ви мірів у рамках регулювання способів полімеризації, можна знайти в заявці на патент ЕР 328826 (US, 5155184). Щоб врахува ти можливі розбіжності між вимірами і прогнозуванням регульованих ве личин, потрібно удаватися до корекції. Перший тип корекції складається в тому, що задане значення, щонайменше, одної регульованої величини (СGR) коректуєть ся на основі неузгодженості (яка переважно фільтрується) між виміром (МGR) і прогнозуван ням (РGR) цієї регульованої величини, таким чином, щоб регулювання було ефективним (МGR= СGR) навіть при наявності похибки в прогнозуванні цієї регульованої величини. Цей метод корекції звичайно називається "internal model control" (IMC). Другий тип корекції складається в тому, що модель способу (М) періодично адаптуєть ся на основі неузгодженості (яка переважно фільтрується) між прогнозованими регульованими величинами (РGR) i регульованими величинами (МGR), що вимірюються, та ким чином, щоб модель способу давала найбільш близькі прогнозовані величини (РGR) (ідеально, рівні) що вимірюються величинами (МGR), що просто необхідно для ефективного регулювання. Адаптація складається в повторному вимірі моделі, тобто в повторному підрахунку одного або декількох параметрів: нормально, коли число перелічених параметрів не перевищує число регульованих величин, для яких є одночасним одне прогнозування й один вимір. Часто бажана повторна синхронізація (коригування в часі) цих вимірів, особливо, коли мова йде про виміри властивостей синтезованого продукту, тривалість одержання котрого достатньо велика. Цей другий тип корекції найбільше вигідний тоді, коли адаптують динаміку моделі. Адаптація стосується не тільки моделі способу (орган прогнозування), але також і інверсійної моделі (орган контролю). Відповідно до кращого ва ріанта, ви міри (MGR) регульованих величин беруть участь тільки в можливій адаптації моделі способу, і не приймають участі безпосередньо в намірі заданих значень регулюючих величин способу (CGC). Це значить, регульовані величини, що вимірюються, не вступають у власне регулювання: перевага цього в то му, що якість регулювання не залежить від швидкості наміру власти востей хімічного продукту. Інший аспект винаходу сто суєть ся способу регулювання, описаного вище, застосовуваного в процесі полімеризації, що вк лючає один або декілька етапів додаткових: - підрахунок заданого значення температури в реакторі в залежності від одного або декількох значень властивостей продукту; повідомлення цього заданого значення температури одному або декільком пристроям, що впливають, що дозволяє змінювати температуру в реакторі (у разі потреби, побічно, тобто через один або декілька органів регулювання, наприклад, через регуля тори PID, що контролюють одне або декілька пристроїв, що впливають); - підрахунок теплового балансу реактора, зокрема, на основі ви мірів температури; використання цього теплового балансу для визначення кількості полімеру, синте зованого на одиницю часу (швидкість) та/або продуктивності каталізатора та/або концентрації, щонайменше, одного реагенту в реакторі; - підрахунок кількості тепла, що виділяється при полімеризації, на основі підрахунку кількості одного aбo декількох полімерізуємих реагентів непряме визначення кількості тепла, яке потрібно додати, або знизити, щоб підтримати температуру реактора; використання отриманих результатів (наприклад, че рез пряму подачу) для поліпшення регулювання температури з метою дотримання заданого значення температури, зокрема, у випадку змін швидкості процесу. Ці варіанти засновані на зв'язку, що існує між кількістю одного або декількох реагентів, що беруть участь у реакції, і кількості тепла, що виділяється або поглинається в процесі реакції. Відповідно до одного переважного варіанта, властивість (РхR) компонента "х" у реакторі R, уподібненому реактору з ідеальним перемішуванням, підраховують у такий спосіб: PXR = L AG (PxIN, MXR / FxIN), де "Рх" - це властивість компонента "х", що відповідає, в основному, закону лінійного перемішування: Рx1+ 2= w1P X1+ w2Px2, w1 і w2 подають масові співвідношення двох фракцій 1 і 2 власти вості Рх1 і Рх2, які перемішують (w1 + w2= 1); Рx1+ 2 - властивість компонента "х" на виході з реактора після перемішуван ня; PXIN - властивість компонента "х" на його вхо ді в реактор R; MXR маса компонента "х" у реакторі R, F XIN масова витрата компонента "х", що входить у реактор R. Ма тематичне перетворення дозволяє іноді робити лінійними (адитивними) деякі величини, що не є ними: наприклад, показник текучості розплаву полімеру (melt index) не відповідає закону лінійного перемішування, але його логарифм; розрахунок Рх1+ 2 показаний вище, провадиться тепер на логарифмі цього параметра. Відповідно до іншого кращого ва ріанта, спосіб регулювання згідно винаходу включає та кі етапи: 7 37277 - вводу заданих значень, що відносять до одного або декількох власти востей синтезованого продукту в го ловний алгоритм, - вводу заданого значення швидкості в допоміжний алгоритм; - підрахунок заданих значень концентрації компонентів у реакторі за допомогою го ловного алгоритму, у залежності, зокрема, від заданих значень і властивостей продукту, що вимірюються, а також від обмірюваних і прогнозованих концентрацій різноманітних компонентів у реакторі; - передача заданих значень концентрації, підрахованих за допомогою головного алгоритму, як величини вхо ду в допоміжний алго ритм; - підрахунок заданих значень витрати компонентів, що вхо дять у реактор, за допомогою допоміжного алгоритму залежності, зокрема, від заданого значення швидкості, заданих значень концентрації і вимірів витрати компонентів, що входять у реактор, і - передача заданих значень витрати, що підраховуються за допомогою допоміжного алго ритму, одному або декільком пристроям, що вп ливають (у разі потреби, побічно, тобто через один або декілька регулюючих органів, наприклад, регуля тори PID, що контролюють одне або декілька пристроїв, що вп ливають), із метою регулювання витрат компонентів, що входять у реактор. У цьому способі головний алгоритм та/або допоміжний алгоритм застосовуються, як описано вище, тобто ви користовують функцію LAG для обчислення маси, щонайменше, одного компонента в реакторі. Головний і допоміжний алго ритми застосовують також за допомогою одного або декількох класичних обчислювальних пристроїв. Відповідно до одного переважного варіанта, усі розрахунки (прогнозування, контроль і т.д.) провадяться тим самим обчислювальним пристроєм. Переважно, обмірювані температури (наприклад, температури в реакторі, та/або температури на вході та/а бо виході охолоджуючої рідини) беруть участь як додаткові ве личини вхо ду в ор ган прогнозування та/або контролю. Переважно, допоміжний алгоритм враховує також обмірювані значення композиції компонентів, що присутні у реакторі, або виходять із реактора. Спосіб регулювання згідно винаходу включає також етап розрахун ку за допомогою допоміжного алгоритму, у залежності від вимірів витрат, прогнозованих концентрацій, переданих головному алгоритму для обчислення прогнозувань властивостей, що служать додатковими величинами входу при обчисленні заданих значень концентрацій. Алгоритми головний і допоміжний формують регулювання типу каскад, або східчасте регулювання. Особливо вигідно, щоб головний алгоритм та/або допоміжний алго ритм були адаптивні, тобто щоб деякі з їхніх параметрів періодично перечитува лись (із регулярними або нерегулярними інтервалами). Така адапта ція дозволяє, зокрема, гарантувати, що математична модель найбільш вірно описує спосіб у його поточному стані, навіть у випадку зміни деяких операційних умов (температура, тиск, швидкість і таке інше) і у ви падку порушень (отруєн ня каталізатора... і таке інше). Головний алгоритм здійснює контроль за властивостями хімічного продукту за допомогою моделі, заснованої на характеристичних рівняннях, що призводять у відповідність властивості продукту з концентраціями різноманітних компонентів у реакторі, а також, у разі потреби, із температурою в реакто рі. Допоміжний алгоритм регулює концентрації одного або декількох компонентів, діючи на витрати подачі одного або декількох компонентів, можливо різних. Перевага цього каскаду "головний-допоміжний" складається в тому, що го ловна модель із точністю визначає концентрації компонентів, необхідних для одержання бажаних властивостей у синте зованого продукту, і що до поміжний алгоритм забезпечує дотримання значень, визначених головною моделлю. Ке рована головною моделлю, допоміжна модель спроможна: - швидко довести концентрації до величин, обумовлених головною моделлю, і підтримувати їх у цьому стані; - ефективно контролювати швидкість процесу, не порушуючи концентрації. Цей каскад "головний - допоміжний" особливо ефективний, так і головний і допоміжний алгоритми враховують динаміку способу завдяки використанню в намірах функції LAG. Допоміжний алгоритм може подавати головному алгоритму прогнозовані стійкі концентрації. З цих прогнозованих концентрацій, що вимірюються, головний алгоритм вичитає прогнозуван ня стійких властивостей продукту, що вже підійшов до стадії синте зування в реакторі. Порівнюючи ці прогнозовані власти вості з заданими значеннями властивостей, головний алгоритм може, у разі потреби, втрутитися і скорегувати задані значення концентрацій. Ця корекція можлива навіть перед появою розбіжності між змінюваною величиною і її заданим значенням. З огляду на прогнозовані властивості, отримані на основі прогнозованих або обмірюваних концентрацій, можна значно скоротити тимчасові коливання властивостей синтезованого продукту, результатом чого є сталість (надійність) якості продукту. Якщо власти вості синтезованого продукту залежать від температури в одному або декількох реакторах, найкраще передбачити регулювання температури за допомогою допоміжного алго ритму. До поміжний алгоритм установлює тепловий баланс кожного реактора і визначає на підста ві наміру швидкості кількість тепла, що потрібно додати або зменши ти, щоб не порушити задані значення температури, підрахова ні головним алгоритмом. З цих результатів він вичитає задані значення входу засобів теплового регулювання установки для протікання синтезу. Потрібно уточнити, що цей спосіб дозволяє впливати на органи теплового регулювання установки, навіть перед тим, поки температура не почне змінюватися. Обмірювані температури входять у допоміжний алгоритм переважно як додаткові величини вхо ду. Головний алгоритм включає переважно таку структуру: - орган прогнозування, заснований на прямій моделі способу, що дає прогнозовані властивості синте зованого продукту в залежності від вимірю 8 37277 ваних та/а бо прогнозованих концентрацій компонентів; - орган адапта ції, що порівнює прогнозовані властивості, що підраховуються органом прогнозування з ефективно обмірюваними величинами, та вичитає з цього порівняння параметри адаптації, причому названі параметри адаптації вхо дять як додаткові величини величин входу в названий орган прогнозування головного алгоритму, та - орган контролю, заснований на інверсійній моделі способу, для підрахунку, у залежності від заданих значень і прогнозованих властивостей синте зованого продукту, задані значення концентрацій для допоміжного алгоритму, причому названі параметри адаптації вхо дять також як додаткові величини входу в названий орган контролю. Допоміжний алгоритм включає переважно таку структуру: - орган прогнозування, заснований на прямій моделі способу, що дає прогнозовані концентрації одного або декількох компонентів на основі матеріального балансу в реакто рі; - орган адапта ції, що порівнює прогнозовані концентрації, підрахова ні прямою моделлю, з концентраціями, що вимірюються, та вичитає з цього порівняння параметри адаптації, причому, названі параметри адаптації вхо дять як додаткові ве личини вхо ду в названий орган прогнозування допоміжного алгоритму; та - орган контролю, заснований на інверсійній моделі способу, щоб підраховувати, у залежності від заданого значення швидкості, заданих значень концентрації, підрахо ваних органом контролю головного алгоритму, і прогнозованих концентрацій, підрахованих органом допоміжного, алгоритму, що прогнозує, задані значення витрат, що входять у реактор, причому, названі параметри адапта ції вхо дять як додаткові величини входу в названий орган контролю допоміжного алгоритму. Динаміка способу переважно описана і розрахова на за допомогою функції типу у = L AG (u, t). Ця функція є вирішенням диференціального рівняння u=t· - точність навіть при наявності порушень: пряма модель і інверсійна модель повторно калібруються безупинно, використо вуючи властивості, що ви мірюються, (адапта ція); - тривалість дії: алгоритм зберігає свою дію під час переходів швидкості і якості, а також під час запусків і припинень (приведення в рівняння динаміки способу, ви користання прогнозованих величин, виміри яких включають значну кількість холостих хо дів ("мертвий" час); - простота: протікання процесу і застосування способу достатньо легкі завдяки оригінальному методу упорядкування рівняння динаміки способу (функція LAG). Спосіб регулювання синтезу моделюється, таким чином, у вигляді "моделі розпізнавання", тобто модель способу розробляється на основі рівнянь, що відбивають детальне фізико-хімічне протікання способу. Такий підхід дозволяє одержувати за допомогою простої у математичному плані сукупності рівнянь, результа ти, що перевершують ті, що були б отримані за допомогою експериментальної моделі типу "чорний ящик", забезпечуючи, зокрема параметрами, що співвідносяться з реальними величинами, і найкращу слушність за межами ідентифікаційного просто ру (екстраполяція). Більшість експериментальних моделей використовують складні рівняння, часто верхнього порядку, якщо хо чуть одержати правильну модель динаміки процесу, а параметри (зокрема, постійні часу) повинні бути ідентифіковані в точці точного спрацьовування; модель дійсна тільки в безпосередній близькості до цієї точки спрацьовуван ня. Таке наближення може бути насилу поширена на велике число точок спрацьовування в реальному процесі хі мічного синте зу, у якому беруть участь численні параметри. Навпаки, у способі регулювання по винаходу, використовують сукупність рівнянь простих, чисто ста тистичних: ди наміка способа моделюється простими функціями (див. функцію LAG, показану вище). Час перебування (константи часу рівнянь) переважно можуть перераховувати ся так часто, як це необхідно, що не викликає ніяких проблем через простоту рівнянь. У кінцевому рахун ку, одержують сукупність рівнянь надзвичайно легких для розрізнювання у реальному часі навіть при високій частоті повторень. Запропонований спосіб регулювання з найбільшою перевагою застосовується, зокрема, при синте зуванні, особливо безупинному, полімерів (полімеризація), і особливо при безупинній полімеризації олефінів, таких як етилен або пропилен, як у рідкій фазі, так і в га зовій. Технічний результат до сягається також способом синтезу, що найменше, одного хі мічного продукту на установці, що містить, щонайменше, один реактор типу реактора з ідеальним перемішуванням, у якому, згідно винаходу, для регулювання процесу синтезу ви користо вують вищезазначений спосіб регулювання. Зокрема, дуже гарні результати були одержані при регулюванні безупинного синте зу поліетилену шляхом полімеризації етилену в, щонайменше, одному реакторі, причому реагенти містили етилен, водень та/або один сомономер на вибір. Реакція полімеризації протікала в розчиннику dy + y, dt де аргументи u і t змінюються у ча сі. Використання цієї функції відповідно теоремам 1 і 2, показаним вище, дозволяє послідовним опрацюванням вирішувати матеріальні баланси, використо вува ні допоміжним алгоритмом і описувати кінетику способу простими характеристичними рівняннями в головному алгоритмі. Функція LAG дозволяє також значно скоротити обсяг необхідних розрахун ків і робить марним використання швидких і потужних обчислювальних машин. До того ж ця функція дозволяє достатньо просто встановлювати пряму й інверсійну моделі способу або деяких його частин. Головні якості запропонованого регулювання можуть бути резюмовані таким чином: - передбачення: регулювання починати коректувати порушення, що вимірюються, вже перед тим, як їхній ефект почне позначатися на вимірах властивостей (використання прогнозованих концентрацій, прогнозованих властивостей і прогнозованих температур в алгоритмах); 9 37277 у присутності каталізатора, причому одна частина вмісту реакто ра відбиралася безупинно або переривчасто. Цей процес може однаково добре протікати як у рідкій фазі, так і в газовій, переважно його здійснюють у рідкій фазі (у розчиннику). Спосіб по винаходу застосовують аналогічним чином при синтезі пропилену (головним вихідним мономером є в даному випадку, пропілен замість етилену), якщо процес розвивається в газовій фазі, може також бути присутнім пропан. Для пропилену показник текучості у розплаві часто позначений як MFI замість Ml. Технічний результат досягається також пристроєм регулювання синтезу, щонайменше одного хі мічного продук ту на установці для синтезування, що включає, що найменше, один реактор типу реактора з ідеальним перемішуванням, який містить, що найменше один засіб для вво ду заданого значення власти вості (СGR) синтезованого продукту в обчислювальний блок, щонайменше, один засіб для вводу заданого значення швидкості синтезованого продук ту (СGC) в обчислювальний блок, що найменше один орган контролю (ОС), щонайменше, один орган прогнозування (ОР), щонайменше, один засіб для передачі заданого значення регулюючої величини (СGC) на відповідний пристрій, що впливає, у якому, згідно винаходу, засоби з'єднані з можливістю здійснення вищезазначеного способу регулювання. Більш того, ви нахід сто сується також пристрою регулювання синтезу хі мічного продук ту в установці для синте зу, що містить, що найменше, один реактор, причому, названий пристрій містить: - що найменше, один обчислювальний блок; - засоби для вводу заданих значень властивостей синтезованого продукту в обчислювальний блок; - засоби для вводу заданих значень швидкості синтезованого продукту в обчислювальний блок; - органи виміру витрати розріджувачів, що вводяться у реактор; -органи виміру композиції розріджувачів, що виходять із реактора; - органи регулюючі витрати (пристрої, що впливають), для регулювання витрат розріджувачів, що вхо дять у реактор; - засоби зв'язку між назва ним обчислювальним блоком, названими органами, що вимірюють витрати і названі регулюючі органи; пристрій, у якому: - маса, що найменше одного компонента підраховується функцією LAG, як показано вище; - обчислюваль ний блок спроможний підраховува ти за до помого ю го ловного а лго ритму, у за лежності від за дани х значень вла сти востей , за дані значен ня концентра ції реа ген тів у реакто рі; - обчислювальний блок спроможний підраховувати за допомогою допоміжного алгоритму, у залежності від заданих значень продуктивності і заданих значень концентрації задані значення витрати розріджувачів, що входять у реактор, причому, ці задані значення витрати передаються як задані значення вхо ду орга нам, що регулюють витрати; - ви міри, вироблені органами виміру витрат, вхо дять як додаткові величини вxоду в названий допоміжний алгоритм, щоб дозво лити йому, у залежності від цих вимірів, підрахува ти прогнозовані концентрації; ці прогнозовані концентрації вхо дять у головний алгоритм для підрахун ку прогнозованих властивостей, ви користовува них як додаткові величини входу в підрахун ку заданих значень концентрацій. Винахід відноситься також до регулюючого пристрою, та кому як описано вище, у якому: - система для синтезу включає: - органи теплового регулювання, спроможні контролювати температуру в реакто рі, та - датчики температур; - головний алгоритм, що підраховує, у залежності від заданих значень властивостей, задані значення температури в реакторі; -допоміжний алгоритм, спроможний: - підраховувати тепловий баланс у реакторі, - розв'язати один або декілька теплових балансів для визначення тепла, що потрібно додати або зменшити в син тезі, щоб додержатися заданих величин температури; - та ви читати з цього або цих теплових балансів задані значення входу для органів теплового регулювання реактора; - та приймати як додаткові ве личини входу виміри, вироблені датчиками температури. Винахід відноситься також до пристрою, такому, як описано вище, у якому виміри, вироблені датчиками температури, вхо дять як додаткові величини входу в го ловний алгоритм. Винахід відноситься також до пристрою, такому як описано вище, що вк лючає: - щонайменше, один аналізатор, що дає виміри власти востей, що вхо дять у головний алгоритм, і - засоби для вводу цих ви мірів властивостей в обчислювальний блок; названий обчислювальний блок включає: - перший орган, що прогнозує, заснований на першій прямій моделі способу, що дозволяє прогнозувати властивості синте зованого продукту в залежності від прогнозованих концентрацій, що підраховуються допоміжним алгоритмом, - перший орган адаптації, що порівнює прогнозовані властивості, підрахова ні першим органом, що прогнозує, з обмірюваними величинами властивостей, та ви читає з цього порівняння параметри адаптації, що вхо дять як додаткові величини входу в названий перший прогнозуючий орган; та - перший контрольний орган, заснований на першій інверсійній моделі, для підрахунку в залежності від заданих значень і прогнозованих властивостей, задані значення концентрацій для допоміжного алгоритму, названі параметри адапта ції вхо дять як додаткові величини входу в названий перший контрольний орган. Винахід відноситься також до пристрою, такому як описано вище, і який включає: - що найменше, один аналізатор, що подає обмірювані концентрації реагентів, і - засоби для вводу ци х обмірюваних концентрацій в обчислювальний блок; 10 37277 причому, названий обчислювальний блок включає: - другий орган, що прогнозує, заснований на другій прямій моделі, що дозволяє прогнозувати значення концентрацій у залежності від матеріального балансу в реакторі; - другий орган адапта ції, що порівнює прогнозовані концентрації, підрахова ні другим органом, що прогнозує, з обмірюваними концентраціями, та вичитає з цього порівняння інші параметри адаптації, що вхо дять як додаткові ве личини входу в названий другий прогнозуючий орган; - другий контрольний орган, заснований на другій інверсійній моделі, що підраховує, у залежності від заданих величин продуктивності, заданих значень концентрації, підрахова них головним алгоритмом, і прогнозованих концентрацій другого прогнозованого органа, задані значення витрат, що вхо дять у реактор; названі вище інші параметри адаптації входять як додаткові величини входу в названий другий контролюючий орган. Конкретне виконання винаходу (способу по винаходу) показано на базі безупинного синтезу поліетилену (РЕ), із посиланнями на фігури креслень, на яких: фіг. 1 - зображує схе му потокової лінії виробництва поліетилену; фіг. 2 - сп рощену схему структури прискореного процесу регулювання по винаходу; фіг. 3 - принципову схе му прискореного процесу регулювання, застосовуваного в лінії одержання етилену по фіг. 1; фіг. 4 - принципову схему контрольного адаптивного алгоритму, такого, який використовують у системі прискореного регулювання по фіг. 2; фіг. 5 - схе матично структуру головного алгоритму в системі прискореного регулювання по фіг. 2; фіг. 6 - схе матично структуру допоміжного алгоритму в системі прискореного регулювання по фіг. 2; фіг. 7 - загальну схе му способу регулювання по винаходу; фіг. 8-10 - схеми приватних варіантів способу по винаходу. На фігурі 7 схе матично проілюстрований власне спосіб синте зу (Рг), що може контролюватися при передачі, щонайменше, одного заданого значення регулюючої величини (CGC), (наприклад, одного або декількох витрат компонентів, що вхо дять у реактор, температури і таке інше) адекватного пристрою, що вп ливає (ванна, пристрій підігріву або охолодження і таке інше). Регулювання здійснюють за допомогою органа контролю (ОС), заснованого на інверсійній математичній моделі способу, і його головна роль полягає в тому, щоб порівнювати задані значення регульованих величин (CGR) (наприклад, одне або декілька властивостей синтезованого продукту та/або одна або декілька величин, пов'язаних із протіканням процесу) з одним або декількома прогнозованими значеннями цих величин (PGR). Одне або декілька прогнозованих регульованих величин (PGR) підраховуються органом (ОР), що прогнозує, заснованому на прямій математичній моделі способу на основі регулюючих ве личин (MGC), що вимірюються. Потрібно зауважити, що ніяка властивість, що вимірюється, не приймає участі в ре гулюванні. Фігура 8 подає інший варіант способу в порівнянні з фігурою 7, у якому математична модель способу періодично адаптується орга ном адапта ції (ОА) на підставі неузгодженості (переважно фільтрованого, або обробленого чисельно) між прогнозованими регульованими величинами (PGR) і регульованими величинами (MGR), що вимірюються. Повторна синхронізація (коригування в часі) цих вимірів і прогнозованих величин часто необхідна, наприклад, коли мова йде про виміри властивостей синтезованого продукту, тривалість одержання якого достатн ьо велика. Орган адаптації (ОА) передає результат своїх підрахунків, тобто свої інструкції з адапта ції орга ну, що прогнозує, (щоб адаптувати пряму модель способу), і контрольному органу (щоб адаптувати інверсійну модель способу). Потрібно зауважити, що одне або декілька властивостей, що вимірюються, синте зованого продукту враховують ся тільки в процесі адаптації, що протікає звичайно при більш низькій частоті, ніж нормальний процес контролю. Можлива сповільненість цих вимірів не робить ніякого впливу на якість регулювання. Фігура 9 подає ще один варіант втілення винаходу, у якому одне або декілька регульованих величин (МGR), що ви мірюються, враховують ся органом контролю (ОС), і одне або декілька регульованих величин (МGR), що ви мірюються, (можливо різноманітні) враховуються органом (ОР), що прогнозує. Та кож одне або декілька регулюючих величин (МGC), що вимірюються, можуть враховуватися орга ном контролю (ОС). Звідси очевидно, що можна створити відмінний від інших ва ріант способу згідно винаходу, комбінуючи варіанти фі гур 8 і 9, тобто використовуючи одночасно орган адаптації і з огляду на одну або декілька регулюючих величин, що вимірюються, в ор гані контролю та/або одну або декілька регулюючих величин в органі прогнозування та/або в органі контролю. На фігурі 10 математична модель способу не є адаптованою в буквальному значенні цього слова, але використовують неузгодженість (переважно фільтровану) між прогнозованими регульованими величинами, та такими, що вимірюються, щоб скорегувати задані значення регульованих величин (CGR). У даному випадку ця корекція подана тут як проста різниця: вичитають із кожного заданого значення регульованих величин поправочний член, що підраховуєть ся органом адапта ції (ОА), (який у даному ви падку відіграє роль коригувального органа) і одержують відкоректовані задані значення (СGR), передані органу контролю (ОС). У деяких випадках корекція може місти ти в собі операції більш складні, ніж віднімання, наприклад, ділення (саме в цьому ви падку удають до віднімання, тому що приймаються до уваги логарифми аналізованих величин). Цей метод названий Internal Model Control (IMC). Якщо посилатися на фігуру 1, що схе матично подає лінію безупинного синтезу поліетилену (РЕ), то можна простежити полімеризацію етилену, що відбувається в петлевому реакто рі 1, етилен суспендований у відповідному розчиннику, наприклад, у гексані. Процес безупинний, тобто реагенти вводять безупинно й одну частину вмісту реактора 1 постійно вилучають. Циркуляційний на 11 37277 сос (не показаний) забезпечує однорідність вмісту в реакторі 1. Реагентами, що вводяться в реактор, є етилен ("Et"), во день ("Ну"), і бутен ("Bt"), (ди в. Позицію 2). Каталізатор також вводять безупинно. Дуже важливо контролювати концентрації реагентів у реакторі, так властивості смоли РЕ обумовлені, у головному, співвідношеннями концентрацій Hy/Et і Bt/Et. Температура полімеризації в реакторі - це додатковий параметр, що впливає на властивості смоли РЕ. У зв'язку з тим, що реакція полімеризації є екзотермічною реакцією, температура в реакторі повинна регулюватися за допомогою охолоджуючого ланцюгу 3. Реактор 1 при функціонуванні містить таким чином розчинник, полімер, реагенти (що поки ще не реагують) і каталізатор. Його вміст постійно вилучається через випускний трубопровід 4. Цей вміст, що ви лучається, вхо дить у стрипер (STP) 5, що ві докремлює полімер (РЕ) від рідини (розчинник і реагенти). Ці рідини випаровують шляхом введення водяної пари і подають у конденсатор (CD) 6 У конденсаторі розчинник знову конденсують перед повторним циклом. Реагенти, що набагато легше, відокремлюються від розчинника, і також проходять повторний цикл. Хроматограф у газовій фазі (GС) 20, розміщува ний на виході конденсатора 6 дозволяє визначати концентрації Hy/Et, Bt/Et реагенти. Полімер, вилуче ний із стриперу 5 концентрують у центрифузі (CFG) 8, потім висушують у сушильному апараті 9 із псевдоожиженим прошарком (SHLF), перед тим як він повинний бути відправлений на остаточну операцію гранулювання. Зразки відбирають на виході із сушильного апарата 9, щоб ви міряти властивості смоли: кристалічність (що вимірюється питомою об'ємною масою "MVS") та реологічні властивості (показник текучості розплаву ("melt index" (МI) або "meltflow index" (MFI)) і грузькість розплаву "m2" що ви мірюється в капілярному потоці під зрізом у 100 s-1. Динаміка цього процесу синте зу (РЕ) повільна і складна: - Петлевий реактор 1 діє як реактор з ідеальним перемішуванням. Тепер усяка зміна швидкості подачі одного з реагентів позначається поступово на концентрації цього реагенту в реакторі. Насправді, нова подача повинна мішати ся з всім обсягом реактора 1, щоб призвести його до нової рівномірної концентрації. - Вимір концентрації реагентів здійснюють за допомогою хро матографу у га зовій фазі 7; мова йде про апарат із переривгодинатою дією, яка проходить такі етапи: добір зразку га зу, аналіз, потім опрацювання результатів. - Полімер, що ви лучається з реактора 1, знову перетерплює серію перемішувань у різних апарата х (STP, CFG і SHLF), призначених для його висушування (час перебування ± 2 години). Зразки полімеру відбирають і піддають аналізам у лабораторії заводу. Результати цих аналізів повідомляються тільки після нового хо лостого хо ду ("мертвого" часу), що може бути достатньо великим (± 2 години). Згідно способу винаходу ди намічне моделювання безупинного процесу синтезу здійснюють, прибігаючи до гіпотез ідеального перемішуван ня і чистого ча су. Ідеальні суміші вводять у рівняння за допомогою функції, добре відомої фахівцям, функції LAG, або фільтра нижніх частот (1-го по рядку): ця функція є лінійною і такою, що легко програмується. Вона визначається так: у = L AG (u, t) (говорять "LAG u протягом t") як вирішення диференційного рівняння Між змінами концентрації і їхніх вимірів є холості хо ди ("мертвий" час) від 5 до 15 промайнуть. - Властивості одержуваного полімеру залежать, у головному, від концентрації реагентів. Будь-яка зміна цих концентрацій миттєво впливає на властивості одержуваного полімеру. Навпаки, середні власти вості в реакторі змінюються прогресивно, тому що сві жеодержаний полімер повинний змішува тися з полімером, уже присутнім у реакторі 1 (час перебування ± 2 години). Мо делювання способу за допомогою функції LAG грун тується на таких теоремах: Береться реактор з ідеальним перемішування (СSТR), з обсягом VR. У нього подають різноманітні складові (реагенти або інертні), серед яких реагент "х" (ви трата FxIN, що подається), із властивістю "РхIN" на вхо ді. Також вимірюють витрату на виході "F OUT" (вилучен ня). Застосуван ня методу L AG до підрахун ків масового балансу: u=t· dy + y, dt параметри якого u та t змінюються у ча сі. Це рівняння може мати цифрове рішення (навіть у реальному часі) алгебраїчним рівнянням 1-го порядку, параметрами якого можуть бути такі перемінні величини: - період відбору проб "Т" (або час, що минув після останнього повтору), - час перебування (або "постійна" часу) "t" у момент "t", - параметр стану "у" у момент, що передує "t - Т", - регулююча величина "u" у t цей момент "t", (u та t подають фактичні величини, обмірювані або підраховані в момент "t" для параметрів "u" та "t", що, як передбачається, повинні бути постійними в кожний інтервал, що передує "Т"). Переважно, Т менше стосовно t (наприклад, що найменше в 10 разів), щоб збільшити точність підрахунку. Рішення вищевказаного рівняння може виражатися, наприклад, такою формулою: у(t)= y(t-T) · е-Т/t (t) + u(t) · (1-е -T/t (t)), або ще більш просто (приблизно) y( t – T ) + u( t )· у(t) = 1+ 12 T t( t ) T t(t ) . 37277 Щомоментно маса "MXR" компоненту "х" у реакторі з ідеальним перемішуван ням (CSTR) дорівнює LAG продукту з вхідною масовою витратою "РхIN " че рез час "tХ" протягом цього ж часу "tX" MXR = L AG (F XIN · t X, tX) Як показано вище, "власти вості", про які мова йде, можуть у деяких випадках перетерплювати математичне перетворення, що робить їх лінійними (наприклад, логарифм показника текучості розплаву полімеру може розглядатися як такий, що відповідає закону лінійного перемішуван ня). Мо дель способу синтезу вста новлена, потрібний алгоритм, що обчисляє параметри для регулювання відповідно до цього способу. Фігура 2 - це спрощена загальна схема прискореного регулювання, адаптована до способу полімеризації, описаному вище (Ad vanced Process Control або "АРС"). Як очевидно, ця система регулювання включає два алгоритми, що управляють, зокрема, регуля торами подачі реагентів. Алгоритми являють собою щабель (каскад) і називаються: один - головний алгоритм, другий - допоміжний алгоритм. Обидва алгоритми є адаптованими динамічними алгоритмами, заснованими на моделях, що є результатом вивчення процесу (на протива гу емпіричним моделям), заснованим, зокрема, на матеріальних ба лансах та кінетиці регульованого способу. Во ни використовують заздалегідь визначену функцію LAG. На фігурі 3, що описує принцип систе ми регулювання в контексті способу полімеризації, описаного вище, очевидно, що - головний алгоритм заснований на характеристичних рівняннях каталізаторів, тобто рівняннях, що дають власти вості РЕ в залежності від температури полімеризації і концентрацій реагентів у реакторі, він подає допоміжному алгоритму задані значення концентрацій реагентів, щоб задовольнити задані значення властивостей РЕ; - допоміжний алго ритм заснований на матеріальному балансі і хімічній кінетиці реакцій, він подає регуляторам подачі живлення задані значення витрат реагентів, необхідні для задоволення заданих значень концентрацій, підрахованих головним алгоритмом, і задане значення швидкості процесу. Переважно, він підраховує та кож припустимий член ("feed-forward") для заданого значення температури, що покращує ре гулювання температури при змінах швидкості. Цей тип регулювання має досконалу точність тільки тоді, коли модель досконала і враховує всі можливі порушення. Але це не завжди так. Тому звичайно (див. фігуру 4) безупинно адаптують пряму модель (і інверсійну модель), порівнюючи прогнозовані величини з обмірюваними величинами властивостей. Ця "адаптація" моделі дозволяє підтримувати її точність при наявності немоделюємих порушень, і в такий спосіб одержувати точне регулювання при будь-яких обставинах. (кг) Час "tX" - не час перебування "х", він дорівнює масі компонента "MXR ", розділеної на суму масових витрат виходу ("ви хідних") (кількість, споживана реакцією "FR X" витрата на виході з реактора "FxOUT" і таке інше). tX= MXR/ (FxOUT + FRx+...) (у го динах). Ця теорема дає, таким чином, точний метод динамічного підрахун ку (навіть у реальний час) концентрацій у реакто рі з ідеальним перемішуванням. Дійсно, концентрація "C XR" компонента "х", виражена в кг/м 3, складає, якщо "VR" - це об'єм реактора C xR=MxR /VR (у кг/м 3) Знаючи повну об'єм ну витрату "FVOUT", що виходить із реакто ра, визначають година перебування реакто ра "tR"; tR =VR /FVOUT. Тепер масова витрата "FхOUT" компоненту "х" на ви ході з реакто ра (витяг) до рівнює: FхOUT = MXR/tR, Потрібно зауважити, що якщо "х" - інертний компонент (не відчуває дії реакції і виходить із реактора тільки шляхом вилучен ня), тоді tХ = tR. До того ж, дуже часто, коли швидкість реакції компонента "х" пропорційна його концентрації (СхR) із фактором пропорційності RX, тоді: FRx=R x·MxR і тепер tх=1/(RХ+1/tR) Застосуван ня методу LAG при підрахун ку однієї властивості суміші: Нехай це буде властивість "Рх" компоненти, що відповідає закону лінійного перемішуван ня Рx1+ 2 = w1 · Рx1 + w2 · Рх2, де w1 і w2 є масовими фракціями властивості Рх1 і Рх2 (при w1 + w2 = 1). Щомоментно властивість "Рх" У реакторі з ідеальним перемішуванням дорівнює LAG властивості на вході РхIN, в перебіг часу перебування, що дорівнює відношенню маси МxR компонента в реакторі, розділеному на вхідну масову ви трату (та/або таку, що з'являється в результа ті реакції) FхIN: РхR = L AG (P XIN, MXR / F XIN). Таким чином, можна враховувати ди наміку способу і постійно перераховувати його тимчасові константи. Фігура 6 ілюструє принцип допоміжного алгоритму: 1. орган прогнозуван ня, що використовує пряму модель прогнозованого способу на підставі вимірів витрат живлення реактора, концентрацій реагентів і полімеру, 2. орган адаптації порівнює концентрації етилену (Et), водню (Ну) та бутену (Bt), що вимірюються аналізатором (газовий хроматограф), із величинами, прогнозованими прямою моделлю, 13 37277 таким чином, щоб виз начити три параметри адаптації; - питому активність каталізатора у відношенні етилену "AEt", що ви мірюється в кг/година поліетилену на кг каталізатора і на кг/м 3 етилену, - похибку в коефіцієнті підсилення при вимірі витрати водню "KfHy"; - чистота подачі бутену "KfBt"; 3. орган контролю підраховує на підставі заданих значень концентрації, подаваних го ловним алгоритмом, і заданого значення швидкості задані значення витрат подачі реагентів: ці задані значення витрат подачі складаються з прямої подачі, заснованої на інверсійній моделі, і зворотньої подачі, пропорційної розбіжності між прямою моделлю і заданими значеннями концентрації. Щоб зрозуміти наміри, виконані допоміжним алгоритмом у випадку синтезу поліетилену, варто мати на увазі, що прийнято, щоб швидкість полімеризації "VitPEt" була пропорційна: - концентрації Et, що не полімеризуються з EtR (у кг/м 3), -концентрації каталізатора активного в реакторі сСАR (у кг/м 3), та - фактору пропорційності, функція (що важкопіддається кількісному визначенню) температури, концентрацій Ну, Bt та со каталізатора, присутності отруй них речовин, і таке інше. Цей фактор називається "каталітична активність" у відношенні етилену АЕt . За винятком порушення головної функції (інгібітори і таке інше), він достатн ьо мало змінюється протягом процесу. VitPEt = AEt · C CAR · cEtR Кількість етилену "FpEt", що полімеризується в реакто рі на кожну одиницю години ("витрата полімеризації"), складає, якщо VR це об'єм реактора: FpEt = VitPEt · VR = АEt · C CAR · MEtR (кг/година) де MEtR - це маса розчиненого етилену в реакторі (кг). Відомо також, що швидкість приєднання Ну приблизно в 100 разів повільніше, чим Еt, і в 10 разів повільніше, ніж Bt. Звідси випливає: FpHy = АEt · C CAR · МН уR /100 FpBt = AEt · сСАR · MBtR / 10 де МНуR - маса розчиненого водню в реакторі (кг), a MBtR - це маса розчиненого бутену в реакторі (кг). Допоміжна модель використовує тепер такі виміри: FEtIN = витрата подачі етилену (мономер) FSvIN = ви трата подачі розчинника (гексан) FCaIN = витрата подачі каталізатора FHyIN = витрата подачі водню (перехідний агент) FBtIN = витрата подачі бутену (со мономер) Вона використовує та кож такі параметри адаптації: АЕt = "каталітична активність" у відношенні етилену, KfHy = похибка в коефіцієнті підсилення при вимірі подачі водню, KfBt = чисто та подачі бутену. Підрахунки були проведені послідовно, із високою частотою (часовий інтервал, що розділяє/повтори, був не величким стосовно самого маленького ча су перебування tX). Обсяг реактора є постійним, об'ємна витрата виходу дорівнює об'ємній витраті входу (нестисливі рідини). Об'ємна витрата входу "FVOUT" може тепер підраховуватися як сума масових витрат входу, розділених на об'ємну масу, що вони мають у реакторі: (кг/година) (кг/година) (кг/година) (кг/година) (кг/година) Каталізатор дезактивують із сталою часу "kd", масу "МСАR" активного каталізатора в реакторі підраховують та ким чином: tСА = 1/(1/tR + kd), (година) МС АR = L AG (FC AIN · tСА, tCА) (кг) і таким чином концентрація "СAR" активного каталізатора в реакції дорівнює: сСАR= МСАR / VR (кг/м 3). Етилен виходить із реактора у витраті витягу, а також у реакції полімеризації. Його масу в реакторі "МЕtR" підраховують та ким чином: FVOUT = FSvIN/650 + FEtIN/950 + FВtIN/600 (м 3/година) 3 (кг/м 3 го дина) tEt =1/(1/tR + AEt · сСАR) MEtR = LAG (FEtIN · tEt, tEt) 3 (де об'ємні маси: 650 кг/м - розчинника, 950 кг/м поліетилену, 600 кг/м 3 - бутену). Тут передбачається, що весь етилен миттєво перетворюється в поліетилен, а витрата водню і каталізатора (декілька кг) не приймається у розрахунок. Розчинник хімічно інертний і виходить із реактора тільки шляхом ви лучення. Підраховують його масу "MSVR " у реакторі, використовуючи теорему 1: tR = VR/FVOUT (година) (час перебування в реакторі) MSvR = LAG (FSvIN · tR, tR ) (кг) (година) (кг) Подібним чином підраховують масу "брутто" (не калібровану) водню в реакторі "MHyRAW". tHy = 1/(1/tR + AET · C CAR / 100) (година) MH YRAW = L AG(FH yIN · tН у, tH у) (кг) Ма са "МНуR", що корелюється, щоб врахувати помилки в коефіцієнті підсилення при вимірі подачі водню, дорівнює: МНУ R = KfH y · MHyR AW 14 (кг) 37277 Відношення Hy:Et у реакторі дорівнює Враховують затримку в 6 хви лин при вимірі EtGC вво дячи два LAG послідовно через 3 хвилини кожний у величини моделі, і одержують кінцеву формулу: НуЕtR = МН уR / MetR. Таким же чином підраховують масу бр утто "МВtRAW " tBt = 1/(1/tR + АЕt · C C AR/10) МВtRAW = LAG (FBtIN · tBt, tBt ) AEt = L AG (FEt IN/cCAR, tEt, 3/60, 3/60)/(сЕіGC x x VR) - 1 / L AG (tR · cC AR, tEt, 3/60, 3/60) (година) (кг) Підрахунок помилки в коефіцієнті підсилення витрати водню "KfHy" та випливає з таких рівностей: Ма са "MBtR", що корелюється, щоб урахувати чистоту живлення бутеном, дорівнює MBtR = КfВt · MBtRAW сНуGC = CHyR = MH yR/VR = KfHy · MH yRAw/VR Þ КfНу = сНуGC · VR/MH yRAW (кг) Відношення Bt:Et у реакто рі дорівнює: Враховують затримку в 6 хви лин при вимірі сНуGC вво дячи два LAG послідовно через 3 хвилини кожний у величину моделі, і одержують кінцеву формулу: BtEtR = MBtR /MEtR. Очевидно, що витрата полімеризації "FpEt" (миттєва швидкість)1 дорівнює: FpEt = АЕt · сС АR · MEtR Þ KfHy = сНуGC · VR /LAG(МНуRAW,3/60, 3/60) (кг/годину) Способом, подібним KfHy, підраховують параметр корекції чистоти подачі бутену "KfBt": Полімер інертний і не відчуває реакції, його маса в реакторі "МРЕR" дорівнює: МРЕR = L AG ( FpEt · tR, tR) KfHy = cBtGC · VR/L AG(MBtRAW , 3/60, 3/60). (кг) Алгоритм регулювання має для вхо ду: - задані значення концентрації, обчислені головним алгоритмом; більш точно, задані значення співвідношень концентрації сНуR/сЕtR "HyEtSP " і cBtR/cEtSP "BtRt SP" (у кг/кг) - задане значення швидкості способу FpEtSP, фіксоване оператором - задане значення концентрації етилену з EtSP, фіксоване оператором - концентрації, підрахова ні моделлю. Він обчислює задані значення подачі реагентів FEt SP, FC ASP , FH ySP і FBt SP. Мо жуть бути використані різні алгоритми серед яких MBPC (Model Based Predictive Control). Вони можуть звичайно розкладатися на пряму подачу, засновану на інверсійній моделі, і на зворотню подачу, пропорційну розбіжності між прямою моделлю і заданими значеннями концентрації. Регулювання подачі етилену: Пряма подача: ве личина для підтримки реальної концентрації, заснована на інверсії постійної величини такого рівняння Витрата полімеру, що виходить із реактора "FРЕOUT" до рівнює тепер: FPEOUT = МРЕR/tR (кг/годину) Адаптація допоміжної моделі. Блок адаптації ви користовує аналізатор (наприклад, газовий хроматограф "GC"), щоб одержати виміри концентрації в реакторі етилену "сЕТGC", водню "сНуGC" та бутену "cBt GC" (ви ражені, наприклад, у кг/м 3). Ці виміри порівнюють із значеннями, прогнозованими прямою моделлю, для виз начення таких трьох параметрів адаптації: - питома активність каталізатора у відношенні етилену "AEt", що ви мірюється в кг/годину поліетилену на кг каталізатора і на кг/м 3 етилену; - помилка в коефіцієнті прискорення при вимірі витрати водню "KfHy"; - чистота подачі бутену "KfBt". Газова хроматографія подає виміри, зроблені з затримкою приблизно в 6 хвилин. Підрахунок питомої активності у відношенні етилену "AEt" випливає з та ких рівностей: cEtGC = = = = Þ AEt” = MEtR = LAG (FEtIN · tЕt, tEt) Þ FEtFF = MEtR /tЕt cEtR (кг/м 3) МЕtR/VR LAG (FEtIN · t Et, tEt)/VR LAG (FEtIN/(1/tR + AEt · cCAR), tEt)/VR (FEtIN / LEAD (cEtGC · VR, tEt ) – 1/tR)/cCAR (кг) Зворотня подача: пропорційна розбіжності між заданою величиною cEtSP і моделлю FEtFB = 5 · (cEtSP · VR - MEtR) Задана величина: Вимір із EtGC пов'язаний із шумовими перешкодами і небажано його знаходити LEAD; на цей час часто ви користовують: АЕt’ (кг/м 3) FEtSP = FEtFF + FEtFB. Регулювання подачі каталізатора: Пряма подача: ве личина для підтримки реальної концентрації, заснована на інверсії постійної величини такого рівняння: = LAG (АEt" · tEt) = LAG (FEtIN/cCAR, tEt)/(сEtGC·VR) - 1 / LAG(tR x x cC AR · t Et) 15 37277 MC AR = LAG (FC AiN · tСА, tCА) Þ FCAFF = MC AR/tСА з прямої подачі, заснованої на прямій моделі, і зворотньої подачі, пропорційної розбіжності між прямою моделлю і заданими значеннями оператора. Для даного каталізатора властивості смоли в стабільному режимі є функціями температури полімеризації і концентрацій реагентів. З різних статичних рівнянь, описаних у літературі, обирають такі рівняння: (кг) Зворотня подача: пропорційна розбіжності між заданою величиною FpEtSP та моделлю, відповідно до такої формули: FpEt = АEt . MEtR · MCAR /VR Þ FСАFB = 5 · (FpEtSP/(AEt · MEtR/VR) - MCAR) log(MI) = a 0 + а1 · Т° + а2 · log (Hy/Et) + a 3 · Bt/Et MVS = b 0 + b1 · T° + b 2 · (Вt/Еt)bЗ + b4 · log(MI) Задана величина: Параметри а0 до а3 і b0 до b4 одержують шляхом ідентифікації в ста більному режимі (для декількох смол, отриманих із тим самим каталізатором). До того ж, різні прилади, через які проходить поліетилен до того моменту, коли його властивості починають вимірюватися (реактор, стрипер, центрифуга, потім сушильня), можуть бути подібні, у першому наближенні, реактору з ідеальним перемішуван ням. Головний алгоритм використовує в якості вхо дів та кі виміри: TR = температура в реакторі (°С) Vstp = рідкий об'єм у стрипері (отриманий виміром рівня) (м 3) MIMES = вимір М1 (розплав) (melt index) MVSMES = вимір MVS (Питома Об'ємна Маса), а також такі підрахун ки, виконані допоміжним алгоритмом: FpEt = миттєве одержання полімеру (швидкість) (кг/годину) FPEOUT= витрата РЕ, що ви ходить із реактора (кг/годину) MPER = маса РЕ в реакторі (кг) НуЕR = співвідношення Ну до Et у реакто рі (кг/кг) BtEtR = співвідношення Bt до Et у реакторі (кг/кг) Ми ттєві бр утто ве личини (перед адаптацією) MVS та ло гаритма M1 ("1 M1") обчислюються через FCASP = FCAFF + FC AFB Регулювання подачі водню: Пряма подача: ве личина для підтримки реальної концентрації, заснована на інверсії постійної величини такого рівняння: MH yR = L AG (FH yIN · tН y, tН у) Þ FHyFF = MH yRAW/tH y (кг) Зворотня подача: пропорційна розбіжності між заданим значенням співвідношення HyEtSP і моделлю 1 FHyFB= 5 · (H yEt SP · MEtR · MH уR) Задане значення: FHySP = FHyFF + FH yFB Регулювання подачі бутену (подібне подачі водню): FBtFF = MBtR AW/tBt FBtFB= 5 · (ВtЕtSР · MEtR - MBtR) FBtSP = FBtFF + FBtFB Рівняння, показані вище, резюмують рівняння допоміжного алгоритму. Вони виконуються кожні 10 секунд цифровою системою контролю і регулювання (SNCC). Головний алгоритм Фігура 5 ілюструє принцип головного алгоритму: 1. його орган прогнозування (заснований на прямій моделі) прогнозує основні властивості полімеру (М1 і MVS), він ви користо вує для цього вимір температури полімеризації, прогнозування концентрацій у реакторі, що повідомляються допоміжною моделлю і час перебування РЕ в різних приладах; 2. його орган адаптації порівнює виміри М1 і MVS, здійснювані (і на виході із сушильного апарата теж) або вимірювальною лабораторією кожні 2 години, або безперервним аналізатором, із величинами, прогнозованими прямою моделлю, таким чином, щоб визначити 2 параметри адаптації, що є коректуючими параметрами: що множить для Ml і до датковим для MVS; 3. його орган контролю (заснований на інверсійній моделі) підрахо вує, на основі заданих значень М1 і MVS, що подаються оператором, задані значення концентрацій, що знаходяться в реакторі (співвідношення Hy:Et і Bt:Et). Як і для допоміжного алгоритму, цей підрахунок складається MVSINS=b0 + b1 · TR + b2 · (ВtЕtR)bЗ + b4 · IMIINS IMIINS =a0 + а1 · TR + а2 · log (H yEtR) + a3 · BtEtR Використовуючи теорему 2 обчисляють середні властивості брутто на виході з реактора: ІМІr = L AG (IMI INS, MPER /FpEt) MVSr = LAG (MVSINS , МРЕR/FpEt) Дійсно: - властивості 1М1 і MVS достатн ьо добре відповідають закону лінійного перемiшування, - замкнутий реактор може бути уподібнений реактору з ідеальним перемішуванням, - масова витрата РЕ "вхідний" (що з'являється) у реактор, є, по суті, FpEt, кількість РЕ, що полімеризується на кожний інтервал годину (швидкість). Виміри властивостей брутто: Знаючи, що в стрипері є приблизно 500 кг РЕ на м 3, і якщо припустити, що стрипер це реактор з ідеальним перемішуван ням, обчисляють власти вості брутто на виході з стрипера в таким чином: 16 37277 IMIstp = L AG (IMIr, 500 · Vstp / FРЕOUT) MVSstp = L AG (MVSr, 500 · Vstp / FРЕOUT) центрацій у реакто рі HyEtSP і BtEt SP, необхідні для швидкого одержання бажаних власти востей МISP і MVSSP. Цей підрахунок здійснюється в 2 етапи: 1. Орган контролю підраховує, ви ходячи з заданих значень MISP і MVSSP, що подаються оператором, та ве личин після адаптації МI і MVS у різних апарата х, задані значення MIiSP і MVSiSP миттєвої продук тивності. Ці задані миттєві значення складаються з прямої подачі і зворотньої подачі, пропорційної розбіжності між прямою моделлю і заданими значеннями, що подаються оператором. 2. Задані значення співвідношень концентрації HyEtSP BtEt SP підраховуються тоді при інверсії статичного рівняння, що використовувався вище для підрахун ку миттєвих ве личин MI і MVS. Задані значення миттєвих властивостей: Порівнюють властивості на виході із сушильного апарату з заданими значеннями властивостей, щоб визначити бажані задані значення властивостей на виході зі стрипера (центрифугу не беруть до уваги): Час перебування в центрифузі дуже короткий, можна їм знехтувати. Сушильний апарат - це сушарка з псевдозрідженим прошарком: він містить постійно приблизно 1400 кг РЕ. Можна припустити, що рівень у стрипері змінюється мало, і що ви трата, яка виходить із нього, до рівнює витратi, яка в нього знову входить. Тепер витрата РЕ, що входить у сушильний апарат, складає 1РеOUT. На виході із сушильного апарату, у місці, де відібрана проба для виміру властивості, є такі величини брутто: IMIsh = LAG (IMIstp, 1400 / FРЕOUT) MVSsh = LAG (MVSstp, 1400 / FРЕOUT) Післяадаптацiйні характеристики одержують при засто суванні параметрів адаптації КМ1 (параметр, що множить) та KMVS (до датковий параметр); власти вості після адапта ції на виході з реактора, стрипера і сушильного апарату до рівнюють: MIstpSP = 10(log(MISP) + 0.1 · (log(MISP) - log(MIshC))) MVSstpSP = MVS SP +0.1. (MVSSP - MVSshC) MIrC = kMI · 10 IMIr MVSrC = kMVS + MVSr MIstpC = kMI · 10 IMIstp MVSstpC = kMVS + MVSstp MIshC = kMI · 10 IMIsh MVSshC = kMVS + MVSsh Так само, виходячи з розбіжності між цими заданими значеннями на виході зі стрипера і величинами, обмірюваними в стрипері, підраховують бажані значення на виході з реактора: MIr SP = 10(log(MIstpSP) + 0.5 · (log(MIstpSP) - log(MIstpC))) MVSrSP = MVSstp SP + 0.5 · (MVSstp SP - MVSstpC) Адаптація головного алгоритму: Для здійснення вимірів власти востей потрібний визначений час (± 5 хв, якщо аналізатор на лінії, ± 1 година, якщо виміри здійснюються лабораторно). Щоб обчислити параметри адаптації, потрібно повторно синхронізувати (повторно відрегулювати у в час) прогнозування брутто моделі з вимірами. Це можна зробити за допомогою зсувного регістра (тут має назва "функція DELAY"): Нарешті, ви ходячи з розбіжності між цими заданими значеннями на виході з реактора і відповідними обмірюваними величинами, підраховують бажані задані значення, що відносяться до миттєвої продуктивності: MIiSP = 10(log(MIrSP) + 2 · (log(MIrSP) - log(MIrC))) MVSiSP = MVSrSP +2 · (MVSrSP - MVSrC) IMIDEL = DEL AY (IMIsh, tМI) MVSDEL = DEL AY (MVSsh, tMVS) Задані значення співвідношень концентрацій: Задані значення співвідношень концентрацій HyEtSP і BtEt SP одержують при інверсії ста тичного рівняння, що використо вува лися вище, для підрахун ку миттєвого параметра MI і MVS, замінюючи на члени МI і MVS ба жані значення миттєвої продуктивності і застосовуючи параметр адаптації. Виходячи з: log (MIi SP/kMI) = а0 + a1 · ТR + a2 · log (НуEtSР) + +a3 · BtEtR MVSiSP - kMVS = b 0 + b1 · TR + b2 · (BlEtSP)b3 + + b4 · ІМІINS одержують: a2 · log (НуЕtSР) = log (МІіSР/kMI) - (а0 + а1 · TR + + a3 · ВtЕtR) що дає: НуЕtSР = 10((log (MIiSP / kMI) - a 0 + a1 · TR - a3 · BtEtR )/a2) та b2 · (BtEtSP) b3 = MVSiSP - kMVS - (b0 + b1 · TR + + b4 · IMIINS) що дає BtEtSP = ((MVSiSP - kMVS - b 0 - b1 · TR - b4 x x ІМІINS)/b2)l/b3 з: tMI і tMVS = ± 5 хв. або ± 1 го дина, відповідно до того як зроблений вимір: через безперервний аналізатор або лабораторнo. При кожному новому ви мірі M1 або MVS перераховують параметр адаптації брутто kMI' або KMVS', порівнюючи повторно синхронізовану величину модель брутто з величиною, що вимірюється: kMI' = log (МIMЕS)-IMIDEL kMVS' = MVSMES - MVSDEL Ці величини брутто фільтрують, щоб приглушити реакції, що втягують ся в спосіб можливими порушен нями (наприклад, шумом) kMT = L AG (kMI', ± 1 го дина) kMVS = LAG (kMVS', ± 1 го дина) Орган контролю має для заданих значень величини М1SP і MVS SP, що вво дяться оператором. Він вважає задані значення співвідношень кон 17 37277 Вищевказані рівняння резюмують рівняння головного алгоритму. Вони виконуються кожні 30 секунд на SNCC. Застосовуючи цей спосіб, можна уп равляти полімеризацією з більшою точністю. Зокрема: - контрольовані властивості (MI і MVS) підтримуються майже на бажаних величинах, із мінімальною дисперсією. - якісні зміни (і в таким чином властивості MI і MVS) здійснюються швидко і точно, - запуски і припинення полімеризації, так само як і зміни швидкості процесу, здійснюються прискореним методом, постійно підтримуючи МІ і MVS дуже близько до бажаних величин. Хо ча спосіб регулювання по винаходу був представлений за допомогою синте зу поліетилену через безперервну полімеризацію етилену, зрозуміло, що цей спосіб регулювання буде ефективний і для інши х процесів синтезу, і, зокрема, для способів, що представляють одну або декілька таких ха рактеристик: - багато перемінне регулювання необхідне, тому що де кілька перемінних величин впливають на сукупність властивостей, що підлягають регулюванню; - динаміка процесу - повільна: суміші послідовні, значні холості ходи; - виміри властивостей вибираються з незначною частотою та/а бо мають шуми; - регулювання повинне бути динамічним, тобто ефективним, якою би нe була швидкість процесу, так само як і тривалість переходів швидкості Тип РЕ і якості (властивостей) продук ту, що підлягають синте зуванню, - цікаво оцінювати деякі змінювані величини, обмірювані побічно. Щоб легко застосовувати даний спосіб, маючи представлену тут апаратур у, достатн ьо, щоб: - статичні рівняння процесу були відомі (часто вони і є такими, щонайменше, деякою мірою, якщо ні, то спосіб не може бути освоєний), - динаміка процесу була наближена ідеальними сумішами і холостими ходами; - необхідні виміри були завжди в наявності і достатньо якісні (зокрема, витрати реагентів і витрати, що пропускають через себе відповідні резервуа ри). Особливе використання функції LAG, описане вище, а саме, у теоремах 1 і 2, може бути поширене на методи регулювання, засновані на іншій структурі, що включає відмінні один від одного алгоритм головний і алгоритм допоміжний. Вона може застосовуватися, наприклад, у методі регулювання, що містить тільки один алгоритм. Приклади: Було проведено 8 проб по синтезу поліетилену (РЕ) 4-х різних ти пів (визначені по їх MI, MVS...) при відповідному ви користанні класичного способу регулювання і способу по винаходу. Показана нижче таблиця резюмує констатації, які були зроблені на основі численних вимірів показника текучості розплаву 8-ми отриманих полімерів. Cpk позначає центрований показник спроможності способу. Класичне регулювання Регулювання по винаходу Розбіжність - тип Cpk Розбіжність - тип Cpk 1 0,127 0,909 0,059 2,202 2 0,61 2,0 3 0,48 1,88 4 0,64 1,09 З таблиці очевидно, що показник спроможності Cpk більше чим подвоєний завдяки використанню способу по винаходу. Це вказує на те , що властивості майже в два ра зи менше диспергуються, та/або краще центруються стосовно заданих величин. Таблиця використовуваних абревіатур а1 - параметр статичного рівняння МI (1=0-3) b1 - параметр статичного рівняння MVS (1=0-4) AEt - каталітична активність етилену (м 3г-1 го-1 дина ) СХGC - концентрація «х», одержана виміром аналізатора (кг/м) СХR - концентрація "х" у реакторі (кг/м 3) CXSP - задане значення концентрації "х" у реакторі (кг/м 3) FPX - масова витрата полімеризації "х" (швидкість) (кг/година) FVOUT - об'ємна витрата, що виходить із реактора (м 3 /година) FxIN - масова витрата компонента "х", що вхо дить (кг/година) FXOUT - масова, витрата "х" вихідний (кг/година) kd - константа дезактивації каталізатора (1/година) KfBt - коригувальний параметр (адапта ції) бутену KfHy - коригувальний параметр (адапта ції) водню kMI - коригувальний параметр (адапта ції) MI kMVS - коригувальний параметр (адапта ції) MVS LAG (.) - функція фільтра нижніх годинатот 1-го порядку MIMES - ви мір MI (Melt Index) (індекс текучості розплаву) MIу - MI (Melt Index) брутто (не калібрований) у "у" МIуС - МІ калібрований (з адапта цією) у "у" MIySP - задане значення МI (каліброване) "у" MVSMES - ви мір MVS (Об'ємна Питома Ма са) MVSy - MVS (Об'ємна Питома Маса) брутто (не калібрована) у "у" MVSyC - MVS калібрована (з адаптацією) у "у" 18 37277 MVSySP - задане значення MVS (каліброване) для "у" MxRAW - маса компонента "х" бр утто (не калібрований) у реакторі (кг) МхY - маса "х" калібрована (з адаптацією) у "у" (кг) RX - реактивність Х в реакторі VY - об'єм "у" (м 3) tR - година перебування в реакторі (година) tХ - го дина перебування "х" у реакторі (година) "х" може подавати такі складові: Bt - Бутен СА - Ка талізатор Et - Етилен Ну - Во день Sv - Розчинник "у" може подавати такі пристрої: r - реактор полімеризації stp - Стрипер sh - Сушильний апарат (із псевдоожиженим прошарком) Позначення фігур 1 - реактор полімеризації 2 - подача реагентів (сировина), каталізатора, розчинника 3 - ланцюг охолодження 4 - тр убопровід, що ви лучає 5 -стрипер 6 - конденсатор 7 - хро матограф у га зовій фазі 8 - центрифуга 9 - сушильний апарат із псевдоожиженим прошарком 10 - розчинник і реагент для рециркуляції 11 - поліетилен 12 - реагент для рециркуляції 13 - розчинник для рециркуляції 14 - задані значення властивості полімеру 15 - задане значення швидкості процесу 16 - головний алгоритм 17 - допоміжний алгоритм 18 - задані значення концентрації 19 - задані значення витрат, що вво дяться 20 - регулювання (PID) витрат 21 -виміри 22 - регулювання температури 23 - пряма подача температури 24 - динаміка полімеризації: хі мічна кінетика і матеріальний баланс 25 - моделювання швидкості і співвідношень Hy/Et і Bt/Et 26 - виміри температури, витрат і концентрацій 27 - регульований спосіб 28 - аналіз проби продукту, отриманого способом 29 - вимір величин, пов'язаних із протіканням процесу 30 - вимір власти востей полімеру 31 - пряма модель: прогнозуван ня властивостей, призначених для ви міру 32 - порівняння: коригування моделі (адаптація) 33 - алгоритм регулювання, заснований на інверсійній моделі (пряма подача + обернена подача) 34 - задані значення величин, пов'язаних із способом 35 - виміри і задані значення витрат, що вводяться 36 - вимір температури і прогнозування концентрацій 37 - пряма модель: рівняння власти востей у за лежності від концентрацій 38 - прогнозування властивостей 39 - задані величини концентрацій у реакторі 40 - вимір витрат, що вво дяться 41 - вимір концентрацій у реакторі 42 - пряма модель: прогнозування концентрацій на основі матеріального балансу 43 - прогнозування концентрації 44 - порівняння: обчислення параметрів адаптації. Фіг. 1 19 37277 Фіг. 2 20 37277 Фіг. 3 21 37277 Фіг. 4 22 37277 Фіг. 5 23 37277 Фіг. 6 24 37277 Фіг. 7 Фіг. 8 25 37277 Фіг. 9 Фіг. 10 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 26 37277 27