ES2914281T3 - Método y sistema para el control de una planta para la producción continua de un polímero - Google Patents

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Abstract

Un método para el control de una planta (10) para la producción en continuo de un polímero, en el que dicha planta (10) comprende una sección de reacción que comprende al menos un reactor (11) alimentado con al menos un primer monómero y un segundo monómero, una sección de extracción que comprende un primer extractor (12) de alta presión, un segundo extractor (17) de baja presión, un tercer extractor (18) de baja presión, una sección de acabado que comprende al menos una cubeta (13) de reciclaje del productos finos, una pluralidad de equipos (14) de medición de las condiciones operativas de dicha planta (10) y un sistema de control que comprende una pluralidad de dispositivos (15) de control distribuidos controlables por al menos una unidad (16) electrónica de procesamiento y control en la en base a una pluralidad de variables de control que comprenden al menos el caudal de aceite para alimentar dicho primer extractor (12), y el caudal del terminador de cadena para alimentar dicho al menos un reactor (11), y el caudal de ventilación de un circuito termostático de dicho al menos un reactor (11), dicha pluralidad de variables de control siendo calculadas por una pluralidad de módulos de cálculo, comprendiendo dicho método de control las siguientes etapas: - recopilar una pluralidad de datos, que comprenden parámetros de receta, resultados de análisis de laboratorio y coeficientes predefinidos almacenados en bases de datos (40); - recoger los datos medidos por dicho equipo (14) de medición; - determinar, mediante un primer módulo (20) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, un valor de potencialidad de producción de dicho al menos un reactor (11) en base a dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por dicho equipo (14) de medición; - determinar, mediante un segundo módulo (21) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, la concentración de polímero en dicho al menos un reactor (11), en dicho primer extractor (12) y en dicha al menos una cubeta (13) de reciclaje de los productos finales, en base al valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por dicho equipo (14) de medición; - determinar, mediante un tercer módulo (22) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, dicho caudal de aceite para alimentar dicho segundo extractor (17), para obtener una fracción de porcentaje en peso de aceite igual a un respectivo parámetro de receta denominado diana fracción de porcentaje en peso de aceite en base a dicho valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, del valor de concentración del polímero en el primer extractor (12) determinado por el segundo módulo (21) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición; - determinar, mediante un cuarto módulo (23) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal del terminador de cadena (TERM) para alimentar dicho al menos un reactor (11), para obtener un valor de viscosidad sustancialmente constante del polímero e igual a un parámetro de receta respectivo denominado viscosidad diana del polímero, y un valor de fracción porcentual molar TERM igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción porcentual molar TERM diana, en base al valor de potencialidad de producción de dicho al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición; - controlar dicha planta (10) en base a dicha pluralidad de variables de control determinadas.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema para el control de una planta para la producción continua de un polímero
La presente invención se refiere a un método y un sistema para el control de una planta para la producción en continuo de un polímero, en particular cauchos de etileno-propileno o EPR y cauchos de etileno-propileno-dieno monómero o EPDM.
En la siguiente descripción, se hará referencia en aras de la simplicidad y no con finos limitativos a los cauchos EPR y EPDM.
Como es sabido, los cauchos EPR y EPDM se producen mediante un procedimiento de producción complejo que se puede dividir en tres etapas diferentes, es decir, la etapa de reacción, la etapa de extracción y la etapa de acabado, que se llevan a cabo en una sección de reacción, en una sección de extracción y en una sección de acabado respectivamente de una planta de producción.
En la etapa de reacción, se alimenta un reactor con dos reactivos, un primer monómero y un segundo monómero, y posiblemente con un tercer reactivo, un tercer monómero o el denominado dieno. Además de los reactivos, se introducen principalmente en el reactor un catalizador, un cocatalizador, un activador y un terminador de cadena.
La etapa de extracción posterior tiene por objeto recuperar los monómeros que no han reaccionado y se realiza mediante la sección de extracción compuesta por un extractor de alta presión y dos extractores de baja presión, en los que se inyecta vapor.
En la etapa de acabado final, el producto, es decir, el caucho EPR y EPDM, se extruye, seca y prensa en pacas para empaquetar.
El procedimiento de producción de los cauchos EPR y EPDM no se describirá con más detalle, ya que es conocido para los expertos en la técnica.
En cualquier caso, la planta de producción que implementa este procedimiento comprende una pluralidad de dispositivos de dosificación de los reactivos individuales, instrumentación de medición y equipos conocidos para los expertos en la técnica.
Este tipo de planta de producción generalmente está controlada de forma centralizada por un sistema de control capaz de controlar y monitorear los dispositivos, instrumentos y equipos de la planta. Este sistema de control comprende una o más unidades electrónicas de procesamiento y control, por ejemplo uno o más microprocesadores, programados y configurados para monitorear y controlar los dispositivos, instrumentos y equipos de la planta mediante una pluralidad de actuadores. El procedimiento de producción se basa generalmente en una serie de parámetros de control que representan las dosificaciones de los distintos reactivos, las condiciones físicas de las diversas etapas, etc. Estos parámetros se proporcionan en programas o recetas que están diseñadas para garantizar que se cumplan determinadas especificaciones de producción. El ajuste de estos parámetros se efectúa mediante la regulación y control de los dispositivos, instrumentos y equipos de la planta. En particular, para asegurar que se obtiene un producto que cumple una serie de requisitos deseados, por ejemplo, se ejecutan regulaciones de las dosificaciones de los diversos reactivos. Estas normas se basan en los resultados de los análisis de laboratorio realizados sobre muestras de productos tomadas en la salida periódicamente y analizadas en el laboratorio; si estas muestras no cumplen con los requisitos o especificaciones de calidad deseadas, los operadores modifican los parámetros de dosificación para tratar de obtener un producto que se ajuste a estas especificaciones. Por lo tanto, estas modificaciones se determinan en base a los resultados de los análisis de laboratorio, los datos históricos de producción, además de la experiencia de los propios operadores. Se trata, por lo tanto, de un control empírico que se realiza mediante el establecimiento de una serie de parámetros de control o de funcionamiento mediante las unidades electrónicas de procedimiento y control. Este tipo de control tiene diversos inconvenientes.
Un primer inconveniente radica en el carácter no determinista de las normas que, de hecho, se basan en el juicio y la experiencia subjetiva de los operadores.
Un segundo inconveniente radica en el hecho de que la necesidad de realizar normativas se basa en la observación de datos resultantes de análisis de laboratorio realizados periódicamente y no en tiempo real directamente sobre el producto final o intermedio.
Considerando que pueden ser necesarias muchas regulaciones finas antes de obtener un producto que se ajuste a las especificaciones deseadas y que la planta de producción bajo examen opera en continuo, puede entenderse cómo la eficiencia de producción de la planta puede verse significativamente afectada por la eficacia de la metodología de control del procedimiento productivo.
El objetivo de la presente invención es superar los inconvenientes mencionados anteriormente y, en particular, idear un método y un sistema para el control de una planta para la producción continua de un polímero que permita optimizar los parámetros de control en un corto tiempo, garantizando una mayor eficiencia productiva que la proporcionada por el estado de la técnica.
Este y otros objetivos según la presente invención se logran proporcionando un método y un sistema para el control de una planta para la producción en continuo de un polímero como se especifica en las reivindicaciones independientes.
Otras características del método y sistema para el control de una planta para la producción en continuo de un polímero son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Las características y ventajas de un método y un sistema para el control de una planta para la producción en continuo de un polímero según la presente invención aparecerán más evidentes a partir de la siguiente descripción ilustrativa y no limitativa, con referencia a la adjunta dibujos esquemáticos en los que:
- la figura 1 es un esquema de bloques de una planta para la producción en continuo de un polímero según la presente invención;
- la figura 2 es un esquema de bloques que representa los módulos de cálculo previstos en el método para el control de la planta de la figura 1, según la presente invención.
Con referencia a la figura 1, esta muestra una planta para la producción en continuo de un polímero, indicado como un todo con 10.
En la presente descripción no se describirán las etapas del método para la producción de polímeros ya que son conocidas en el estado de la técnica.
La planta 10 comprende una sección de reacción que comprende al menos un reactor 11 alimentado con al menos un primer monómero y un segundo monómero, una sección de extracción que comprende un primer extractor 12 de alta presión, un segundo extractor 17 de baja presión y un tercer extractor 18 de baja presión, una sección de acabado que comprende al menos una cubeta 13 para reciclar los productos finos, una pluralidad de equipos 14 de medición de las condiciones operativas de la planta 10 y un sistema de control que comprende una pluralidad de dispositivos 15 de control distribuidos que pueden ser accionado por al menos una unidad 16 central de procesamiento y control electrónico sobre la base de una pluralidad de variables de control que comprenden el caudal de aceite con el que se alimenta el primer extractor, el caudal del terminador de cadena con el que al menos se alimenta un reactor 11 y el caudal de ventilación del circuito de control termostático del reactor 11.
En la presente descripción, alta presión significa una presión de extracción que oscila entre 16 y 18 barg.
Baja presión significa una presión de extracción que oscila entre 4.5 y 6 barg.
El segundo extractor 17 está conectado en cascada al primer extractor 12 y el tercer extractor 18 está conectado en cascada al segundo extractor 17.
Los dispositivos 15 de control distribuido son, por ejemplo, dispositivos dosificadores o válvulas capaces de variar la velocidad de alimentación de un reactivo a una determinada sección de la planta.
A continuación, se hará referencia, en aras de la simplicidad y no con finos limitativos, a los cauchos EPR y los cauchos EPDR.
En particular, para la producción de cauchos EPR, el reactor se alimenta con un primer monómero, por lo general etileno, y un segundo monómero, por lo general propileno; para la producción de cauchos EPDR, se agrega un tercer monómero, por lo general dieno, a estos monómeros.
En aras de la simplicidad, a continuación, se hará referencia al etileno como primer monómero, al propileno como segundo monómero y al dieno como tercer monómero. Todas las consideraciones expresadas con referencia al etileno, propileno y dieno se pueden considerar generalizables con respecto al primer, segundo y tercer monómero, respectivamente.
Ventajosamente, la al menos una unidad 16 central de procesamiento y control electrónico comprende medios 30 de software configurados para implementar las etapas de un método de control según la presente invención que se describe a continuación.
En particular, dichos medios 30 de software son un programa o conjunto de programas para un ordenador que se pueden descargar en la memoria de la propia unidad 16 central de procesamiento y control electrónico y que comprenden porciones de código de software para implementar las etapas del método según la presente invención. Ventajosamente, el método de control consiste en controlar la planta 10 en base a la pluralidad de variables e indicadores de control calculados por una pluralidad de módulos de cálculo. Estos módulos de cálculo son principalmente grupos de instrucciones de cálculo que contribuyen al control de la planta 10. No es necesario que los módulos de cálculo se ejecuten uno tras otro según un orden preestablecido; sin embargo, es posible que las instrucciones de cálculo de un módulo de cálculo dependan de los resultados de las instrucciones de cálculo de otro módulo de cálculo. En este último caso, de hecho, la implementación de un módulo de cálculo puede depender de la implementación previa de uno o más módulos de cálculo "preparatorios".
En cualquier caso, el método de control prevé, en primer lugar, recopilar una pluralidad de datos que comprenden parámetros de recetas, resultados de análisis de laboratorio y coeficientes predefinidos almacenados en una base de datos 40, y recopilar los datos revelados por el equipo de medición.
Los parámetros de la receta están predefinidos y se relacionan con las condiciones estándar de operación que se va a obtener en la planta o con las dosificaciones de reactivos necesarias para obtener un producto que cumpla con las especificaciones de producción. Los resultados de los análisis de laboratorio, en cambio, se refieren a análisis realizados sobre productos de muestra recogidos a la salida de la planta a intervalos de tiempo preestablecidos. Los coeficientes predefinidos se refieren a parámetros usados para el cálculo de las variables.
El equipo de medición puede consistir, por ejemplo, en cromatógrafos y otros detectores de uso común en este tipo de plantas.
El método de control según la presente invención comprende la etapa en el que se determina un valor potencial de producción del al menos un reactor 11, mediante un primer módulo 20 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionados anteriormente, en base a los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio, los coeficientes predefinidos y los datos detectados por el equipo de medición.
El valor potencial de producción del al menos un reactor 11 se calcula preferiblemente como la proporción entre el caudal de reciclaje al reactor, detectado mediante uno de los aparatos de medición, y un factor F de conversión. El caudal de reciclado se mide mediante un instrumento de medida del tipo másico "Coriolis" y en particular, a través de este instrumento se adquiere la salida volumétrica (m3/h) y la densidad (kg/h).
La potencialidad del reactor 11 se expresa en t/h de caucho seco producido, mientras que el caudal de reciclado al reactor se expresa en m3/h. En la realización preferida de la presente invención, el primer módulo 20 está configurado para calcular:
- Densidad de propileno en relación con la temperatura del propileno alimentado al reactor 11;
- Potencialidad de acabado;
- Factor F de conversión;
- Potencialidad del reactor;
- Punto de ajuste (SP_COCAT) del caudal de cocatalizador (COCAT) expresado en 1/h;
- Punto de ajuste (SP_ATT) del caudal del activador (ATT) expresado en 1/h;
- Rendimiento expresado en kg de caucho/g de catalizador (CAST);
- Sólidos totales;
- Punto de ajuste del caudal del segundo monómero alimentado al reactor 11 expresado en kg/h; si el segundo monómero es propileno, el punto de ajuste de caudal se indica en SP_Propileno.
Los catalizadores, cocatalizadores, activadores usados en el procedimiento se encuentran entre los proporcionados por la catálisis Ziegler-Natta conocida.
El sólido total es el porcentaje en peso de caucho con respecto al peso total de la mezcla en el reactor.
El cálculo del factor F de conversión se basa en una función polinomial cuyos coeficientes están relacionados con la experiencia de la planta y determinadas variables de reacción tales como la temperatura del propileno, la temperatura de reciclado, el sólido total y el porcentaje molar de agente diluyente en la fase gaseosa del reactor 11. Los coeficientes usados para el cálculo del factor de conversión son parámetros de receta y, para obtener buenos resultados, deben actualizarse periódicamente, preferiblemente cada seis meses después de la puesta en marcha de la planta, o después de un período de funcionamiento congruente de las líneas, observando una plétora de productos.
La potencialidad de acabado se calcula como la proporción entre la producción, es decir, el número de pacas de polímero y un parámetro de receta Kfinos.
Kfinos representa el porcentaje de residuos finos producidos para cada tipo de polímero; este porcentaje debe ser tenido en cuenta, ya que los residuos finos son producidos por el reactor, pero no se miden estrictamente en la potencialidad de acabado de las pacas.
La diferencia entre la potencialidad de acabado y la potencialidad del reactor se puede usar para comprender la posible discrepancia entre la producción de reacción y en el acabado.
El punto de ajuste SP_COCAT del caudal de COCAT se calcula como:
SP_COCAT= (RAPP_COCAT_CAT* (MW_COCAT/MW_CAT) *P _ C A T /10 0 0 *D ENS_CAT* CONC_CAT/1 0 0 ) * 100 0 /DENS_COCAT
en la que:
- RAPP_COCAT_CAT es un parámetro de receta que representa la relación molar entre COCAT y CAT y deriva de experimentaciones de la catálisis Natta en la planta en cuestión y puede ser modificado por el sistema de control en relación con las características mecánicas y la composición del producto;
- CONC_CAT es un parámetro de receta que representa la concentración porcentual en peso de CAT en aceite; - MW_COCAT es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular de COCAT;
- MW_CAT es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular de CAT;
- P_CAT es el caudal de CAT detectado y expresado en 1/h;
- DENS_CAT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de CAT expresada en kg/m3;
- DENS_COCAT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de COCAT expresada en kg/m3.
El punto de ajuste SP_ATT del caudal de ATT se calcula de la siguiente manera:
S P_ATT=( RAP P_ATT_CAT* P_CAT/10 00 * DEN S_CAT * CONC_CAT/1 00 ) * 1000 / DENS_ATT;
en la que:
- RAPP_ATT_CAT es un parámetro de receta que representa la relación en peso entre ATT y CAT;
- CONC_CAT es un parámetro de receta que representa la concentración porcentual en peso de CAT en aceite; - P CAT es el caudal de CAT expresado en 1/h;
- DENS_CAT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de CAT expresada en kg/m3;
- DENS_ATT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de ATT expresada en kg/m3.
El rendimiento se usa ventajosamente para indicar la eficacia de la reacción y se calcula como sigue: Rendimiento - potencialidad del reactor * 1000/(P_CAT/1000 *DENS CAT*CONC CAT/100*1000*(MW CATM/MW CAT))
en la que:
- CONC_CAT es un parámetro de receta que representa la concentración porcentual en peso de CAT en aceite; - MW_CATM es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular del metal CAT;
- MW_CAT es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular de CAT;
- P_CAT es el caudal de CAT detectado y expresado en 1/h;
- DENS_CAT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de CAT expresada en kg/m3
El punto de ajuste del propileno alimentado al reactor se determina en base al valor calculado del sólido total y el valor diana del sólido total, que es un parámetro de receta. En el cálculo del punto de ajuste del propileno, el caudal del catalizador preferiblemente no se considera, ya que es insignificante. En particular, en el caso de la producción de caucho EPDR, el punto de ajuste de propileno SP_Propileno se calcula de la siguiente manera:
SP_Propileno = Potencialidad de producción del
reactor * 1000 / TOTSOL_diana i 100-ETILENO-P_DIENO /1000 * DENS_DIENO - fundente de propileno;
en la que:
- TOTSOL_diana es un parámetro de receta que representa el porcentaje en peso de caucho con respecto al peso total de la mezcla en el reactor;
- P_DIENO es el caudal de DIENO alimentado al reactor detectado y expresado en 1/h;
- ETILENO es el caudal de ETILENO alimentado al reactor detectado y expresado en kg/h;
- El fundente de propileno es el caudal de fundente de propileno alimentado al reactor detectado y expresado en kg/h; - DENS_DIENO es un coeficiente predefinido que representa la densidad de dieno expresada en kg/m3.
El método de control también comprende la etapa en la que se determina la concentración de polímero, mediante un segundo módulo 21 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionados anteriormente, en el al menos un reactor 11, en el primer extractor 12 y en la al menos una cubeta 13 de reciclaje de productos finos, en base al valor de potencialidad de producción del reactor determinado en el primer módulo 20 de cálculo, los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio, los coeficientes predefinidos y los datos medidos por el equipo de medición.
Este segundo módulo 21 de cálculo está, preferiblemente, configurado para determinar la concentración de polímero también dentro del segundo 17 y tercer extractor 18. Este cálculo se basa en el balance de materia y energía de cada aparato.
La concentración de polímero en el reactor 11 es importante para evitar la obstrucción debido a la alta concentración. La concentración de polímero en la sección de extracción es extremadamente importante para maximizar la eficiencia de extracción y porque ayuda al operador a evitar obstrucciones debido a la alta concentración, evitando daños en las máquinas de acabado por operar con bajas cargas como resultado de la baja concentración. La concentración de polímero en la cubeta 13 de reciclaje de productos finos se usa para considerar el reciclaje de productos finos en el agua reciclada del acabado.
Este segundo módulo 21 de cálculo está configurado, preferiblemente, para calcular también el punto de ajuste del agua reciclada procedente del acabado o recarga o reposición para mantener constante la concentración de polímero en los extractores.
Durante la producción de grados no extendidos con aceite, el agua procedente de la sección de acabado se recicla completamente al extractor de alta presión.
Durante la producción de grados extendidos con aceite, el agua procedente de la sección de acabado se recicla en parte al primer extractor 12 de alta presión y en parte al segundo extractor 17 de baja presión para que la concentración de polímero sea igual a un respectivo parámetro de receta denominado concentración de polímero diana y el tiempo de residencia en el equipo igual a un respectivo parámetro de receta denominado tiempo de residencia diana, para obtener una distribución óptima de aceite en el caucho.
El agua reciclada normalmente no se envía al tercer extractor 18 de baja presión, pero esta operación de envío del agua reciclada al tercer extractor 18 puede ser seleccionada por el operador en caso de anomalía.
Ventajosamente, el método de control también comprende la etapa de determinar, mediante un tercer módulo 22 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionados anteriormente, el caudal de aceite para alimentar el segundo extractor 17, para obtener una fracción de porcentaje en peso de aceite igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción de porcentaje en peso diana de aceite sobre la base del valor de potencialidad de producción del al menos un reactor 11 determinado por el primer módulo 20 de cálculo, el valor de concentración del polímero en el primer extractor 12, determinados por el segundo módulo 20 de cálculo, los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio, los coeficientes predefinidos y los datos medidos por el equipo de medición.
El aceite se alimenta al segundo extractor 17 de baja presión para grados extendidos con aceite y, en relación con el grado en sí, se puede alimentar aceite de color blanco o aceite de color amarillo. La planta de producción dispone de dos selectores que seleccionan el controlador de caudal del aceite de color blanco o el del aceite de color amarillo; la selección es gestionada por la unidad de control central a través de los parámetros de la receta. El caudal de aceite en el segundo extractor 17 de baja presión se calcula mediante la siguiente fórmula:
Punto de ajuste del caudal de ACEITE = (concentración de polímero
en el primer extractor 12 de alta presión * cantidad de líquido que sale del
primer extractor 12 de alta presión * fracción de porcentaje en peso diana
de ACEITE) / (100 fracción de porcentaje en peso diana de ACEITE) /
densidad de ACEITE;
en la que
- la concentración del polímero en el primer extractor 12 de alta presión y la cantidad de líquido que sale del primer extractor 12 de alta presión se calculan en el segundo módulo 21 de cálculo; en particular, "cantidad de líquido que sale del primer extractor 12" se refiere al producto del caudal total que sale del primer extractor 12 por la concentración de polímero en el mismo calculada y expresada en g de polímero/l de lechada;
- la densidad del aceite es un coeficiente predefinido que representa la densidad del aceite expresada en kg/m3;
- la fracción de porcentaje en peso diana de ACEITE en el producto acabado es un parámetro de receta.
El segundo módulo 21 de cálculo controla continuamente la diferencia en la concentración de aceite entre la concentración de aceite diana y la concentración resultante de los datos analíticos de laboratorio y calcula la cantidad de aceite necesaria para alcanzar la fracción de porcentaje en peso diana de aceite sobre el producto acabado según una ley de fuerza predeterminada, que puede ser, por ejemplo, una ley lineal. Si esta cantidad resulta ser superior a un umbral predeterminado, el método de control prevé que el operador efectúe una adición rápida de aceite indicando la cantidad que se va a agregar. Si el aceite está en exceso, se calcula el tiempo de parada, preferiblemente en minutos, del caudal de aceite a los extractores para restaurar la fracción de porcentaje en peso diana de aceite.
El método de control según la presente invención también implica determinar, mediante un cuarto módulo 23 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionados anteriormente, el caudal del terminador de cadena (TERM) para alimentar el al menos un reactor 11 para obtener un valor de viscosidad sustancialmente constante del polímero e igual a un parámetro de receta respectivo, denominado viscosidad diana del polímero, y un valor de fracción de porcentaje molar de TERM igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción molar de porcentaje diana de TERM, en base a un valor de potencialidad de producción del al menos un reactor 11 determinado por el primer módulo 20 de cálculo, los parámetros de receta, los resultados de análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y datos obtenidos del equipo de medición.
El cuarto módulo 23 de cálculo está configurado para calcular:
- el punto de ajuste SP_TERM del caudal del terminador de cadena (TERM) alimentado al reactor 11 expresado en Nm3/h;
- el punto de ajuste SP_PURGA del caudal de venteo del circuito termostático del reactor 11 expresado en Nm3/h;
La fracción molar porcentual diana de TERM se determina, en particular, en base a un valor analítico de viscosidad Mooney. El cálculo del punto de ajuste SP_TERM también depende de la variación del rendimiento, la tendencia de las extrapolaciones no lineales de la medición cromatográfica de la fracción porcentual molar TERM y de la estimación de la viscosidad en línea.
En particular, el rendimiento polimérico es un indicador de la longitud de las cadenas que se forman en el reactor 11. Por lo tanto, la variación del rendimiento es usada por el sistema de control para evitar variaciones en el peso molecular promedio en peso, que están correlacionadas con variaciones en la viscosidad Mooney.
Los datos analíticos de la viscosidad Mooney se transmiten a la unidad 16 de control y procesamiento electrónico central periódicamente, por ejemplo cada 2-4 horas, pero en el intervalo entre una medición de laboratorio y la otra, el sistema de control realiza una estimación predictiva en línea de la viscosidad a través de una red neuronal en base a datos estadísticos y correlaciones. La red neuronal mencionada anteriormente aprende del procedimiento y se recalibra por medio de los mismos datos analíticos adquiridos periódicamente.
Si la composición del terminador de cadena en la fase gaseosa es mayor con respecto a la predicha por un parámetro de receta de concentración de terminador de cadena respectivo, el terminador en sí debe ventilarse desde el circuito termostático del reactor.
El punto de ajuste SP_PURGA se calcula considerando el exceso de terminador de cadena en la fase gaseosa del reactor y el caudal de reciclaje de la fase gaseosa.
La pluralidad de variables de control comprende preferiblemente el caudal del tercer monómero con el que se alimenta el al menos un reactor 11, y el método comprende la etapa en la que se determina el caudal del tercer monómero, mediante un quinto módulo 24 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionada anteriormente, para obtener una concentración de dicho tercer monómero igual a un parámetro de receta denominado concentración diana de tercer monómero, en base al valor de potencialidad de producción de al menos uno el reactor 11 determinado en el primer módulo 20 de cálculo, los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio, los coeficientes predefinidos y los datos medidos por el equipo de medición.
El caudal del tercer monómero DIENO alimentado al reactor 11 se calcula con la siguiente fórmula simplificada:
Punto de ajuste del caudal de DIENO = (Potencialidad del reactor
* concentración diana del DIENO) i (conversión del DIENO * pureza
del DIENO
en la que:
- La concentración diana del DIENO y la pureza del DIENO son parámetros de receta;
- La conversión del DIENO es un coeficiente predefinido.
La conversión del DIENO no es una conversión estequiométrica perfecta e indica la cantidad del Dieno alimentado que se ha unido eficazmente al polímero; para calcular este parámetro se debe conocer la cantidad de polímero que ha pasado por el reactor y el primer extractor en el periodo comprendido entre dos muestreos consecutivos.
La conversión de DIENO es actualizada cíclicamente por la unidad central de control y procesamiento electrónico usando los resultados de los análisis de laboratorio a través de la siguiente fórmula:
- Nueva conversión de DIENO = (concentración analítica de DIENO/concentración diana de DIENO) * conversión anterior de DIENO. La conversión DIENO inicial, con la que la planta arranca sin análisis de laboratorio, es el resultado de procedimientos estadísticos de ejecuciones óptimas, procedimientos que se realizan en línea y se almacenan en una base de datos apropiada.
La pluralidad de variables de control comprende preferiblemente el caudal de agente anticompactante con el que se alimenta el primer extractor 12 y el método de control comprende la etapa de determinar, mediante un sexto módulo 25 de cálculo, de la pluralidad de módulos de cálculo mencionada anteriormente, el caudal del agente anticompactante para obtener una fracción de porcentaje en peso de agente anticompactante igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción de porcentaje en peso diana de agente anticompactante sobre la base del valor de potencialidad de producción del al menos un reactor 11 determinados en el primer módulo 20 de cálculo, los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio, los coeficientes predefinidos y los datos medidos por el equipo de medición.
El agente anticompactante se alimenta al primer extractor para evitar la formación de aglomerados de caucho y la obstrucción del extractor. El caudal de agente anticompactante ANTIAGLOMERANTE alimentado al primer extractor 12 se calcula con la siguiente fórmula simplificada:
Punto de ajuste del caudal de ANTIAGLOMERANTE =
(Potencialidad de producción del reactor que comprende aceite *
fracción de porcentaje en peso diana de ANTIAGLOMERANTE) i
(concentración de ANTIAGLOMERANTE}
en la que:
- La potencialidad de producción del al menos un reactor 11 que comprende aceite se expresa en t/h de caucho seco producido más el aceite agregado en la sección de extracción y se calcula en el primer módulo 20 de cálculo.
- La concentración de ANTIAGLOMERANTE es un coeficiente predefinido igual a 1 % o 1.5 % dependiendo de la preparación del agente anticompactante e indica la dilución en g/l de agente anticompactante en la solución que lo transporta en el procedimiento.
- La fracción de porcentaje en peso diana de ANTIAGLOMERANTE es un parámetro de receta expresado en ppm de peso.
Adicionalmente, para gestionar los estados no estacionarios, tales como el cambio de grado, y alcanzar rápidamente la fracción de porcentaje en peso diana de ANTIAGLOMERANTE, el método de control prevé que el operador pueda variar la fracción de porcentaje en peso diana de ANTIAGLOMERANTE. Además, la unidad 16 central electrónica de procesamiento y control está configurada para recibir de un sensor específico, una señal que representa la potencia absorbida por el agitador del primer extractor 12 para tener una respuesta rápida ante un posible atasco.
Para refinar el resultado del sexto módulo 25 de cálculo, el punto de ajuste de ANTIAGLOMERANTE también se calcula en base a un factor de "forzamiento" en base a la experiencia actual de la planta.
Dicho coeficiente de forzamiento sólo se aplica si la absorción de potencia está por encima de un cierto umbral y aumenta si la absorción de potencia aumenta.
La pluralidad de variables de control comprende preferiblemente el caudal del segundo monómero, por ejemplo propileno, en una mezcla con un diluyente, por ejemplo alcano, para alimentar un tanque de suministro del al menos un reactor 11, y el método de control comprende la etapa de determinar, mediante un séptimo módulo 26 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionados anteriormente, el caudal del segundo monómero, para obtener una concentración del diluyente igual a un parámetro de receta respectivo denominado concentración diana del diluyente en base al valor de potencialidad de producción del al menos un reactor 11 determinado en el primer módulo 20 de cálculo, los parámetros de receta, los resultados de análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y datos medidos por el equipo de medición.
El caudal del segundo monómero de propileno mezclado con el diluyente se calcula con la siguiente fórmula:
Punto de ajuste del caudal de propileno mezclado con
el diluyente = Potencialidad de producción del reactor *
concentración diana del diluyente) / (concentración de
propileno)
en la que:
- La concentración de propileno es un coeficiente predefinido ligado a la pureza del propileno, normalmente igual al 97 %;
- Concentración diana de diluyente.
Adicionalmente, el cálculo del punto de ajuste del caudal de propileno mezclado con el diluyente tiene en cuenta las fugas de propileno y diluyente de la columna C3 y la desviación de la concentración de diluyente en la fase gaseosa del reactor.
La fórmula simplificada anterior se multiplica por un coeficiente que es una función exponencial de la proporción (Concentración diana de diluyente)/(Concentración de diluyente Concentración de propileno, detectada por el cromatógrafo de gases).
La pluralidad de variables de control comprende preferiblemente el caudal de antioxidante para alimentar el primer extractor 12, y el método de control comprende la etapa de determinar, mediante un octavo módulo 27 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo antes mencionada, el caudal de antioxidante para obtener una fracción de porcentaje en peso de antioxidante igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción de porcentaje en peso diana de antioxidante sobre la base del valor de potencialidad de producción del al menos un reactor 11 determinado en el primer módulo 20 de cálculo, los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio y los coeficientes y datos predefinidos medidos por el equipo de medición.
El antioxidante ANTIOX se alimenta al primer extractor 12 para evitar la oxidación del caucho durante el almacenamiento. El caudal de antioxidante alimentado al primer extractor 12 se calcula con la siguiente fórmula:
Punto de ajuste del caudal de ANTIOX = (Potencialidad del reactor
* fracción de porcentaje en peso diana de ANTIOX) / (concentración de
ANTIOX)
en la que:
- La concentración de ANTIOX es un coeficiente predefinido normalmente igual al 50 % e indica la dilución del antioxidante expresado en g/l en la solución que lo transporta en el procedimiento;
- La fracción de porcentaje en peso diana de ANTIOX es un parámetro de receta e indica un porcentaje de peso en el polímero producido.
Adicionalmente, para gestionar los estados no estacionarios, tales como el cambio de grado, y alcanzar rápidamente el contenido diana de ANTIOX, el método de control proporciona al operador la oportunidad de variar la concentración diana de ANTIOX.
Para poder refinar el resultado del cálculo, el punto de ajuste de ANTIOX se calcula teniendo en cuenta los factores multiplicativos de "forzamiento" y "transferencia" en base a la experiencia actual de la planta.
La pluralidad de variables de control comprende preferiblemente el caudal de un agente de ajuste de pH, tal como, por ejemplo, soda, para alimentar el primer extractor 12, para reducir el riesgo de corrosión del equipo y la emisión de cloro en las aguas residuales y la pila. En este caso, el método comprende la etapa de determinar, mediante un noveno módulo 28 de cálculo de la pluralidad de módulos de cálculo mencionados anteriormente, el caudal de agente de ajuste de pH para obtener un baño de extracción con un pH igual a un parámetro de receta respectivo denominado diana de pH en base a los parámetros de receta, los resultados del análisis de laboratorio y los coeficientes y datos predefinidos medidos por el equipo de medición.
El agente de ajuste del pH se alimenta al primer extractor de alta presión para mantener constante el pH del baño de extracción. El agente de ajuste de pH se alimenta para neutralizar la acidez de los residuos catalíticos. El caudal de agente de ajuste de pH, en 1/h, alimentado al primer extractor 12 de alta presión se calcula con la siguiente fórmula:
Punto de ajuste del caudal del agente de ajuste de pH =
(COCAT/MW _ COCAT*MW_agente de ajuste de pH * DE!NS_COCAT
P_ATT/MW_ ATT*MW_agente de ajuste de pH * DENS_ATT K_
cond_agua * cond_agua) / (CONC_ agente de ajuste de pH) *100/
DENS_ agente de ajuste de pH
en la que:
- COCAT indica el flujo de COCAT expresado en caudal de 1/h;
- MW_COCAT es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular de COCAT;
- DENS_COCAT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de COCAT expresada en kg/m3;
- P_ATT representa el caudal de ATT detectado y expresado en 1/h;
- MW_ATT es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular de ATT;
- DENS_ATT es un coeficiente predefinido que representa la densidad de ATT expresada en kg/m3;
- DENS_agente de ajuste de pH es un coeficiente predefinido que representa la densidad del agente de ajuste de pH expresada en kg/m3;
- CONC_agente de ajuste de pH es un coeficiente predefinido que representa la concentración de agente de ajuste de pH en la solución acuosa;
- MW_Agente de ajuste de pH es un coeficiente predefinido que representa el peso molecular del MW_agente de ajuste de pH;
- K_cond_agua es un coeficiente predefinido que representa la concentración de agente de ajuste de pH y se relaciona con la fórmula de pOH en g/l;
- cond_agua es un coeficiente predefinido que estima el vapor condensado alimentado al extractor y el agua de la sección de acabado en caso de problemas relacionados con el sistema de reciclaje del agua del acabado.
Para poder afinar el resultado del cálculo, se calcula el punto de ajuste de la sosa final en base a la diferencia entre el dato analítico y la diana de la receta, tomando en consideración los factores multiplicativos de "forzamiento" y "transferencia" en base a la experiencia actual de la planta.
La pluralidad de variables de control comprende preferiblemente el caudal del primer monómero para la alimentación del al menos un reactor 11, y el método de control comprende la etapa de determinar, mediante un décimo módulo 29 de cálculo, de la pluralidad de módulos de cálculo mencionada anteriormente, el caudal del primer monómero para obtener una relación molar entre los monómeros derivados del tipo de catálisis usado en base a los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
Adicionalmente, para gestionar los estados no estacionarios y alcanzar rápidamente la diana de los módulos de cálculo, el método de control prevé que el operador pueda variar estos parámetros diana.
Las características del sistema y método de control, objeto de la presente invención, son evidentes a partir de la descripción anterior, ya que las ventajas relativas son claras.
El método y sistema de control según la presente invención permite realizar ajustes automáticos y en tiempo real, que aseguran la producción de polímeros dentro de las especificaciones de producción. Los ajustes son deterministas y, por lo tanto, repetibles, y se basan no solo en parámetros de receta y datos teóricos, sino también en resultados de análisis de laboratorio.
Estos ajustes hacen que la producción de la planta sea independiente de la estacionalidad de las campañas de producción.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un método para el control de una planta (10) para la producción en continuo de un polímero, en el que dicha planta (10) comprende una sección de reacción que comprende al menos un reactor (11) alimentado con al menos un primer monómero y un segundo monómero, una sección de extracción que comprende un primer extractor (12) de alta presión, un segundo extractor (17) de baja presión, un tercer extractor (18) de baja presión, una sección de acabado que comprende al menos una cubeta (13) de reciclaje del productos finos, una pluralidad de equipos (14) de medición de las condiciones operativas de dicha planta (10) y un sistema de control que comprende una pluralidad de dispositivos (15) de control distribuidos controlables por al menos una unidad (16) electrónica de procesamiento y control en la en base a una pluralidad de variables de control que comprenden al menos el caudal de aceite para alimentar dicho primer extractor (12), y el caudal del terminador de cadena para alimentar dicho al menos un reactor (11) , y el caudal de ventilación de un circuito termostático de dicho al menos un reactor (11), dicha pluralidad de variables de control siendo calculadas por una pluralidad de módulos de cálculo, comprendiendo dicho método de control las siguientes etapas:
- recopilar una pluralidad de datos, que comprenden parámetros de receta, resultados de análisis de laboratorio y coeficientes predefinidos almacenados en bases de datos (40);
- recoger los datos medidos por dicho equipo (14) de medición;
- determinar, mediante un primer módulo (20) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, un valor de potencialidad de producción de dicho al menos un reactor (11) en base a dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por dicho equipo (14) de medición;
- determinar, mediante un segundo módulo (21) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, la concentración de polímero en dicho al menos un reactor (11), en dicho primer extractor (12) y en dicha al menos una cubeta (13) de reciclaje de los productos finales, en base al valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por dicho equipo (14) de medición;
- determinar, mediante un tercer módulo (22) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, dicho caudal de aceite para alimentar dicho segundo extractor (17), para obtener una fracción de porcentaje en peso de aceite igual a un respectivo parámetro de receta denominado diana fracción de porcentaje en peso de aceite en base a dicho valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, del valor de concentración del polímero en el primer extractor (12) determinado por el segundo módulo (21) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición;
- determinar, mediante un cuarto módulo (23) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal del terminador de cadena (TERM) para alimentar dicho al menos un reactor (11), para obtener un valor de viscosidad sustancialmente constante del polímero e igual a un parámetro de receta respectivo denominado viscosidad diana del polímero, y un valor de fracción porcentual molar TERM igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción porcentual molar TERM diana, en base al valor de potencialidad de producción de dicho al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición;
- controlar dicha planta (10) en base a dicha pluralidad de variables de control determinadas.
2. El método según la reivindicación 1, en el que dicho valor de potencialidad de producción de dicho al menos un reactor (11) se calcula como una proporción entre el caudal de reciclaje al reactor detectado mediante uno de dichos aparatos (14) de medición y un factor de conversión.
3. El método según la reivindicación 1 o 2, en el que dicha pluralidad de variables de control comprende el caudal de un tercer monómero para alimentar dicho al menos un reactor (11), comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- determinar, mediante un quinto módulo (24) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal del tercer monómero para obtener una concentración de dicho tercer monómero igual a un parámetro de receta denominado concentración diana del tercer monómero en base al valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de variables de control comprende el caudal de agente anticompactante para alimentar dicho primer extractor (12), comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- determinar, mediante un sexto módulo (25) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal de agente anticompactante para obtener una fracción de porcentaje en peso de agente anticompactante igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción de porcentaje en peso diana de agente anticompactante en base al valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado por dicho primer módulo (20) de cálculo, dichos parámetros de receta, dichos resultados de análisis de laboratorio, dichos coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de variables de control comprende el caudal de dicho segundo monómero en una mezcla con un diluyente para alimentar un tanque de procedimiento, comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- determinar, mediante un séptimo módulo (26) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal del segundo monómero en una mezcla con un diluyente para obtener una concentración del diluyente igual a un parámetro de receta respectivo denominado concentración diana del diluyente en base al valor de potencialidad de producción del al menos un reactor (11) determinado en el primer módulo (20) de cálculo, los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de variables de control comprende el caudal de antioxidante para alimentar dicho primer extractor (12), comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- determinar, mediante un octavo módulo (27) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal de antioxidante para obtener una fracción de porcentaje en peso de antioxidante igual a un parámetro de receta respectivo denominado fracción de porcentaje en peso diana de antioxidante en base a la valor de potencialidad de producción del al menos un reactor determinado en el primer módulo (20) de cálculo, los parámetros de receta, los resultados de los análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de variables de control comprende el caudal de agente de ajuste de pH para alimentar dicho primer extractor (12), comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- determinar, mediante un noveno módulo (28) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal de agente de ajuste de pH para obtener un baño de extracción con un pH igual a un parámetro de receta respectivo denominado pH diana en base a los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
8. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de variables de control comprende el caudal de dicho primer monómero para alimentar dicho al menos un reactor (11), comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- determinar, mediante un décimo módulo (29) de cálculo de dicha pluralidad de módulos de cálculo, el caudal de dicho primer monómero con el que alimentar dicho al menos un reactor (11) para obtener una relación molar entre los monómeros derivados del tipo de catálisis usada en base a los parámetros de la receta, los resultados de los análisis de laboratorio y los coeficientes predefinidos y dichos datos medidos por el equipo de medición.
9. Un sistema para controlar una planta para la producción en continuo de un polímero, en el que dicha planta (10) comprende una sección de reacción que comprende al menos un reactor (11) alimentado con al menos un primer monómero y un segundo monómero, una sección de extracción que comprende un primer extractor (12) de alta presión, un segundo extractor (17) de baja presión, un tercer extractor (18) de baja presión, una sección de acabado que comprende al menos una cubeta (13) de reciclaje de los productos finos, una pluralidad de equipos (14) de medición de las condiciones de operación de dicha planta (10), comprendiendo dicho sistema de control:
- una pluralidad de dispositivos de control distribuidos y
- al menos una unidad (16) de control y procesamiento electrónico apropiada para controlar dicha pluralidad de dispositivos (15) de control distribuidos y configurada para implementar las etapas de un método de control según una o más de las reivindicaciones anteriores.
10. Una planta (10) para la producción en continuo de un polímero que comprende:
- una sección de reacción que comprende al menos un reactor (11) alimentado con al menos un primer monómero y un segundo monómero;
- una sección de extracción que comprende un primer extractor (12) de alta presión, un segundo extractor (17) de baja presión, un tercer extractor (18) de baja presión;
- una sección de acabado que comprende al menos una cubeta (13) de reciclaje de los productos finos;
- una pluralidad de equipos (14) de medición de las condiciones operativas de dicha planta (10);
- un sistema de control según la reivindicación 9.
11. Un programa de ordenador descargable en la memoria interna de un ordenador digital, que comprende porciones de código para implementar el método de control según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, cuando dicho programa es ejecutado por dicho ordenador.
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