本發(fā)明涉及用于創(chuàng)建用于監(jiān)控反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的程序的項目規(guī)劃系統(tǒng)和方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的計算機程序。

背景技術(shù)：

1、熱失控是由于放熱反應(yīng)而的化學(xué)反應(yīng)的溫度控制的損失，該放熱反應(yīng)能夠?qū)е路磻?yīng)器中的爆炸性的溫度上升。當(dāng)產(chǎn)生的熱量(諸如例如反應(yīng)熱量)不再能夠被充分地消散時，然后，出現(xiàn)溫度控制的損失。其結(jié)果是反應(yīng)速度增加并且因此是自加速過程，該自加速過程從反應(yīng)過程或分解過程中釋放其他能量。

2、由此，反應(yīng)器內(nèi)的溫度升高并且因此壓力通常也升高。這也稱為失控反應(yīng)(英文：“runaway?reaction”失控反應(yīng))。失控反應(yīng)或自加速導(dǎo)致安全裝置、例如安全閥門或保險片的反應(yīng)，并且引起產(chǎn)品溢出(或在最壞的情況下反應(yīng)器爆炸)，在其突然釋放的情況下能夠出現(xiàn)高度的氣體排放，該氣體排放甚至是易燃的或有毒的。

3、該問題尤其出現(xiàn)在以半批式操作的方式運行的、具有放熱反應(yīng)的反應(yīng)器的情況下。在此，該問題包括但不限于能夠造成反應(yīng)漸漸停止，并且同時造成加入的反應(yīng)物(即所謂的積累)的富集。在反應(yīng)重新開始時，該積累能夠?qū)е轮笖?shù)級的能量釋放，其由于自加速反應(yīng)僅難以控制。

4、因此，在準(zhǔn)備階段期望已經(jīng)經(jīng)由早期識別方法來確定失控反應(yīng)的危險潛力。

5、biernath、johannes等的出版物“model-based?zero?emission?safety?conceptfor?reactors?with?exothermal?reactions?for?chemical?plants具有化工廠放熱反應(yīng)的反應(yīng)器的基于模型的、零排放安全概念”，journal?of?loss?prevention?in?theprocess?industries?72(2021):104494給出關(guān)于已知的“在線”基于模型的早期識別方法的概述。這些方法使用發(fā)散準(zhǔn)則、絕熱準(zhǔn)則或積累準(zhǔn)則。

6、基于發(fā)散準(zhǔn)則的發(fā)散方法(也是ep?0?882?499?a1的主題)描述了如何經(jīng)由反應(yīng)器的溫度變化、溫度變化速度和在反應(yīng)器與冷卻套之間的溫度差異速度來展開體積。在此，如果造成體積隨時間的推移而增大，則容易想到存在失控反應(yīng)。該方法在公開文獻中使出：在識別與出現(xiàn)失控反應(yīng)之間的時間只為很短的時間段，使得根據(jù)反應(yīng)加速僅可有條件的對策是可行的。

7、在積累準(zhǔn)則的情況下確定反應(yīng)添加組分(即，反應(yīng)物)的積累，并且從中確定在失控反應(yīng)的情況下在反應(yīng)器中的最大溫度和最大壓力。在此，為了確定積累，列舉借助于光學(xué)方法或紅外光譜的直接濃度測量或者列舉間接方法、諸如例如能量平衡方法。例如，將最大溫度與反應(yīng)器的設(shè)計溫度進行比較，并且在超過閾值的情況下例如禁止添加反應(yīng)組分。

8、在失控反應(yīng)情況下的對于絕熱的溫度升高計算和對于積累準(zhǔn)則的其他詳細信息在schmidt?c.、biernath?j.、schmidt?j.、denecke?j.的出版物2022，protection?ofchemical?reactors?against?exothermal?runaway?reactions?with?smartoverpressure?protection?devices(使用智能過壓保護裝置保護化學(xué)反應(yīng)器免受放熱失控反應(yīng))，chemical?engineering?transactions,90,493-498doi:10.3303/cet2290083中被描述。在此也還公開對于能量平衡方法的其他細節(jié)。

9、對于其他的現(xiàn)有技術(shù)，例如，參考wo?03/103826al(包括但不限于能量平衡方法)和wo?00/47632al。

10、在此，從現(xiàn)有技術(shù)中已知的早期識別方法中的挑戰(zhàn)為轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩嚓P(guān)的、可編程邏輯控制器(splc)。該控制器限制了數(shù)學(xué)模塊、循環(huán)處理的數(shù)量，僅提供了有限的編程語言(lvl)，并且此外受到規(guī)范的要求，包括但不限于根據(jù)iec?61511的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是給出用于創(chuàng)建程序的項目規(guī)劃系統(tǒng)和方法，該程序用于監(jiān)控反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)，該項目規(guī)劃系統(tǒng)和方法使其是可行的，即，能夠在安全相關(guān)的、可編程邏輯控制器中實施監(jiān)控。

2、該目的通過根據(jù)專利權(quán)利要求1的項目規(guī)劃系統(tǒng)和根據(jù)專利權(quán)利要求6的方法來實現(xiàn)。用于監(jiān)控反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的計算機程序是專利權(quán)利要求11的主題。有利的設(shè)計方案分別是從屬權(quán)利要求的主題。

3、為了創(chuàng)建程序，用于創(chuàng)建用于監(jiān)控反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的程序的根據(jù)本發(fā)明的項目規(guī)劃系統(tǒng)提供：

4、-至少一個具有數(shù)學(xué)模型的第一功能模塊，該第一功能模塊用于，基于測量值并且基于反應(yīng)器中的組分的物質(zhì)數(shù)據(jù)，優(yōu)選地通過對反應(yīng)器中的組分的濃度的確定，確定在失控反應(yīng)的情況下反應(yīng)器中的最大溫度和/或最大壓力，并且

5、-至少一個第二功能模塊，該第二功能模塊用于確定反應(yīng)器中的一種或多種組分的物質(zhì)數(shù)據(jù)、特別是熱容量、密度、蒸氣壓力、電導(dǎo)率、溶解度和/或粘度。

6、在用于創(chuàng)建用于監(jiān)控在反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的程序的根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，該程序從以下中創(chuàng)建

7、-至少一個具有數(shù)學(xué)模型的第一功能模塊，該第一功能模塊用于，基于測量值并且基于反應(yīng)器中的組分的物質(zhì)數(shù)據(jù)，優(yōu)選地通過對反應(yīng)器中的組分的濃度的確定，確定在失控反應(yīng)的情況下反應(yīng)器中的最大溫度和/或最大壓力，和

8、-至少一個第二功能模塊，該第二功能模塊用于確定反應(yīng)器中的一種或多種組分的物質(zhì)數(shù)據(jù)、特別是熱容量、密度、蒸氣壓力、電導(dǎo)率、溶解度和/或粘度。

9、根據(jù)本發(fā)明的、用于監(jiān)控在反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的計算機程序包括：

10、-至少一個具有數(shù)學(xué)模型的第一功能模塊，該第一功能模塊用于，基于測量值并且基于反應(yīng)器中的組分的物質(zhì)數(shù)據(jù)，優(yōu)選地通過對反應(yīng)器中的組分的濃度的確定，確定在失控反應(yīng)的情況下反應(yīng)器中的最大溫度和/或最大壓力，和

11、-至少一個第二功能模塊，該第二功能模塊用于確定反應(yīng)器中的一種或多種組分的物質(zhì)數(shù)據(jù)、特別是熱容量、密度、蒸氣壓力、電導(dǎo)率、溶解度和/或粘度。

12、通過這種模塊化結(jié)構(gòu)、這種模塊的靈活互連以及其參數(shù)化，輕松適配于不同的過程、物質(zhì)和設(shè)施變量是可行的。因此，能夠非常有效地創(chuàng)建程序并且避免系統(tǒng)的錯誤。

13、在數(shù)學(xué)模型的情況下，借助在反應(yīng)器中的組分的測量值并且借助物質(zhì)數(shù)據(jù)，優(yōu)選地經(jīng)由在反應(yīng)器中的組分的濃度的確定，在失控反應(yīng)的情況下實施對在反應(yīng)器中的最大溫度和/或最大壓力的確定。換言之，數(shù)學(xué)模型同樣包含濃度的確定，并且首先確定在反應(yīng)器中的組分的濃度，并且然后在此基礎(chǔ)上實施對在反應(yīng)器中的最大溫度和/或最大壓力的確定。

14、在此，第二功能模塊也能夠包含純物質(zhì)方程，但是例如第二模塊也能夠僅用于單位換算。

15、在此，第一功能模塊和/或第二功能模塊還能夠具有設(shè)施變量作為輸入變量(例如，反應(yīng)器體積)。

16、在此，為了簡單地得到并且確定物質(zhì)數(shù)據(jù)，至少第二功能模塊優(yōu)選包括用于獲得純物質(zhì)方程的常量的接口、特別是用于從物質(zhì)數(shù)據(jù)庫中。

17、為了簡單地編程，優(yōu)選地，功能模塊被提供作為庫的元件(例如，作為模塊或所謂的“模塊典型”)。

18、根據(jù)特別有利的設(shè)計方案，該程序包括指令，在通過計算機執(zhí)行程序的情況下，指令促使該計算機執(zhí)行方法，在該方法中，為了監(jiān)控反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)，確定在反應(yīng)器中的至少一個反應(yīng)組分的積累，并且基于該積累確定在失控反應(yīng)的情況下在反應(yīng)器中的最大溫度和/或最大壓力。在此，借助測量值、諸如例如在反應(yīng)器中的溫度、壓力和/或聲速能夠確定反應(yīng)組分的積累。優(yōu)選地，基于“在線”測量值“在線”(即，實時)地實施監(jiān)控。

19、正如發(fā)現(xiàn)，如果借助在反應(yīng)器中的聲速的測量值來確定反應(yīng)組分的積累，然后，能夠特別簡單地并且因此也適合于在安全相關(guān)的、可編程邏輯控制器中的實施方式來確定反應(yīng)組分的積累和基于此的最大溫度和/或最大壓力。該方法能夠非常簡單地分為不同的、構(gòu)建在彼此之上的部分，該部分然后能夠分別作為單獨的功能模塊被實施。例如，作為輸入變量，只有生產(chǎn)的測量值、物質(zhì)數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)是需要的。例如(自動地或經(jīng)由操作員)能夠從物質(zhì)數(shù)據(jù)庫、諸如vdi熱手冊中獲得物質(zhì)數(shù)據(jù)。然后，為了確定最大溫度和/或最大壓力，僅需要進行相對簡單的數(shù)學(xué)計算，該數(shù)學(xué)計算也能夠在具有限制的數(shù)學(xué)可行性和循環(huán)程序處理的安全相關(guān)的、可編程邏輯控制器中被實施。

20、原則上，已經(jīng)從bates?r.等的出版物“implementation?of?ultrasonic?sensingfor?high?resolution?measurement?of?binary?gas?mixture?fractions超聲傳感技術(shù)對于二元混合氣體組分的高分辨率測量的應(yīng)用”sensors?2014，14，11260-11276；doi:10.3390/sl40611260中已知用于確定氣體混合物中的氣體份額的聲速測量。正如發(fā)現(xiàn)，這種聲速測量也能夠非常有利地用于測量反應(yīng)器中的物質(zhì)量濃度，并且據(jù)此，能夠借助相對簡單的方程例如確定在反應(yīng)器中的反應(yīng)組分和/或其他組分的濃度和其積累。

21、在此，原則上，在反應(yīng)器的液體中或在氣體空間中測量是可行的。

22、優(yōu)選地，聲速是指在超聲范圍內(nèi)的聲音的速度，即，超出人類聽閾的聲波。正如發(fā)件現(xiàn)，該聲音范圍能夠被良好地測量而且具有少量的干擾因素。

23、根據(jù)有利的設(shè)計方案，最大溫度和/或最大壓力附加地借助于在反應(yīng)器中的密度、溫度和壓力的測量值(或借助變量，從中能夠推導(dǎo)出上述變量)來確定。由此，還能夠進一步簡化反應(yīng)組分的積累的數(shù)學(xué)計算并且因此進一步簡化最大溫度和/或最大壓力的確定。

24、根據(jù)另外的有利的設(shè)計方案，借助測量值來確定在反應(yīng)器中的組分的濃度。

25、根據(jù)另外的有利的設(shè)計方案，當(dāng)確定的最大溫度和/或最大壓力超過閾值時，產(chǎn)生用于激活安全反應(yīng)的輸出信號。例如，輸出信號能夠觸發(fā)用于反應(yīng)器的操作員的警報，然后，就其而言，該警報觸發(fā)安全反應(yīng)，或者但是直接地觸發(fā)自動的安全反應(yīng)。

26、該閾值優(yōu)選地從反應(yīng)器的設(shè)計極限只或者反應(yīng)器的安全裝置的界限值中推導(dǎo)出。

27、在最簡單的情況下，安全反應(yīng)包括減少或終止(停止)向反應(yīng)器輸送反應(yīng)組分和/或增加反應(yīng)器的冷卻。

28、由于在半批式操作的方式中失控反應(yīng)的危險特別大，因此當(dāng)反應(yīng)器以半批式操作的方式被運行時，然后，其以大的優(yōu)勢被使用。

29、根據(jù)特別有利的設(shè)計方案，該程序是安全相關(guān)的控制器的故障安全的程序，該安全相關(guān)的控制器特別是安全相關(guān)的可編程邏輯控制器。

30、在上文中描述的項目規(guī)劃系統(tǒng)、規(guī)劃方法和計算機程序也能夠在情況下中使用，在該情況中，例如，借助光學(xué)方法或能量平衡計算，例如，也在沒有聲速測量值的情況下確定反應(yīng)組分的積累。特別地，其適合用于創(chuàng)建故障安全的程序，特別是用于安全相關(guān)的、可編程邏輯控制器。