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UW500集散节制体系在高份子资料中的利用

行业计划

一、工艺简介

高份子资料也称为聚合物资料,因此高份子化合物为基体,再配有其余增加剂(助剂)所构成的资料。本文以聚丙烯酸酯类PVC抗冲改性剂ACR为例,来描写UW500 DCS在聚合反映节制中的利用。

ACR高份子加工助剂是PVC出产中的首要改进剂,用以改进软、硬质PVC的加工机能。降落PVC的熔融温度,耽误熔融时辰,进步出产效力,获得布局平均、外表光芒的高品质PVC产物。其出产工艺如图1所示:


图1 ACR工艺流程

ACR是丙烯酸酯共聚物,属于“核-壳”布局共聚物。它的制备因此各种丙烯酸酯和交联剂、乳化剂、激发剂、份子量调理剂等质料,经屡次乳液聚合而制得的红色微细无毒、无侵蚀性粉末。

首要出产装配包罗分料/加料体系、聚合釜温度节制体系、激发剂和别的助剂体系、搅拌釜、喷雾枯燥器、冷凝器和共用体系等,该产物的手艺关头首要在于工艺配方和进程节制方面。


二、工艺节制难点

ACR产物规格单一,每种规格的配方由十几种物料参数及几十种可调参数构成,因此批量配方体系很是庞杂。请求节制体系具有柔性设想,能够或许顺应多种产物工艺的变更。全部出产装配由多少自力的体系所构成,在批量出产进程中,批量主法式要对各自力的体系资本和设备停止兼顾,并按照挨次履行各单位进程;

接纳全密闭式主动分料、主动加料节制,请求完成集合加料、分步加料和配方加料等多种投料体例,并且对加料的精度请求极高;

聚合釜反映进程冗杂,大抵分为三个阶段:乳胶粒天生阶段、匀速聚合阶段和降速阶段,共包罗28个步骤(如图2所示)。温度的节制是经由进程调理半管夹套和内冷管进水流量的巨细来不变节制釜温度的变更,温度曲线庞杂,每一个阶段的温度节制请求切确,呼应实时,降温的时辰要完成匀速降温。

图2 聚合反映温度节制进程


三、节制计划——全主动批量节制

批量(Batch)出产进程的特色是能够利用统一套出产装配,出产多个种类的产物,这在化工场、制药厂、食物饮料厂中很是遍及。跟着社会对多种类、小批量出产须要的不时进步,和对产物出产的可追溯性请求和品质保障请求的进步,使得批量出产节制体系的首要性愈来愈凸起。批量出产体系能够很是矫捷地为每一个批次的产物分派一个独一的标识,经由进程该独一的标识完成工场出产的每批产物具有可追溯性,知足品质保障的请求。

配方(Recipe)由设备资本的操纵流程和步骤构成,它具体记实了每一个批次产物是若何出产的。

一个批量节制体系须要具有多种功效和接口,比方,批量节制体系须要与节制设备停止通讯,须要为出产操纵职员供给监督批量出产进程的画面接口,为工艺工程师供给配方天生器,还要稀有据库以记实出产进程的完全信息,供过后阐发。

鉴于上述ACR极为庞杂的出产工艺,山东某着名高份子资料公司在工场中引入了合适S88规范的UWinBatch软件作为批次节制及自控处置计划。

配方办理界面如图3所示,在这里能够增加所需的产物配方,首要触及四种操纵:

建立一个批次,用来决议计划首要的出产勾当,如出产某种规格的ACR产物,批次是工艺节制布局中的最高条理,它由单位工艺和/或操纵和/或阶段来完成它的使命;

完成单位装配的界说,单位装配工艺用来界说产生在一个装配单位内的一组相干操纵,如聚合反映釜便是一个单位工艺。一个工艺遍及有多个单位工艺别离在各自的单位内同时履行;

增加操纵,操纵是出产法式中的一个步骤,经由进程点击界面中的“+”可增加步骤,如投料、控料、升温、保温、排水、待反等便是一些罕见的操纵步骤;

增加阶段,一组有序的阶段构成一个步骤,一样可经由进程点击界面中的“+”可增加阶段,阶段是一个次处置使命。阶段的履行功效能够是对根基节制的号令、对别的阶段的号令和/或数据集,如手动、期待、剧本、设备、跳转等;

图3  配方办理器

四、温度节制计划

聚合物产物最关头的品质目标是聚合度,它与激发剂用量和转化率有关,而与聚合温度干系极大。温度高,链激发快、聚合中间多、链转移快、链停止也快,从而反映速率加速。但天生的聚合物份子量小,聚合度小,品质差。因此必须严酷节制聚合反映温度,以求得份子量漫衍平均的产物。普通请求聚合釜温度动摇≤±(0.2~0.5)℃。
咱们将聚合反映温度分为四个阶段,第一阶段是升温,将聚合釜内的物料温度升至工艺请求的反映温度节制点,这一阶段的关头点因此最快的速率升至请求的反映温度,减小聚合度的漫衍;第二阶段是过渡,将夹套内的热水疾速置换为轮回水,为接收聚合反映放热做筹办,这一进程的关头点是若何捉住拐点温度,封闭蒸汽阀,防止反映滞后激发温度动摇,完成升温吸热和聚合放热的光滑过渡;第三阶段是恒温反映,请求安稳地转移聚合进程中所开释的反映热,保障聚合温度的节制精度,但聚合热的开释是不平均的,若何自顺应节制是题目的关头地点。第四阶段是反映竣事,当转化率就到达80%~85%时,因为单体缺少,反映速率敏捷降落,插手停止剂停止反映。若何到达最高的转化率而又保障反映时辰最短,也是题目的关头。

聚合釜温度节制流程表示图如图4所示:

图4 聚合釜温度节制流程表示图

4.1 升温阶段

经由进程夹套蒸汽加热升温将聚合釜内的物料温度升至工艺请求的反映温度,关头是什么时候封闭蒸汽阀。若是封闭得过早,夹套温度降落太快,必将致使釜温降落过快,致使釜内物料没法激发聚合反映,反映时辰耽误,形成“二次升温”或“焖锅”景象;反之会激发夹套温度降落太慢,釜温升得太高,跨越设定温度,致使反映温度的动摇。二者都会影响产物品质。对此题目,咱们接纳法则节制方式来处置。在升温设定温度与反映釜内温度之差大于N℃时(N>0),接纳封闭冷水调理阀、全开蒸汽阀的方式。当釜温距升温设定小于即是N℃时,把釜内温度变更率恍惚化,各分为高(加大)、中(一般)、低(偏低)三种状况。按照恍惚化的变更率,能够获得对应的蒸汽阀开度,从而获得相干的节制参数的数据。节制功效如图6所示:

图5 升温节制功效

4.2 过渡阶段

这个阶段釜内物料刚起头激发聚合反映,这时候候候的聚合反映还很不不变,反映放热也比拟少,并且放热也不平均,这时候候候经由进程轮回水调理阀置换过剩的热量时有能够呈现两种环境:

(1)冷水加得太多,置换出来的人太多,致使釜温迟迟不能到达设定的反映温度,形成“欠调”或“闷锅”景象,耽误反映时辰,如图6的曲线C所示;

(2)冷水加的太少,夹套温度偏高,按捺不住釜内温度回升的趋向,形成“过冲”景象,致使保温段釜内温度动摇太大,须要长时辰的节制调剂,如图7的曲线A所示;
以上两种环境将间接影响到聚合釜的出产效力和产物品质,为了将聚合釜内温度回升速率节制在必然规模内,敏捷安稳地切入到保温阶段,接纳过渡最优节制算法来调理轮回水阀门的开度,计较公式以下:


MV=(t1,t2,t3,x1,x2)


式中:MV——夹套温度调理器的输入;

              t1——夹套温度的丈量值;
              t2——过渡进程竣事时夹套温度的设定值(操纵职员可点窜);
              t3——升温竣事时轮回水温度丈量值;
              x1——冷水均衡系数(操纵职员可点窜);
              x2——与釜及阀门相干的预估参数(法式中预制,操纵职员不可点窜)


经由进程上述手腕对聚合釜温度停止节制,能够很好地防止前述两种不良景象的产生,是聚合反映安稳地停止,并最大限制地削减过渡时辰,优化出产他、进步效力。

图6 过渡温度节制功效

4.3 恒反阶段

釜内温度到达聚合设定温度今后,一向到出料为恒温反映阶段。这一阶段请求安稳地转移聚合反映进程中所开释的反映热,将釜内温度不变在设定温度四周,请求动摇小于±(0.2~0.5)℃,接纳逻辑展望串级节制战略,从布局上看近似于惯例串级调理体系,串级分程节制,以釜温为主参数、夹套水温度为副参数停止分程节制,接纳以釜内温度为主环,夹套温度为副环串级回路。

4.4 反映竣事阶段

当反映竣事时,釜压降到某一设定值,这时候候候可按“反映竣事”按钮,经由进程顺控法式将各个阀门、釜暖和夹套温度调理器的状况规复到初始状况。

图8  温度节制面板

图9 反映釜温度节制算法

五、运转功效

UW500集散节制体系在该名目上投运以来的出产运转标明,配方办理使全部出产进程变得简略易行,进步了30%的出产效力,并完成全主动化节制,削减报酬犯错,进步产物品质。并经由进程法则节制、单回路—串级切换节制、逻辑展望串级节制、随动节制等多种节制计划对聚合釜的温度停止了节制,获得了使人对劲的功效,如恒反阶段温度动摇节制在±0.2℃,升温速率快,升温吸热和聚合放热光滑过渡等。

 

图8 聚合釜组态画面


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