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| 聚丙烯裝置聚合反應(yīng)釜的自動(dòng)配料系統(tǒng) | 2020-02-27 |
| 摘要：本文論述了液相本體法聚丙烯裝置聚合反應(yīng)釜自動(dòng)配料系統(tǒng)中，通過(guò)改進(jìn)壓力－溫度串級(jí)分程稱重配料系統(tǒng)以及丙烯投料計(jì)量自動(dòng)配料系統(tǒng)來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)釜的自動(dòng)控制。 前言：本體法生產(chǎn)聚丙烯的過(guò)程中，混合反應(yīng)釜壓力是一個(gè)重要的控制參數(shù)，必須保證這一壓力在工藝允許的范圍內(nèi)，否則，如果壓力過(guò)高將發(fā)生爆聚，使反應(yīng)過(guò)程無(wú)法控制，甚至發(fā)生爆炸事故。而釜壓又受溫度波動(dòng)的影響，要維持釜壓在某一恒定值，必須通過(guò)控制釜溫來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，配料系統(tǒng)選擇了壓力－溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題。同時(shí)由于聚合反應(yīng)前期需要吸熱，而反應(yīng)過(guò)程中又放出大量熱，為維持釜壓必須要移走反應(yīng)熱，這就存在一個(gè)冷熱水閥交替打開(kāi)的問(wèn)題，為此，計(jì)量配料系統(tǒng)采取了遙控與分程控制相結(jié)合的控制方法。另外，原料丙烯投入量決定了催化劑、活化劑等的加入量，如果丙烯投入量無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量，將造成催化劑、活化劑、氫氣等的投入量不準(zhǔn)，進(jìn)而造成反應(yīng)質(zhì)量變壞，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)，消耗增高，出現(xiàn)生產(chǎn)事故，因此，稱重配料系統(tǒng)對(duì)丙烯投料進(jìn)行了計(jì)量控制。 一、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程概述 丙烯由丙烯泵經(jīng)過(guò)計(jì)量后打入混合反應(yīng)釜，然后分別加入催化劑、活化劑、氫氣等，投料完成后，向混合反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入熱水進(jìn)行升溫，當(dāng)釜溫達(dá)到７０℃，釜壓達(dá)到３.５MＰa時(shí)，釜內(nèi)聚合反應(yīng)放出熱量，使釜壓繼續(xù)升高。為了維持釜壓恒定，開(kāi)始向混合反應(yīng)釜夾套甚至釜內(nèi)水盤(pán)管內(nèi)通入冷水，移走反應(yīng)熱，穩(wěn)定釜壓，直至反應(yīng)結(jié)束。 二、控制方案的確定 １、丙烯投料計(jì)量自動(dòng)配料系統(tǒng) 準(zhǔn)確計(jì)量投入混合反應(yīng)釜中的丙烯量是進(jìn)行聚合反應(yīng)控制的前提。傳統(tǒng)的做法是將原料丙烯經(jīng)丙烯泵打入丙烯稱重反應(yīng)釜，通過(guò)其上的板式液位計(jì)進(jìn)行投料計(jì)量后，經(jīng)升壓器壓入混合反應(yīng)釜，是人工的控制方法。由于回收丙烯中含有一定的聚丙烯粉料，極易造成稱重反應(yīng)釜內(nèi)含有粉料或液位計(jì)堵塞。另外，稱重反應(yīng)釜液位計(jì)刻度的標(biāo)定誤差也很大，致使投料計(jì)量比較困難，必須予以改進(jìn)。實(shí)際上，投料稱重配料系統(tǒng)是一個(gè)典型的批量裝載系統(tǒng)。配料系統(tǒng)通過(guò)采用美國(guó)ＳＣＨＬＵＭＢＥＲＧＥＲ公司M２００－ＤＭ２１００質(zhì)量流量計(jì)、德國(guó)ＳＩＥＭＥＮＳ公司Ｓ７－２００可編程控制器以及三洲自動(dòng)化儀表公司的ＺＳＲＸ氣動(dòng)三通球閥完成了這一系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)１２臺(tái)混合反應(yīng)釜的丙烯投料量的自動(dòng)控制。由于質(zhì)量流量計(jì)的檢測(cè)元件為直通管，內(nèi)無(wú)阻力件，且采用振動(dòng)原理，可以解決丙烯內(nèi)含有聚丙烯粉料的問(wèn)題。 具體控制過(guò)程如下： 平時(shí)丙烯經(jīng)氣動(dòng)三通球閥直接回丙烯中間罐循環(huán)。當(dāng)操作人員通過(guò)投料控制按鈕發(fā)出投料信號(hào)后，可編程控制器確認(rèn)丙烯投向哪一個(gè)混合反應(yīng)釜并發(fā)出信號(hào)打開(kāi)該釜入料閥以及氣動(dòng)三通球閥，丙烯經(jīng)氣動(dòng)三通球閥到質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確檢測(cè)后投入混合反應(yīng)釜，質(zhì)量流量計(jì)同時(shí)發(fā)出流量脈沖信號(hào)給可編程控制器進(jìn)行投料量計(jì)算，達(dá)到規(guī)定的丙烯量后發(fā)出控制信號(hào)使氣動(dòng)三通球閥動(dòng)作，切斷投料，并等待下一釜投料。 ２、混合釜升溫及恒溫稱重配料 在聚合反應(yīng)過(guò)程中，主要控制的指標(biāo)是釜溫。但由于測(cè)溫元件的測(cè)量的滯后，以及由于測(cè)量套管插入釜內(nèi)，在套管外表面時(shí)有丙烯的聚合反應(yīng)發(fā)生，且有時(shí)聚丙烯又覆蓋在套管表面，很容易造成釜溫的虛假現(xiàn)象。因此，在升溫－恒溫控制過(guò)程中，選用釜壓作為主要控制參數(shù)就更加合理，更容易達(dá)到宏觀控制效果。但這樣做溫度變化引起的釜壓波動(dòng)不能及時(shí)予以克服，因此，通常又把釜溫或夾套出水溫度作為副調(diào)節(jié)參數(shù)。另外，由于聚合反應(yīng)的升溫及恒溫過(guò)程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的吸熱和放熱過(guò)程，因此需要熱水和冷水的交替切換，以便在反應(yīng)初始階段通入熱水加熱使聚合反應(yīng)進(jìn)行，當(dāng)溫度升至７０℃左右，壓力達(dá)到３.５MPa左右時(shí)，聚合反應(yīng)大量開(kāi)始，放出大量的反應(yīng)熱，此時(shí)需要通入冷水帶走反應(yīng)熱，防止超溫超壓。常規(guī)的控制方案是釜壓－夾套出水溫度串級(jí)冷熱水分程稱重配料系統(tǒng)。 按照常規(guī)的串級(jí)分程控制方案，存在如下問(wèn)題：一是當(dāng)反應(yīng)劇烈時(shí)，大量放出的反應(yīng)熱通過(guò)夾套冷水不能全部帶走，操作人員時(shí)常開(kāi)啟釜內(nèi)盤(pán)管閥門(mén)通入冷水以求迅速地帶走反應(yīng)熱，二是采用常規(guī)控制儀表也無(wú)法實(shí)現(xiàn)升溫過(guò)程的自動(dòng)控制，只能用遙控方式升溫，三是當(dāng)釜的數(shù)量比較多時(shí)，采用一臺(tái)釜對(duì)應(yīng)一臺(tái)冷水箱、一臺(tái)熱水箱的方式浪費(fèi)較大，應(yīng)采取多釜共用冷、熱水箱，以節(jié)省投資。為此，配料系統(tǒng)對(duì)混合反應(yīng)釜的升溫及恒溫稱重配料系統(tǒng)做了如下改進(jìn)： Ａ、采取釜溫－釜壓串級(jí)控制夾套冷水閥、釜內(nèi)盤(pán)管冷水閥，手動(dòng)遙控?zé)崴y的方式，較好地解決了釜內(nèi)部反應(yīng)熱不容易帶走的弊病。 Ｂ、１２臺(tái)混合反應(yīng)釜共用一個(gè)熱水箱、一個(gè)冷水箱。為了保證夾套通入的冷、熱水各有所歸，不互相干擾，配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)了夾套出水冷、熱水快速切斷閥與夾套入水冷、熱水調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖。當(dāng)夾套通入熱水時(shí)，熱水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作并聯(lián)鎖熱水快速切斷閥動(dòng)作，熱水回?zé)崴?；?dāng)夾套通入冷水時(shí)，冷水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作并聯(lián)鎖冷水快速切斷閥動(dòng)作，保證冷水回冷水箱，在控制室設(shè)置快速切斷閥閥位指示燈，監(jiān)視出水閥動(dòng)作位置。 三、問(wèn)題探討 聚合反應(yīng)釜升溫及恒溫共用一個(gè)熱水箱、一個(gè)冷水箱后，混合反應(yīng)釜夾套以及入水調(diào)節(jié)閥后至出水快速切斷閥前的管道中均存有一定量的冷水或熱水，在冷熱水交替切換過(guò)程中，由于入水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)，相應(yīng)的出水快速切斷閥同時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致管內(nèi)及夾套內(nèi)存有的冷熱水串入相反水箱，造成熱量損失。為此，應(yīng)在入水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)延時(shí)一定時(shí)間后再開(kāi)啟相應(yīng)的出水快速切斷閥，以保證管存的冷熱水仍能夠返回原處，避免熱量損失。 四、結(jié)論 聚丙烯裝置混合反應(yīng)釜自動(dòng)配料系統(tǒng)改進(jìn)后，對(duì)混合反應(yīng)釜的自動(dòng)控制，無(wú)論是投料準(zhǔn)確性，還是釜溫、釜壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)、調(diào)節(jié)指標(biāo)，都滿足了工藝生產(chǎn)的要求，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)消耗，真正做到了自動(dòng)化方便生產(chǎn)、方便操作的目的。 | |
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