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      反應釜廠家,不銹鋼反應釜,反應釜生產廠家_山東淄博千盛化工設備有限公司

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      醚化反應釜溫度控制改良方案

      發布日期:[ 2014年2月19日 ] 共閱[ 3487 ]次

      1 醚化反應釜的溫度控制現狀

      目前國內所有醚化反應釜裝置生產廠家都已采用 DCS系統對生產實行監控,國內DCS系統占主 流,國外DCS系統也有幾家,但都未實現對整個 流程的自動控制,基本仍處于手動控制狀態 。 原因大致有以下幾點:

      a.生產廠家裝置規模較小,自控投資較少;

      b.整體工藝裝置設計時自控設計不完善,沒 能按照全自動要求的水平來設計,很多影響控制 的重要參數沒有引入到DCS中;

      C.生產工藝為間歇加料逐級反應,反應過程 干擾因素較多,當多個釜同時運行時反應釜之間 耦合嚴重;

      d.熟練的、有責任心的操作工在整個反應過 程中憑經驗很容易完成操作;

      e.儀表白控維護人員較少,自控閥門及儀表 等設備維護跟不上。

      隨著人力成本的上升、對產品質量穩定性的 提高,企業對由DCS系統實現全自動生產控制的 需求也越來越高。山東HD公司纖維素醚項目的 醚化反應釜溫度控制中,采用了和利時自動化有限公 司開發的專家控制系統,此系統包括自動精密加 料、自動升溫及恒溫控制等,在現場投運的效果在 國內已處于領先水平。

      2 醚化反應釜的工藝流程簡介

      涉及到醚化反應釜的醚化反應過程即醚化I一Ⅲ 過程。不同型號的產品工藝過程有所不同,主要 體現在加料量、升溫時間、恒溫溫度和恒溫時間 上。以某一型號的纖維素醚為例,醚化反應釜的工藝 流程如圖1所示。

      生產工藝過程大致如下:

      a.化堿。在化堿釜(圖1中未畫出)中將片 堿升溫融化。

      b. 堿化。將化堿釜中液堿打人醚化反應釜,加入 溶劑,加粉碎棉,噴淋。

      C.醚化I。抽真空一0.04MPa,加入環氧丙 烷,冷攪拌40min,溫度控制在24% ;升溫至 T1℃=, 時間t1min;恒溫控制T1℃,計時t2h。

      d. 醚化Ⅱ。加人氯甲烷,升溫至T2℃ ,時間 t3min;恒溫控制 T2℃,計時t4h。

      e.醚化Ⅲ。升溫至 T3℃ ,時間t5min;控制 在 T3℃,計時t6h。

      3 醚化反應釜溫度控制的特點

      由醚化反應釜的工藝流程可知,醚化反應釜的溫度控 制分為升溫階段控制和恒溫階段控制。

      升溫階段要求在規定的時間范圍內將釜溫升 到所要求的溫度。升溫時間過短或過長對醚化反 應都會產生不良影響,造成化學反應不充分或過 反應,影響到產品質量。升溫過程主要控制兩個 目標:升溫時間和升溫溫度。

      恒溫階段要求將釜溫控制在設定值士l℃內。 釜內溫度通過熱水(90℃左右)、循環水( 30~ 40℃)和冷水(7℃左右)交替循環控制來實現。 熱水用于升溫,循環水用于正常降溫,冷水用于緊 急降溫。執行器為熱水進出口電磁閥,循環水進 出口電磁閥,冷水進出口電磁閥,總管道主路、旁 路調節閥。

      在整個醚化過程中釜溫控制的難點是醚化 Ⅱ階段,原因是醚化Ⅱ階段加入氯甲烷,化學 反應比較激烈,不好控制。醚化Ⅱ階段詳細過 程如圖3所示。

      醚化Ⅱ升溫過程分兩個階段,前一階段為吸 熱階段,后一階段為放熱階段。恒溫階段也分為 兩段,前一階段為反應劇烈階段,后一階段為反應平緩階段。對象特性在升溫過程和恒溫階段均會發生較大改變。

      升溫過程的吸熱階段直接通熱水快速升溫, 到放熱階段由于釜內化學反應開始變得激烈,會 釋放大量的熱,此時停止加熱,靠夾套內熱水溫度 及自身化學反應放熱升溫。有時化學反應可能劇 烈一些,溫度和壓力上升比較快,這時將用循環水 來降溫,必要時用7℃水進行緊急降溫。升溫階 段控制的好壞關鍵是停止通入熱水時間控制得是 否合適,停止通入熱水要選擇在醚化反應釜由吸熱變 為放熱這個時間段。

      恒溫階段前期化學反應較劇烈,大約持續 25 min,該階段比較難控,利用循環水降溫比較頻繁, 后期化學反應已基本完畢,溫度趨于平穩。如果溫 度上升過快,將采用7℃水緊急降溫。如果降溫過 度,將通人熱水將溫度升上來。正常操作應該是通 過循環水即可實現釜溫在允許的范圍內,出現冷水 緊急降溫和熱水升溫說明操作不合理。

      醚化反應釜控制是一個比較典型的批處理控制, 一個產品生產周期大約13h。醚化反應釜每次生產的 產品型號根據生產計劃而定。

      4 醚化反應釜溫度控制方案的優化

      4.1 溫度控制優化

      分成產品選擇、恒溫控制、升溫控制優化,以 及升溫預測和提前干預,滿足升溫時間要求。 針對升溫過程及恒溫過程利用先進控制中的模糊 技術,讀取歷史數據進行了分析,同時對操作人員 的控制思路進行了模擬分析,總結出一套自整定 模糊預測控制策略,根據相關產品的工藝邊界條 件進行相應的操作溫度控制。引入溫度變化率和 壓力變化率,限制和干預升溫時間。該模糊控制 并不是嚴格意義上的模糊控制,缺少數學推導過 程,是從工程解決問題角度上設計的。

      產品選擇:以前的操作,需要根據不同型號產 品設置很多相關參數。優化后,只需要選擇產品 型號,相關所有參數就會自動顯示在畫面上,并可 人工修改保存,下次再選擇該型號產品時即這次 修改后的數據。這樣既避免了輸入錯誤,又減輕 了操作人員的勞動量。參數設置如圖4所示。

      醚化前恒溫控制:24℃恒溫,當循環水溫度大 于25℃時(夏季),用冷水作為減溫水,其他季節 用循環水作為減溫水。

      升溫控制:用熱水作為加熱水,循環水作為減 溫水。

      a.開熱水,當溫度升到離目標值8℃(注季 節會造成循環水溫度偏差,循環水溫度為30℃ 時,該值為9℃;循環水溫度為40℃時,該值為 IO℃)時,首次開3min,停5min觀察。

      b.如果升溫率大于0.3,說明溫度升高太 快,需要開lOs冷水,停3min觀察。

      c.優化算法會自動計算升溫時間并與升溫 目標比較,實時調整循環水,讓升溫時間等于目標 升溫時間;實時計算T1(升溫總時間)= T2(剩余 時間)+ T3(升溫用時);K(升溫率)×L(剩余時 間)+ T3(升溫用時)與T1(升溫總時間)實時比 較。

      d.醚化恒溫控制:時間到加上溫度離目標值 為l℃時,進入恒溫階段。根據恒溫目標值,偏差 1℃和溫度變化率,實時計算K(升溫率)×T2 (lOmin時間)與溫度目標值比較,超l℃開lOs循 環水,停3min;低1℃,開lOs熱水。恒溫保護:溫 度超過目標值+0.8℃時,變化率大于0.05,開循 環水,起到溫度變化率或壓力變化率反向時才關, 停3min;變化率低,溫度低于目標值+0.8℃時, 開lOs熱水,停3min。溫度超過目標值+1.1℃ 時,開循環水,到溫度變化率小于0.005時才關。 醚化Ⅱ過程中第一步需要控制住溫升速率。其 余與普通溫控無二樣。

      4.2 循環水溫度檢測優化

      因循環水溫度在整個調節過程中是關鍵因 素,其溫度會影響調節效果,必須測量循環水進水 溫度。夏天溫度太高,部分調節不起作用;冬天溫 度低,調節方式不同。所以必須穩定循環水溫度 或檢測穩定循環水溫度,優化方案如下:

      a.用冷水控制循環水溫度在24~30℃之 間;

      b.如上述穩定循環水溫度不可行,就用軟件 測量來實現,用循環水閥打開4min后的釜進水溫 度來代替。

      4.3 投料控制優化

      原來的投料控制是用PID的邏輯實現,邏輯 復雜,不能滿足不同料、不同季節的實用性,現作 如下優化:

      a.改為優化函數,進行無差調節。偏差小于 30kg開始關調節閥,小于20kg調節閥關到70% , 小于lOkg調節閥關到50% ,小于5kg調節閥關到 20% ,小于1kg調節閥關到5% ,小于0.5kg調節 閥關到1% ,小于1% ,關總閥;但因閥的特性,24 個閥每個的情況都不同,要分別整定和調試。為 了克服其變化,用PID修正其非線性。

      b.無論手動控制、自動控制都能看到加料前 的重量、加料目標值、加入料、剩余量和實時重量, 避免運行人員手工記錄和計算這些量。

      c.進料總閥在自動時根據進料分閥開度來 開關,無需干預;選手動控制時,可進行手動控制。

      4.4 控制方案的測試結果

      本醚化反應釜溫度優化控制方案在山東HD公司 纖維素醚項目的測試結果見表1。

      其余各項均在第一次測試中就100% 達到控 制要求,其中最難的醚化Ⅱ(小)第一次由于對對 象了解還是有所偏差導致失敗,經過分析對象特 性之后調整了相關參數,后兩次都很成功,經過 10多次的測試,驗證了該控制方案思路正確,控 制效果良好。

      5 結束語

      該醚化反應釜溫度優化控制方案,從工程問題角 度上進行設計,針對醚化反應釜溫度變化的特點與控 制難點,將醚化反應釜溫度偏差和溫度變化速率劃分 為若干個區域,對多個參數進行調節,實現了醚化 釜溫度的精密控制。和利時公司通過對醚化類產 品定制控制功能塊,并對其調試后可知,該功能塊 使用簡單、調試方便,并且能夠達到預期控制目 標,可以在類似的間歇式反應釜溫度控制中進行 推廣,希望能對間歇式反應釜溫度控制系統的改 進提供借鑒。

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