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化工生產(chǎn)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有很重要的地位,而反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的主要設(shè)備之一。但對(duì)釜內(nèi)混合物的溫度、壓力的控制，還完全局限于依賴人工控制。當(dāng)前人工控制方式的不穩(wěn)定性，已經(jīng)成為生產(chǎn)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。因此反應(yīng)釜控制采用自動(dòng)化控制是未來(lái)趨勢(shì)。

一、反應(yīng)釜工藝

反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。反應(yīng)釜由攪拌容器和攪拌機(jī)兩人部分組成。攪拌容器包括簡(jiǎn)體、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件。攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動(dòng)裝置等統(tǒng)稱為攪拌機(jī)。

在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)之前，先將反應(yīng)物按照一定的比例進(jìn)行混合，然后與催化劑一同投入反應(yīng)釜內(nèi)，在反應(yīng)釜的夾套中通以一定的高壓蒸汽，高壓蒸汽通過反應(yīng)釜的夾套提高釜內(nèi)物料的溫度，通過攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導(dǎo)熱速度，使其溫度均勻。當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)，保持一定時(shí)間的恒溫以使化學(xué)反應(yīng)正常進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻。有時(shí)在恒溫后還要進(jìn)行二次升溫和恒溫。恒溫段是整個(gè)工藝的關(guān)鍵，如果溫度偏高或偏低，會(huì)影響反應(yīng)進(jìn)行的深度和反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從而影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。化學(xué)反應(yīng)過程中一般伴有強(qiáng)烈的放熱效應(yīng)，并且反應(yīng)的放熱速率與反應(yīng)溫度之間是一種正反饋?zhàn)约さ年P(guān)系。也就是說，若某種擾動(dòng)使反應(yīng)溫度有所增加，反應(yīng)的速率就會(huì)增加，放熱速率也會(huì)增加，會(huì)使反應(yīng)溫度進(jìn)一步上升，甚至?xí)稹熬郾爆F(xiàn)象使釜內(nèi)的產(chǎn)品變成廢品，并且會(huì)影響安全生產(chǎn)。為了使釜溫穩(wěn)定，在夾套中通以一定的冷卻介質(zhì)，來(lái)移走反應(yīng)放出的多余熱量。通過調(diào)節(jié)流入反應(yīng)釜夾套中冷卻介質(zhì)的流量，來(lái)控制反應(yīng)釜內(nèi)物料的溫度使之符合工藝要求。

二、反應(yīng)釜控制系統(tǒng)

根據(jù)反應(yīng)釜工藝要求，本系統(tǒng)由西門子PLC、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，其配置如下：

PLC控制系統(tǒng)：西門子300PLC、PID控制程序

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：工控計(jì)算機(jī)、WINCC上位機(jī)軟件

現(xiàn)場(chǎng)儀表：PH儀表（可選）、PT100熱電阻、流量計(jì)等

本系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)釜生產(chǎn)過程的主要控制步驟如下：

1、完成接收電子秤的秤重信號(hào)，計(jì)算出化學(xué)原料單體、氧化劑和還原劑的瞬時(shí)流量、平均給料流量等參數(shù)，反應(yīng)釜及出口溫度的實(shí)時(shí)顯示。

2、根據(jù)給料流量，結(jié)合反應(yīng)釜及出口溫度以及各種工藝條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度，并優(yōu)化主要工藝參數(shù)的越界報(bào)警和處理功能。

3、根據(jù)工藝模板所要求的總加料量、配方和加料時(shí)序；反應(yīng)釜升溫曲線等不同的控制特性，通過PLC的PID自適應(yīng)控制反應(yīng)釜冷卻水回水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，原料罐、氧化劑和還原劑的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜全過程化學(xué)反應(yīng)的智能化自動(dòng)控制。

三、系統(tǒng)主要功能：

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：在監(jiān)控畫面上顯示實(shí)驗(yàn)的工藝流程圖，實(shí)時(shí)顯示進(jìn)出料泵、攪拌器、加熱器的運(yùn)行狀態(tài)，顯示PH值、反應(yīng)溫度、攪拌速度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并自動(dòng)記錄。

2）自動(dòng)控制：根據(jù)工藝要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過畫面按鈕手動(dòng)、自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括攪拌器的恒速控制、加熱器的恒溫控制、恒PH控制、設(shè)備的手動(dòng)控制、整個(gè)反應(yīng)過程的自動(dòng)控制。

3）歷史數(shù)據(jù)查詢：通過數(shù)據(jù)及趨勢(shì)曲線觀察反應(yīng)過程，用戶可在選擇需要查看的曲線的內(nèi)容，選擇需要查看的時(shí)間段，動(dòng)態(tài)選擇需要查看的數(shù)據(jù)。

4）異常記錄保存：動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)的所有報(bào)警情況，包括報(bào)警的時(shí)間，報(bào)警確認(rèn)的時(shí)間，報(bào)警消失的時(shí)間，報(bào)警的優(yōu)先級(jí)別等。

5) 配方管理：配方管理主要是對(duì)保存在操作員站數(shù)據(jù)庫(kù)中的操作配方及反應(yīng)結(jié)果的創(chuàng)建、管理維護(hù)及查詢。主要實(shí)現(xiàn)的功能：實(shí)驗(yàn)結(jié)果的錄入、數(shù)據(jù)的保存、修改、查詢、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出到Excel等。

6)系統(tǒng)密碼保護(hù)：實(shí)行系統(tǒng)的多級(jí)密碼保護(hù)，確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)操作員權(quán)限進(jìn)行管理設(shè)置，根據(jù)不同的權(quán)限賦予不同的監(jiān)控功能。

7）自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)：采用自適應(yīng)補(bǔ)償計(jì)術(shù)，使電子秤的秤量誤差可得到最有效的補(bǔ)償。

8）智能化控制技術(shù)：通過對(duì)反應(yīng)釜夾套冷卻水回水和物料加入速度的多參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)、對(duì)反應(yīng)釜溫度的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，反應(yīng)釜中整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程可得到更穩(wěn)定有效的控制。