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化工生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟建設中占有很重要的地位,而反應釜是化工生產(chǎn)中實(shí)現化學(xué)反應的主要設備之一。但對釜內混合物的溫度、壓力的控制,還完全局限于依賴(lài)人工控制。當前人工控制方式的不穩定性,已經(jīng)成為生產(chǎn)中的一個(gè)薄弱環(huán)節。因此反應釜控制采用自動(dòng)化控制是未來(lái)趨勢。
一、反應釜工藝 反應釜的基本結構如下圖所示。反應釜由攪拌容器和攪拌機兩人部分組成。攪拌容器包括簡(jiǎn)體、換熱元件及內構件。攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動(dòng)裝置等統稱(chēng)為攪拌機。
在進(jìn)行化學(xué)反應之前,先將反應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釜內,在反應釜的夾套中通以一定的高壓蒸汽,高壓蒸汽通過(guò)反應釜的夾套提高釜內物料的溫度,通過(guò)攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導熱速度,使其溫度均勻。當釜內溫度達到預定的溫度時(shí),保持一定時(shí)間的恒溫以使化學(xué)反應正常進(jìn)行,反應結束后進(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 )影響反應進(jìn)行的深度和反應的轉化率,從而影響了產(chǎn)品的質(zhì)量?;瘜W(xué)反應過(guò)程中一般伴有強烈的放熱效應,并且反應的放熱速率與反應溫度之間是一種正反饋自激的關(guān)系。也就是說(shuō),若某種擾動(dòng)使反應溫度有所增加,反應的速率就會(huì )增加,放熱速率也會(huì )增加,會(huì )使反應溫度進(jìn)一步上升,甚至會(huì )引起“聚爆”現象使釜內的產(chǎn)品變成廢品,并且會(huì )影響安全生產(chǎn)。為了使釜溫穩定,在夾套中通以一定的冷卻介質(zhì),來(lái)移走反應放出的多余熱量。通過(guò)調節流入反應釜夾套中冷卻介質(zhì)的流量,來(lái)控制反應釜內物料的溫度使之符合工藝要求。
二、反應釜控制系統 根據反應釜工藝要求,本系統由西門(mén)子PLC、上位機監控系統及現場(chǎng)儀表組成,其配置如下:
PLC控制系統:西門(mén)子300PLC、PID控制程序 上位機監控系統:工控計算機、WINCC上位機軟件 現場(chǎng)儀表:PH儀表(可選)、PT100熱電阻、流量計等
本系統對反應釜生產(chǎn)過(guò)程的主要控制步驟如下: 1、完成接收電子秤的秤重信號,計算出化學(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,反應釜及出口溫度的實(shí)時(shí)顯示。 2、根據給料流量,結合反應釜及出口溫度以及各種工藝條件,自動(dòng)調節反應釜溫度,并優(yōu)化主要工藝參數的越界報警和處理功能。 3、根據工藝模板所要求的總加料量、配方和加料時(shí)序;反應釜升溫曲線(xiàn)等不同的控制特性,通過(guò)PLC的PID自適應控制反應釜冷卻水回水電動(dòng)調節閥,原料罐、氧化劑和還原劑的電動(dòng)調節閥,實(shí)現反應釜全過(guò)程化學(xué)反應的智能化自動(dòng)控制。 三、系統主要功能: 1)實(shí)時(shí)數據監測:在監控畫(huà)面上顯示實(shí)驗的工藝流程圖,實(shí)時(shí)顯示進(jìn)出料泵、攪拌器、加熱器的運行狀態(tài),顯示PH值、反應溫度、攪拌速度等實(shí)時(shí)數據并自動(dòng)記錄。 2)自動(dòng)控制:根據工藝要求進(jìn)行參數設置,通過(guò)畫(huà)面按鈕手動(dòng)、自動(dòng)控制實(shí)驗設備,包括攪拌器的恒速控制、加熱器的恒溫控制、恒PH控制、設備的手動(dòng)控制、整個(gè)反應過(guò)程的自動(dòng)控制。 3)歷史數據查詢(xún):通過(guò)數據及趨勢曲線(xiàn)觀(guān)察反應過(guò)程,用戶(hù)可在選擇需要查看的曲線(xiàn)的內容,選擇需要查看的時(shí)間段,動(dòng)態(tài)選擇需要查看的數據。 4)異常記錄保存:動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗的所有報警情況,包括報警的時(shí)間,報警確認的時(shí)間,報警消失的時(shí)間,報警的優(yōu)先級別等。 5) 配方管理:配方管理主要是對保存在操作員站數據庫中的操作配方及反應結果的創(chuàng )建、管理維護及查詢(xún)。主要實(shí)現的功能:實(shí)驗結果的錄入、數據的保存、修改、查詢(xún)、刪除、導入、導出到Excel等。 6)系統密碼保護:實(shí)行系統的多級密碼保護,確保系統和數據的安全。對監控系統操作員權限進(jìn)行管理設置,根據不同的權限賦予不同的監控功能。 7)自適應補償技術(shù):采用自適應補償計術(shù),使電子秤的秤量誤差可得到最有效的補償。 8)智能化控制技術(shù):通過(guò)對反應釜夾套冷卻水回水和物料加入速度的多參數自動(dòng)優(yōu)化調節、對反應釜溫度的動(dòng)態(tài)自適應PID調節,反應釜中整個(gè)化學(xué)反應過(guò)程可得到更穩定有效的控制。 |