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UW500集散控制系统正在高分子材料生产过程中的运用

行业计划

一、工艺简介

高分子材料也称为聚合物质料,是以高分子化合物为基体,再配有其他添加剂(助剂)所组成的质料。本文以聚丙烯酸酯类PVC抗冲改性剂ACR为例,去形貌UW500 DCS正在聚合回响反映掌握中的运用。

ACR高分子加工助剂是PVC消费中的重要改进剂,用以改进硬、硬质PVC的加工机能。低落PVC的熔融温度,收缩熔融工夫,进步消费效力,得到构造匀称、外面光芒的下质量PVC产物。其生产工艺如图1所示:

ACR是丙烯酸酯共聚物,属于“核-壳”构造共聚物。它的制备是以各种丙烯酸酯和交联剂、乳化剂、激发剂、分子量调节剂等质料,经屡次乳液聚合而造得的红色微细无毒、无腐蚀性粉末。

1.将适当的火、乳化剂和局部ACR单体、丙烯酸酯配成乳液;

2.到场激发剂、调节剂、使单体聚合,连结聚合温度高于激发温度5~10℃,回响反映及保温工夫1.5~2h;

3.肯定工夫后,补加激发剂,继承回响反映2~3h,掌握温度不超过70~80℃;

4.将聚合好的乳液冷却、过滤;

5.乳液经喷雾干燥成粉,主动称量、包装。

重要消费装配包孕分料/加料体系、聚合釜温度控制系统、激发剂和别的助剂体系、搅拌釜、喷雾干燥器、冷凝器和共用体系等,该产物的手艺要害重要在于工艺配方和历程掌握方面。

二、工艺掌握难点

ACR产品规格繁多,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,因而批量配方体系十分复杂。要求控制系统具有柔性设想,可以或许顺应多种产物工艺的转变。全部消费装配由多少自力的体系所构成,正在批量生产过程中,批量主程序要对各自力的系统资源和装备停止兼顾,并根据递次实行各单位历程;

接纳齐密闭式主动分料、主动加料掌握,要求实现集中加料、分步加料和配方加料等多种投料体式格局,而且对加料的精度要求极高;

聚合釜回响反映历程冗杂,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个步调(如图2所示)。温度的掌握是经由过程调治半管夹套和内冷管进水流量的巨细去稳固掌握釜温度的转变,温度曲线庞大,每一个阶段的温度掌握要求准确,相应实时,降温的时刻要实现匀速降温;


三、掌握计划——全自动批量掌握

批量(Batch)生产过程的特性是能够运用同一套消费装配,消费多个种类的产物,那正在化工厂、制药厂、食物饮料厂中非常广泛。跟着社会对多种类、小批量消费需求的不断提高,和对产物消费的可追溯性要求和质量保证要求的进步,使得批量消费控制系统的重要性愈来愈凸起。批量消费体系能够异常天真天为每一个批次的产物分派一个唯一的标识,经由过程该唯一的标识实现工场消费的每批产物具有可追溯性,知足质量保证的要求。

配方(Recipe)由装备资本的操纵流程和步调构成,它具体纪录了每一个批次产物是怎样消费的。

一个批量控制系统需求具有多种功用和接口,比方,批量控制系统需求取掌握装备停止通讯,需求为生产操纵职员供应看管批量生产过程的画面接口,为工艺工程师供应配方生成器,借要有数据库以纪录生产过程的完好信息,供预先剖析。

鉴于上述ACR极为庞大的生产工艺,山东某着名高分子材料公司正在工场中引入了相符S88尺度的UWinBatch软件作为批次掌握及自控解决方案。

配方管理界面如图3所示,正在这里能够增加所需的产物配方,重要触及四种操纵:

建立一个批次,用来决议计划重要的消费运动,如消费某种规格的ACR产物,批次是工艺掌握构造中的最高条理,它由单位工艺和/或操纵和/或阶段去完成它的义务;

完成单位装配的界说,单位装配工艺用来界说发作正在一个装配单位内的一组相干操纵,如聚合回响反映釜就是一个单位工艺。一个工艺广泛有多个单位工艺离别正在各自的单位内同时实行;

增加操纵,操纵是消费顺序中的一个步调,经由过程点击界面中的“+”可增加步调,如投料、控料、升温、保温、排水、待反等就是一些常见的操纵步调;

增加阶段,一组有序的阶段构成一个步调,一样可经由过程点击界面中的“+”可增加阶段,阶段是一个次处置惩罚义务。阶段的实行效果能够是对根基掌握的下令、对别的阶段的下令和/大概数据集,如手动、守候、剧本、装备、跳转等;


4.1 升温阶段

经由过程夹套蒸汽加热升温将聚合釜内的物料温度升至工艺要求的回响反映温度,要害是什么时候封闭蒸汽阀。若是封闭得过早,夹套温度下落太快,必将致使釜温下落过快,致使釜内物料没法激发聚合回响反映,反应时间延伸,形成“二次升温”或“焖锅”征象;反之会引发夹套温度下落太缓,釜温升得太下,凌驾设定温度,致使回响反映温度的颠簸。二者都邑影响产品质量。对于此题目,我们接纳划定规矩掌握要领去处理。正在升温设定温度取回响反映釜内温度之差大于N℃时(N>0),接纳封闭冷水调治阀、全开蒸汽阀的要领。当釜温距升温设定小于即是N℃时,把釜内温度转变率恍惚化,各分为下(加大)、中(一般)、低(偏低)三种状况。凭据恍惚化的转变率,能够获得对应的蒸汽阀开度,从而获得相干的掌握参数的数据。掌握结果如图5所示:

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4.2 过渡阶段

这个阶段釜内物料刚开始激发聚合回响反映,这时候的聚合回响反映借很不稳固,回响反映放热也对照少,并且放热也不匀称,这时候经由过程轮回火调治阀置换过剩的热量时有能够泛起两种状况:

(1)冷水加得太多,置换出来的人太多,致使釜温迟迟不克不及到达设定的回响反映温度,形成“短调”或“闷锅”征象,延伸反应时间,如图6的曲线C所示;

(2)冷水加的太少,夹套温度偏高,抑止不住釜内温度上升的趋向,形成“过冲”征象,致使保温段釜内温度颠簸太大,需求长时间的掌握调解,如图6的曲线A所示;

以上两种状况将间接影响到聚合釜的消费效力和产品质量,为了将聚合釜内温度上升速度掌握在一定范围内,敏捷安稳天切入到保温阶段,接纳过渡最优掌握算法去调治轮回水阀门的开度,盘算公式以下:

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

式中: MV——夹套温度调节器的输出;

        t1——夹套温度的丈量值;

        t2——过渡历程完毕时夹套温度的设定值(操纵职员可修正);

        t3——升温完毕时轮回水温度丈量值;

        x1——冷水均衡系数(操纵职员可修正);

        x2——取釜及阀门相干的预估参数(顺序中预制,操纵职员弗成修正)

经由过程上述手腕对聚合釜温度停止掌握,能够很好天制止前述两种不良征象的发作,是聚合回响反映安稳天停止,并最大限度天削减过渡工夫,优化消费他、提高效率。


4.3 恒反阶段

釜内温度到达聚合设定温度今后,一直到出料为恒温回响反映阶段。那一阶段要求安稳天转移聚合回响反映历程中所开释的反应热,将釜内温度稳固正在设定温度四周,要求颠簸小于±(0.2~0.5)℃,接纳逻辑展望串级掌握战略,从构造上看类似于通例串级调治体系,串级分程控造,以釜温为主参数、夹套水温度为副参数停止分程控造,采用以釜内温度为主环,夹套温度为副环串级回路。

4.4 回响反映完毕阶段

当回响反映完毕时,釜压降到某一设定值,这时候可按“回响反映完毕”按钮,经由过程逆控顺序将各个阀门、釜温文夹套温度调节器的状况规复到初始状况。

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UW500集散控制系统正在该项目上投运以来的消费运转注解,配方管理使全部生产过程变得简单易行,进步了30%的消费效力,并实现齐自动化掌握,削减工资失足,提高产品质量。并经由过程划定规矩掌握、单回路—串级切换掌握、逻辑展望串级掌握、随动掌握等多种掌握计划对聚合釜的温度停止了掌握,与得了令人满意的效果,如恒反阶段温度颠簸掌握正在±0.2℃,升温速度快,升温吸热和聚合放热腻滑过渡等。


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