和利时 精细化工

供稿:和利时集团

  • 关键词:精细化工
  • 摘要:人工合成树脂产品种类很多,根据生产工艺方式一般分为加聚物和缩聚物。加聚物是指由加成聚合反应制得的聚合物,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等,缩聚物是指由缩合聚合反应制得的聚合物,如酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。现以缩聚反应酚醛树脂的生产控制为代表简述相关控制方案。

树脂

人工合成树脂产品种类很多,根据生产工艺方式一般分为加聚物和缩聚物。加聚物是指由加成聚合反应制得的聚合物,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等,缩聚物是指由缩合聚合反应制得的聚合物,如酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。现以缩聚反应酚醛树脂的生产控制为代表简述相关控制方案。

主要控制回路:

酚醛树脂装置的每个反应釜有相同的三控制部分:加料配比计量控制、反应釜的温度控制、反应釜超温应急控制、真空脱水控制。

加料配比计量控制

苯酚与甲醛的加料配比是酚醛树脂生产工艺的核心机密,也适影响产品合格与否的关键工艺参数,所以加料配比计量必须严格而且准确无误。这里采用高精度称重仪来检测计量苯酚、甲醛的加入量,采用快速切断阀来控制苯酚、甲醛的加料物流。具体控制方案是:苯酚称重仪检测计量称重罐中的苯酚加入量,达到设定值时,发出关闭快速切断阀的信号,关闭控制苯酚加料物流的快速切断阀,切断苯酚加料物流;甲醛称重仪检测计量称重罐中的甲醛加入量,达到设定值时,发出关闭快速切断阀的信号,关闭控制甲醛加料物流的快速切断阀,切断甲醛加料物流。

反应釜的温度控制

在树脂合成反应的过程中,反应釜的温度是一个重要控制指标,工艺要求反应釜的温度严格受控且有规律变化。从45℃到85℃的温变过程具有明显的升温曲线的特征,升温曲线如下图所示。这里采用Pt100热电阻测温元件检测反应釜的温度,采用气动调节阀调节反应釜加热蒸汽, PID温度调节器以设定曲线值为给定值,通过气动调节阀调节反应釜加热蒸汽流量来实现反应釜的温度控制。设定曲线单元与PID温度调节器构成随动PID调节系统,其方块图如下图所示。

反应釜超温应急控制

在树脂合成反应的过程中,为防止误操作导致的反应釜温度严重超标,设置了反应釜超温应急控制系统。在反应釜的温度超过100℃时,控制系统自动打开冷却水快开阀,对反应釜进行冷却降温处理,以避免危害性的事故发生。超温应急控制系统如图所示。

真空脱水控制

废水灌重的废水积累量是一个判断真空脱水过程结束的指标。这里采用高精度称重仪来检测计量废水的积累量,当废水积累量达到要求数值时,就停止真空泵的运行。真空脱水控制系统如下图所示。

橡胶

合成橡胶由各种单体经聚合反应而得。按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。常见合成产品如丁钠橡胶,顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶,氟橡胶,硅橡胶等等。其生产核心装置为聚合反应釜。下面以高档橡胶——氟橡胶为例。

特殊控制包括:

a.三氟氯乙烯岗位的脱气塔液位和进精馏塔流量的控制采用均匀调节系统,当系统处于不正常时,能进行人工干预,对加法器进行屏蔽,使之成为一个单独的流量PID调节系统。

b.全氟丙烯岗位的裂解炉的进料流量控制方案为双闭环比值控制系统,要求有人工干预开关进行决定是否投运比值控制。

c.关于四个聚合釜温度的控制方案:聚合岗位的聚合釜为0.5m3,升温热源为低压蒸汽,反应时为放热反应,反应后通过调节进入夹套的冷冻盐水(其中二个釜为冷却水)来控制釜内温度,基本方案为串级调节(釜内温度为主调,夹套温度为副调),并要求蒸汽阀与冷水阀实现分程调节,如图所示:

纤维

化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料,经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维。涤纶是聚对苯二甲酸乙二脂(简称聚脂)纤维的商品名,它是化纤工业中产量最高的一个品种。目前以涤纶长丝高速纺应用得最为广泛,其生产工艺有直接纺和切片纺两种,现以切片纺为例,简单介绍其工艺流程。

   切片纺工艺流程:聚合物切片—干燥—熔融—纺丝—后处理—成品。

化学制药

制药行业主要包括抗生素与维生素,其中抗生素包括青霉素、黄梅素、麦迪霉素、头孢素等,抗生素生产过程对控制的要求比较严格,尤其是发酵的PH值控制、补料控制等等。

控制策略:

1)发酵罐温度常规控制

对于特定的微生物,它都有一个最适宜的生长温度。因此,微生物发酵过程发酵温度的控制是一个很重要的微生物生长环境参数,必须严格的加以控制。影响发酵温度的主要因素有微生物发酵热、电机搅拌热、冷却水本身的温度。

对于小型的发酵罐温度控制系统是以发酵罐温度为被控参数,冷却水流量为控制参数的单回路控制方案,对于大型的发酵罐系统,则采用发酵罐温度为主回路,以冷却水系统为副回路的串级控制或前馈-反馈控制方案。

2)发酵罐压力常规控制

发酵罐操作压力的变化,将会引起氧在发酵液中的分压改变,也就是说影响着溶解氧浓度的变化。影响发酵罐的压力主要是供给的消毒空气的压力变化,通常控制发酵罐的压力是通过调节排出气体的量来控制。

3)发酵过程中的pH值控制

pH是微生物生长的另一个重要环境参数。在发酵过程中,必须严格加以控制,否则会严重影响微生物代谢的进行和代谢产物的合成。在工业生产上,若发酵液pH值偏低、氨氮也偏低的时候,则通过加氨水等方法使其pH值回升;如果pH值偏高而氨氮偏低,可以补入硫酸铵或氯化铵;若pH值和氨氮都偏高,在发酵前期,可适当增加糖的补加量来调整。一般没有其它的控制手段。因此在pH值控制中必须严格控制好调整液的加入量,绝对不能过量。,pH值的控制常由pH测量电极和变送器、pH控制器、空气开关和气动开关阀组成。

4)发酵过程中的溶解氧浓度控制

在耗氧型发酵过程中,氧是作为微生物生长必须的原料,若供氧不足,将会抑制微生物的生长和代谢的进行。为此在发酵过程中要保持一定的溶解氧浓度。影响溶解氧浓度的主要因素有供给的空气量、搅拌器转速和发酵罐的压力。

这里采用了一个串级控制回路,在保证对通入蒸汽量的调节满足溶解氧浓度要求的同时,及时消除了压力波动的影响。如果溶解氧浓度的调节通过调节搅拌机的转速来实现,情况类似。如前所述,发酵罐内压力的波动对溶解氧浓度有影响,因此,在通过调节通入的空气流量来实现溶解氧浓度控制时,需要考虑这种影响。如果在发酵罐压力有自动控制的情况下则认为发酵罐压力恒定不变。目前,国内发酵罐搅拌器转速一般是恒定不变的,所以只要通过调节供给的空气量来控制溶解氧浓度。当然,也有同时对发酵罐转速和供应的空气量进行综合调节的做法。

5)发酵过程中的消泡控制

在发酵前期,微生物生长旺盛时期,加入料液满载,搅拌马达全速开动,空气通入量达到最大。这时候,发酵液上浮得很厉害,稍有不慎,就可能会产生逃液现象。此时,必须即时加入消泡剂,以减少泡沫,防止发酵液上浮。消泡控制通常采用双位式的控制方法,当发酵液液面达到一定的高度时,自动打开消泡剂的阀门,当液面降回到正常时,自动关闭消泡剂阀门。

6)发酵过程中的补料控制

在半连续发酵过程中,随着发酵的进行,微生物生长状态和生物代谢状况,中间要继续不断补充营养物质,使微生物沿着最优的生长轨迹生长,以获得高产的微生物代谢产物。由于微生物和代谢状况无法在线测量,使得这一补料极为困难,一般的发酵工业生产过程是根据实验室大量的试验研究结果得出的补料曲线来指导工业生产的补料,发酵工艺技术人员根据离线的化验室化验的数据,适当修正补料速率,这种方法对于有大量实践经验的人来说可能会做出好的判断决策,但往往不尽如人意,不能确保发酵过程沿着最优的曲线进行,不能获得最好的代谢产物。针对这种发酵过程的复杂性和信息的缺乏,发酵工艺技术人员与自动控制人员一起共同研究,试图寻找出更好的补料方法和策略。例如,基于出口气体二氧化碳的释放率来控制补料速率、用化学元素的平衡方法来调整补糖量、用控制呼吸商的方法来控制补料等。


发布时间:2017年3月14日 13:54  人气:   审核编辑(王静 )
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