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做座间歇聚丙烯生产的智能控制方案

发布时间:2021-10-14 21:56:17 阅读: 来源:装模车厂家
做座间歇聚丙烯生产的智能控制方案

间歇聚丙烯生产的智能控制方案

李永彪1,孙正贵2,赵清杰3(1北京华盛德佳科技公司,北京100084;2胜利石油管理局科技处,

山东257000;3清华大学计算机系,北京100084)1引言

化学反应间歇过程的特性相当复杂,具有严重的非线性和时变特性。尤其是在不同的反应期内,过程两个实验工区从规范技术条件入手的特性迥然不同,这就要求控制策略适应反应期并随之变化,因此常规的控制方法遇到了挑战。目前在不少间歇工业生产过程中,仍采用手动或半自动操作,整体自动化水平较低。本文将模糊控制与常规控制方法如位式控制、PID控制等结合起来,充分利用人工控制长期积累的经验知识,提出一种智能复合控制方案。这对提高产品的质量和产量,对降低工人的劳动强度具有实际意义。

2工艺特点

以某化工厂的一万吨/年聚丙烯装置为例,装置的主体是A、B、C、D 4个聚合釜,采用间歇式液相本体法聚合工艺,以液相丙烯为原料,采用络合Ⅱ型三氯化钛为催化剂,以一氯二在现在物理检测实验室里会常常看到材料力学性能检测装备乙基铝为活化剂,以氢气为聚合物分子量调节剂。具体工艺过程描述如下(见图2—1):液相丙烯经计量进入聚合釜,并将活化剂、催化剂和分子量调节剂按一定比例和顺序加入聚合釜。各物料加完后,开始向聚合釜夹套通热水给釜内物料升温升压,这时釜内温度及压力上升。当温度升至60℃、压力在2.4 MPa左右时釜内开始反应,放出热量。由于反应放出的热量会加剧反应的进行,所以应及时停止加热,打开循环冷却水使釜内温度或压力按一定速度上升,当釜内温度升至75±2℃、釜压升到3.5±0.1 MPa时进行恒温恒压反应过程。随着反应时间的延长,液相丙烯逐渐减少,聚丙烯颗粒的浓度增加。最后,釜内液相丙烯基本消失,釜内主要是聚丙烯固体颗粒和未反应的气相丙烯,即达到所谓“干锅”状态,釜压下降,此时认为反应结束。其中,升温升压阶段约40 min,恒温恒压阶产品安全系数为6倍段为4~6 h。可以看出,过程具有明显分阶段的特点。

从控制的角度看,该聚合反应过程可分为3个阶段。 (1)升温升压阶段。投料完毕后,向聚合釜的夹套中通入热水进行升温升压。该阶段需在较短的时间内把釜内温度或压力升至开始反应的状态,并且必须保持连续升温升压。该阶段控制得当,有利于缩短单釜操作周期,提高现有装置的生产能力。

(2)过渡阶段。丙烯聚合反应最关键的阶段是升温升压过程中的60℃~75℃,对应釜压为24~3.5 MPa之间。60℃、2.4 MPa左右开始放热反应,如果不及时移去反应热,将使反应剧烈超出正常范围,造成反应阶段不易控制,易引起“爆聚”或产生安全阀跳;如果加入过量的冷水又将使反应激落,甚至造成“僵釜”现象。因此,这一阶段是控制的难点,直接影响能否获得高质量的产品。该阶段控制时,不仅要求釜内温度或压力连续上升,同时又要求不能产生超调。

(3)恒温恒压阶段。这是正常反应阶段,该阶段反应时间长,对控制精度要求较高。因此,这一阶段是整个聚合反应过程控制的重点。

3控制方案

根据经验,选取釜内压力为被控变量,因为丙烯聚合釜在反应阶段釜内丙烯总是处于饱和状态,釜压十分接近丙烯的饱和蒸气压,压力的高低与温度基本上一一对应[1],并且压力的测量也较温度的测量超前。选取水流量作为操纵变量,通过调节水流量来控制釜压。

设计如下智能斯莱特对美国《快公司》杂志网站记者说:“大多数塑料垃圾依然很大复合控制方案:在加热阶段,偏差大,压力变化大,希望控制系统能快速调整,而对控制精度要求相对较低,采用时间最优控制方案,即位式控制,这样做有利于缩短单釜操作周期,提高设备的生产能力;在过渡阶段,偏差不太大,希望控制系统能无超调地兼顾快速性和精度,参考操作工的手操经验,采用模糊控制方案;在正常反应期,状况相对平稳,希望有较高的控制精度,因此仍采用PID控制方案。智能复合控制框图如图3—1所示。3.1位式控制

聚合釜在加热前压力为0.5 MPa左右,根据手操经验,当釜压达到2.8 MPa时,一定要关闭热水阀,然后再观察釜内压力的上升趋势,决定是否开启冷水调节阀或开度为多大。所以,在釜压为0.5~2.8 MPa这段范围内,采用位式控制,以降低单釜的操作周期。

3.2模糊控制

仿照人工控制的经验,设计出二维模糊控制器[2],输入变量为釜内压力和釜压的变化,输出变量为冷水阀的开度。模糊控制的任务为:在过渡过程的2.8~3.5 MPa阶段,用双输入单输出的模糊控制,代替人的手动操作,实现快速平稳过渡。

(1)选择描述输入输出变量的词集

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