浙大中控關于pvc生產控制流程.pptVIP

離子膜、PVC生產過程與DCS控制策略,2003.11,離子膜工藝概述,離子膜由一次鹽水、二次鹽水、電解及氯氫處理等部分組成。 1、 一次鹽水 一次鹽水主要處理的是粒鹽在化鹽池溶化后，經加入NaOH、Na2CO3及絮凝劑FeCL3，經沉淀、溢流、戈爾過濾以除去鈣鎂離子，產生粗精制鹽水。 2、二次鹽水 二次鹽水主要處理的是從一次鹽水工段來的粗精制鹽水經螯合樹脂塔處理后，吸附一次鹽水中的鈣鎂離子，以產生出電解能夠使用的精制鹽水。 3、 電解部分 二次鹽水來的精制鹽水在電解槽經電解后產生氯氣、氫氣、氫氧化鈉及廢鹽水，廢鹽水經脫氯處理后回一次鹽水化鹽池或部分循環(huán)回電解槽。氯氣送到氯氣處理工段，氫氧化鈉到氫氧化鈉儲罐，氫氣到氯氫處理工段經處理送到PVC項目的氯化氫工段。 4、 氯氫處理 氯氣處理包括氯氣液化及事故處理。氯氣液化是氯氣經水洗、干燥、冷卻、壓縮、液化生產液氯，部分送到HCL工段。事故處理是電解槽事故停車，壓縮機故障、全廠電源故障等情況下啟動氯氣吸收塔。氫氣處理是氫氣經水洗、干燥、壓縮生產純凈的氫氣，送到HCL工段。,一次鹽水控制,其主要過程為從脫氯工序及其他工序回流的淡鹽水、從生水總管來的生水在中間儲罐中混合后經輸送泵，加熱后送到化鹽池中，由化鹽池溢流到儲罐V403,之前加入淡堿及絮凝劑FeCL3,再由儲罐V403溢流到V404,處理后經加氣融氣罐進入預處理器中，加入Na2CO3進后反應槽，充分反應后溢流中間槽V407。再進過濾器進液泵送至戈爾膜過濾器，經過濾進折流槽，加入 Na2SO3后送至一次鹽水儲罐。,一次鹽水操作畫面一,一次鹽水操作畫面二,二次鹽水控制,二次鹽水主要處理的是從一次鹽水工段來的粗精制鹽水經螯合樹脂塔處理后，產生出電解能夠使用的精制鹽水。螯合樹脂塔有：A.三塔聯接排序;B.二塔排序一塔再生等方式。A、B方式都在工程項目中使用過，有與PLC連接，也有在DCS實現螯合樹脂塔的順序控制。,二次鹽水操作畫面一,二次鹽水操作畫面二,螯合樹脂順控圖,離子膜電解控制,二次鹽水來的精制鹽水在電解槽經電解后產生氯氣、氫氣、氫氧化鈉及廢鹽水，廢鹽水經脫氯處理后回一次鹽水化鹽池或部分循環(huán)回電解槽。氯氣送到氯氣處理工段，氫氧化鈉到氫氧化鈉儲罐，氫氣到氯氫處理工段經處理送到PVC項目的氯化氫工段。 離子膜電解主要有： 1、控制，包括各個電解槽的精制鹽水流量、陰陽極罐液位、陰陽極液的回流控制、回流燒堿的溫度及根據電流調節(jié)加純水流量等。其中比較關鍵的是氯氫差壓的控制。 2、聯鎖：電解槽的聯鎖包括公用聯鎖及單槽聯鎖兩部分，公用聯鎖有全廠電源故障、氯壓機全停、氯氫差壓超高或超低及儀表風故障，這部分聯鎖發(fā)生，則所有的電解槽聯鎖停機；單機聯鎖條件是電解槽的電壓有超高、進槽精制鹽水流量低或燒堿回流流量低超過一定時間，單機聯鎖條件成立只影響本槽。,離子膜電解槽總貌,離子膜電解聯鎖畫面,脫氯、氯氫處理,脫氯工序的目的是利用加熱、真空法將從電解槽來的淡鹽水及從氯氣洗滌塔來的鹽水中的游離氯提出來，最后剩余的少量游離氯則采用加入Na2SO3除去 氯氣處理包括氯氣液化及事故處理。氯氣液化是氯氣經水洗、干燥、冷卻、壓縮、液化生產液氯，部分送到HCL工段。 氫氣處理是氫氣經水洗、干燥、壓縮生產純凈的氫氣，送到HCL工段。,脫氯畫面,氯氣處理畫面,氯氣壓縮畫面,氫氣壓縮畫面,事故氯處理,事故處理是電解槽全部事故停車，壓縮機故障停車、全廠電源故障等情況下啟動氯氣吸收塔。其事故堿循環(huán)泵電源要求雙路供電，以確保全廠停電時仍可啟動。,事故氯處理畫面,PVC產品的應用場合,PVC 是應用最廣泛的熱塑性樹脂，可以制造強度和硬度很大的硬質制品如管材和管件、門窗和包裝片材，也可以加入增塑劑制造非常柔軟的制品如薄膜、片材、電線電纜、地板、合成革、涂層和其它消費性產品。硬質制品目前占PVC總消費量的6570，今后PVC消費量進一步增長的機會主要是在硬質制品應用領域。目前PVC在建筑領域中的消費量占總消費量的一半以上。,PVC生產工藝流程,VCM合成 乙烯氧化法 電石乙炔法 乙炔生成 鹽酸合成 VCM精餾 懸浮法PVC生產 PVC聚合 汽提 干燥,電石法乙炔工藝,乙炔發(fā)生 電石輸送 發(fā)生器 壓縮、貯存 乙炔清凈 清凈塔 中和塔 清凈液的配置和循環(huán)使用,乙炔發(fā)生操作畫面,清凈操作畫面,氯化氫合成工藝,焚燒爐 氯氫配比 升負荷先加氫； 減負荷先減氯； 確保氯氣不過量。,VCM合成工藝,混合、冷卻、脫酸 轉化器 二組 由多個轉化器并聯組成一組 凈化和壓縮 公用工程 熱水系統(tǒng) 冷凍鹽水,單體生成操作畫面一,單體生成操作畫面二,冷卻、壓縮操作畫面,VCM精餾工藝,低沸塔 除去低廢物 高沸塔 除去高廢物 氣相VCM經冷凝后得到合格的氯乙烯單體。,低沸塔控制方案,重要控制參數：塔頂T101、壓力P101、塔釜液面L101、塔釜溫度T102等； 再使溫度梯度在擾動產生后能迅速回復； P101通過排出量的控制采取單回路控制； 其他被控參數與控制變量關系式：,T101(s)=G11(s)u3(s)+ G12(s)u1(s)+ G13(s)u4(s)+Gf1(s)F0(s) T102(s)=G21(s)u3(s)+ G22(s)u1(s)+ Gf2(s)F0(s) L101(s)=G31(s)u3(s)+ G22(s)u2(s)+ Gf3(s)F0(s) T101(s)=G41(s)u3(s)+ G22(s)u1(s)+ Gf4(s)F0(s) u1:低沸塔再熱器加熱量； u2:低沸向高沸過料量； u3:低沸塔再熱器加熱量； u4:低沸塔頂排出量； F0:低沸塔進料量； T101:低沸塔頂溫度； T101(s):低塔溫差； T102:低塔塔釜溫度； L101:低塔液位；,低沸塔控制方案,在穩(wěn)定操作情況下，T101代表了低沸塔內濃度梯度： 穩(wěn)態(tài)時，低沸塔塔底低沸物濃度可忽略不計； 在P101穩(wěn)定情況下，加熱量基本不變時，塔釜溫度T102完全取決于塔釜組成，因此T102基本恒定； 當F0(低塔進料量)、 n0(組分)、 t0(進料)任一變化時，則T101也變化。靈敏板上溫度先變化，而物料從靈敏板到穩(wěn)定板需一段時間，在此時間間隔內根據T101變化改變u1和u3，使溫度梯度迅速恢復正常，則低沸物能迅速從塔頂排出而避免到塔釜中去；,低沸塔控制方案框圖一,Gc1,Gc2,Gc3,K,u1,低沸加熱,H2 +,H1 ,+ H3,T101,T101,L101,R,R,R,低塔塔頂溫度,低塔溫差,低塔液位,氣開,低沸塔控制方案框圖二,Gc7,L101,R,低塔液位,K,u3,過料,H1 +,Gc8,P103,R,K,u4,尾排,H1 -,Gc21,T401,K,u8,全凝器溫控,R,氣關,氣關,氣關,低沸塔控制方案框圖三,Gc4,Gc5,Gc6,K,u2,低回流,H2 +,H1 , H3,T101,T101,u1,R,R,R,低塔塔頂溫度,低塔溫差,低沸加熱,氣關,高沸塔控制方案,為典型的三元精餾塔，塔頂為最終產品，塔底去除高沸物： 控制參數：塔頂溫度T201、塔頂壓力P201、 T201精餾段溫差、 T202提餾段溫差、L201塔釜液位；T202塔釜溫度等。其中T201和P201為主要控制參數；系統(tǒng)主要干擾為低沸塔向高沸塔過料； 各控參數間的關系為：,L201(s)=G51(s)u6(s)+G52(s)u5(s)+Gf5(s)F1(s) T201(s)=G61(s)u6(s)+G62(s)u5(s)+ G63(s)u7(s) +Gf6(s)F1(s) P201(s)=G71(s)u6(s)+G72(s)u5(s)+G73(s)u7(s)+Gf5(s)F1(s),高沸塔控制方案框圖一,Gc9,Gc10,Gc11,K,u5,高回流,H2 -,H1 +,- H3,L201,T202,u6,R,R,R,高塔液位,高提段溫差,高加熱閥反饋,Gc12,u3,低回流塔反饋,+ H4,氣開,U3間接表征T201,高沸塔控制方案框圖二,Gc13,Gc14,Gc15,K,u6,高回流,H2 -,H1 -,+ H3,T201,T201(u3),L201,R,R,R,高塔頂溫度,高精段溫差,高塔液位,Gc16,u7,冷閥反饋,+ H4,氣關,高沸塔控制方案框圖三,Gc17,Gc18,Gc19,K,u7,冷閥,H2 +,H1 -,- H3,P201,T201,u5,R,R,高塔頂壓力,高塔頂溫度,高回流閥反饋,Gc20,u6,高加熱閥反饋,+ H4,氣關,VCM精餾操作流程圖,懸浮法 本體法 乳液法 溶液法,PVC聚合的四種生產工藝,四種工藝比較一,懸浮法聚合生產工藝成熟、操作簡單、生產成本低、產品品種多、應用范圍廣，一直是生產PVC樹脂的主要方法，目前世界上90的PVC樹脂 (包括均聚物和共聚物) 都是出自懸浮法生產裝置。 乳液聚合與懸浮聚合基本類似，只是要采用更為大量的乳化劑，并且不是溶于水中而是溶于單體中。這種聚合體系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，從而得到粒徑很小的聚合物樹脂，一般乳液法生產的PVC樹脂的粒徑為0.10.2mm，懸浮法為20200mm。,四種工藝比較二,本體法生產工藝在無水、無分散劑，只加入引發(fā)劑的條件下進行聚合，不需要后處理設備，投資小、節(jié)能、成本低。用本體法PVC樹脂生產的制品透明度高、電絕緣性好、易加工，用來加工懸浮法樹脂的設備均可用于加工本體法樹脂。 溶液聚合單體溶解在一種有機溶劑（如n丁烷或環(huán)己烷）中引發(fā)聚合，隨著反應的進行聚合物沉淀下來。溶液聚合反應專門用于生產特種氯乙烯與醋酸乙烯共聚物。溶液聚合反應生產的共聚物純凈、均勻，具有獨特的溶解性和成膜性。,所需的物料品種較多 無離子水（脫鹽水） VCM單體 引發(fā)劑 分散劑 調節(jié)劑 終止劑等等 加料的精度要求高 儀表精度不低于0.5級； 測量上經常采用雙流量計，計量槽流量計，電子稱 部分物料甚至采用稀釋方式來提高加料的精度,批量加料品種多，要求高,一個聚合釜要生產多種型號的產品，過程復雜 爆聚 轉型 粘釜 粗料 釜溫釜壓控制精度要求高 過渡釜溫超調不超過0.5； 保溫階段釜溫偏差0.2。,過程復雜、控制精度高,GOODRICH工藝特點一,釜體積70m3 傳熱能力大，生產強度高，內冷擋板； 設計壓力高 設計壓力2.1MPa，可生產低聚合度樹脂； 防粘釜技術 特殊的防粘釜液 釜壁沖洗和防粘釜液噴涂技術 高壓水清釜 先進的生產工藝有效的防止粘釜 熱水加料工藝 聚合注水工藝,GOODRICH工藝特點二,生產工藝密閉化 前提條件 先進的防粘釜技術達到幾百釜不開蓋清釜。 先進的加料工藝 所有物料均以液態(tài)形式輸送，實現了聚合過程的密閉化和自動化操作,GOODRICH工藝特點三,單體回收技術 傳統(tǒng)回收方式來說每一個聚合反應周期均有約10一15的未反應VCM進入精餾系統(tǒng)循環(huán)精制,加大了精餾系統(tǒng)生產負荷。既浪費了能源又降低了設備能力。 日本信越回收技術回收VCM質量優(yōu)良,對聚合反應及樹脂產品質量無影響、但流程長設備多、成本及處理費用高。 美國古德里奇回收技術工藝合理，設備只有信越的一半不到，并且回收VCM無需返回精餾系統(tǒng)進行循環(huán)精制。減輕了精餾系統(tǒng)的生產負荷，有效地提高合成轉化的生產能力。,GOODRICH工藝特點四,轉化率計算 粗料預估 加料完 反應過程中 動力學模型,主要控制過程,無離子水、 VCM、分散劑、各種助劑加料； 等溫入料 入料完釜溫異常調整 引發(fā)劑 恒溫聚合 注水 反應結束、加入終止劑等 漿料輸送（聚合釜出料） 汽提 離心干燥 公用工程,等溫入料控制策略,控制要求： 單體、去離子水等同時加入聚合釜，加料完畢釜溫大約比反應溫度高2左右； 控制方法 利用熱平衡方程式，以設定釜溫為目標，通過各種物料的進料溫度、流量動態(tài)調整控制加料； 引發(fā)劑加入前溫度超差控制,等溫入料控制流程圖,反應溫度控制,硬件設備 夾套設備：釜體采用半圓管夾套，避免了普通夾套的缺點，增加了導熱能力。 內冷擋板：內冷管間采用獨特的設計結構，更有利于傳熱。并且內冷管兼具擋板作用可以增加釜內流體湍流，增加傳熱。 合理溫控方案的應用 根據釜溫、夾套溫度采用串級溫度控制方案，控制冷卻水 根據釜溫直接控制內冷擋板冷卻水,聚合模擬控制,注水控制,主要方法 聚合開始后定期注入補充水直到預定的水比 錦西化工研究院經過大量試驗得到如下結論：在聚合前采用低水比(1.21.4)當聚合反應開始后1小時左右，在易發(fā)生暴聚的轉化率10到達之前開始注入水。此后每15分鐘加入一次使最終水比達2:1。 缺點：該法使物料體積在一定范圍內波動，忽高忽低，在氣液界面仍有少量粘結物生成。,注水控制,根據反應速率注水 根據式（1）的注水速率可以保持反應釜的液位恒定在初始液位。而上式的注水速率只取決于反應速率。反應速率可以通過聚合熱的計算得到，聚合熱表達如下： 該法緊密跟蹤轉化速率?？杉皶r、準確地注入補充水。因此可很好地維持反應物料體積和控制粘度。但它需要同時監(jiān)測多個過程變量，并經過復雜計算，對我國目前大部分PVC生產廠來說，還有一定的因難。,注水控制,聚合開始后恒速注入補充水直到反應結束 依據 VCM聚合在相當長一段時間內基本維持不變，而初始反應速率較低部分大致為聚合后期高反應速率部分所補充。 具體方法 首先要計算出總體積收縮量，根據聚合時間就得到注入水的流量。但實際上平均聚合速率都取小一些，防止因偶然因素造成滿釜。該法基本使注入水的速率與體積收縮維持平衡。液位比反應開始時略高，到反應結束時恢復到初始位置。,恒流注水缺陷及其解決辦法,反應速率過快 如果在反應開始后的各不同時刻放熱量遠遠高于正常值時，說明反應速度過快，達到相同轉化率的時間就要縮短，注入水的速率相應調高一些。 反應速率過慢 在反應開始后的各不同時刻，放出的熱量小于正常反應的放熱量。這時注入水量若保持原值就相對過高，注滿全釜。因此要在整個注水過程密切監(jiān)視釜內壓力，發(fā)現釜內溫度處于正常而壓力升高，且長時期維持不降的情況下，就要立即停止注入補充水，直到釜內壓力降到該反應溫度下所對應的正常壓力后一段時間(約0.5小時)，繼續(xù)通入注入水。,注水控制流程圖,WebField的BATCH策略,Recipe,配方系統(tǒng),配 方,生 成,基本操作,修改,查看,下載,上傳,刪除,批量管理,批次的建立 一個完整的PVC批次是在操作員啟動批量程序時產生。 基本條件 前一次的批量必須已經完成。 選擇配方 批號 確認 必須將順控程序切換到自動并選擇啟動 批次修改 批號 可修改 配方名 一