ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 2011, том 45, № 2, с. 242-248
УДК 681.3:007:159.955
ПОДДЕРЖАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА НЕПРЕРЫВНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ © 2011 г. В. М. Емельянов, С. А. Понкратова, А. М. Гумеров, А. М. Буйлин
Казанский государственный технологический университет kiberponk@front.ru Поступила в редакцию 20.09.2010 г.
Для оптимизации режимов лабораторной установки непрерывной полимеризации разработан программно-аппаратный комплекс, представляющий собой двухуровневую систему: первый уровень обеспечивает интерфейс с пользователем, второй уровень — управление режимами работы установки. Проведены опытные испытания по поддержанию оптимального температурного режима и давления.
ВВЕДЕНИЕ
В структуре химического комплекса Российской Федерации особое место занимает промышленность синтетического каучука. В настоящее время чрезвычайно актуальным становится поиск решений, обеспечивающих быстрое повышение конкурентоспособности и устойчивости функционирования предприятий синтетического каучука на основе радикальной модернизации их технического, технологического, экологического и экономического уровней. Создание крупнотоннажной промышленности синтетических каучуков, резкое повышение качества и технического уровня выпускаемых полимеров невозможно без должного инженерного обеспечения как новых, так и традиционных технологических процессов. Проблемы инженерного обеспечения технологических процессов производства синтетических каучуков имеют исключительно важное значение, поскольку промышленные перспективы разнообразных синтезов, с успехом осуществляемых в лаборатории, в большинстве случаев зависят от возможности их крупномасштабного аппаратурного оформления [1—3].
Известно, что физические факторы оказывают огромное влияние как на количественные, так и на качественные характеристики конечных продуктов полимеризации и во многих случаях заметно изменяют определенные молекулярные характеристики каучуков. В качестве примера отметим, что изменение температуры влияет на такие основные свойства полимера, как средняя молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, так как все кинетические константы зависят от температуры. Следует отметить, что температура меняется по каскаду от реактора к реактору. Рекомендуемым температурным режимом является область температур 20—30°С. Осуществление строго дозированного отвода тепла и поддержание оптимального температурного режима по реакторам каскада приводит к получению каучука с контролируемыми молеку-
лярно-массовыми характеристиками и, как следствие, каучука с заданными технологическими свойствами [4].
Целью настоящей работы является изучение режимов работы лабораторной непрерывной технологической линии полимеризации с использованием аппаратно-программного комплекса.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования представляет собой опытный образец лабораторной непрерывной технологической линии полимеризации, представленный на рис. 1.
Исходные компоненты катализаторного комплекса или шихты 1—5 объемными дозаторами 7 в заданном количестве и определенной последовательности подаются в аппараты подготовки катализатора 9, 10 или шихты 11, 12. С помощью газового дозатора 8 туда же подается дивинил 6. Наличие двух аппаратов позволяет совмещать периодичность процесса подготовки катализатора и шихты с непрерывным процессом полимеризации. Кроме того, это дает возможность в процессе непрерывной полимеризации варьировать соотношение исходных компонентов. Из аппаратов 9, 11 или 10, 12 с помощью насосов 13, 14 катализатор и шихта (в заданном соотношении расходов) подаются в блок полимеризации: реакторы полимеризации 15 и 17; насосы перекачки полимеризата 16, 18; накопительная емкость 19.
При периодическом процессе полимеризации для подготовки заданного объема катализаторного комплекса и шихты используется одна пара реакторов 9, 11 или 10, 12.
При непрерывном режиме работы процесс полимеризации ведется в двух аппаратах 15 и 17, включенных последовательно. Заданная скорость протока через блок полимеризации обеспечивается насосами 13,14,16,18.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной технологической линии полимеризации: 1—5 — емкости с исходными компонентами катализаторного комплекса и шихты; 6 — емкость с дивинилом; 7 — дозатор жидких компонентов; 8 — дозатор дивинила; 9, 10 — смесители катализаторного комплекса; 11, 12 — смесители шихты; 13, 14 — насосы катализатора и шихты; 15 — полимеризатор I; 16, 18 — насосы полимера; 17 — полимеризатор II; 19 — накопительная емкость; 20 — клапан разгрузки (непрерывный процесс); 21 — клапан разгрузки (периодический процесс); 22 — инжекторный крошкообразователь; 23 — реактор дегазации; 24 — насос пульпы; 25 — реактор отмывки; А — аргон; АО — ан-тиоксидант; В — вода; Вхр — выхлоп паров растворителя; П — пар; СТ — стабилизатор.
Емкость 19 необходима для поддержания непрерывного потока полимеризата при периодическом режиме работы аппаратов дегазации и отмывки полимера. Через клапаны 20 (непрерывный процесс полимеризации) или 21 (периодический процесс полимеризации) полимеризат поступает в инжекторный крошкообразователь 22, обеспечивающий интенсивное контактирование раствора каучука с острым водяным паром.
Смесь водяного пара с парами растворителя, крошка полимера, не прореагировавшего мономера поступают в дегазатор 23. Сюда же подается антиок-сидант, горячая вода, стабилизатор. Все это интенсивно перемешивается для равномерного распределения частиц по заполненному объему аппарата. Далее пульпа насосом 24 подается в отмывочный аппарат 25. По окончании процесса отмывки пульпа сбрасывается на сито 26, где полимер отделяется от воды [5].
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
Установка изготовлена в пожаровзрывобезопас-ном исполнении с использованием элементов
пневмоавтоматики и размещается в двух изолированных комнатах. В одной размещено технологическое оборудование, а в другой устройства связи с объектом и компьютерная станция. Параметры аппаратов:
1. Подготовки катализаторного комплекса: геометрический объем — 0.2 л; давление в аппарате, не более — 2 МПа; температура — от —20 до 110°С.
2. Подготовки шихты: геометрический объем — 1 л; давление в аппарате, не более — 2 МПа; температура — от 20 до 110°С.
3. Полимеризации: геометрический объем — 1 л; давление в аппарате, не более — 2 МПа; температура — от 20 до 150°С.
4. Дегазации: геометрический объем — 8 л; давление в аппарате, не более — 0.02 МПа; температура в аппарате — от 50 до 95°С.
5. Отмывочника: геометрический объем — 8 л; давление в аппарате, не более — 0.02 МПа; температура в аппарате — от 50 до 95°С.
Аппаратная часть. Аппаратная часть системы управления имеет двухуровневую иерархическую структуру и создана по модульному принципу.
Таблица 1. Перечень подключенных устройств
Модуль Адрес Модуль Адрес Модуль Адрес
4050 2 (02Н) 4050 7 (07Н) 4011 10 (0АН)
4050 3 (03Н) 4050 12 (0СН) 4011 11 (0ВН)
4050 4 (04Н) 4050 13 (0DH) 4017 9 (01Н)
4050 5 (05Н) 4050 14 (0EH) 4018 8 (08Н)
4050 6 (06Н) — — 4018 16 (09 Н)
Первый уровень — пользовательская часть (устройства связи с объектом). В качестве устройств связи используются микропроцессорные модули для распределенных систем сбора данных и управления на базе интерфейса RS-485 фирмы "Advantech" - "ADAM-4000". Наличие встроенных микропроцессоров позволяет им осуществлять нормализацию сигналов, операции аналогового и дискретного ввода—вывода, отображение данных и их передачу (или прием) по интерфейсу RS-485, программную установку параметров, командный протокол ASC II и сторожевой таймер.
Для обеспечения правильного функционирования модулей серии "ADAM-4000" определены параметры конфигурации (базовый адрес, входной диапазон(ы)) в соответствии с требованиями к создаваемой системе (табл. 1). Конфигурирование осуществлялось с использованием поставляемой с модулями программы, позволяющей идентифицировать каждый модуль перед его применением.
Второй уровень — универсальный комплекс на базе персонального компьютера — рабочая станция для организации рабочего места технолога.
Программное обеспечение. Для программной реализации управления процессом полимеризации выбран пакет GENIE 3.04, разработанный фирмой 'Advantech", который является инструментальным средством для создания программного обеспечения сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA).
Драйверы ввода/вывода, входящие в комплект поставки GENIE, обеспечивают поддержку всех аппаратных средств промышленной автоматизации фирмы "Advantech", включая модули сбора данных и управления. Перечень подключенных устройств создаваемой системы (табл. 2), отображается в окне устройств ввода/вывода.
Управление соответствующими потоками осуществляется компьютерной системой автоматически с помощью пневматических клапанов различной конструкции. Дозирование жидких компонентов осуществляется с помощью плунжерных насосов, с механическим приводом, прецизионных плунжерных насосов с пневматическим приводом и компьютерной системой управления.
Разработанная система автоматического управления и сбора информации осуществляет управление всеми материальными потоками. Управление осуществляется в ручном и автоматическом режимах. В ручном режиме задействованы только контрольно-измерительные алгоритмы и блокировки оборудования при возникновении аварийных ситуаций.
В автоматическом режиме весь процесс поддержания температуры и давления выполняется автоматически с использованием законов двухпозици-
Таблица 2. Фрагмент описания подключенных устройств
"ADAM" Адрес Канал Описание
4011 10 0 Текущая температура Полимеризатор 1
1 Текущая температура Полимеризатор 2
4011 11 0 Сброс конденсата Полимеризатор 1
1 Азот в П1 (рубашка) -
4018 8 0 Текущая температура Катализатор 1
1 Текущая температура Катализатор 2
2 Текущая температура Шихта 1
3 Текущая температура Шихта 2
4 Текущая температура ТН + 12
5 Текущая температура ТН + 80
4018 16 0 Текущая температура ТН-15
4017 9 0 Весы -
1 Давление Полимеризатор 1
2 Давление Полимеризатор
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.