PVC生产过程的转化率计算及温度控制实现

【摘 要】在PVC糊树脂生产过程中的聚合转化率的计算及聚合温度控制的实现直接影响着PVC的生产质量，就是说，要想保证PVC的生产质量，就必须有效解决聚合转化率的计算以及聚合温度控制的实现问题。本文就是针对PVC糊树脂生产过程中的转化率计算与温度控制的实现进行分析与论述的。

【关键字】PVC生产；转化率计算；温度控制

聚合转化率与聚合温度是影响PVC生产质量的两大重要因素，也是PVC糊树脂生产工艺中的两大难点，聚合转化率的计算对于指导平衡生产有着重要的意义，而聚合温度直接影响着聚合转化率的计算，总体来说，聚合转换率的计算与聚合温度控制的实现对PVC的生产质量而言有着举足轻重的意义。但目前还没有成熟有效的方法或措施解决这一问题，本文是基于聚合热量计算聚合转化率，并通过PID参数整定来实现串级控制系统的优化以达到聚合温度精度提高的目的，对于转化率的计算与聚合温度控制的实现进行分析和研究。

1　PVC生产工艺

PVC生产通过DCS控制并按指定配方将INIA、INIB、EML、VCM和DW原料定量送到分散罐进行搅拌，再由分散泵将完全分散的原料打到聚合釜，为防PVC生产质量受VCM氧化的影响，对聚合釜实行抽真空加压与升温，直到温度达到设定温度便会进行聚合反应。为防止发生聚爆现象，并保证PVC糊树脂的生产质量，进行聚合反应时要保持反应温度不变，而温度控制精度最宜为±0.2℃。待聚合反应完成即可进行由CENTUM-CS3000全程控制的回收升温—自压回收—乳胶从分离罐传送至聚合釜—强制回收—第二次乳胶传送—放料到放料罐的整个过程。

2　PVC生产过程中的转化率计算

PVC生产过程中的氯乙烯单体转化率计算对指导平衡生产而言有着相当重要的意义。转化率过低会使得产率降低且后续分离成本增加，造成效率低下、能源浪费以及公用工程消耗增大的局面。而转化率过高，则会因支链反应的增多而产生许多支链，大大降低了热稳定性且导致颗粒形态的不够规则。所以说，合理实用的聚合转化率计算方法在PVC生产过程中是非常关键而重要的。本文主要是基于热效应进行PVC聚合转化率的计算，利用夹套通热水对加料后的聚合釜进行升温至活化温度，而DCS系统在开始聚合反应时自动对夹套热水进行减小或停止控制，并启动冷冻水系统，而计算聚合转化率也同时开始。

恒定温度是保证PVC质量的基本条件，但PVC聚合反应为放热反应，所以必须由通入夹套的冷冻水将放出热量全部带出，才能保障生产质量，否则会因聚合反应的自加速状态而导致反应失控。在聚合反应中，生成lkg的PVC会放出约360kcal热量，则生成的PVC量可通过冷冻水移出热量的测量进行换算，而聚合转化率为生成的PVC量与氯乙烯加入量相较而得出的值。若设聚合转化率为ψ（％·h-1），冷冻水移出热量为Q，聚氯乙烯加入量为W，氯乙烯加入量为V，而生成的PVC量为Wn，其中可得Wn=　，W=V×900，而ψ=　，若设冷冻水流量为F，冷冻水入口温度为T1而出口温度为T2，单位为℃，水的中度为T，单位为kg·m-3，而水的比热为C（kcal·kg-1），则可得到

Q=[F（T2-T1）]n×1×1000=1000[F（T2-T1）]n=1000（F·T）　n

由此可得出ψ=　=　，其中测量的（F·T）　n

值是通过小时瞬时值来表示的，而ψ则为瞬时小时聚合转化率。若每隔20分钟显示一次累计值，则可得到：

程序自动完成所有转化率计算并通过CS3000显示任何时刻的转化率趋势与转化率值，便于工艺人员及时做出调整以满足生产要求，保证了整个生产的顺利进行与完成。所以，在聚合温度与釜内压力等影响聚合转化率的因素为已知定值时，不影响到聚合转化率的计算，为指导平衡生产提供重要数据信息。

3　聚合反应温度控制的实现

对聚合反应温度的控制就是要维持夹套移出热量与反应放出热量的平衡。为保证PVC糊树脂的生产质量，就要控制好聚合反应温度，使之维持在设定值上，达到聚合恒温的目的，并有效提高聚合温度精度。传统的对聚合温度的控制方法是在聚合釜内温度到达设定值时，便即刻进入串级控制方式，这反而造成聚合温度持续降低或升高的不稳定趋势，对PVC糊树脂的颗粒特性与聚合度造成很大影响，还有可能转变PVC型号。因此，必须想办法弥补传统方法仅用串级控制系统的不足之处以确保聚合釜温度持续恒定。

聚合釜内温度在串级控制时若超出设定温度的±O.1℃，程序会自动调整为两个自动模式的PID控制，而为消除误差与可能的失稳或振荡状况，会通过工程整定法调整参数。本文重要是采用临界比例法对PID控制器参数进行调整，首先给系统选定较短的采样周期，只通过比例增益来实现控制以使积分时间常数为O，并逐渐从O增大比例增益，而在系统出现振荡时逐渐减小比例增益到系统振荡消失，然后记录振荡小时候的比例增益，并将当前值的60％至70％设定为PID比例增益，并完成比例增益调试。其次，在确定比例增益后，应设定一个积分时间常数并逐渐减小到系统振荡的发生，然后再增大积分时间常数到系统振荡消失，并记录此时的积分时间常数，然后取当前值的150％至180％为PID的积分时间常数进行设定。然后通过系统对这些计算出的的参数进行在线修改与调整，并得出最适合于该系统的一组参数。

通过调整PID参数，夹套水温度与聚合釜内的温度迅速得到控制，并回到预设的控制范围内。然后使夹套水温度控制与聚合釜温度控制的两个自动模式PID通过程序设定重新回到串级控制方式，并充分发挥串级控制方式的优势，有效实现聚合温度的控制。通过串级控制方法的优化与使用，有效提高了系统聚合温度的控制精度，成功将其控制在±O.2℃，满足PVC糊树脂生产的要求，且在不改动整体控制方案与不增加设备的基础上，还为PVC糊树脂的颗粒特性与聚合度提供有力保障，实现了PVC糊树脂生产的高效性与经济性。

4　结语

综上所述，要想保证PVC糊树脂生产的质量并确保控制系统的正常稳定运行，必须采取有效方法或措施解决聚合转化率的计算以及聚合温度的控制问题，使之完全符合PVC糊树脂生产的工艺要求，不断改善控制系统以在提高系统运行的可靠性的同时让操作更加简便，有效提高控制系统的运行效率，并保证PVC糊树脂的生产质量。

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