合成纖維素醚過(guò)程管理控制系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間：2023/8/17
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一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
纖維素是一種既不溶解也不熔融的多羥基高分子化合物。根據(jù)取代基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為陰離子、陽(yáng)離子和非離子型醚類(lèi)。隨所用醚化劑的不同而有甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、芐基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、氰乙基纖維素、芐基氰乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素和苯基纖維素等。以甲基纖維素和乙基纖維素實(shí)用性較大。
近年來(lái)羥丙基甲基纖維素混合醚的用量和質(zhì)量都在迅速提升，是由棉、木經(jīng)堿化，環(huán)氧丙烷和氯丙烷醚化等過(guò)程制成的非離子型纖維素混合醚，簡(jiǎn)稱(chēng)HPMC。由于HPMC中的甲氧基與羥丙基含量比列不同和粘度不同、產(chǎn)品取代的均勻性不同，因而成為在性能上有差異的不同品種和不同檔次的產(chǎn)品。
山東科諾作為專(zhuān)業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)集成服務(wù)提供商，經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)以及眾多纖維素生產(chǎn)企業(yè)的成功應(yīng)用，不僅生產(chǎn)工藝合理，操作控制參數(shù)準(zhǔn)確可靠，充分合理利用原材料等特點(diǎn)，保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品取代度均勻，反應(yīng)完全徹底，溶液透明度好，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。不論是纖維素生產(chǎn)線的籌建或是生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化改造，均能實(shí)現(xiàn)裝置的控制要求。
二、系統(tǒng)概述
山東科諾依據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)纖維素生產(chǎn)過(guò)程的PLC和DCS過(guò)程自動(dòng)化控制，選用PLC、DCS進(jìn)口品牌或國(guó)產(chǎn)品牌，嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝控制要求，設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供最優(yōu)化的過(guò)程自動(dòng)化解決方案。同時(shí)亦可根據(jù)用戶要求提供現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表與現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力設(shè)備及相關(guān)的其他設(shè)備等，提供設(shè)計(jì)安裝調(diào)試的交鑰匙工程。系統(tǒng)包括:生產(chǎn)過(guò)程中液，固體原料均可利用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量和加入，反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力控制也全部實(shí)現(xiàn)DCS的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程除投料人工輔助外，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高裝置的產(chǎn)量、質(zhì)量，節(jié)省人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境。
三、系統(tǒng)工藝
國(guó)內(nèi)HPMC的生產(chǎn)一般采用精制棉為原料（部分廠家也開(kāi)始嘗試木漿粕），并用國(guó)產(chǎn)的粉碎機(jī)粉碎或直接適用精制棉堿化，醚化使用二元混合有機(jī)溶劑，在立式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。精制純化處理采用間斷式工藝，即在反應(yīng)器中脫除有機(jī)溶劑，然后通過(guò)洗滌器和離心機(jī)經(jīng)過(guò)若干次洗滌和脫水來(lái)純化粗產(chǎn)品。成品處理采用間歇式，造粒在升溫情況下進(jìn)行（也有廠家沒(méi)有進(jìn)行造粒），干燥和粉碎采用常規(guī)方法進(jìn)行，大部分進(jìn)行的特殊處理僅僅是對(duì)產(chǎn)品延遲水合時(shí)間（快速溶解）的處理而沒(méi)有進(jìn)行防霉變和復(fù)配處理。
HPMC的生產(chǎn)工藝可分為兩大類(lèi)：氣相法和液相法。目前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家更多采用氣相法，以木漿粕為原料（生產(chǎn)高粘度產(chǎn)品時(shí)采用棉漿粕），堿化堿化和醚化在同一反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行，主反應(yīng)為臥式反應(yīng)釜，內(nèi)部有專(zhuān)為纖維素醚生產(chǎn)設(shè)計(jì)的橫向攪拌和側(cè)面旋轉(zhuǎn)式飛刀，可獲得很好的混合效果。反應(yīng)采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制手段，能夠精確控制溫度和壓力。反應(yīng)完成后，多余的氯甲烷和副產(chǎn)品的二甲醚以氣態(tài)的形式進(jìn)入回收系統(tǒng)，分別回收重復(fù)利用。精制純化處理在連續(xù)的旋轉(zhuǎn)壓濾機(jī)中進(jìn)行，粉碎在高效成品粉碎機(jī)中進(jìn)行，同時(shí)干燥去掉多余水分?；旌习b等輔助工序也在控制系統(tǒng)下完成。
氣相法優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備緊湊，單批產(chǎn)量高；反應(yīng)溫度較液相法低，時(shí)間短，控制更精確，不需要復(fù)雜的溶劑回收系統(tǒng)；人工費(fèi)用抵，勞動(dòng)強(qiáng)度小。
但工藝也有如下缺點(diǎn)：設(shè)備和自動(dòng)控制投資大，技術(shù)含量高，投資建設(shè)費(fèi)用大；由于自動(dòng)化程度要求較高，所以對(duì)操作人員素質(zhì)要求特別高，而且一旦發(fā)生故障，容易發(fā)生重大事故，通常一出問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致全線停產(chǎn)。
液相法工藝優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程設(shè)備內(nèi)部壓力小，對(duì)設(shè)備承壓要求低、危險(xiǎn)性?。焕w維素再見(jiàn)也正浸漬后得到充分膨脹和被堿化混勻的堿纖維素，堿液對(duì)纖維素滲透溶脹較好；醚化反應(yīng)器較小，再加上堿纖維素得以均勻溶脹，所以產(chǎn)品質(zhì)量容易控制?？色@得取代度和粘度都比較均勻的產(chǎn)品，品種也容易更換。
但該工藝也有以下缺點(diǎn)：反應(yīng)器不大通常15立方以下，統(tǒng)計(jì)受限導(dǎo)致生產(chǎn)能力也小，若提高產(chǎn)量，必須增加多臺(tái)反應(yīng)器；精制純化粗產(chǎn)品需要設(shè)備多，操作繁雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大；因?yàn)闆](méi)有防霉變和復(fù)配處理，致使產(chǎn)品黏度穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本受到影響；包裝大多采用手工方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工費(fèi)用高；反應(yīng)控制的自動(dòng)化程度比氣相法工藝低，因而控制的精確度也相對(duì)較低；與氣相法相比需要復(fù)雜的溶劑回收系統(tǒng)。
四、系統(tǒng)軟件
山東科諾根據(jù)具體纖維素生產(chǎn)工藝及要求設(shè)計(jì)全集成自動(dòng)化控制方案。主要包括：過(guò)程生產(chǎn)控制系統(tǒng)（DCS/PLC）、過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、過(guò)程生產(chǎn)動(dòng)力設(shè)備控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的稱(chēng)重、化堿、堿化、反應(yīng)、溶劑回收、循環(huán)水溫度以及反應(yīng)釜的溫度、操作進(jìn)程、時(shí)間、參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 系統(tǒng)的反應(yīng)過(guò)程采用了優(yōu)化控制技術(shù)，使各階段的溫度和壓力控制都達(dá)到或優(yōu)于工藝要求，溫度的控制過(guò)程完全是DCS系統(tǒng)控制，不需要人工干預(yù)介入，可進(jìn)行單釜多品種的生產(chǎn)控制，多個(gè)反應(yīng)釜之間都有嚴(yán)格的邏輯程序，避免錯(cuò)誤操作，系統(tǒng)具有可靠性高、分散控制、集中監(jiān)視、管理控制功能豐富、開(kāi)放性好等特點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化。
