聚酯生产工艺分析与智能控制实现.pdf

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1、第12期王华强等．聚酯生产工艺分析与智能控制实现聚酯生产工艺分析与智能控制实现王华强周筱雅(合肥工业大学电气与自动化工程学院，合肥230009)摘要以某聚酯生产装置为背景，分析聚酯生产工艺流程，并对其温度控制算法进行深入分析。通过对比传统闲环PID控制和串级PID控制的优缺点，设计并采用模糊PID控制器实现聚酯生产自动控制，并在组态王平台编程交互显示部分。仿真与实际应用结果表明：该控制系统符合聚酯生产要求，且优于传统控制方案，系统在某聚酯生产企业投运后，产品的树脂粘度稳定性提高了20％，树脂颗粒不

2、溶物减少，树脂流动性与色泽均有明显提升。关键词模糊PID串级控制聚酯温度组态王中图分类号TH862文献标识码B文章编号1000-3932(2015)12．1291-05聚酯(PET)即对苯二甲酸乙二酯，是生产涤纶及包装瓶等的重要材料。对某企业的聚酯生产系统进行分析可知，保证相关原料加入时定量有序，反应釜中温度符合规范，是确保产品质量的关键。原生产工艺中，工人劳动强度大、相关精度达不到标准，致使生产效率低、产品质量合格率较低。为此，在对比了闭环PID控制和串级PID控制各自的优缺点之后，提出模糊PI

3、D串级控制系统，由PLC采集聚酯生产现场数据，用工业以太网构造通信网络，用组态王平台编程实现人机交互系统，实现聚酯生产的智能化自动控制。1聚酯生产工艺1．1反应机理目前，生产聚酯的方法主要有3种：EO法，采用高纯对苯二甲酸(PTA)与环氧乙烷(EO)直接熵化，连续缩聚成聚酯，这种方法易燃易爆，目前已不再使用；DMT法，将对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)进行酯交换反应，然后缩聚成PET；PTA法，采用PTA或中纯对苯二甲酸(MTA)与EG直接酯化，连续缩聚成PET。由于PTA法较DMT法有

4、更多优点，20世纪中后期新建的聚酯生产装置纷纷转向PTA法，本项目亦采用此法进行研究。1．2生产流程PTA法生产聚酯过程包括酯化阶段和缩聚阶段，由于反应程度不同，可以采用l～3个反应器，本项目采用五釜流程，即第一酯化釜、第二酯化釜、第三酯化釜、预缩聚釜和后缩聚釜。酯化反应(图1)由3个酯化釜串接而成，原料PTA和EG的混合浆料从第一酯化釜底部进图1PTA法酯化反应工艺流程入，酯化温度260—270。C，反应压力从250kPa递减至20kPa，总酯化率达96％～97％。缩聚反应收稿日期：2015．1

5、0-22(修改稿)基金项目：合肥工业大学产学研校企合作项目(13-214，12—069)化工自动化及仪表第42卷分为预缩聚和后缩聚反应，温度逐渐升高，反应压力逐步下降。缩聚反应中游离的EG从釜顶以气相逸出，经过喷淋冷凝器至丁二醇回收装置。EG的回收包括废EG蒸发、蒸馏塔及精馏塔等过程。1．3釜内反应酯化过程包括酯化反应、酯化缩聚反应和缩聚反应(低聚合度)，具体方程式如下：n。。c—-—{{!：：：：}一COOH+2HOCH：CH20Hkt枷OCH：CHzOOC——《!：：：：卜c。。cn!cn：。

6、n+zn：。眦，≮>COOH+HOCHzCH：OOCQcoo呲叭。”廿咖coCOOCH2CHzOOC<>c。删删删帆。nno呲呲。。吣>COOCH：CH20H十帅-[--CH：CH，OOCocoo七在反应初期，反应釜温度可以改变反应常数和PTA在反应物料液相中的溶解度，调节反应。另外，多数过程会伴随水解反应，这也会对温度产生影响。缩聚过程的化学反应方程如下：㈣吼c邺。吣>cooc㈣。n十HOCH：CH20--}-。c<>COOCHzCH20士n+(n-”眦叩咐，”在终缩聚阶段，反应温度需进一步提高

7、以保证反应物料的粘度达标，而此过程通常伴有降解反应，使聚合物粘度降低，干扰化学反应的进行。由此可见，温度是最能表征酯化反应过程质量的间接质量指标，PET的化学反应过程需要严格调控温度。而添加物料的量、速度和反应本身的热效应都会对温度的控制造成影响。2传统控制方案2．1闭环PID控制后缩聚釜反应器的设计要满足物体流动近似活塞流的要求，有研究结果表明，采用卧式密圈螺带式搅拌器的反应器最为理想¨1。后缩聚釜是圆盘反应釜，内有12个小室，被电机带动缓慢旋转，用于搅拌和增大残留乙二醇蒸发表面积，使产品达到合

8、格的粘度。简单PID后缩聚控制系统如图2所示，其中T2T为釜温，T2C为釜温控制器，M为电．动机图2简单PID后缩聚控制系统但是，在闭环PID控制方案中，当进料流量或进料组分变化时，反应釜温度会很快受到影响，反馈时间长、反应慢且难以抑制扰动，无法满足生产要求。2．2串级PID控制串级PID克服了回路扰动迅速的问题，具有一定的自适应能力，操控变量精准。解决了闭环PID中出现的问题心]。但是传统PID控制系统的参数是固定的，一旦环境变化，很难继续有效控制。3自适应模糊PID串级控制器3