半间歇反应釜先进控制系统的研究.pdf

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1、第6期何珊等．半间歇反应釜先进控制系统的研究7ll半间歇反应釜先进控制系统的研究何珊王水良(南京林业大学化学工程学院，南京210037)摘要结合乙二醇二甲醚半问歇生产工艺改造和安全白控要求，设计以lPC上位机和PLC下位机构成的先进控制系统，并对反应釜的进料和温度进行智能化控制。通过进料流量控制系统、反应釜温度控制系统和报警联锁系统的应用，确保了产品质量和生产安全。关键词乙二醇二甲醚生产丰间歇反应釜PLC先进PID控制中图分类号7rQ2ll文献标识码B文章编号1000-3932(2012)06旬7Il旬3反应釜是精细化工品生产过程中应用最普遍的设备，其操作过程中影响

2、产品质量的关键因素是反应温度，而化合反应具有受影响因素多、滞后大及非线性等难以准确控制的特点，使用常规PID控制难以保证产品质量⋯。笔者以连云港都茂化工乙二醇二甲醚间歇反应工艺改造和安全自控改造项目为背景，研制了以IPC机为先进控制层，以可编程控制器(PLC)作为基本控制层的先进控制系统，采用智能PID控制算法，对乙二醇二甲醚问歇反应全过程的工艺操作和安全进行了自动化改造，取得了经济实用的效果。1乙二醇二甲醚生产工艺简述1．1工艺说明该项目的主要生产阶段是醚化反应阶段，采用半间歇操作手段，主要产品是高级溶剂乙二醇二甲醚(DME)。醚化反应原理为：CatCH，OCH2

3、CH20H+Na0H+CH3Cl—一CH，0CH2CH20CH3+NaCl+H20该反应放热。主要生产设备是：搅拌式反应釜。反应过程为：先投入一定量的乙二醇甲醚、固体氢氧化钠及催化剂，物料经反应釜夹套蒸汽加热并在搅拌的作用下，慢慢通入氯甲烷气体，开始发牛化学反应。当釜内温度达到60℃时．关闭蒸汽阀并打开冷却水阀，控制温度在60±l℃直至反应结柬。由于反应物氯甲烷是气态的，工作环境要求是常压，同时为防止超压导致危险事故，当釜内压力达到0．2MPa时，应打开放空阀，以减小釜内压力。改造该项目工艺时添加了一套汽化罐和缓冲罐装置，氯甲烷的存储方式是以液态形式存储在储罐内，而

4、醚化反应进行时要求氯甲烷是气态的，因此需要使用汽化罐以保证氯甲烷气体的供给。氯甲烷汽化的操作过程为：打开蒸汽阀加热汽化罐并开始进液，当液位超过80％时，关闭进液阀以防止汽化不及时；当汽化罐压力超过0．2MPa时，为防止发生危险事故。关闭蒸汽阀和进液阀。1．2工艺控制流程设计改造改造前的工艺控制流程如图l所示，可以看出原设计不能保证氯甲烷气体连续稳定进料，而回流冷凝器的主要回收废气也是氯甲烷。针对这图l改造前主生产阶段带控制点的工艺流程收辅日期：2012．02—10(修改稿)基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目(pAPD)712化工自动化及仪表第39卷种情况，笔

5、者在原设计的基础上增加了氯甲烷汽化罐，并且重新设计了控制系统，如图2所示。图2改造后主生产阶段带控制点的工艺流程2控制系统方案2．1反应釜控制方案该系统控制对象是反应釜，根据生产工艺要求，以反应釜内物料温度作为被控变量，用蒸汽和冷却水作为操作变量来控制和调节釜内温度。物料进料温度高低及流量大小，蒸汽和冷却水压力及温度高低等都影响釜温，为了减小干扰因素对控制过程的影响，可以先恒定进料温度、蒸汽压力及冷却水温度等H1。在操作过程中，既有断续的动作，又有连续的温度和流量参数动态设定，还有相应的安全报警及联锁保护等。2．2硬件设计系统的硬件结构体系由上位机、网络层、控制层和

6、设备层，结合PLc系统，构建成一个控制框架¨1。现场的被检测参数由相应变送器送出，输出的4—20mA电流信号经变换电路转换为电压信号，通过MDll将被控对象的输人模拟信号转换为数字信号，并传送到PLc和上位机中处理。PLC对采集的数据进行处理，从而控制继电器的开合和蒸汽电磁阀的开闭。其控制功能包括：a。继电器控制输出。通过PLC控制继电器开合达到间歇加热的目的。b．冷却水气动阀控制。通过PLc改变输出的标准电流来改变气动调节阀的开度，从而实现冷却水流量的控制。c．显示输出。通过工业组态软件开发的监控系统显示各组参数。d．报警输出。当被检测参数超过设定的极限值时，PL

7、c输出控制信号，声光报警器作用，上位机显示报警原因。上位机与PLC之间采用工业以太网通信方式，CPUCPl·XA40扩展以太网模块CP343．1通过外部RJ45适配器连接到工业以太网，可以实现上第6期何珊等．半间歇反应釜先进控制系统的研究713位机对下位机参数设定、实时上传下位机采集和处理的各组运行参数，实现远程控制功能。系统操作站和服务器之间采用looMb／s标准工业以太网，系统具有很好的扩展性，可以与其他网络兼容。3智能控制算法的应用为了克服常规PID控制只是针对具有精确数学模型的线性过程有良好效果的局限，该系统尝试将模糊控制与PID控制相结合，利用PLc实