浙大中控關(guān)于pvc生產(chǎn)控制流程.ppt

離子膜、PVC生產(chǎn)過(guò)程與DCS控制策略,2003.11,離子膜工藝概述,離子膜由一次鹽水、二次鹽水、電解及氯氫處理等部分組成。 1、 一次鹽水 一次鹽水主要處理的是粒鹽在化鹽池溶化后，經(jīng)加入NaOH、Na2CO3及絮凝劑FeCL3，經(jīng)沉淀、溢流、戈?duì)栠^(guò)濾以除去鈣鎂離子，產(chǎn)生粗精制鹽水。 2、二次鹽水 二次鹽水主要處理的是從一次鹽水工段來(lái)的粗精制鹽水經(jīng)螯合樹(shù)脂塔處理后，吸附一次鹽水中的鈣鎂離子，以產(chǎn)生出電解能夠使用的精制鹽水。 3、 電解部分 二次鹽水來(lái)的精制鹽水在電解槽經(jīng)電解后產(chǎn)生氯氣、氫氣、氫氧化鈉及廢鹽水，廢鹽水經(jīng)脫氯處理后回一次鹽水化鹽池或部分循環(huán)回電解槽。氯氣送到氯氣處理工段，氫氧化鈉到氫氧化鈉儲(chǔ)罐，氫氣到氯氫處理工段經(jīng)處理送到PVC項(xiàng)目的氯化氫工段。 4、 氯氫處理 氯氣處理包括氯氣液化及事故處理。氯氣液化是氯氣經(jīng)水洗、干燥、冷卻、壓縮、液化生產(chǎn)液氯，部分送到HCL工段。事故處理是電解槽事故停車(chē)，壓縮機(jī)故障、全廠電源故障等情況下啟動(dòng)氯氣吸收塔。氫氣處理是氫氣經(jīng)水洗、干燥、壓縮生產(chǎn)純凈的氫氣，送到HCL工段。,一次鹽水控制,其主要過(guò)程為從脫氯工序及其他工序回流的淡鹽水、從生水總管來(lái)的生水在中間儲(chǔ)罐中混合后經(jīng)輸送泵，加熱后送到化鹽池中，由化鹽池溢流到儲(chǔ)罐V403,之前加入淡堿及絮凝劑FeCL3,再由儲(chǔ)罐V403溢流到V404,處理后經(jīng)加氣融氣罐進(jìn)入預(yù)處理器中，加入Na2CO3進(jìn)后反應(yīng)槽，充分反應(yīng)后溢流中間槽V407。再進(jìn)過(guò)濾器進(jìn)液泵送至戈?duì)柲み^(guò)濾器，經(jīng)過(guò)濾進(jìn)折流槽，加入 Na2SO3后送至一次鹽水儲(chǔ)罐。,一次鹽水操作畫(huà)面一,一次鹽水操作畫(huà)面二,二次鹽水控制,二次鹽水主要處理的是從一次鹽水工段來(lái)的粗精制鹽水經(jīng)螯合樹(shù)脂塔處理后，產(chǎn)生出電解能夠使用的精制鹽水。螯合樹(shù)脂塔有：A.三塔聯(lián)接排序;B.二塔排序一塔再生等方式。A、B方式都在工程項(xiàng)目中使用過(guò)，有與PLC連接，也有在DCS實(shí)現(xiàn)螯合樹(shù)脂塔的順序控制。,二次鹽水操作畫(huà)面一,二次鹽水操作畫(huà)面二,螯合樹(shù)脂順控圖,離子膜電解控制,二次鹽水來(lái)的精制鹽水在電解槽經(jīng)電解后產(chǎn)生氯氣、氫氣、氫氧化鈉及廢鹽水，廢鹽水經(jīng)脫氯處理后回一次鹽水化鹽池或部分循環(huán)回電解槽。氯氣送到氯氣處理工段，氫氧化鈉到氫氧化鈉儲(chǔ)罐，氫氣到氯氫處理工段經(jīng)處理送到PVC項(xiàng)目的氯化氫工段。 離子膜電解主要有： 1、控制，包括各個(gè)電解槽的精制鹽水流量、陰陽(yáng)極罐液位、陰陽(yáng)極液的回流控制、回流燒堿的溫度及根據(jù)電流調(diào)節(jié)加純水流量等。其中比較關(guān)鍵的是氯氫差壓的控制。 2、聯(lián)鎖：電解槽的聯(lián)鎖包括公用聯(lián)鎖及單槽聯(lián)鎖兩部分，公用聯(lián)鎖有全廠電源故障、氯壓機(jī)全停、氯氫差壓超高或超低及儀表風(fēng)故障，這部分聯(lián)鎖發(fā)生，則所有的電解槽聯(lián)鎖停機(jī)；單機(jī)聯(lián)鎖條件是電解槽的電壓有超高、進(jìn)槽精制鹽水流量低或燒堿回流流量低超過(guò)一定時(shí)間，單機(jī)聯(lián)鎖條件成立只影響本槽。,離子膜電解槽總貌,離子膜電解聯(lián)鎖畫(huà)面,脫氯、氯氫處理,脫氯工序的目的是利用加熱、真空法將從電解槽來(lái)的淡鹽水及從氯氣洗滌塔來(lái)的鹽水中的游離氯提出來(lái)，最后剩余的少量游離氯則采用加入Na2SO3除去 氯氣處理包括氯氣液化及事故處理。氯氣液化是氯氣經(jīng)水洗、干燥、冷卻、壓縮、液化生產(chǎn)液氯，部分送到HCL工段。 氫氣處理是氫氣經(jīng)水洗、干燥、壓縮生產(chǎn)純凈的氫氣，送到HCL工段。,脫氯畫(huà)面,氯氣處理畫(huà)面,氯氣壓縮畫(huà)面,氫氣壓縮畫(huà)面,事故氯處理,事故處理是電解槽全部事故停車(chē)，壓縮機(jī)故障停車(chē)、全廠電源故障等情況下啟動(dòng)氯氣吸收塔。其事故堿循環(huán)泵電源要求雙路供電，以確保全廠停電時(shí)仍可啟動(dòng)。,事故氯處理畫(huà)面,PVC產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合,PVC 是應(yīng)用最廣泛的熱塑性樹(shù)脂，可以制造強(qiáng)度和硬度很大的硬質(zhì)制品如管材和管件、門(mén)窗和包裝片材，也可以加入增塑劑制造非常柔軟的制品如薄膜、片材、電線電纜、地板、合成革、涂層和其它消費(fèi)性產(chǎn)品。硬質(zhì)制品目前占PVC總消費(fèi)量的6570，今后PVC消費(fèi)量進(jìn)一步增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)主要是在硬質(zhì)制品應(yīng)用領(lǐng)域。目前PVC在建筑領(lǐng)域中的消費(fèi)量占總消費(fèi)量的一半以上。,PVC生產(chǎn)工藝流程,VCM合成 乙烯氧化法 電石乙炔法 乙炔生成 鹽酸合成 VCM精餾 懸浮法PVC生產(chǎn) PVC聚合 汽提 干燥,電石法乙炔工藝,乙炔發(fā)生 電石輸送 發(fā)生器 壓縮、貯存 乙炔清凈 清凈塔 中和塔 清凈液的配置和循環(huán)使用,乙炔發(fā)生操作畫(huà)面,清凈操作畫(huà)面,氯化氫合成工藝,焚燒爐 氯氫配比 升負(fù)荷先加氫； 減負(fù)荷先減氯； 確保氯氣不過(guò)量。,VCM合成工藝,混合、冷卻、脫酸 轉(zhuǎn)化器 二組 由多個(gè)轉(zhuǎn)化器并聯(lián)組成一組 凈化和壓縮 公用工程 熱水系統(tǒng) 冷凍鹽水,單體生成操作畫(huà)面一,單體生成操作畫(huà)面二,冷卻、壓縮操作畫(huà)面,VCM精餾工藝,低沸塔 除去低廢物 高沸塔 除去高廢物 氣相VCM經(jīng)冷凝后得到合格的氯乙烯單體。,低沸塔控制方案,重要控制參數(shù)：塔頂T101、壓力P101、塔釜液面L101、塔釜溫度T102等； 再使溫度梯度在擾動(dòng)產(chǎn)生后能迅速回復(fù)； P101通過(guò)排出量的控制采取單回路控制； 其他被控參數(shù)與控制變量關(guān)系式：,T101(s)=G11(s)u3(s)+ G12(s)u1(s)+ G13(s)u4(s)+Gf1(s)F0(s) T102(s)=G21(s)u3(s)+ G22(s)u1(s)+ Gf2(s)F0(s) L101(s)=G31(s)u3(s)+ G22(s)u2(s)+ Gf3(s)F0(s) T101(s)=G41(s)u3(s)+ G22(s)u1(s)+ Gf4(s)F0(s) u1:低沸塔再熱器加熱量； u2:低沸向高沸過(guò)料量； u3:低沸塔再熱器加熱量； u4:低沸塔頂排出量； F0:低沸塔進(jìn)料量； T101:低沸塔頂溫度； T101(s):低塔溫差； T102:低塔塔釜溫度； L101:低塔液位；,低沸塔控制方案,在穩(wěn)定操作情況下，T101代表了低沸塔內(nèi)濃度梯度： 穩(wěn)態(tài)時(shí)，低沸塔塔底低沸物濃度可忽略不計(jì)； 在P101穩(wěn)定情況下，加熱量基本不變時(shí)，塔釜溫度T102完全取決于塔釜組成，因此T102基本恒定； 當(dāng)F0(低塔進(jìn)料量)、 n0(組分)、 t0(進(jìn)料)任一變化時(shí)，則T101也變化。靈敏板上溫度先變化，而物料從靈敏板到穩(wěn)定板需一段時(shí)間，在此時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)T101變化改變u1和u3，使溫度梯度迅速恢復(fù)正常，則低沸物能迅速?gòu)乃斉懦龆苊獾剿腥ィ?低沸塔控制方案框圖一,Gc1,Gc2,Gc3,K,u1,低沸加熱,H2 +,H1 ,+ H3,T101,T101,L101,R,R,R,低塔塔頂溫度,低塔溫差,低塔液位,氣開(kāi),低沸塔控制方案框圖二,Gc7,L101,R,低塔液位,K,u3,過(guò)料,H1 +,Gc8,P103,R,K,u4,尾排,H1 -,Gc21,T401,K,u8,全凝器溫控,R,氣關(guān),氣關(guān),氣關(guān),低沸塔控制方案框圖三,Gc4,Gc5,Gc6,K,u2,低回流,H2 +,H1 , H3,T101,T101,u1,R,R,R,低塔塔頂溫度,低塔溫差,低沸加熱,氣關(guān),高沸塔控制方案,為典型的三元精餾塔，塔頂為最終產(chǎn)品，塔底去除高沸物： 控制參數(shù)：塔頂溫度T201、塔頂壓力P201、 T201精餾段溫差、 T202提餾段溫差、L201塔釜液位；T202塔釜溫度等。其中T201和P201為主要控制參數(shù)；系統(tǒng)主要干擾為低沸塔向高沸塔過(guò)料； 各控參數(shù)間的關(guān)系為：,L201(s)=G51(s)u6(s)+G52(s)u5(s)+Gf5(s)F1(s) T201(s)=G61(s)u6(s)+G62(s)u5(s)+ G63(s)u7(s) +Gf6(s)F1(s) P201(s)=G71(s)u6(s)+G72(s)u5(s)+G73(s)u7(s)+Gf5(s)F1(s),高沸塔控制方案框圖一,Gc9,Gc10,Gc11,K,u5,高回流,H2 -,H1 +,- H3,L201,T202,u6,R,R,R,高塔液位,高提段溫差,高加熱閥反饋,Gc12,u3,低回流塔反饋,+ H4,氣開(kāi),U3間接表征T201,高沸塔控制方案框圖二,Gc13,Gc14,Gc15,K,u6,高回流,H2 -,H1 -,+ H3,T201,T201(u3),L201,R,R,R,高塔頂溫度,高精段溫差,高塔液位,Gc16,u7,冷閥反饋,+ H4,氣關(guān),高沸塔控制方案框圖三,Gc17,Gc18,Gc19,K,u7,冷閥,H2 +,H1 -,- H3,P201,T201,u5,R,R,高塔頂壓力,高塔頂溫度,高回流閥反饋,Gc20,u6,高加熱閥反饋,+ H4,氣關(guān),VCM精餾操作流程圖,懸浮法 本體法 乳液法 溶液法,PVC聚合的四種生產(chǎn)工藝,四種工藝比較一,懸浮法聚合生產(chǎn)工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品品種多、應(yīng)用范圍廣，一直是生產(chǎn)PVC樹(shù)脂的主要方法，目前世界上90的PVC樹(shù)脂 (包括均聚物和共聚物) 都是出自懸浮法生產(chǎn)裝置。 乳液聚合與懸浮聚合基本類(lèi)似，只是要采用更為大量的乳化劑，并且不是溶于水中而是溶于單體中。這種聚合體系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，從而得到粒徑很小的聚合物樹(shù)脂，一般乳液法生產(chǎn)的PVC樹(shù)脂的粒徑為0.10.2mm，懸浮法為20200mm。,四種工藝比較二,本體法生產(chǎn)工藝在無(wú)水、無(wú)分散劑，只加入引發(fā)劑的條件下進(jìn)行聚合，不需要后處理設(shè)備，投資小、節(jié)能、成本低。用本體法PVC樹(shù)脂生產(chǎn)的制品透明度高、電絕緣性好、易加工，用來(lái)加工懸浮法樹(shù)脂的設(shè)備均可用于加工本體法樹(shù)脂。 溶液聚合單體溶解在一種有機(jī)溶劑（如n丁烷或環(huán)己烷）中引發(fā)聚合，隨著反應(yīng)的進(jìn)行聚合物沉淀下來(lái)。溶液聚合反應(yīng)專(zhuān)門(mén)用于生產(chǎn)特種氯乙烯與醋酸乙烯共聚物。溶液聚合反應(yīng)生產(chǎn)的共聚物純凈、均勻，具有獨(dú)特的溶解性和成膜性。,所需的物料品種較多 無(wú)離子水（脫鹽水） VCM單體 引發(fā)劑 分散劑 調(diào)節(jié)劑 終止劑等等 加料的精度要求高 儀表精度不低于0.5級(jí)； 測(cè)量上經(jīng)常采用雙流量計(jì)，計(jì)量槽流量計(jì)，電子稱(chēng) 部分物料甚至采用稀釋方式來(lái)提高加料的精度,批量加料品種多，要求高,一個(gè)聚合釜要生產(chǎn)多種型號(hào)的產(chǎn)品，過(guò)程復(fù)雜 爆聚 轉(zhuǎn)型 粘釜 粗料 釜溫釜壓控制精度要求高 過(guò)渡釜溫超調(diào)不超過(guò)0.5； 保溫階段釜溫偏差0.2。,過(guò)程復(fù)雜、控制精度高,GOODRICH工藝特點(diǎn)一,釜體積70m3 傳熱能力大，生產(chǎn)強(qiáng)度高，內(nèi)冷擋板； 設(shè)計(jì)壓力高 設(shè)計(jì)壓力2.1MPa，可生產(chǎn)低聚合度樹(shù)脂； 防粘釜技術(shù) 特殊的防粘釜液 釜壁沖洗和防粘釜液噴涂技術(shù) 高壓水清釜 先進(jìn)的生產(chǎn)工藝有效的防止粘釜 熱水加料工藝 聚合注水工藝,GOODRICH工藝特點(diǎn)二,生產(chǎn)工藝密閉化 前提條件 先進(jìn)的防粘釜技術(shù)達(dá)到幾百釜不開(kāi)蓋清釜。 先進(jìn)的加料工藝 所有物料均以液態(tài)形式輸送，實(shí)現(xiàn)了聚合過(guò)程的密閉化和自動(dòng)化操作,GOODRICH工藝特點(diǎn)三,單體回收技術(shù) 傳統(tǒng)回收方式來(lái)說(shuō)每一個(gè)聚合反應(yīng)周期均有約10一15的未反應(yīng)VCM進(jìn)入精餾系統(tǒng)循環(huán)精制,加大了精餾系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷。既浪費(fèi)了能源又降低了設(shè)備能力。 日本信越回收技術(shù)回收VCM質(zhì)量?jī)?yōu)良,對(duì)聚合反應(yīng)及樹(shù)脂產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)影響、但流程長(zhǎng)設(shè)備多、成本及處理費(fèi)用高。 美國(guó)古德里奇回收技術(shù)工藝合理，設(shè)備只有信越的一半不到，并且回收VCM無(wú)需返回精餾系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)精制。減輕了精餾系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷，有效地提高合成轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)能力。,GOODRICH工藝特點(diǎn)四,轉(zhuǎn)化率計(jì)算 粗料預(yù)估 加料完 反應(yīng)過(guò)程中 動(dòng)力學(xué)模型,主要控制過(guò)程,無(wú)離子水、 VCM、分散劑、各種助劑加料； 等溫入料 入料完釜溫異常調(diào)整 引發(fā)劑 恒溫聚合 注水 反應(yīng)結(jié)束、加入終止劑等 漿料輸送（聚合釜出料） 汽提 離心干燥 公用工程,等溫入料控制策略,控制要求： 單體、去離子水等同時(shí)加入聚合釜，加料完畢釜溫大約比反應(yīng)溫度高2左右； 控制方法 利用熱平衡方程式，以設(shè)定釜溫為目標(biāo)，通過(guò)各種物料的進(jìn)料溫度、流量動(dòng)態(tài)調(diào)整控制加料； 引發(fā)劑加入前溫度超差控制,等溫入料控制流程圖,反應(yīng)溫度控制,硬件設(shè)備 夾套設(shè)備：釜體采用半圓管夾套，避免了普通夾套的缺點(diǎn)，增加了導(dǎo)熱能力。 內(nèi)冷擋板：內(nèi)冷管間采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，更有利于傳熱。并且內(nèi)冷管兼具擋板作用可以增加釜內(nèi)流體湍流，增加傳熱。 合理溫控方案的應(yīng)用 根據(jù)釜溫、夾套溫度采用串級(jí)溫度控制方案，控制冷卻水 根據(jù)釜溫直接控制內(nèi)冷擋板冷卻水,聚合模擬控制,注水控制,主要方法 聚合開(kāi)始后定期注入補(bǔ)充水直到預(yù)定的水比 錦西化工研究院經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)得到如下結(jié)論：在聚合前采用低水比(1.21.4)當(dāng)聚合反應(yīng)開(kāi)始后1小時(shí)左右，在易發(fā)生暴聚的轉(zhuǎn)化率10到達(dá)之前開(kāi)始注入水。此后每15分鐘加入一次使最終水比達(dá)2:1。 缺點(diǎn)：該法使物料體積在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，忽高忽低，在氣液界面仍有少量粘結(jié)物生成。,注水控制,根據(jù)反應(yīng)速率注水 根據(jù)式（1）的注水速率可以保持反應(yīng)釜的液位恒定在初始液位。而上式的注水速率只取決于反應(yīng)速率。反應(yīng)速率可以通過(guò)聚合熱的計(jì)算得到，聚合熱表達(dá)如下： 該法緊密跟蹤轉(zhuǎn)化速率。可及時(shí)、準(zhǔn)確地注入補(bǔ)充水。因此可很好地維持反應(yīng)物料體積和控制粘度。但它需要同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)過(guò)程變量，并經(jīng)過(guò)復(fù)雜計(jì)算，對(duì)我國(guó)目前大部分PVC生產(chǎn)廠來(lái)說(shuō)，還有一定的因難。,注水控制,聚合開(kāi)始后恒速注入補(bǔ)充水直到反應(yīng)結(jié)束 依據(jù) VCM聚合在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)基本維持不變，而初始反應(yīng)速率較低部分大致為聚合后期高反應(yīng)速率部分所補(bǔ)充。 具體方法 首先要計(jì)算出總體積收縮量，根據(jù)聚合時(shí)間就得到注入水的流量。但實(shí)際上平均聚合速率都取小一些，防止因偶然因素造成滿釜。該法基本使注入水的速率與體積收縮維持平衡。液位比反應(yīng)開(kāi)始時(shí)略高，到反應(yīng)結(jié)束時(shí)恢復(fù)到初始位置。,恒流注水缺陷及其解決辦法,反應(yīng)速率過(guò)快 如果在反應(yīng)開(kāi)始后的各不同時(shí)刻放熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)速度過(guò)快，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率的時(shí)間就要縮短，注入水的速率相應(yīng)調(diào)高一些。 反應(yīng)速率過(guò)慢 在反應(yīng)開(kāi)始后的各不同時(shí)刻，放出的熱量小于正常反應(yīng)的放熱量。這時(shí)注入水量若保持原值就相對(duì)過(guò)高，注滿全釜。因此要在整個(gè)注水過(guò)程密切監(jiān)視釜內(nèi)壓力，發(fā)現(xiàn)釜內(nèi)溫度處于正常而壓力升高，且長(zhǎng)時(shí)期維持不降的情況下，就要立即停止注入補(bǔ)充水，直到釜內(nèi)壓力降到該反應(yīng)溫度下所對(duì)應(yīng)的正常壓力后一段時(shí)間(約0.5小時(shí))，繼續(xù)通入注入水。,注水控制流程圖,WebField的BATCH策略,Recipe,配方系統(tǒng),配 方,生 成,基本操作,修改,查看,下載,上傳,刪除,批量管理,批次的建立 一個(gè)完整的PVC批次是在操作員啟動(dòng)批量程序時(shí)產(chǎn)生。 基本條件 前一次的批量必須已經(jīng)完成。 選擇配方 批號(hào) 確認(rèn) 必須將順控程序切換到自動(dòng)并選擇啟動(dòng) 批次修改 批號(hào) 可修改 配方名 一