聚氯乙烯汽提塔溫度優(yōu)化控制方法

劉東陽(新疆圣雄氯堿有限公司， 新疆 吐魯番 838100)

聚氯乙烯汽提塔溫度優(yōu)化控制方法

劉東陽(新疆圣雄氯堿有限公司， 新疆 吐魯番 838100)

分析了聚氯乙烯汽提工藝過程，并探討了溫度對(duì)汽提塔的重要影響。采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的PID控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚氯乙烯汽提過程的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，通過計(jì)算機(jī)仿真分析表明，建立的PID控制器模型能后良好的模擬汽提過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該模型的有效性，對(duì)優(yōu)化汽提塔溫度具有重要的意義。

聚氯乙烯；間歇反應(yīng)；非線性預(yù)測(cè)；溫度控制

0 引言

聚氯乙烯產(chǎn)品在人們生活和社會(huì)建設(shè)中具有重要的作用，在生產(chǎn)加工過程，需要對(duì)聚合后的聚氯乙烯進(jìn)行汽提，以達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、降低能耗等目的[1]。聚氯乙烯汽提過程為非線性和時(shí)變性，仿真的模型難以建立，工藝過程參數(shù)難以控制，對(duì)汽提過程建立有效的模型進(jìn)行控制分析，對(duì)提供聚氯乙烯產(chǎn)品質(zhì)量等都有較大的意義[2]。

間歇控制過程應(yīng)用于石油化工、生物制藥、農(nóng)產(chǎn)品加工等諸多領(lǐng)域，常見的間歇工藝過程有間歇反應(yīng)過程、間歇精餾過程和間歇干燥過程等，含有半間歇和全間歇兩種模式，具有間斷重復(fù)運(yùn)行的共性。間歇過程的靈活性使得在工藝加工過程具有可以隨時(shí)改換的特性。目標(biāo)是提高產(chǎn)量質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量和減少工作時(shí)間等，并通過操作軌線來完成，在間歇反應(yīng)過程中，一般控制變量較少，主要有反應(yīng)溫度等[3]。

間歇反應(yīng)過高具有非線性、難控制、建模難等難題。在多次的聚氯乙烯工藝現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后，探討了整個(gè)聚氯乙烯汽提的工藝過程，采用先進(jìn)的模型對(duì)汽提過程進(jìn)行建模和分析。利用仿真分析來驗(yàn)證建立模型的可靠性。

1 聚氯乙烯汽提工藝

(1)工藝流程 漿料從供料槽輸送到汽提塔，再進(jìn)入熱交換器 中，預(yù)熱后從汽提塔底部排出，再經(jīng)過熱交換器冷卻，進(jìn)入到混料槽內(nèi)，VSM蒸汽從汽提塔頂部逸出，進(jìn)入塔頂?shù)睦淠髦?，使得蒸汽在此冷凝。冷凝后的蒸汽和液相進(jìn)入到汽提塔冷凝液收集器中，液相與氣相開始分離，飽和水的VCM從收集器頂部逸出，冷凝水作為廢水處理。在汽提脫析PVC漿料工藝過程，影響脫析的主要原因有塔底和塔頂?shù)臏囟?，塔頂?shù)膲毫?，塔底的液位，蒸汽量，滯留時(shí)間等?？刂坪酶鱾€(gè)工藝過程的參數(shù)，對(duì)整個(gè)汽提過程和汽提后物料的質(zhì)量都具有重要的意義。

(2)溫度控制的影響 溫度是影響汽提塔工作效果的重要因素，脫析溫度直接影響脫析效果和VSM的殘留量，溫度越高，VCM殘留量越少，但隨著溫度的持續(xù)升高，過高的溫度使得VCM直接分解，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。對(duì)漿料在進(jìn)入汽提塔和在汽提塔內(nèi)的反應(yīng)溫度的控制，極大的決定了工藝過程的效率。一般情況下面進(jìn)塔漿料溫度在40～60℃，熱交換器處理后的溫度一般為90～100℃，此時(shí)的溫度早已超過樹脂的玻璃化溫度(80℃左右)，有利于對(duì)PVC顆粒中VCM的脫析。若進(jìn)塔漿料溫度較低，會(huì)產(chǎn)生它內(nèi)部蒸汽還未到塔頂部就已經(jīng)產(chǎn)生液化，降低塔頂溫度，使得VCM脫析不合格。一般情況塔頂溫度在100～110℃，塔底溫度在110～120℃。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法

(1)PID控制器原理 PID控制系統(tǒng)原理見圖1，包括控制器和被控制對(duì)象。目前采用的PID自適應(yīng)控制器，能有效的解決間歇過程的時(shí)變性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)非線性函數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種更為有效和可靠的PID控制器。

圖1 PID控制系統(tǒng)概念圖

(2)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器 通過調(diào)整好比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)，形成控制過程相互配合和制約的關(guān)系，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采取的非線性表達(dá)方式，可形成任意線的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)最佳的組合PID控制模型。利用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法描述聚氯乙烯的汽提過程，步驟為：①確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括對(duì)層節(jié)點(diǎn)和隱含層節(jié)點(diǎn)的確定，以及加權(quán)系數(shù)、速率和慣性系數(shù)的確定；②計(jì)算時(shí)刻誤差值；③計(jì)算PID控制器的可調(diào)參數(shù)；④計(jì)算PID的輸出值；⑤調(diào)整加權(quán)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)PID控制器的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整；⑥重復(fù)計(jì)算過程。其中計(jì)算過程的控制算法為增量式計(jì)算方法，調(diào)整PID參數(shù)時(shí)必須要使得參數(shù)給定值達(dá)到最優(yōu)的指標(biāo)要求。

(3)仿真分析 根據(jù)聚氯乙烯汽提塔生產(chǎn)工藝過程的實(shí)際情況，設(shè)定輸入層為5個(gè)神經(jīng)單元，隱含層為4個(gè)神經(jīng)單元，輸出層為1個(gè)神經(jīng)單元。分析模擬過程，聚氯乙烯汽提塔塔頂?shù)臏囟冉o定為105℃，且溫度不超過110℃。塔底的溫度給定為115℃，且溫度不超過120℃。仿真分析得到控制系統(tǒng)能很好的跟蹤溫度變化的過程，當(dāng)出現(xiàn)塔頂和塔底的溫度擾動(dòng)時(shí)，基本不會(huì)出現(xiàn)彼此干擾的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

氯乙烯在聚合反應(yīng)后，對(duì)聚合物漿料進(jìn)行汽提工藝，降低單體的含量。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制器相結(jié)合的模型，實(shí)現(xiàn)汽提塔的解耦控制。并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，反應(yīng)出該系統(tǒng)的良好可實(shí)現(xiàn)性能。

[1]呂亞鋒,郭利進(jìn),成立存.基于動(dòng)態(tài)矩陣控制的聚合釜溫度控制與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真,2014,(07):198-201+250.

[2]王福華,魏希全,王秋云.PVC聚合釜溫度控制系統(tǒng)的核心問題[J].中國儀器儀表,2012,(06):51-54.

[3]周治鈺,徐光斌.聚氯乙烯聚合釜溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].軟件導(dǎo)刊,2011,(08):92-93.

劉東陽(1987- )，男，漢族，助理工程師，從事聚氯乙烯生產(chǎn)加工工作。