聚合反應(yīng)溫度控制策略分析

姚會(huì)利

摘要：某企業(yè)在針對(duì)聚合反應(yīng)工藝實(shí)施改進(jìn)措施后，使得在聚合反應(yīng)過程中原有的溫控系統(tǒng)已經(jīng)不能很好的滿足高精度、平穩(wěn)升溫的溫度控制需求。為了進(jìn)一步的滿足實(shí)際生產(chǎn)工藝需求，具必須要針對(duì)聚合反應(yīng)溫度的控制策略進(jìn)行深入的研究，探索出了幾種有效的溫度控制策略，在實(shí)際應(yīng)用過程中也到了具體反應(yīng)需求。

關(guān)鍵詞：聚合反應(yīng)；溫控系統(tǒng)；控制策略

引言

企業(yè)在實(shí)際進(jìn)行丁晴生產(chǎn)的過程中，最終的聚合反應(yīng)效果會(huì)在很大程度上受到溫度控制精度、引發(fā)劑活性、生產(chǎn)原料配比、生產(chǎn)攪拌均勻性等先關(guān)因素的嚴(yán)重影響。但是，聚合溫度是其中最主要的一種影響因素。如果在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過程中聚合反應(yīng)溫度過高就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)局部過熱分解、暴聚等現(xiàn)象，從而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

1 聚合反應(yīng)溫度控制策略

聚合反應(yīng)在整個(gè)過程中會(huì)釋放出發(fā)量熱量，在實(shí)際的反應(yīng)過程中必須要充分利用夾帶套中的冷卻水來帶走多余的熱量，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)溫度的進(jìn)一步控制，在本次項(xiàng)目運(yùn)行過程中聚合反應(yīng)的溫控工藝流程見下圖1.

目前，大部分聚合反應(yīng)釜容器都是體積比較大的密閉性容器。在實(shí)際進(jìn)行聚合反應(yīng)的過程中，由于聚合物的分布不均勻，產(chǎn)生的溫度梯度也相對(duì)比較大，因此在實(shí)際進(jìn)行溫度測(cè)量的時(shí)候非常容易出現(xiàn)虛假測(cè)量的現(xiàn)象，而且實(shí)際控制對(duì)象的非線性相對(duì)比較強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)滯性，因此，實(shí)際建立數(shù)學(xué)模型比較困難，利用PID進(jìn)行單回路溫度控制效果并不明顯，充分利用普通的溫度控制方案可以在充分保證夾套內(nèi)水流動(dòng)情況的前提來實(shí)現(xiàn)滿足現(xiàn)實(shí)反映的溫度要求，但是如果實(shí)際閥門的開度比較小或者閥門始終處在關(guān)閉的狀態(tài)下，就會(huì)因?yàn)閵A套內(nèi)部水流動(dòng)較小，從而使得實(shí)際的溫度控制根本無法滿足實(shí)際反映的需求；如果在實(shí)際反應(yīng)過程中因?yàn)闇囟鹊脑O(shè)定值出現(xiàn)了階梯性的變化，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)釜內(nèi)部熱量快速升高，這種情況下，原本關(guān)閉的閥門開度會(huì)出現(xiàn)非常明顯的增加，導(dǎo)致大量低溫度快速進(jìn)入夾套，導(dǎo)致帶走了大量的熱量，從而使得反應(yīng)釜內(nèi)的達(dá)到階梯溫度設(shè)定值后又會(huì)馬上出現(xiàn)快速的回落。而利用單一的PID溫度控制策略會(huì)并不能實(shí)現(xiàn)溫度平穩(wěn)過度，非常容易導(dǎo)致出現(xiàn)溫度超調(diào)的現(xiàn)象[1]。

為了有效解決聚合反應(yīng)過程中溫度控制的問題，進(jìn)一步提升聚合反應(yīng)溫度控制效果，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：

（1）針對(duì)整個(gè)管路中的供水以及回水管路中間位置設(shè)置一個(gè)止逆閥旁通回路，并針對(duì)夾套循環(huán)回路設(shè)置了循環(huán)水泵。這樣就能充分結(jié)合反應(yīng)釜反應(yīng)釜的溫度偏差來進(jìn)行循環(huán)水中冷熱水量的調(diào)節(jié)，也能充分保證在夾套中通過的水量的充足、穩(wěn)定，這樣不管調(diào)節(jié)閥的開度大小，都能實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)過程中反應(yīng)釜流量以及冷媒抑制反應(yīng)過程中的升溫有效控制，進(jìn)一步強(qiáng)化了冷卻水的循環(huán)控溫效果。

（2）在聚合反應(yīng)進(jìn)行的過程中，主要采取的溫度控制方式為億反應(yīng)釜溫為主環(huán)以夾套出水溫度為副環(huán)的控制方式。在充分結(jié)合夾套實(shí)際的回水溫度后就可以實(shí)現(xiàn)冷水量的提前調(diào)節(jié)，不僅能夠完全根據(jù)反應(yīng)釜實(shí)際產(chǎn)生的偏差來合理的調(diào)節(jié)循環(huán)水中的冷水和熱水量，這樣就能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜溫度控制慣性的最大程度控制，由此就能進(jìn)一步提升實(shí)際的溫度控制效果。

（3）在普通的PID控制基礎(chǔ)上，合理的增加了專家控制策略。專家控制的雙模態(tài)復(fù)合結(jié)果如下圖2所示，在整個(gè)系統(tǒng)中專門針對(duì)專家控制器以及PID控制器分布設(shè)置了不同的獨(dú)立通道，并分別針對(duì)不同的通道設(shè)置了兩個(gè)軟開關(guān)。充分利用反應(yīng)釜內(nèi)部的溫度以及壓力變化情況并對(duì)不同階段溫度控制進(jìn)行充分考慮，這樣就能實(shí)現(xiàn)專家控制與串級(jí)PID控制的實(shí)施切換[2]。

充分利用雙模態(tài)分段專家控制以及PID控制算法主要有一下一些優(yōu)點(diǎn)：首先，當(dāng)溫度偏差超過某一個(gè)特定的閾值時(shí)，就會(huì)可以將其切換到專家控制模式下，進(jìn)一步提升了整個(gè)系統(tǒng)的相應(yīng)速度，也有效提升了系統(tǒng)的阻尼性能，這樣既能有效避免在相應(yīng)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重超調(diào)的現(xiàn)象。而如果利用PID在針對(duì)小范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候具有良好的魯棒性，避免了在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)超調(diào)或者穩(wěn)態(tài)誤差等現(xiàn)象。

2 專家控制策略

專家控制的基本原則主要是通過對(duì)實(shí)際操作者的控制過程中手動(dòng)控制策略的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出來的，與此同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)者被控制過程中的一些專業(yè)信息也要進(jìn)行充分考慮。專家控制器主要可以分為以下幾個(gè)部分：

首先是信息處理模塊，該模塊主要是進(jìn)行控制過程中相關(guān)信息的提取和加工，為后續(xù)的控制決策以及學(xué)習(xí)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

其次是知識(shí)庫，其主要的作用是針對(duì)整個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)，本次項(xiàng)目中主要使用的是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫作為專家?guī)臁?/p>

再次是推理機(jī)，主要是采用自然語言的形式來對(duì)具體的規(guī)則量進(jìn)行表達(dá)，而通過對(duì)操作人員實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)操作習(xí)慣進(jìn)行總結(jié)后形成了語言變量。

最后是控制規(guī)則集，通過推理機(jī)得出的控制量并不能直接被用來進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，必須要將控制量經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)化活才能被執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確的識(shí)別。目前加權(quán)平均法、中位數(shù)法是比較常用的判決方法。

3 結(jié)束語

在針對(duì)該項(xiàng)目出現(xiàn)的聚合溫度控制問題，實(shí)施了三種控制措施后使得聚合溫控得到有效改善，并他通過設(shè)計(jì)專家控制策略，進(jìn)一步降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]曹偉. 基于迭代學(xué)習(xí)控制的PVC反應(yīng)釜溫度控制的魯棒性研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2009.

[2]徐鋒. 基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的聚合溫度控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].河海大學(xué)，2007.

（作者單位：浙江東暉藥業(yè)有限公司）