1、离子膜、离子膜、PVCPVC生产过程生产过程与与DCSDCS控制策略控制策略2019.11离子膜工艺概述 离子膜由一次盐水、二次盐水、电解及氯氢处理等部分组成。离子膜由一次盐水、二次盐水、电解及氯氢处理等部分组成。1、一次盐水一次盐水 一次盐水主要处理的是粒盐在化盐池溶化后，经加入NaOH、Na2CO3及絮凝剂FeCL3，经沉淀、溢流、戈尔过滤以除去钙镁离子，产生粗精制盐水。2、二次盐水、二次盐水 二次盐水主要处理的是从一次盐水工段来的粗精制盐水经螯合树脂塔处理后，吸附一次盐水中的钙镁离子，以产生出电解能够使用的精制盐水。3、电解部分电解部分 二次盐水来的精制盐水在电解槽经电解后产生氯气、氢气
2、、氢氧化钠及废盐水，废盐水经脱氯处理后回一次盐水化盐池或部分循环回电解槽。氯气送到氯气处理工段，氢氧化钠到氢氧化钠储罐，氢气到氯氢处理工段经处理送到PVC项目的氯化氢工段。4、氯氢处理氯氢处理氯气处理包括氯气液化及事故处理。氯气液化是氯气经水洗、干燥、冷却、压缩、液化生产液氯，部分送到HCL工段。事故处理是电解槽事故停车，压缩机故障、全厂电源故障等情况下启动氯气吸收塔。氢气处理是氢气经水洗、干燥、压缩生产纯净的氢气，送到HCL工段。一次盐水控制其主要过程为从脱氯工序及其他工序回流的淡盐水、从生水总管来的生水在中间储罐中混合后经输送泵，加热后送到化盐池中，由化盐池溢流到储罐V403,之前加入淡碱
3、及絮凝剂FeCL3,再由储罐V403溢流到V404,处理后经加气融气罐进入预处理器中，加入Na2CO3进后反应槽，充分反应后溢流中间槽V407。再进过滤器进液泵送至戈尔膜过滤器，经过滤进折流槽，加入 Na2SO3后送至一次盐水储罐。一次盐水操作画面一一次盐水操作画面二二次盐水控制二次盐水主要处理的是从一次盐水工段二次盐水主要处理的是从一次盐水工段来的粗精制盐水经螯合树脂塔处理后，来的粗精制盐水经螯合树脂塔处理后，产生出电解能够使用的精制盐水。螯合产生出电解能够使用的精制盐水。螯合树脂塔树脂塔有：有：A.A.三塔联接排序三塔联接排序;B.;B.二塔排二塔排序一塔再生等方式。序一塔再生等方式。A
4、A、B B方式都在工程方式都在工程项目中使用过，有与项目中使用过，有与PLCPLC连接，也有在连接，也有在DCSDCS实现实现螯合树脂塔螯合树脂塔的顺序控制。的顺序控制。二次盐水操作画面一二次盐水操作画面二螯合树脂顺控图离子膜电解控制二次盐水来的精制盐水在电解槽经电解后产生氯气、氢气、氢氧化钠及废盐水，废盐水经脱氯处理后回一次盐水化盐池或部分循环回电解槽。氯气送到氯气处理工段，氢氧化钠到氢氧化钠储罐，氢气到氯氢处理工段经处理送到PVC项目的氯化氢工段。离子膜电解主要有：1、控制，包括各个电解槽的精制盐水流量、阴阳极罐液位、阴阳极液的回流控制、回流烧碱的温度及根据电流调节加纯水流量等。其中比较关
5、键的是氯氢差压的控制。2、联锁：电解槽的联锁包括公用联锁及单槽联锁两部分，公用联锁有全厂电源故障、氯压机全停、氯氢差压超高或超低及仪表风故障，这部分联锁发生，则所有的电解槽联锁停机；单机联锁条件是电解槽的电压有超高、进槽精制盐水流量低或烧碱回流流量低超过一定时间，单机联锁条件成立只影响本槽。离子膜电解槽总貌离子膜电解联锁画面脱氯、氯氢处理脱氯工序的目的是利用加热、真空法将从电解槽来的淡盐水及从氯气洗涤塔来的盐水中的游离氯提出来，最后剩余的少量游离氯则采用加入Na2SO3除去 氯气处理包括氯气液化及事故处理。氯气液化是氯气经水洗、干燥、冷却、压缩、液化生产液氯，部分送到HCL工段。氢气处理是氢气
6、经水洗、干燥、压缩生产纯净的氢气，送到HCL工段。脱氯画面氯气处理画面氯气压缩画面氢气压缩画面事故氯处理事故处理是电解槽全部事故停车，压缩机故障停车、全厂电源故障等情况下启动氯气吸收塔。其事故碱循环泵电源要求双路供电，以确保全厂停电时仍可启动。事故氯处理画面PVC产品的应用场合PVC 是应用最广泛的热塑性树脂，可以制造强度和硬度很大的硬质制品如管材和管件、门窗和包装片材，也可以加入增塑剂制造非常柔软的制品如薄膜、片材、电线电缆、地板、合成革、涂层和其它消费性产品。硬质制品目前占PVC总消费量的6570，今后PVC消费量进一步增长的机会主要是在硬质制品应用领域。目前PVC在建筑领域中的消费量占总
7、消费量的一半以上。PVC生产工艺流程VCM合成乙烯氧化法电石乙炔法乙炔生成盐酸合成VCM精馏悬浮法PVC生产PVC聚合汽提干燥电石法乙炔工艺乙炔发生电石输送发生器压缩、贮存乙炔清净清净塔 中和塔清净液的配置和循环使用乙炔发生操作画面清净操作画面氯化氢合成工艺焚烧炉氯氢配比升负荷先加氢；减负荷先减氯；确保氯气不过量。VCM合成工艺混合、冷却、脱酸转化器 二组 由多个转化器并联组成一组净化和压缩公用工程 热水系统冷冻盐水单体生成操作画面一单体生成操作画面二冷却、压缩操作画面VCM精馏工艺低沸塔除去低废物高沸塔除去高废物气相VCM经冷凝后得到合格的氯乙烯单体。低沸塔控制方案重要控制参数：塔顶T101
8、、压力P101、塔釜液面L101、塔釜温度T102等；再使温度梯度在扰动产生后能迅速回复；P101通过排出量的控制采取单回路控制；其他被控参数与控制变量关系式：低沸塔控制方案在稳定操作情况下，T101代表了低沸塔内浓度梯度：稳态时，低沸塔塔底低沸物浓度可忽略不计；在P101稳定情况下，加热量基本不变时，塔釜温度T102完全取决于塔釜组成，因此T102基本恒定；当F0(低塔进料量)、n0(组分)、t0(进料)任一变化时，则T101也变化。灵敏板上温度先变化，而物料从灵敏板到稳定板需一段时间，在此时间间隔内根据T101变化改变u1和u3，使温度梯度迅速恢复正常，则低沸物能迅速从塔顶排出而避免到塔釜
9、中去；低沸塔控制方案框图一Gc1Gc2Gc3Ku1H2 +H1+H3T101T101L101RRR低沸塔控制方案框图二Gc7L101RKu3H1 +Gc8P103RKu4H1 -Gc21T401Ku8R低沸塔控制方案框图三Gc4Gc5Gc6Ku2H2 +H1H3T101T101u1RRR高沸塔控制方案为典型的三元精馏塔，塔顶为最终产品，塔底去除高沸物：控制参数：塔顶温度T201、塔顶压力P201、T201精馏段温差、T202提馏段温差、L201塔釜液位；T202塔釜温度等。其中T201和P201为主要控制参数；系统主要干扰为低沸塔向高沸塔过料；各控参数间的关系为：L201(s)=G51(s)u
10、6(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)高沸塔控制方案框图一Gc9Gc10Gc11Ku5H2 -H1 +-H3L201T202u6RRRGc12u3+H4T201高沸塔控制方案框图二Gc13Gc14Gc15Ku6H2 -H1 -+H3T201T201(u3)L201RRRGc16u7+H4高沸塔控制方案框图三Gc17Gc18Gc19Ku7H2 +H1 -H3P2
11、01T201u5RRGc20u6+H4VCM精馏操作流程图悬浮法本体法乳液法溶液法PVC聚合的四种生产工艺聚合的四种生产工艺四种工艺比较一四种工艺比较一悬浮法聚合生产工艺成熟、操作简单、生产成本低、产品品种多、应用范围广，一直是生产PVC树脂的主要方法，目前世界上90的PVC树脂(包括均聚物和共聚物)都是出自悬浮法生产装置。乳液聚合与悬浮聚合基本类似，只是要采用更为大量的乳化剂，并且不是溶于水中而是溶于单体中。这种聚合体系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，从而得到粒径很小的聚合物树脂，一般乳液法生产的PVC树脂的粒径为0.10.2mm，悬浮法为20200mm。四种工艺比较二四种工艺比较二本体法生产
12、工艺在无水、无分散剂，只加入引发剂的条件下进行聚合，不需要后处理设备，投资小、节能、成本低。用本体法PVC树脂生产的制品透明度高、电绝缘性好、易加工，用来加工悬浮法树脂的设备均可用于加工本体法树脂。溶液聚合单体溶解在一种有机溶剂（如n丁烷或环己烷）中引发聚合，随着反应的进行聚合物沉淀下来。溶液聚合反应专门用于生产特种氯乙烯与醋酸乙烯共聚物。溶液聚合反应生产的共聚物纯净、均匀，具有独特的溶解性和成膜性。所需的物料品种较多无离子水（脱盐水）VCM单体引发剂分散剂调节剂终止剂等等加料的精度要求高仪表精度不低于0.5级；测量上经常采用双流量计，计量槽流量计，电子称部分物料甚至采用稀释方式来提高加料的精
13、度批量加料品种多，要求高批量加料品种多，要求高 一个聚合釜要生产多种型号的产品，过程复杂爆聚转型粘釜粗料 釜温釜压控制精度要求高过渡釜温超调不超过0.5；保温阶段釜温偏差0.2。过程复杂、控制精度高过程复杂、控制精度高GOODRICH工艺特点一工艺特点一釜体积70m3传热能力大，生产强度高，内冷挡板；设计压力高 设计压力2.1MPa，可生产低聚合度树脂；防粘釜技术特殊的防粘釜液釜壁冲洗和防粘釜液喷涂技术高压水清釜先进的生产工艺有效的防止粘釜热水加料工艺聚合注水工艺GOODRICH工艺特点二工艺特点二生产工艺密闭化前提条件先进的防粘釜技术达到几百釜不开盖清釜。先进的加料工艺所有物料均以液态形式输
14、送，实现了聚合过程的密闭化和自动化操作GOODRICH工艺特点三工艺特点三单体回收技术传统回收方式来说每一个聚合反应周期均有约10一15的未反应VCM进入精馏系统循环精制,加大了精馏系统生产负荷。既浪费了能源又降低了设备能力。日本信越回收技术回收VCM质量优良,对聚合反应及树脂产品质量无影响、但流程长设备多、成本及处理费用高。美国古德里奇回收技术工艺合理，设备只有信越的一半不到，并且回收VCM无需返回精馏系统进行循环精制。减轻了精馏系统的生产负荷，有效地提高合成转化的生产能力。GOODRICH工艺特点四工艺特点四转化率计算粗料预估加料完反应过程中动力学模型主要控制过程主要控制过程无离子水、VC
15、M、分散剂、各种助剂加料；等温入料入料完釜温异常调整引发剂恒温聚合注水反应结束、加入终止剂等浆料输送（聚合釜出料）汽提离心干燥公用工程等温入料控制策略等温入料控制策略控制要求：单体、去离子水等同时加入聚合釜，加料完毕釜温大约比反应温度高2左右；控制方法利用热平衡方程式，以设定釜温为目标，通过各种物料的进料温度、流量动态调整控制加料；引发剂加入前温度超差控制等温入料控制流程图等温入料控制流程图反应温度控制反应温度控制硬件设备夹套设备：釜体采用半圆管夹套，避免了普通夹套的缺点，增加了导热能力。内冷挡板：内冷管间采用独特的设计结构，更有利于传热。并且内冷管兼具挡板作用可以增加釜内流体湍流，增加传热。
16、合理温控方案的应用根据釜温、夹套温度采用串级温度控制方案，控制冷却水根据釜温直接控制内冷挡板冷却水聚合模拟控制聚合模拟控制注水控制注水控制主要方法聚合开始后定期注入补充水直到预定的水比锦西化工研究院经过大量试验得到如下结论：在聚合前采用低水比(1.21.4)当聚合反应开始后1小时左右，在易发生暴聚的转化率10到达之前开始注入水。此后每15分钟加入一次使最终水比达2:1。缺点：该法使物料体积在一定范围内波动，忽高忽低，在气液界面仍有少量粘结物生成。注水控制注水控制 根据反应速率注水根据式（1）的注水速率可以保持反应釜的液位恒定在初始液位。而上式的注水速率只取决于反应速率。反应速率可以通过聚合热的
17、计算得到，聚合热表达如下：该法紧密跟踪转化速率。可及时、准确地注入补充水。因此可很好地维持反应物料体积和控制粘度。但它需要同时监测多个过程变量，并经过复杂计算，对我国目前大部分PVC生产厂来说，还有一定的因难。)1.(.)(21210dtdCWdtdVmjmjjjnioutinpiTKFTTCWQ1)(注水控制注水控制聚合开始后恒速注入补充水直到反应结束依据VCM聚合在相当长一段时间内基本维持不变，而初始反应速率较低部分大致为聚合后期高反应速率部分所补充。具体方法首先要计算出总体积收缩量，根据聚合时间就得到注入水的流量。但实际上平均聚合速率都取小一些，防止因偶然因素造成满釜。该法基本使注入水的
18、速率与体积收缩维持平衡。液位比反应开始时略高，到反应结束时恢复到初始位置。恒流注水缺陷及其解决办法恒流注水缺陷及其解决办法 反应速率过快如果在反应开始后的各不同时刻放热量远远高于正常值时，说明反应速度过快，达到相同转化率的时间就要缩短，注入水的速率相应调高一些。反应速率过慢在反应开始后的各不同时刻，放出的热量小于正常反应的放热量。这时注入水量若保持原值就相对过高，注满全釜。因此要在整个注水过程密切监视釜内压力，发现釜内温度处于正常而压力升高，且长时期维持不降的情况下，就要立即停止注入补充水，直到釜内压力降到该反应温度下所对应的正常压力后一段时间(约0.5小时)，继续通入注入水。注水控制流程图注
19、水控制流程图WebField的的BATCH策略策略ProcessUnitPhaseRecipe配方系统配方系统配 方生 成基本操作修改查看下载上传删除批量管理批量管理 批次的建立一个完整的PVC批次是在操作员启动批量程序时产生。基本条件 前一次的批量必须已经完成。选择配方 批号 确认必须将顺控程序切换到自动并选择启动 批次修改 批号可修改 配方名一旦确认就不能修改 配方参数 批次的取消 批量刚启动确认后可直接取消 批量运行过程中必须使用强制(forcing)模式取消 批次结束 批量的结束将激活批量报表的打印输出报表报表批量控制程序在自动模式结束时将启动报表输出。一个完整的PVC报表包含：批量的
20、报警记录 初始和最终的配方参数 使用过的配方参数 批量信息批量的启动和结束时间加入物料的重量和时间釜温、釜压、搅拌速度开始升温时间、升温持续时间开始聚合时间、聚合结束时间、聚合持续时间 人工分析值程序控制模式程序控制模式自动程序自动执行，或者等待操作选择和确认程序自动执行，或者等待操作选择和确认半自动程序由操作员控制单步执行，每执行一步都必须确认程序由操作员控制单步执行，每执行一步都必须确认 手动程序停止在当前步操作员可手动操作这些设备。程序停止在当前步操作员可手动操作这些设备。强制从起始步开始虚拟执行程序到强制目标步结束，整个过程从起始步开始虚拟执行程序到强制目标步结束，整个过程不产生信号输
21、出，但保存所有设备在强制结束时的状态，同不产生信号输出，但保存所有设备在强制结束时的状态，同时和目前设备的状态比较，有差异时产生不一致报警。时和目前设备的状态比较，有差异时产生不一致报警。设备不一致故障产生将不允许程序的自动运行，不一致故设备不一致故障产生将不允许程序的自动运行，不一致故障需操作员在手动模式下消除。障需操作员在手动模式下消除。强制操作图强制操作图顺控在自动模式顺控在手动模式顺控在forcing模式forcing 标志1保存当前步目标步输入对话框操作员确认执行forcing操作选择Forcing没有到达目标步提示操作员执行forcing想要执行forcing（任何地方）到达目标步
22、等待选择自动模式选择自动选择自动状态不一致检查选择手动无 状 态不一致forcing 标志0状态不一致报警提示：设备不一致故障公用系统控制模式公用系统控制模式全自动由主顺控的请求而启动，请求结束而停止。由主顺控的请求而启动，请求结束而停止。自动由操作员启动和停止。由操作员启动和停止。手动公用系统的每个设备（阀、泵）可由操作公用系统的每个设备（阀、泵）可由操作员单独启停。员单独启停。公用系统请求管理公用系统请求管理请求表请求浙编号请求浙编号请求状态请求状态请求者操作状态请求者操作状态确认状态确认状态 无请求无请求 不可用不可用 等待等待 运行（可用）运行（可用）请求栈(0)(1)(2)(n)If no request：（）Else调用者编号基本控制模块操作模式基本控制模块操作模式遥控手动自动强制就地 无离子水、分散剂加料画面无离子水、分散剂加料画面操作面板操作面板聚合控制流程图聚合控制流程图终止剂加料操作画面终止剂加料操作画面出料操作流程图出料操作流程图回收压缩系统操作画面回收压缩系统操作画面汽提操作画面汽提操作画面干燥操作画面干燥操作画面
