三元乙丙橡膠工藝流程自控設(shè)計(jì)探討

摘要：三元乙丙橡膠（EPDM）是一種三元共聚物，是由乙烯和丙烯加入非共軛二烯單體（一般稱為第三單體）通過(guò)聚合反應(yīng)生成的。文章針對(duì)某廠三元乙丙橡膠生產(chǎn)線項(xiàng)目進(jìn)行了自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件與軟件工程設(shè)計(jì)研究。

關(guān)鍵詞：三元乙丙橡膠；工藝流程；生產(chǎn)線項(xiàng)目；自動(dòng)控制系統(tǒng)；工程設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ333 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.007

1 概述

三元乙丙（EPDM）是乙烯和丙烯的三元共聚物加入的非共軛二烯單體（通常被稱為第三單體），它是由聚合反應(yīng)得到的。三元乙丙橡膠（EPDM）良好的抗氧化、抗臭氧性和耐腐蝕性，其可以很好地處理和加工，并在現(xiàn)階段的汽車工業(yè)、電子、電器、建筑等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前在中國(guó)，EPDM低于2萬(wàn)噸年產(chǎn)量，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年，需求量將達(dá)到32萬(wàn)噸三元乙丙橡膠，對(duì)進(jìn)口行業(yè)的依賴性較大。因此，熟悉和掌握EPDM的制備方法將是國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要支撐。

2 EPDM生產(chǎn)裝置組成及工藝流程

2.1 EPDM概述

三元乙丙橡膠（EPDM）是本生產(chǎn)線主要的產(chǎn)品，是由乙烯、丙烯及非共軛二烯單體（一般稱第三單體）通過(guò)共聚反應(yīng)生成的三元共聚物。EPDM是一種無(wú)定型、非結(jié)晶性、低不飽和度的橡膠，它的分子結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1：

圖1 三元乙丙橡膠分子結(jié)構(gòu)圖

從EPDM分子結(jié)構(gòu)圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)在分子的主鏈上，不存在雙鍵，主要是由較為穩(wěn)定的飽和烴構(gòu)成，不飽和雙鍵存在于分子的側(cè)鏈上。

2.2 工藝生產(chǎn)流程

采用的生產(chǎn)工藝方法是溶液聚合法。溶液聚合法是目前工藝生產(chǎn)應(yīng)用較為廣泛的方法，約占總產(chǎn)能的74.9%。

整個(gè)工藝過(guò)程工序較多，主要由準(zhǔn)備原材料（包含第三單體）、聚合反應(yīng)、催化劑脫除、回收精制、干燥、裝車組成。工藝中主要采用V-A1催化劑，聚合的溫度和壓力較為關(guān)鍵，有著嚴(yán)格的控制要求。其聚合過(guò)程可由下式表達(dá)：

CH2=CH2+CH2=CH-CH3+第三單體（二烯烴）

EPDM+熱

圖2 工藝流程圖

3 自動(dòng)控制工程設(shè)計(jì)

3.1 聚合反應(yīng)單元控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)

工藝流程中，聚合反應(yīng)單元為核心單元，是整個(gè)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的控制點(diǎn)多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，含有易燃、易爆、腐蝕性介質(zhì)，且存在高溫、高壓生產(chǎn)工況，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性、安全性要求很高，因此，如何設(shè)計(jì)好控制方案，如何在控制邏輯上實(shí)現(xiàn)其特殊的安全要求，是本文的重點(diǎn)。

3.2 聚合反應(yīng)單元工藝介紹

聚合反應(yīng)單元為工藝流程核心單元，工藝工況較為復(fù)雜，控制點(diǎn)多，處于整個(gè)工藝流程的關(guān)鍵階段，見(jiàn)工藝簡(jiǎn)易流程圖3：

圖3 工藝簡(jiǎn)易流程圖

聚合反應(yīng)單元工藝較為復(fù)雜，高溫、高壓工況較多。主要由乙烯、丙烯作為原料，過(guò)程中加入第三單體，經(jīng)過(guò)干燥、冷凝環(huán)節(jié)后進(jìn)入聚合釜中，同時(shí)加入引發(fā)劑，經(jīng)聚合反應(yīng)后，后續(xù)工藝加入防老劑，高壓低壓閃蒸后進(jìn)入凝聚釜，最后洗滌加工干燥，包裝成成品，具體見(jiàn)簡(jiǎn)易流程圖4：

圖4 聚合單元流程圖

3.3 液位、流量、壓力典型控制方案設(shè)計(jì)

液位、壓力、溫度參數(shù)對(duì)于反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，其穩(wěn)定性是必須要保證的。液位控制是通過(guò)控制反應(yīng)器原料出料量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即液位低時(shí)減小出口流量，液位高時(shí)則加大出口量。同時(shí)，由于物料流量為整個(gè)反應(yīng)器出口流量減去回流量，因此產(chǎn)品物料流量受多個(gè)參數(shù)共同影響，受干擾性大且干擾來(lái)源難以判別，然而產(chǎn)品流量的擾動(dòng)會(huì)引起液位的波動(dòng)，所以此處的控制方案要求能消除罐體出口流量干擾的影響。如圖5所示：

圖5 聚合釜液位、壓力、流量、溫度控制

整個(gè)控制方案由三套控制系統(tǒng)組成：第一套由兩個(gè)檢測(cè)變量、兩套檢測(cè)變送器、兩套控制器和一個(gè)控制閥門組成的串級(jí)控制系統(tǒng)；第二套是反應(yīng)器壓力為主要變量的單回路控制系統(tǒng)，在反應(yīng)過(guò)程中，如果罐體壓力高出設(shè)定值，將通過(guò)聯(lián)鎖來(lái)控制容器進(jìn)料量；第三套是反應(yīng)器溫度為主要變量的單回路控制系統(tǒng)，在反應(yīng)過(guò)程中，如果罐體溫度高出設(shè)定值，將通過(guò)聯(lián)鎖來(lái)控制容器進(jìn)料量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文完成了控制系統(tǒng)的選用及設(shè)計(jì)的闡述，以裝置生產(chǎn)工藝流程為依據(jù)，從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，構(gòu)成完整的自控系統(tǒng)體系，以核心單元聚合反應(yīng)單元為例闡述了反應(yīng)器中液位、流量、壓力、溫度的典型控制方案設(shè)計(jì)過(guò)程，滿足了開(kāi)車時(shí)對(duì)反應(yīng)器壓力、溫度控制的特殊要求。

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作者簡(jiǎn)介：朱云峰（1985-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，供職于南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，研究方向：控制

工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）