反应釜设计及其温度控制系统

技改与创新　　　　　　　　　　　　　　　　　

化工自动化及仪表, 2004, 31(1) :66～69　Control and Instruments in Chemical Industry 　　　　

反应釜设计及其温度控制系统

夏　晨1, 李　朴2

(1. 河北工业职业技术学院, 河北石家庄050091;2. , )

　　摘要:　　　关键词:　反应釜; 变频齿轮泵　　中图分类号:TP273　　() (01) 20066204

1　引　言此方案不是在各种情况下都是最适用或最经济的。

去年, 我们为一家小型化工厂设计了一套反应釜及其温度自动控制系统。该系统由一台加热油箱和四个反应釜组成, 配套设备为一台真空泵和一台加压泵。

厂方要求每个反应釜的有效容积为1m 3; 每个反应釜均能被单独控制操作, 可以选则不同的工艺参数以便生产不同的产品; 温度控制范围0～

180℃, 误差±1℃; 采取有效措施, 防止物料粘锅。

, 反应釜是常用的一种反应容器, 而温度是其主要被控制量, 是保证产品质量的一个重要因素。

反应釜利用导热介质通过反应釜的夹套来提高釜内物料的温度, 通过搅拌机的搅拌使物料均匀、提高导热速度, 并使其温度均匀。导热介质的选择根据各厂产品的工艺温度要求确定的, 常见的导热介质有过热蒸汽和导热油。温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。

通入反应釜的导热介质要求保持温度恒定, 通过调节流入反应釜夹套的导热介质的流量, 来控制反应釜内物料的温度符合工艺要求。现代工业的发展, 对产品质量提出了更高的要求, 反应釜内物料的温度常常要求被恒定在±1℃或更小的范围内, 靠手工调节流量的做法已经不能满足要求了, 智能流量调节控制被赋予新的历史使命。

2　反应釜温度控制要求

要求上位机记录每个完整工艺过程的标准工艺参数及实际执行的工艺数值, 温度变化曲线, 操作人员姓名、工艺员姓名、生产时间、生产批号(设备编号+自然时间+流水号) 、工艺及配方代码, 并可逐条打印。

生产基本工艺流程如下:

a. 流程开始(判别加热油箱温度是否达到设定

值, 未达到, 接通加热装置, 开始加热; 温度达到设定温度方可允许反应釜投入运行) 。

b. 向反应釜内投放基本材料(开始搅拌, 开始加) 。热, 加温至140℃

c. 预溶(定时, 保持140℃恒定) 。

d. 二次投料(监测料门是否关闭, 逐步温升至) 。160℃

e. 一次反应(定时, 保持160℃恒定) 。f. 三次投料(监测料门是否关闭, 逐步温升至) 。175℃

g. 二次反应(定时, 保持175℃恒定) 。h. 抽真空(定时) 。

i. 停真空、停加热同时加压排料。j. 检测到出料口压力为零, 则排料结束。

气动薄膜电动执行阀加PID 调节装置是现代工业典型的反应釜温度控制系统, 其基本组成为:被控对象(反应釜) 、检测变送装置(热电偶温度计) 、控制装置(调节器) 与执行调节机构(气动薄膜执行阀) 四大部分。自动控制系统控制流程图如图1所示。

图1　常见反应釜温度自动控制系统原理方框图

k. 流程结束。3　温度控制系统组成

　　该方案被各领域广泛应用, 但由于薄膜阀系统本身管路复杂, 要求有气源, 且对气源要求高, 所以

　　收稿日期:2003207230

　第1期　　　　　　　　　　　　夏　晨等. 反应釜设计及其温度控制系统・67・

　　根据厂方要求及生产工艺在进行设计过程中, 我们注意到三个关键因素:①加热油箱的容积及其温度控制; ②反应釜本身的热均匀度及热效率; ③采用何种导热介质流量控制方式。

为了有利于反应釜温度控制, 加热油箱采取恒温控制, 控制温度可设定, 设定温度控制范围0～

260℃。由于溶剂所需反应温度较高,

导热介质选) ; 采用四组U 型电加热用导热油320(闪点320℃

通过上述几项措施, 我们最大限度地提高反应釜的热均匀度及其热效率。

考虑到系统比较小, 气动薄膜阀本身有一些缺陷, 我们没有采用常规的气动薄膜电动执行阀+

PID 调节装置的控制方式控制导热介质的流量, 而

是另辟蹊径, 采用了变频驱动器直接拖动齿轮泵电, 通RS 2232/RS 2485, 进而改变了齿利用变频齿轮泵实现导热介质流量控制虽非常规控制方式, 但它实现了数字化控制, 直接受上位机控制, 反应速度快、控制精度高。而且对于这套控制系统而言, 由于反应釜较小, 数量不多, 采用变频齿轮泵控制流量比气动薄膜电动执行阀+PID 调节装置的控制方式还要经济实用。

我们采用每个反应釜配一个棒式Pt100热电阻, 将其插于反应釜内测定釜内物料温度。

在精细化工行业中, 经常出现糊锅的问题, 对产品质量有很大影响, 甚至产生废品。对此, 我们采取了两项措施加以解决:①采用Pt100薄膜热电阻贴于反应釜外壁, 测定夹套壁温度并反馈回上位机, 并控制其不超过设定温度, 从根本上防止糊锅; ②与提高物料温度均匀度相联系, 也就是上面提及的减小搅拌机浆叶与釜壁的间隙, 避免部分物料长期粘接在釜壁, 影响热传导。

对数据采集以及输出信号的控制我们采用

ADAM5000E 系统。ADAM5000系列数据采集及控

器加热; 温度测量选用一支长度为650mm 的Pt100热电阻作为传感器。加热油箱容积的确定, 应当有利于反应釜温度控制。如果太小, 时开始, , ; 加热油箱容积如果太大, 。根据经验及计算, 2m 。

热均匀度及热效率是衡量反应釜好坏的一个重要参数。影响反应釜热均匀度及热效率的因素包括反应釜夹套形式、搅拌机浆叶的搅拌效率、反应釜本身的保温密封效果等。

现有的大多数反应釜釜身多是由内外两张钢板围焊而成的桶身, 中间除一些加强连接外没有导热介质导流装置。这对于导热介质要求流速较低的反应釜的热效率影响不会太大, 但对于导热介质流速较高的反应釜热效率有很大影响。当导热介质流速达到一定值后, 由于压差增大, 很容易在进口和出口间形成直排通路即短路, 如图2示, 而在其它位置形成导热介质涡流滞留, 这部分导热油不能有效外排, 形成循环死角, 从而使反应釜夹套内各处冷热不均, 使热效率下降, 釜内温度降低。加快导热介质流速反而使釜内温度降低的这种情况, 不符合想通过改变导热介质流量(流速) 来有效控制反应釜内溶剂温度要求。所以在反应釜的设计当中, 在反应釜夹套内设置了管状螺旋式导流装置, 使导热介质充分流过反应釜夹套, 并在夹套最顶部设置了排气阀。

3

制系统是专门为工业自动化数据采集及自动控制而设计。ADAM5000E 系统包括一个16位微处理器、一个电源转换器、一个RS 2232通讯口、一套RS 2485通讯口、以及一个八槽基板。ADAM5000系统通过

RS 2232或RS 2485通讯口受上位机控制; 可配置多

种I/O 模块; 抗干扰能力强。在本文所述的控制系统中, 选择三个5013三通道RTD 输入模块, 用于温度

图2　涡流示意图

测量; 选择两个5060六RELA Y 输出模块控制加热油箱四路加热棒、四个反应釜搅拌电机以及真空泵、加压泵; 选择一个5080计数/频率模块监视搅拌机的速度; 选择一个5052十六DI 模块用于输入反应釜启动、停止, 料门开关状态; 选择一个5056十六

DO 模块控制各反应釜的真空阀及加压阀以及声光

　　搅拌机的搅拌效果, 是保证釜内物料均匀及其温度均匀的关键因素。为此, 我们设置了三层浆叶, 并减小了与釜壁的间隙。

反应釜本身的保温密封效果, 是减少反应釜热散失、提高反应釜热效率的关键因素之一。为此我们也做了相关的工作。

报警器。利用上位机的串口COM1与ADAM500E 直接通讯来达到控制目的; 还利用上位机的串口

・68・化工自动化及仪表　　　　　　　　　　　　　　第31卷　

COM2通过RS 2232/RS 2485转换器与四个反应釜的　　If run (i ) =1Then 　　If awoke (i ) =1Then 　　awoke (i ) =0　　End If

　　　If curtem (i ) >settem (i ) And run (i ) =1

Then

变频控制器通讯并对其控制, 进而达到导热介质流量控制的目的。

4　温度控制系统软件实现

好的硬件还需要好的软件支持才能收到好的效果。我们利用VB 语言进行了软件的编制。部分程序节选如下:

If txflag =2Then

flag (i ) run =i =&HFFFFC0curmin (i ,1) =0

　　　　ProgressBar1(i ) . Max =setmin (i ) 360　　　End If 　　End If 　Case 2

　　status (i ) . Text =“预熔”

　　curmin (i ,1) =(curmin (i ,1) 360+Timer1.

Interval/1000) /60

　For i =0To 3　　Select Case flag (i ) 　　Case 0

　　　status (i ) . 　　　　　　sdoor (i . =&H808000　　Case 1　′给出投料提示　　If curtem (i )

　　ProgressBar1(i ) . value =settem (i ) 　　End If

　　　curmin (i , 0) =(curmin (i , 0) 360+

Timer1. Interval/1000) /60

　If curmin (i ,1)

　ProgressBar1(i ) . value =setmin (i ) 360　End If

　　If curmin (i ,1) >=setmin (i ) Then 　　　flag (i ) =3　　　′curmin (i ,2) =0　　　settem (i ) =setpara (i ,5)

　　　setouttem (i ) =setpara (i ,5) +setpara (i ,6) 　　End If 　　Case 100

　　　status (i ) . Text =“抽真空”

　　　curmin (i , 10) =(curmin (i , 10) 360+

Timer1. Interval/1000) /60

　　　If run (i ) =0Then 　　　　If awoke (i ) =0Then 　　　　awoke (i ) =1　　　　End If

　　　　If door (i ) =0Then

　　　　　status (i ) . Text =“第一次投料, 料门未关”

　　　　　sdoor (i ) . FillColor =&HFF　　　　Else

　　　　　status (i ) . Text =“第一次投料, 料门已关”

　　　　　sdoor (i ) . FillColor =&H808000　　　　If start (i ) =0Then

　　　　　　status (i ) . Text =“第一次投料, 料门已关, 未启动”

　　　　　Else

　　　　　　status (i ) . Text =“第一次投料, 料门已关, 已启动”

　　　　　　spush (i ) . FillColor =&HC0FF00　　　　　　run (i ) =1　　End If 　End If

60

　　　If curmin (i ,10)

　　　ProgressBar1(i ) . value =setmin (i ) 360　　　End If

　　　　　　If awoke (i ) =0Then 　　　　　　awoke (i ) =1　　　　　　End If

　　　　　If curmin (i ,10) >=setmin (i ) Then 　　　　　　awoke (i ) =0

　第1期　　　　　　　　　　　　夏　晨等. 反应釜设计及其温度控制系统・69・

　　　　　　End If 　　　　　　flag (i ) =101

　　　　　　spush (i ) . FillColor =&HC0FFFF　　　　　　endvac (i ) =Format (Now , ”hh :

) mm ”

　　　　　　awoke (i ) =0　　　　　　End If

　　　　　endpush (i ) =Format ＄(Now , ”hh ∶

) mm ”

　　　　　endtime (i ) =Format ＄(Now , ”hh ∶

) mm ”

　　　　　　startpush (i ) =Format (Now , ”hh :

) mm ”

flag (i ) =. =i . FillColor =&H808000Command1(i ) . Enabled =True 　　　　　no (i ) . Locked =False 　　　　　End If 　　　　End Select 　　Next i

本文介绍采用变频齿轮泵控制导热介质流量的温度控制方案, 供同行借鉴。目前该变频齿轮泵控制导热介质流量的温度控制系统已投产, 运行良好, 温度控制精度可达±0. 5℃。

　　　　　　′curmin (i ,2) =0　　　　　　′settem (i ) =setpara (i ,5) 　　　　　　′setouttem (i ) =i ) +

setpara (i ,6)

　　　　　　　　　status (i ) . Text =“加压排料”　　　　　　If awoke (i ) =0Then 　　　　　　　awoke (i ) =1　　　　　　End If

　　　　　　　If start (i ) =1Then 　　　　　　If awoke (i ) =1Then

(上接第65页)

方法互补, 以满足用户在使用中的要求。

4. 4　数据处理模块与通信下位机模块

在编程上选用VB , 通过调用MSCOM 控件完成仪表的通信任务。传输数据波特率不高, 传输协议借鉴了网络传输协议的核心思想, 可实现校检、出错重试等多种功能, 以保证工作时程序的稳定性和数据的完整性。上位机程序将仪表传来的数据按照特定的格式转换并存储, 以便对管道腐蚀预测分析提供完整的数据。

5　应用情况

2003年曾数次到沈秦电气化铁路沿线的锦州

数据处理模块的作用是从AD 中获取转换值, 并根据系统参数判断采样类型, 确定其上下限, 从而转换得到最终结果。其中还包括滤波和校正程序, 尽量减小电路噪声和元件的漂移对测量值所产生的影响, 从而得到精确结果。模块还包括数据存储和读出程序, 负责将转换后的数据存储在存储芯片, 或从其中读出。在数据存储和读出程序中, 都有数据校验程序, 以保证数据的正确性。通信下位机模块用于同上位机程序按照约定的协议进行通信以传输数据。仪表与上位机利用串口进行通信。由上位机程序向下位机程序发送指令, 下位机执行指令并按照带校检的格式将数据传输至上位机。

上位机程序的任务是读出存储在仪表中的数据, 并将其按照要求的格式存储在特定的文件中。

输油管线地带和沈北铁岭一带的输油管线(哈大电气铁路旁) 使用该测试仪进行测试, 连续24h 采集交直流管地电位变化数据(采样周期为1s ) 。为防止仪表失窃, 将仪表全部埋入地下。现场测试结果表明, 仪表运行稳定, 测量精度完全满足技术要求, 明显提高了对地下输油管网进行腐蚀预测、分析的效率。

Developing of Intelligent Stray Current T ester

J IAN G Chang 2hong 1,CHEN Da 2qing 2,ZHAN G Ting 2xin 3,WAN G Gui 2cheng 1

(1. Inf orm ation Engineering Instit ute , S henyang Instit ute of Chemical Technology , S henyang 110142, China ;

2. S henyang Transport Combination Gas B ranch Of f ice , S henyang 110031, China ;

3. S henyang Oil Pi peline B ranch Of f ice , S henyang 110031, China )

Abstract :The basic principle ,hardware composition and dependent application software design philosophy of intelli 2gent stray current tester are introduced. Practical application shows that it has favorable performance index. K ey w ords :long transportation pipeline ;stray current ;electro chemical corrosion ;test