Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" Часть 2 (стр. 12 из 14)

Уравнение скорости химической реакции

,

т.е. скорость химической реакции не зависит от концентрации винилхлорида (порядок реакции нулевой), так как мономер в избытке находится в зоне реакции. Числовые значения коэффициентов уравнения приведены в [23, с. 56] .

Получаемый в результате реакции полимеризации поливинилхлорид в зависимости от конъюнктурных требований выпускается в нескольких модификациях, соответствующих определенным маркам смол. Поливинилхгоридные смолы различных марок отличаются средним молекулярным весом и некоторыми другими качественными показателями (пастообразуемостью, аэрируемостью, взаимодействием с пластификаторами).

Средний молекулярный вес поливинилхлорида определяется косвенно через константу Фикентшера К , характеризующую вязкость поливинилхлорида, растворенного в циклогексаноне.Получение поливинилхлорида различных марок достигается поддержанием различных расходов винилхлорида и инициатора, а также температуры реакции.

Отечественная промышленность выпускает такие марки поливинил-хлорида: Л-4 ( К = 65 - 70); Л-5 ( К = 60 - 65); Л -25 пасто-образующая ( К =61-62); Л-6; Л -7; Л -8 ( К = 56 - 60). Они получаются соответственно при температуре реакции t_Л4= 52...54 ⁰С,

t_Л5 =54...56 ⁰C, t_Л6 = 56...58 ⁰С, t_Л7,8= 56...60 °С.

Для получения поливинилхлорида заданного качества необходимо контролировать значение константы Фикентшера и управлять процессом полимеризации так, чтобы она не выходила за заданные пределы.

В процессе работы реактора на его внутренних стенках постепенно откладывается слой поливинилхлорида, ухудшающий условия съема реакционного тепла охлаждающей водой. При этом увеличивается инерционность регулирования температуры реактора и уменьшается чувствительность датчика температуры, вследствие чего ухудшается устойчивость существующей системы регулирования температуры реакции. Характер и диапазон изменения динамических свойств реактора в процессе работы приведены в [24, с. 29].

На основании экспериментальных данных [21], полученных в результате статистического обследования реактора эмульсионной полимеризации винилхлорида, рассчитаны уравнения парной регрессии

Уравнение множественной регрессии, связывающее зависимость степени конверсии винилхлорида А и качества поливинилхлорида К от основных технологических параметров (расходов винилхлорида и инициатора, температуры и давления в реакторе) определены в виде линейных уравнений множественной регрессии:

где K- константа Фикентшера; A - степень конверсии винилхлорида, %;

G_вх - расход винилхлорида, л/ч; t_p - температура в реакторе, ⁰С; G_ин - расход инициатора, г/ч; P_p - давление в реакторе, кгс/см².

Задача системы автоматического управления процессом полимеризации винилхлорида - поддержание оптимальной производительности реактора при заданном качестве выпускаемого продукта. Производительность реактора можно повысить либо увеличением нагрузки, либо увеличением степени конверсии винилхлорида. Однако повышение нагрузки реактора ограничено возможностью съема реакционной теплоты охлаждающей водой, а повышение степени конверсии связано с необходимостью увеличения температуры реакции или концентрации инициатора в эмульсионной воде, что может привести к получению поливинилхлорида с более низким молекулярным весом (т.е. другой марки).

Требования к поддержанию стабильной однородности качественного состава поливинилхлорида (среднего молекулярного веса поливинилхлорида) сводится к точности регулирования заданных концентраций инициатора в эмульсионной воде и температуры реакции.

Исходя из этого управление процессом полимеризации осуществляется варьированием нагрузки реактора в зависимости от изменения условий съема реакционного тепла, расчетом оптимального температурного режима процесса при изменяющихся текущих значениях расходов винилхлорида, эмульсионной воды и концентрации инициатора и строгим поддержанием рассчитанной оптимальной температуры реакции [26 ].

13. АСУТП ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО СТЕКЛА

Современное стекольное производство представляет собой сложный комплекс разнородных структурных единиц, объединенных c целью переработки сырья в стеклянные изделия.

Технологическая схема производства листовых стеков включает в себя следующие операции:

- приготовление шихты,

- варка стекла в ванной печи непрерывного действия,

- формирование листового стекла и его обжиг в машинах вертикального вытягивания стекла.

Подробное описание стадий стекловарения, конструкции печей и машин вертикального вытягивания стекла, физико-химических свойств материалов приведены в [28 ; 29].

В цехе приготовления шихты из сырьевых материалов для производства стекла составляется в заданной пропорции смесь, называемая шихтой. Подготовка сырьевых материалов и тщательное смешивание их в однородную шихту обусловливают качество сваренной стекломассы. На однородность шихты влияют размеры частиц сырьевых материалов, влажность, постоянство химического состава сырьевых материалов, способ и продолжительность перемешивания, транспортирование, хранение и загрузка готовой шихты в печь.

Основным агрегатом для получения стекломасcы является ванная регенеративная печь непрерывного действия [28, рис. 100, c. 204-2I6].

На стекольных заводах применяют два вида непрерывной загрузки шихты в ванные печи: шнековую (за рубжом) и тонкослойную. Тонкослойная загрузка шихты создает над поверхностью стекломассы слой шихты толщиной не более 30 мм. Достигается это тем, что в один пункт питания подается в минуту не более 6 кг шихты.

Для тонкослойной подачи шихты питатели устанавливаются с торцевой стороны и между первой и второй парами горелок.

При питании печей шихтой необходимо соблюдать следующие условия:

- загружать шихту не сплошной пеленой, а отдельными чередующимися полосами, оставляющими часть зеркала варочной части печи открытой;

- слой шихты таких полос должен быть минимальным, исключающим его погружение в расплавленную стекломассу.

Для предотвращения пыления и заноса регенераторов шихтой и ее расслаивания, для ускорения процесса стекловарения и улучшения качества стекла шихта должна быть пылевидной, сбрикетированной в таблетки или в гранулы массой в несколько граммов и подаваться непосредственно в зону максимальных температур.

Варка стекла, в основном, осуществляется в ванных пламенных печах. Отапливаются печи газообразным или жидким топливом с помощью горелок с поперечным пламенем [28, с. 213, 214]. В печах различают зоны варки и осветления (варочная часть и зоны студки) и выработки (выработочная часть). Направление движения газов поперечное, оно определяется условиями сжигания топлива и регулирования нагрева шихты и стекломассы. Разделение между варочной и выработочной частями по газовой среде осуществляется экранами, основаниями которых служат снижение арки. Разделение в области газового пространства имеет целью регулирование теплообмена между частями печи. Разделение между выработочной и варочной частями по стекломассе выполняется разделительной стенкой [28, рис. 100].

В непрерывно действующей ванной печи отдельные стадии процесса стекловарения следуют в определенной последовательности по длине печи. Процесс стекловарения состоит из пяти стадий. В периодических печах стадии протекают последовательно во времени. В непрерывно действующей ванной печи отдельные стадии процесса стекловарения следуют в определенной последовательности по длине печи.

Силикатообразование. Характеризуется тем, что к концу ее основные химические реакции в твердом состоянии между компонентами шихты закончены, в шихте не остается отдельных составляющих ее компонентов (песка, соды, сульфата, мела и пр.). большинство газообразных веществ из шихты улетучивается. В результате после завершения химических реакций в шихте образуются силикаты натрия, кальция, сложные силикаты; происходит расщепление гидратов, диссоциация карбонатов, сульфатов и нитратов. Количество улетучивающихся газов увеличивается с повышением температуры. Температурный режим стадии 800...900 °С. Описание химических реакций силикатообразования приведены в [28, с. 72-87] .

Cтеклообразование. Продолжается процесс выделения газообразной среды. Температура повышается до 1150-I200 ⁰С. В результате повышения температуры увеличивается подвижность атомов и молекул, резко возрастает скорость диффузионных процессов и скорость растворения кремнезема и силикатов.

Благодаря диффузионным процессам, протекавшим в расплаве, выравниваются концентрации растворов силикатов на различных участках, образуется относительно однородная стекломасса. Однако она пронизана не полностью выделенными газовыми включениями и свилями (неоднородностями).

Дегазация (осветление). Эта стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от видимых газовых включений. Устанавливается равновесное состояние между стекломассой (жидкой фазой) и газами, остающимися в самой стекломассе (газовая фаза). Этот этап завершается при 1400...1500 °С.

Гомогенизация. Характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от свилей и становится однородной.

Стадии дегазации (осветления) и гомогенизации тесно взаимосвязаны и являются наиболее ответственными и сложными. От степени завершенности этих стадий зависят качество стекломассы и ее пригодность для выработки стеклянных изделий. Процессу гомогенизации содействует процесс дегазации тем, что пузырь при подъеме наталкивается на свилистые слои и растягивает их в нити. Свили становятся все тоньше. Это облегчает процесс гомогенизации.