由于聚合反應(yīng)是一個標(biāo)準(zhǔn)的二階過程，這類過程在升溫及初期反應(yīng)階段的溫度控制存在著快速與很調(diào)的矛盾，如何實現(xiàn)以較快升溫速度把反應(yīng)釜溫度提高到聚合反應(yīng)所需要的溫度，并且不會發(fā)生溫度很調(diào)而產(chǎn)生副反應(yīng)、影響產(chǎn)品質(zhì)量，這是一個難以協(xié)調(diào)的矛盾。在聚合釜的溫度控制上國內(nèi)普遍采用的控制方案是把釜內(nèi)溫度與夾套溫度設(shè)計成一個串級控制回路，釜內(nèi)溫度控制器(主環(huán))的輸出作為夾套溫度控制器(副環(huán))的給定，副環(huán)的輸出再去控制夾套的加熱閥和冷卻閥，這種傳統(tǒng)控制方案在升溫階段造成的溫度很調(diào)量往往大大高于產(chǎn)品質(zhì)量所允許的范圍。實踐證明用常規(guī)控制策略是無法解決好這個矛盾的。
在本文中筆者把在多種聚合釜上采用動態(tài)拐點軟測量技術(shù)及重疊控制技術(shù)的應(yīng)用情況介紹給同行。
在聚合釜上所采用的先進控制技術(shù)
我們以70立方米PVC聚合釜為例。在這個生產(chǎn)過程中我們期望達到的控制效果是：一方面在升溫時將加熱蒸汽閥全部打開以得到較小的升溫時間；另一方面實現(xiàn)從加熱到反應(yīng)階段的無很調(diào)過渡，即通過實施先進的動態(tài)拐點軟測量技術(shù)和重疊控制技術(shù)來使釜內(nèi)溫度在到達反應(yīng)溫度時實現(xiàn)兩個目標(biāo)： △T=0，d(△T)／dt=0，即溫度偏差和偏差變化率同時為0。
1．1動態(tài)拐點軟測量技術(shù)
動態(tài)拐點(TG)的定義：動態(tài)拐點是這樣一個時刻的釜內(nèi)溫度值，在這個時刻把加熱介質(zhì)切換為冷卻介質(zhì)并實施合適的重疊控制時，在到達所生產(chǎn)型號的PVC設(shè)定溫度值 (TSP)時和此時的釜溫(TPv)之差滿足以下兩個條件：
AT=O，d(AT)／dt=O其中AT=TSP—TPV
設(shè)加熱介質(zhì)溫度為TH，冷卻介質(zhì)溫度為TC，則： TG=f(TH，TC，TPV，TSP，△T，d(△T)／dt，K1，K2，K3)
在動態(tài)拐點處將夾套中加熱介質(zhì)切換為冷卻介質(zhì)并實施科學(xué)的重疊控制算法，可使釜內(nèi)溫度的控制精度達到0．3度以內(nèi)，而且，基于這個拐點模型所實現(xiàn)的釜內(nèi)溫度精度與產(chǎn)品型號、配方、冷熱介質(zhì)的溫度變化、夾套和釜壁的清潔度變化等沒有關(guān)系，具有很好的重復(fù)性。但動態(tài)拐點本身會因加熱介質(zhì)、冷卻介質(zhì)、工藝配方、設(shè)備傳熱能力(導(dǎo)熱系數(shù)) 等的影響而變化。
1．2 釜溫重疊控制技術(shù)
重疊控制思想較早是由一個俄國科學(xué)家提出來的，我們將該理論應(yīng)用在解決聚合釜溫度控制的問題上并獲得成功。分析可知：通過加熱而影響的聚合釜的盤管或夾套內(nèi)的溫度對釜內(nèi)溫度的影響是一個標(biāo)準(zhǔn)的二階響應(yīng)過程，為了克服這個響應(yīng)過程造成的聚合反應(yīng)溫度的很調(diào)而達到△T=0，d(A T)／dt=0的目標(biāo)，我們可以利用對冷卻介質(zhì)的特殊操作即重疊控制來建立一個與上述相反的響應(yīng)過程，這兩條曲線疊加的結(jié)果可以滿足A T=0，d(△ T)／dt=0，見圖2(粗線部分就是我們要達到的效果)：特別需要說明的是：為了保證釜內(nèi)溫度的控制精度，對于釜內(nèi)溫度計和夾套溫度計要選用熱響應(yīng)時間常數(shù)小于或等于24秒的熱電阻溫度計。
結(jié)語
在從1一70立方米多種PVC反應(yīng)釜上采用本技術(shù)后，都達到了如下控制效果：
（1)升溫時間和反應(yīng)時間明顯減少，一般從減少十幾分鐘到半小時不等，單釜生產(chǎn)強度得到提高；
（2)由于釜內(nèi)溫度控制精度從原來的R±2℃提高到R±0．3℃ ，副反應(yīng)基本杜絕，產(chǎn)品的質(zhì)量大大提高；工人的勞動強度大幅度降低。
