聚羧酸系減水劑生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)

聚羧酸系減水劑生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)

引言

聚羧酸系減水劑具有其他減水劑所無法比擬的性能優(yōu)勢，近年來在國內(nèi)外得到廣泛開發(fā)和應(yīng)用。隨著聚羧酸系減水劑生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴大，工業(yè)大生產(chǎn)對其生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全性等因素都提出更高要求。而傳統(tǒng)聚羧酸系減水劑生產(chǎn)廠家大多以現(xiàn)場人工操作或半機械式操作為主，易出現(xiàn)操作誤差大、生產(chǎn)安全性低以及產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，故聚羧酸系減水劑工業(yè)生產(chǎn)線亟待優(yōu)化。

自動化生產(chǎn)技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息設(shè)備，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)高效生產(chǎn)、降低能耗、提高質(zhì)量、確保安全的綜合性生產(chǎn)目的。聚羧酸系減水劑生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)即基于自動化生產(chǎn)技術(shù)設(shè)計而成，另外協(xié)同聚羧酸系減水劑生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)聚羧酸系減水劑的高效、優(yōu)質(zhì)及安全生產(chǎn)。

1 聚羧酸系減水劑自動化生產(chǎn)特點

1.1設(shè)備產(chǎn)能高，產(chǎn)品質(zhì)量高

現(xiàn)階段，醚類聚羧酸系減水劑生產(chǎn)工藝應(yīng)用最為廣泛，其合成原料有TPEG(或HPEG)大單體、丙烯酸、巰基乙酸以及其他小料等，工廠生產(chǎn)所用設(shè)備一般為(5-10)噸反應(yīng)釜，而各廠家所生產(chǎn)產(chǎn)品固含量大多高于所售成品，因此一般單釜原材料最終可得到(20-40)噸成品，設(shè)備產(chǎn)能高。

聚羧酸系減水劑產(chǎn)品質(zhì)量與工藝過程中的溫度控制、反應(yīng)時間、加料量及加料速率等因素有關(guān)，自動化生產(chǎn)可實現(xiàn)各生產(chǎn)因素的嚴(yán)格監(jiān)控，保證最終產(chǎn)品質(zhì)量滿足應(yīng)用需求，產(chǎn)品質(zhì)量高。

1.2 釜溫可實時控制

聚羧酸系減水劑加熱合成工藝分為加熱溶料、恒溫滴加、保溫、降溫、中和等幾個溫度控制過程，每個階段都要嚴(yán)格把控。傳統(tǒng)聚羧酸系減水劑工業(yè)生產(chǎn)中為實時控制聚羧酸系減水劑工業(yè)生產(chǎn)反應(yīng)釜中反應(yīng)料溫度，將溫度計插入搪瓷溫度計套管中對釜內(nèi)溫度實時監(jiān)測。為避免反應(yīng)釜中劇烈攪拌的液體對套管造成破壞，溫度計套管一般管壁較厚，另外由于反應(yīng)釜較大，升降溫過程中釜內(nèi)熱傳導(dǎo)需要一定時間，導(dǎo)致溫度計顯示出來的溫度變化滯后。一般開啟蒸汽或冷卻水閥，到溫度計實時顯示出溫度變化，大致需要(15-20)分鐘。聚羧酸系減水劑自動化生產(chǎn)技術(shù)采用溫度控制系統(tǒng)可實時控制釜內(nèi)溫度，保證各個溫度控制過程嚴(yán)格遵循合成工藝要求。

1.3 加料操作過程控制精確

A、B料的滴加過程和加水量是聚羧酸系減水劑生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵，直接影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。自動化生產(chǎn)過程基于計算機系統(tǒng)調(diào)控，加料過程控制趨于精細化。

2 聚羧酸系減水劑生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)分類

該生產(chǎn)所用原料包括聚醚大單體、丙烯酸以及巰基乙酸、雙氧水和VC等小料(不同生產(chǎn)廠家添加的小料不同)。首先，在預(yù)溶釜內(nèi)加入一定量去離子水和固體大單體原料(部分廠家采用液體大單體)，通入蒸汽加熱并打開攪拌，溶化固體大單體原料，升溫至55℃后將其輸送到反應(yīng)釜中。在投入固體大單體過程中可同時配制A、B料，A料主要為巰基乙酸、去離子水和VC等小料的混合液(不同配方添加的小料種類和用量都不盡相同)，B料主要為丙烯酸和去離子水等的混合液，將配制好的A料和B料分別打入A、B料高位槽中。往反應(yīng)釜內(nèi)加入雙氧水并攪拌，開始滴加A、B料，滴加結(jié)束后保溫一段時間，之后打開冷卻循環(huán)水降溫，并加入一定量液堿攪拌中和，最后加入去離子水將母液稀釋至應(yīng)用需求的固含量，打開反應(yīng)釜釜底閥門將母液排入儲罐。最后根據(jù)需求加入小料進行復(fù)配，復(fù)配采用自來水即可。

基于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的范疇，上述聚羧酸系減水劑生產(chǎn)工藝流程主要通過以下三大控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

(1) 溫度控制系統(tǒng)

通過調(diào)節(jié)蒸汽閥和冷卻水閥控制通入反應(yīng)釜外層夾套中的蒸汽或冷卻水，從而對釜內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)控制。為保證溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精確控制，首先要選擇合適的溫度傳感器，現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)中較為認可的是鉑熱電阻溫度計，同時搭載使用鎧裝熱電阻，能有效解決釜溫滯后大的工藝問題。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動化控制機理，傳感器將所測得的溫度值發(fā)送至控制器并與工藝要求值比較，通過計算溫度值偏差的大小和方向，實時調(diào)整釜內(nèi)溫度，實現(xiàn)釜內(nèi)溫度的自動化控制。

同時，生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計也為聚羧酸系減水劑生產(chǎn)反應(yīng)釜內(nèi)溫度的精確控制提供了更為便利的途徑。目前，部分減水劑生產(chǎn)廠家在反應(yīng)釜內(nèi)配備電磁加熱線圈，將電磁加熱線圈上的溫控器與釜內(nèi)溫度傳感器連接，克服傳統(tǒng)蒸汽加熱方法費時費工的缺點，實現(xiàn)釜內(nèi)溫度更為精確的自動化控制。

(2) A、B料滴加速率控制系統(tǒng)

通過調(diào)節(jié)A、B加料管線上的調(diào)節(jié)閥達到控制加料速率的目的，滿足工藝要求的加料時間。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)多采用在A、B料計量槽上安裝電子秤，利用單位時間內(nèi)計量槽內(nèi)液體重量減少量來控制流速，該方法操作復(fù)雜，不利于料液流速的實時控制。現(xiàn)多采用轉(zhuǎn)子流量計或電磁流量計，清晰直觀。流量計將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機控制系統(tǒng)，可實時調(diào)節(jié)A、B料滴加速率，方便快捷。

(3) 釜內(nèi)加水及加堿量控制系統(tǒng)

通過調(diào)節(jié)加水管道和加堿管道上的調(diào)節(jié)閥控制反應(yīng)釜內(nèi)的加水量或加堿量。生產(chǎn)后期母液固含量和pH值的調(diào)整可通過計算機自動調(diào)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)管道閥門，對產(chǎn)品質(zhì)量進行自動化調(diào)控。

3 聚羧酸系減水劑生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)功能

3.1 減水劑性能連續(xù)可調(diào)節(jié)功能

聚羧酸系減水劑生產(chǎn)廠家通過專業(yè)生產(chǎn)線設(shè)計公司設(shè)計調(diào)整生產(chǎn)線上儲料罐的安置，方便隨時向反應(yīng)釜中加入不同種類和用量的原料，從而生產(chǎn)出不同種類的聚羧酸系減水劑，實現(xiàn)減水劑性能從減水到保坍的連續(xù)可調(diào)，從而滿足不同區(qū)域、不同氣溫以及不同施工條件等環(huán)境的需求。

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3.2 在線監(jiān)控功能

程序可編輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)系統(tǒng)是一種專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的數(shù)字運算操作系統(tǒng)。聚羧酸系減水劑自動化生產(chǎn)中反應(yīng)釜內(nèi)溫控制，A、B料滴加速率以及加水、加堿量的調(diào)整都要借助于PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)操作轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。反應(yīng)釜中料液的溫度、pH值、黏度以及離子含量等參數(shù)都可通過相應(yīng)傳感器傳送至PLC系統(tǒng)，實現(xiàn)反應(yīng)體系的參數(shù)實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

3.3 有害離子監(jiān)測與控制功能

雖然聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)工藝較木質(zhì)素減水劑和萘系減水劑更為綠色環(huán)保，但其生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性導(dǎo)致其在生產(chǎn)過程中不可避免會引入對混凝土耐久性有不利影響的離子，如Cl-和SO42-等。通過離子傳感器測定反應(yīng)釜中有害離子含量，當(dāng)反應(yīng)釜中有害離子含量超過設(shè)定范圍時就會觸發(fā)相應(yīng)報警器，實現(xiàn)有害離子濃度的實時監(jiān)測和控制。

4 結(jié)語

聚羧酸系減水劑自動化生產(chǎn)技術(shù)是基于信息技術(shù)對減水劑的生產(chǎn)進行自動檢測、控制和調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)減水劑工業(yè)生產(chǎn)的高效性、安全性以及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。隨著信息技術(shù)在減水劑生產(chǎn)領(lǐng)域地不斷滲透和深化，未來減水劑生產(chǎn)過程將更趨向于智能化和高效化。自動化生產(chǎn)技術(shù)作為信息時代的新鮮產(chǎn)物，勢必會為減水劑的生產(chǎn)注入更為強勁的發(fā)展動力。

聚羧酸系減水劑的廣泛開發(fā)和應(yīng)用實現(xiàn)了其生產(chǎn)工藝的多樣化，目前自動化控制技術(shù)在聚羧酸系減水劑加熱合成工藝中逐漸趨于成熟，而常溫合成工藝中卻少有涉及。研究適合聚羧酸系減水劑不同生產(chǎn)工藝尤其是常溫合成工藝的生產(chǎn)自動化控制技術(shù)將得到更多關(guān)注。