聚氯乙烯汽提塔温度优化控制方法

2017-11-06刘东阳新疆圣雄氯碱有限公司新疆吐鲁番838100

化工管理 2017年31期

刘东阳(新疆圣雄氯碱有限公司，新疆吐鲁番 838100)

聚氯乙烯汽提塔温度优化控制方法

刘东阳(新疆圣雄氯碱有限公司，新疆吐鲁番 838100)

分析了聚氯乙烯汽提工艺过程，并探讨了温度对汽提塔的重要影响。采用基于神经网络模型的PID控制器，实现对聚氯乙烯汽提过程的神经网络控制，通过计算机仿真分析表明，建立的PID控制器模型能后良好的模拟汽提过程的相关数据，验证了该模型的有效性，对优化汽提塔温度具有重要的意义。

聚氯乙烯；间歇反应；非线性预测；温度控制

0 引言

聚氯乙烯产品在人们生活和社会建设中具有重要的作用，在生产加工过程，需要对聚合后的聚氯乙烯进行汽提，以达到提高产品质量、降低生产成本、降低能耗等目的[1]。聚氯乙烯汽提过程为非线性和时变性，仿真的模型难以建立，工艺过程参数难以控制，对汽提过程建立有效的模型进行控制分析，对提供聚氯乙烯产品质量等都有较大的意义[2]。

间歇控制过程应用于石油化工、生物制药、农产品加工等诸多领域，常见的间歇工艺过程有间歇反应过程、间歇精馏过程和间歇干燥过程等，含有半间歇和全间歇两种模式，具有间断重复运行的共性。间歇过程的灵活性使得在工艺加工过程具有可以随时改换的特性。目标是提高产量质量、产品产量和减少工作时间等，并通过操作轨线来完成，在间歇反应过程中，一般控制变量较少，主要有反应温度等[3]。

间歇反应过高具有非线性、难控制、建模难等难题。在多次的聚氯乙烯工艺现场调研后，探讨了整个聚氯乙烯汽提的工艺过程，采用先进的模型对汽提过程进行建模和分析。利用仿真分析来验证建立模型的可靠性。

1 聚氯乙烯汽提工艺

(1)工艺流程浆料从供料槽输送到汽提塔，再进入热交换器中，预热后从汽提塔底部排出，再经过热交换器冷却，进入到混料槽内，VSM蒸汽从汽提塔顶部逸出，进入塔顶的冷凝器中，使得蒸汽在此冷凝。冷凝后的蒸汽和液相进入到汽提塔冷凝液收集器中，液相与气相开始分离，饱和水的VCM从收集器顶部逸出，冷凝水作为废水处理。在汽提脱析PVC浆料工艺过程，影响脱析的主要原因有塔底和塔顶的温度，塔顶的压力，塔底的液位，蒸汽量，滞留时间等。控制好各个工艺过程的参数，对整个汽提过程和汽提后物料的质量都具有重要的意义。

(2)温度控制的影响温度是影响汽提塔工作效果的重要因素，脱析温度直接影响脱析效果和VSM的残留量，温度越高，VCM残留量越少，但随着温度的持续升高，过高的温度使得VCM直接分解，导致产品质量受到影响。对浆料在进入汽提塔和在汽提塔内的反应温度的控制，极大的决定了工艺过程的效率。一般情况下面进塔浆料温度在40～60℃，热交换器处理后的温度一般为90～100℃，此时的温度早已超过树脂的玻璃化温度(80℃左右)，有利于对PVC颗粒中VCM的脱析。若进塔浆料温度较低，会产生它内部蒸汽还未到塔顶部就已经产生液化，降低塔顶温度，使得VCM脱析不合格。一般情况塔顶温度在100～110℃，塔底温度在110～120℃。

2 神经网络PID控制算法

(1)PID控制器原理 PID控制系统原理见图1，包括控制器和被控制对象。目前采用的PID自适应控制器，能有效的解决间歇过程的时变性。神经网络系统可实现非线性函数，利用神经网络与PID控制方法相结合，实现一种更为有效和可靠的PID控制器。

图1 PID控制系统概念图

(2)基于神经网络PID控制器通过调整好比例环节、积分环节、微分环节，形成控制过程相互配合和制约的关系，神经网络采取的非线性表达方式，可形成任意线的表达，实现最佳的组合PID控制模型。利用三层神经网络模型算法描述聚氯乙烯的汽提过程，步骤为：①确定网络结构，包括对层节点和隐含层节点的确定，以及加权系数、速率和惯性系数的确定；②计算时刻误差值；③计算PID控制器的可调参数；④计算PID的输出值；⑤调整加权系数，实现PID控制器的自适应参数调整；⑥重复计算过程。其中计算过程的控制算法为增量式计算方法，调整PID参数时必须要使得参数给定值达到最优的指标要求。

(3)仿真分析根据聚氯乙烯汽提塔生产工艺过程的实际情况，设定输入层为5个神经单元，隐含层为4个神经单元，输出层为1个神经单元。分析模拟过程，聚氯乙烯汽提塔塔顶的温度给定为105℃，且温度不超过110℃。塔底的温度给定为115℃，且温度不超过120℃。仿真分析得到控制系统能很好的跟踪温度变化的过程，当出现塔顶和塔底的温度扰动时，基本不会出现彼此干扰的现象。