Способ управления процессом наращивания вязкости поливинилхлоридного пластизоля
1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАРАЩИВАНИЯ ВЯЗКОСТИ ПОДИВИНИПХЛОРИДНОГО ПЛАСТИЗОЛЯ путем регулирования конечной температуры смеси в зависимости от вязкости пластизоля, отличающийся тем, что, с целью сокращения энергозатрат,приготовленную смесь перемешивают определенное время, нагревают до определенной температуры, разбивают процесс на минимальное число временных интервалов , при котором ошибка определения вязкости пластизоля по времени перемешивания и температуре не превышает определенного значения, измеряют вязкость и температуру пластизоля в начале каждого интервала, прогнозируют температуру в конце интервала в зависимости от измеренной вязкости и заданной вязкости в конце интервала и определяют скорость измерения температуры по измеренной температуре в 1гачале данного интервала и прогнозируемой температуре в конце этого интервала. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что скорость измерения температуры в интервалах повьппения температуры регулируют числом оборотов мешалки, а на интервалах понижения температуры - скоростью подачи хдадагента.
СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК.,Я0„„11 0282
З(Я) С 08 J 3 18 G 05 Р 27 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13
lpga T tT lE Q TP E
1 ЬА
ЬИЬ М з . а
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ
В АВТОВОВОМУ ОВ EETElltCTEV
1 (21) 3569430/23-05 (22) 28.03.83 (46) 30.06.84. Бюл, Е 24 (72) В.ВАВГлуздовский, Л.П.Садова, А.А.Малин и В.В.Двинятин (71) Калининский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт (53) 66.012.52(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
У 465215> кл. В 01 J 19/00s 1973.
2. Авторское свидетельство СССР
В 889077, кл. С 05 0 27/00, 1981.
3. Авторское свидетельство СССР
Ф 666524, кл. G 05 D 27/00 (прототип). (54)(57) 1 ° СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАРАЩИВАНИЯ ВЯЗКОСТИ ПОЦИВИНИЛХЛОРИДНОГО ПЛАСТИЗОЛЯ путем регулирования конечной температуры смеси в зависимости от вязкости пластизоля, отличающийся тем,. что, с целью сокращения энергозатрат,приготовленную смесь перемешивают определенное время, нагревают до определенной температуры, разбивают процесс на минимальное число временных интервалов, при котором ошибка определения вязкости пластизоля по времени перемешивания и температуре не превышает определенного значения, измеряют вязкость и температуру пластизоля в начале каждого интервала, прогнозируют температуру в конце интервала в зависимости от измеренной вязкости и заданной вязкости в конце интервала и определяют скорость измерения температуры по измеренной температуре в начале данного интервала и прогнозируемой температуре в конце Е этого интервала.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что скорость измерения температуры в интервалах повышения температуры регулируют числом 2 оборотов мешалки, а на интервалах по" нижения температуры — скоростью подачи хдадагента.
Изобретение относится к автоматизации управления технологическими процессами химических производств, а именно к управлению технологическим режимом наращивания вязкости поливинилхлоридного пластиэоля при производстве винипора, и может быть использовано в химической промьппленности.
Известен способ управления процессом перемешивания в реакторе полунепрерывного действия путем peryФ лирования скорости перейешивания в зависимости от вязкости перемешиваемой среды, регулирования подачи хладагента и корректировки скорости подачи дозируемого компонента f 13.
Недостатком данного способа управления является то, что образующаяся в результате перемешивания тепловая энергия не используется для нагрева перемешиваемой среды, а компенсируется изменением скорости подачи хлад- агента. Кроме того, корректировка рас хода дозируемых компонентов при производстве винипора приводит к изменению физических свойств готового продукта (объемного веса, пределов прочности при растяжении и сжатии, относительного. удлинения при растяжении), снижая его эксплуатационные качества.
Известен способ управления перемешиванием в реакторах периодического и полунепрерывного действия путем изменения скорости вращения мешалки в зависимости от вязкости перемешиваемой среды и подачи теплоносителя в рубашку для повышения температуры(2 3.
Недостатком данного способа управления йроуессом перемешивания в реакторах периодического и полунепрерывного действия является то,что использование теплоносителя для повышения температуры в процессе наращивания вязкости приводит к образованию ороговевшей пленки (нароста) на внутренних стенках реактора, что вызывает загрязнение перемешиваемой массы кусочками ороговевшей пленки, а также увеличение энергозатрат за счет ухудшения теплопередачи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления процессом наращивания вязкости поливинилхлоридного пластизоля путем регулирования конечной температуры смеси в зависимости от вязкости пластиэоля j3 1.
100282 2
Недостатком известного способа является повышение энергозатрат. Это объясняется тем, что данный способ не обеспечивает заданного времени технологического цикла (увеличивает его), так как необходимо, многократно повторять процесс перемешивания пластизоля, изменяя его конечную температуру.
f0 Увеличение времени приготовления
jMGccbl пластизоля с заданной вязкостйв вызывает увеличение энергозатрат, кроме того, снижает производительность технологической линии за счет простоя оборудования, расположенного на последующих стадиях за смесителем наращивания вязкости пластизоля. Данный способ не предусматривает выбора коррекции температурно-временного режима наращивания вязкости пластизоля.
Цель изобретения — сокращение энергозатрат.
ПоставЛенная цель достигается тем, что в способе управления процеся5 сом наращивания, вязкости поливинилхлоридного пластизоля путем регулирования конечной температуры смеси в зависимости отвязкости пластизоля, приготовленную смесь перемешивают определенное время, нагревают до определенной температуры, разбивают процесс на минимальное число временных интервалов, при котором ошибка определения вязкости пластиэоля по времени перемешивания и температуре не
35 превышает определенного значения, измеряют вязкость и температуру плаетизоля в начале каждого интервала, прогнозируют температуру в конце ин4О тервала в зависимости от измеренной вязкости и заданной вязкости в конце
Ф интервала и определяют скорость изменения температуры по измеренной температуре в начале данного интервала и прогнозируемой температуре в конце этого интервала.
Кроме того, скорость изменения температуры в интервалах повышения температуры регулируют числом оборотов мешалки, а на интервалах понижения температуры — скоростью подачи хладагента.
Способ управления базируется на использовании статистических характеИ рис тик процес са для выб ор а тем пер атурно-временного режима наращивания вязкости. Точность используемых приборов позволяет осуществлять контроль параметров в жестком интервале.
1100282 4 лы 0-20, 20-85, 85-150 и. 150-220 мин.
Кроме того, установлено, что абсолютное значение вязкости в конце 1,2 и
3 интервалов (начало 2, 3 и 4 интервалов) выражается через конечное значение вязкости зависимостью
1О где К вЂ” нормирующий коэффициент данного интервала; „- значение вязкости пласти15 золя в конце процесса наращивания., Для указанного состава смеси коэффициент М имеет значения 0,4, 0 5" .0,85 с точностью + 5 ..на 20,85 щ 150 мин процесса наращивания вязкости от начала перемешивания соответственно. Уравнения регрессии для принятых временных интервалов, имеют вид Гд 1. х<) ° 1, 85 — измеренные значения вязкости в начале 2, Зи 4 интервалов, текущее значение вяэкости на соот3 Для, решения задачи прогнозирования температуры в конце интервала. в соответствии с результатами обработки статистических данных весь процесс наращивания вязкости разделен на четыре временных интервала. Первый и второй интервалы соответствуют повышению температурной смеси. При выборе длительности первого временного интервала учитывается необходимость наиболее раннего времени введения коррекции режима, а также получение достоверных данных, показы-вающих тенденцию развития процесса наращивания вязкости. Статистическая обработка данных показывает, что через 20-22 мин перемешивания и конечной температуре 20-20,1 С отклонение вязкости конкретной партии смеси лежит в пределах 13-14% от вреднего значения, что позволяет вычислить температурно-временной режим второго интервала, завершение которого, как правило, совладает с окончанием нагрева. Деление оставшегося времени на Z5 третий и четвертый интервалы обуславливается закономерностями нарастания вязкости пластизоля на основе ПВХсмолы, которые характеризуются на третьем интервале резким возрастаниемЗО вязкости примерно в 2-2,5 раза, а на четвертом. интервале медленным ростом примерно на 14 15 . Указанное деление на временные интервалы подтверждается минимальными ошибками 35 уравнений регрессии (0,03-0,60 Па с), полученных при статистической обра1 ботке экспериментальных данных. Пример . Проводят управление наращиванием вязкости по предлагае- 4> мому способу. Для чего используют смесь эмульсионной .ПВХ-смолы марки "Волговинип Е-66П" 100 вес.ч. пласти- фикатор ДБФ 53 вес.ч. и пластификатор ДАФ 789 31 вес.ч. Предварительно для получений уравнений регрессии проводят серию опытов со смесями указанного состава и использованием крмпонентов одинаковых партий, в которых измеряют время пе- 50 ремешивания и вязкость смеси при по" вышении температуры от 20 до 30 С о и понижении от 30 до 20 о С. В резуль - тате обработки результатов установлено, что среднее время наращивания 55 вязкости пластизоля равно 220 мин, а наименьшие ошибки уравнения регрессии получены при делении на интерваq,/ 1, р = 1,004 (1, 167 — 0,0131 t + + 0,00015 t - }(2,535 — 0,13 Т + 0 00306 Тз ) g /< 85 = 1, 079 (О, 2149 + 00955 ) (6,528 — 0,39 Т + 0,00657Т ) 1 о = 1,0048 (-0,2466 + 0,01294t> + 0,00004 )(1, 74 1 — 0,6219 Т + 0,00127 Т ) ветствующем интервале Т вЂ” температура; — время. Приготовленную смесь перемешивают 20 мин, регулируя скорость перемешивания так, чтобы температура пластизоля достигла 20 С, измеряют вязкость о пластиэоля. По заданному значению вязкости пластиэоля в конце процесса наращивания вязкости и коэффициенту вычисляют значение вязкости в конце интервала.. По уравнению регрессии, длительности интервала, вычисленному значению вязкости в конце интервала и измеренной вязкости в начале интервала рассчитывают необходимую в конце интервала температуру. 11002 По разности температур в конце и в начале интервала и длительности интервала вычисляют скорость изменения температуры на данном интервале. По скорости изменения температуры рас- 5 считывают контрольные значения температуры в нескольких точках внутри интервала и производят ее регулирование в соответствии с вычисленными значениями. На интервалах повышения 10 температуры при разности измеренной температуры и ее контрольного значе. ния больше 0 уменьшается число оборотов двигателя мешалки, при указанной разности меньше 0 число оборотов 15 двигателя мешалки увеличивается. На интервалах понижения температуры смеси, когда прогнозируемая температура в конце интервала меньше измеренной в начале интервала, в рубашку 20 смешения подают хлодагент и регулирование осуществляют изменением скорости подачи хладагента. При разности измеренной температуры и контрольной больше О скорости подачи хладагента. 25 увеличивается, при меньше 0 — уменьшается. Перемешивание на этих временных интервалах осуществляется периодически со средней скоростью 3-4 об/мин.» В результате завершения процесса на- Зр ращивания вязкости эа время 220 мин получают пластизоль с вязкостью 8,7 Па с, при заданном конечном значении 8,5 Па с. Управление процессом наращивания вязкости по предлагаемому З способу осуществляется при исходной о температуре пластизоля TkeÄ =17,2 С. Перемешивание проводят со скоростью 176 об/мин с периодическим измерением температуры через 5 мин. Температурно-временной режим в интервале 0-20 мнн приведен в табл, 1. Через 20 мин после начала перемешивания измеренное значение вязкости 4,01 Па с. Рчсчетное значение вязкости через 85 "мин перемешивания 1 = 0,5,g = 4,25 Па -с. Отсюда отношение (y 1,059. Расчетное значение Тз - 23 С. Температуру пластиэоля измеряют с интервалом 10 мин. Температурно-временной режим в интервале 20-80 мин приведен в табл. 2. 5S Через 85 мин после начала перемешивания измеренное значение вязкости = 4,6 Па,с. 82 РаСчетное значение вязкости - 1 159 0,85, $„0„=. 7,23 Па.с, откуда от-. ношение ч,„ / h,зэ = 1,57. Расчетное значение 7, 29 С, время перемешивания Ф = 148 мин. Температуру измеряют с интервалом 10 мин. Температурно-временной режим в интервале 85-150 мин приведен в ° табл. 3. Через 150.мин измеренное значение вязкости 1„ = 7,4 Па с. Расчетное 1,гго(1,15о= 1, 148 ° расчетные Ткон 21 С 1 ко „= 220 мин. Температуру измеряют с интервалом 10 мин. Температурно-временной режим в интервале 150-220 мин приведен в табл. 4. При управлении процессом наращивания вязкости известным способом на базе тех же исходных компонентов и рецептуры получают вязкость 9 Па. с при 20 о С за 225 мин. Температурно-временной режим по известному способу приведен в табл.5. Введение в известный способ управления процессом наращивания вязкости пластизоля при производстве винипора коррекции температурно-временного режима процесса обеспечивает достижения заданного значения вязкости за оптимальный промежуток времени 220 мин. Выбор первого временного интервала длительностью 20-22 мин и доведение температуры массы до 20-20,1 С обеспечивают строго определенные тенденции развития процесса наращивания вязкости данной партии и определения режима коррекции на следующем интервале. Постоянная длительность процесса обеспечивает постоянство производительности технологической линии за счет полного использования оборудования. Ф Нагревание смеси за счет энергии внутреннего трения, возникающей при перемешивании пластиэоля, обеспечивает очистку внутренних стенок смесителя от ороговевшего слоя, так как тепло, возникающее от трения пластизоля с мешалкой и стенками смесителя, а так же от трения смежных слоев пластизоля, равномерно распределяется в массе пластизрля, не создавая перегрева на стенках смесителя, 1100282 Внедрение способа позволяет увеличить объем выпуска продукции в пересчете условно на винипор марки Д на 23,9%. Время перемешивания, мин 10 15 Ос 20 18,6 19,3 17,9 асчетная 20,1 19,2 17,3 18,9 )актическая П р и м е ч а н,и е. Для соблюдения расчетного температурного режима после > мин перемешивания двигатель мешалки отключают на 1 мин. Таблица 2 г,ос Время перемешивания, мин 40 30 50 21,07 21,55 22,03 22,52 23,0 20,58 20 57 ?асчетная атактическая 22,6 23,2 21,0 21,6 22,1 П р и м е ч а н и е. Для соблюдения расчетного температурного режима дви"атель мешалки включают. на 1,5 мин с интервалом 8,5 мин. 1 а Таблица 3 Время перемешивания, мин 0С 140 148 100 110 120 130 25 68 26 51 27 34 28 17 29 0 24,03 24,86 . 23,8 25,1 Расчетная 25 7 26 4 27 2 28 0 28 9 Фактическая П р и м е ч а н и е. Для соблюдения температурного режима двигатель мешалки включают на 2 мин 40 с с интервалом 7 мин 20 с. то приводит к улучшению теплового бмена при охлаждении смеси, улучше:ию материального баланса, повышению ачества пластизоля, обеспечивая его >днородность (отсутсвие обломков оро- овевшего слоя в массе пластизоля). (рименение предлагаемого способа упавления наращивания вязкости упроща.т и сокращает регламентные работы >а счет исключения необходимой очист-ig :и внутренней поверхности смесителя, величивается срок его эксплуатации. Использование для нагрева смеси энергии вязкостного трения обеспечивает достижение необходимой температуры пластизоля, позволяет оперативно управлять нагревом,. а так же снизить энергетические затраты на перемешивание на 20%. Таблица 1100282 Таблица 4 Т,. С Время перемешивания, мин 210 220 170 180 190 200 160 24, 43 23, 28 22, 14 20, 99 Расчетная 22,4 21,3 24,7, 23,6 Фактическая П р и м е ч а н и е. Для соблюдения расчетного температурного режима включение двигателя мешалки производится на 5 с с интервалом 9 мин 55 с, одновременно подают охлаждающий рассол. Конечное значение вязкости 1 „ „ „ = 8,7 Па с. Таблица 5 Время перемешивания, мин Режим измерения Нагревание Охлаждение 155 225 50 20 25 4,01 3,6 из% е Па с 30 8,7 9,0 5,1 П р и м е ч а н и е. Мешалка работает непрерывно в период нагрева со скоростью 46 об/мин, а в период охлаждения 3-4 с с интервалом 5 мин. Составитель В.Шувалов Редактор Н.Киштулинец Техред О.Неце Корректор В.Бутяга Заказ 4539/22 Тираж 469 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 27,86 . 26,71 28,1 26,9 25,57 25,8
