Способ управления процессом выделения синтетического каучука

 

Использование: в автоматизации процессов выделения в производстве синтетического каучука. Сущность изобретения: для повышения качества каучука и снижения энергозатрат в процессе выделения каучука измеряют приведенные мощности приводов грабель, шнека концентратора и виброконвейера сушилки, а также силу тока насоса на подаче пульпы каучука на агрегаты выделения. Управляют отключением агрегатов выделения в заданной последовательности в зависимости от останова агрегата в результате его перегруза или забивки трубопровода на линиях подачи пульпы в экспеллер или экспандер. Причем при останове виброконвейера сушилки отключают последовательно шнек и грабли концентратора, насос на подаче пульпы каучука и через заданный интервал времени - экспеллер и экспандер. При забивке трубопровода на линии подачи пульпы каучука в экспандер отключают экспандер, экспеллер, шнек и грабли концентратора, насос на подаче пульпы каучука на агрегаты выделения. При этом останов агрегата выделения и забивку трубопровода на линии подачи пульпы каучука в экспеллер и экспандер определяют по отклонению приведенной мощности агрегата от верхнего и нижнего допустимого значений соответственно. Заданный интервал времени отключения агрегатов устанавливают в диапазоне 2 - 30 с. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов производства синтетических каучуков, в частности выделения каучука, и может быть использовано в производстве каучука, СКИ, СКД и других производств в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ управления процессом выделения синтетического каучука водной дегазации путем стабилизации соотношения расходов полимеризата, циркуляционной воды, пульпы каучука и показателя pH пульпы, регулирования расхода антиагломерата в зависимости от приведенной мощности экспеллера и экспандера, которую определяют как произведение тока на число оборотов червячного вала агрегата [1].

Недостатком указанного способа является недостаточное качество получаемого каучука, так как в случае аварийных остановов агрегатов выделения, при перегрузках или забивке трубопровода подачи пульпы каучука в экспеллер и экспандер получается значительное количество некондиционного каучука.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ управления процессом выделения синтетического каучука, заключающийся в стабилизации расхода пульпы на агрегаты выделения и регулирования приведенных мощностей приводов экспеллера, экспандера и шнека концентратора [2].

При этом приведенные мощности приводов экспеллера и экспандера и шнека концентратора сравнивают с допустимыми пределами данных интервалов регулирования этих мощностей и определяют их отклонения. При входе приводной мощности экспеллера и экспандера в заданные интервалы регулирования изменяют расход пульпы пропорционально концентрации крошки каучука и корректируют его по отклонению приведенной мощности шнека концентратора, мощности экспеллера за допустимые пределы заданного интервала регулирования, корректируют число оборотов червячного вала экспеллера по отклонению приведенной мощности шнека концентратора и экспеллера, а число оборотов червячного вала экспандера корректируют по отклонению приведенной мощности шнека концентратора, экспеллера и экспандера.

Недостатком указанного способа является недостаточное качество получаемого каучука за счет образования некондиционного каучука при аварийных остановах агрегатов в результате их перегрузки или забивки трубопроводов подачи пульпы в экспеллер или экспандер, а также перерасход энергоресурсов.

Задачей изобретения является повышение качества каучука и снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе управления процессом выделения синтетического каучука, включающем подачу насосом пульпы каучука на агрегаты выделения, определение приведенной мощности шнека концентратора, экспеллера и экспандера как произведение силы тока на число оборотов вала соответствующего агрегата, дополнительно измеряют силу тока насоса на подаче пульпы каучука на агрегаты выделения, а также силу тока и число оборотов вала грабель концентратора и виброконвейера сушилки и определяют приведенную мощность мешалки концентратора и виброконвейера сушилки, причем при отклонении значения приведенной мощности по меньшей мере одного из агрегатов от верхнего допустимого значения осуществляют отключение соответствующего агрегата выделения и/или насоса с последующим отключением в заданной последовательности других агрегатов выделения и/или насоса подачи пульпы, при этом при останове виброконвейера сушилки отключают последовательно шнек и грабли конденсатора, насос подачи пульпы на агрегаты выделения и через заданный интервал времени экспеллер и экспандер, при остановке шнека концентратора отключают грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспеллер и экспандер, при остановке грабель концентратора отключают насос на подаче пульпы каучука и через заданный интервал времени - шнек концентратора, экспеллер и экспандер, грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспеллер и экспандер, при останове экспеллера отключают шнек и грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспандер и экспеллер, при останове экспандера отключают экспеллер, шнек и грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспандер, а при отклонении приведенной мощности экспандера и/или экспеллера от нижнего допустимого значения, что указывает на забивку трубопровода на линии подачи пульпы каучука на экспандер и/или экспеллер, отключают последовательно экспандер, экспеллер, шнек и грабли концентратора и насос подачи пульпы, при этом заданный интервал отключения агрегатов выделения устанавливают в диапазоне 2 - 30 с.

Благодаря тому, что в предложенном способе учитываются приведенные мощности всех агрегатов технологической линии выделения (грабель и шнека концентратора - экспеллера - экспандера - виброконвейера сушилки), по которым контролируют работоспособность агрегата, и при выходе из строя одного из агрегатов остальные останавливаются в оптимальной последовательности - все это обеспечивает снижение брака при аварийных остановках в результате их перегрузов.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом и примером реализации способа в производстве каучука СКИ-3.

Водная пульпа каучука с процесса дегазации откачивается насосом через грабли 2 в концентратор 3, откуда вода сливается, а крошка каучука подается шнеком 4 в экспеллер 5. Здесь происходит механический отжим влаги и далее частично обезвоженная крошка каучука поступает в экспандер 6, где при определенном давлении и температуре происходит удаление до 0,5%. Затем крошка каучука подается на виброконвейер сушилки, где происходит окончательное удаление влаги.

Высушенный каучук поступает далее на брикетированный пресс и установку. Схема управления состоит из датчика 8, тока насоса 1, пускателя 9 насоса, датчика 10 тока грабель 2, датчика числа оборотов привода грабель 2 пускателя 12, электродвигателя грабель, датчика 13 тока шнека концентратора, датчика 14 числа оборотов шнека концентратора, пускателя 15 электродвигателя шнека концентратора, датчика 16 тока экспеллера, датчика 17 числа оборотов шнека экспеллера, пускателя 19 электродвигателя шнека экспеллера 5, датчика 19 тока экспандера 6, датчика 20 числа оборотов шнека экспандера 6, пускателя 21 электродвигателя шнека экспандера 6, датчика 22 тока вибросита - виброконвейера сушилки, датчика 23 числа оборотов вала вибросита, пускателя 24 электродвигателя вибросита и управляющей вычислительной машины УВМ 25.

Информацию от указанных датчиков вводят в УВМ 25.

В процессе работы агрегатов выделения имеют место остановы, причинами которых являются перегрузы агрегатов за счет нарушения ритмичности подачи крошки каучука на агрегаты выделения, обуславливаемые включением - отключением агрегатов дегазации крошки каучука, а также за счет неоднородности крошки по размерам и структуре или концентрации в пульпе.

Показателем работоспособности любого из агрегатов выделения является приведенная мощность агрегата, определяемая как произведение тока на число оборотов вала привода агрегата.

При перегрузке агрегата выделения происходит увеличение приведенной мощности выше его допустимого значения.

Кроме того, при работе агрегатов выделения имеет место забивка крошкой каучуков, особенно на линиях подачи крошки в экспеллер или экспандер.

В этом случае приведенная мощность соответственно экспеллера и экспандера уменьшается и за счет холостой работы агрегата становится меньше нижнего допустимого предела.

Управление по предлагаемому способу осуществляют следующим способом.

По информации с датчика 10 тока и датчика 11 числа оборотов грабель концентратора 3 определяют приведенную мощность (N₁) грабель: N₁ = J₁ · n₁, (1) где J₁ - ток, потребляемый электродвигателем грабель, A; n₁ - число оборотов вала электродвигателя грабель, об/мин.

По информации с датчика 13 тока и датчика 14 числа оборотов шнека концентратора 3 определяют приведенную мощность M₂ шнека концентратора N₂ = J₂ · n₂, (2) где J₂ - ток, потребляемый электродвигателем шнека, A; n₂ - число оборотов вала электродвигателя шнека, об/мин.

По информации с датчика 16 тока и датчика 17 числа оборотов шнека экспеллера 5 определяют приведенную мощность N₃ экспеллера.

N₃ = J₃ · n₃, (3) где
J₃ - ток, потребляемый электродвигателем шнека экспеллера, A;
n₃ - число оборотов вала электродвигателя экспеллера, об/мин.

По информации с датчика 19 тока и датчика 20 числа оборотов шнека экспандера 6 определяют приведенную мощность N₄ экспандера.

N₄ = J₄ · n₄, (4)
где
J₄ - ток, потребляемый электродвигателем экспандера, А;
n₄ - число оборотов вала электродвигателя экспандера, об/мин.

По информации с датчика 22 тока и датчика 23 числа оборотов вала электродвигателя вибросита (виброконвейера) 7 сушилки определяют приведенную мощность N₅ вибросита.

N₅ = J₅ · n₅, (5)
где
J₅ - ток, потребляемый электродвигателем виброконвейера, А;
n₅ - число оборотов вала электродвигателя виброконвейера, об/мин.

По информации с датчика 8 контролируют отключение (ток равен 0) или включенное состояние насоса 8.

Сравнивают приведенные мощности агрегатов выделения с их верхними допустимыми значениями:
N₁ > N^в₁ доп - (6)
N₂ > N^в₂ доп - (7)
N₃ > N^в₃ доп - (8)
N₄ > N^в₄ доп - (9)
N₅ > N^в₅ доп - (10)
При выполнении вышеприведенных условий приведены следующие обозначения:
6 - перегруз привода грабель 2 концентратора 3;
7 - перегруз привода шнека 4 концентратора 3;
8 - перегруз привода вала экспеллера 5;
9 - перегруз привода вала экспандера 6;
10 - перегруз привода виброконвейера 7.

При перегрузке любого из указанных приводов агрегатов останавливают соответствующий агрегат, а также отключают в заданной последовательности другие агрегаты выделения, обеспечивающие минимальные потери каучука.

При останове виброконвейера 7 сушилки последовательно отключают (останавливают) через пускатель 24 привод виброконвейера 7 сушилки, через пускатель 12 грабли 2 концентратора 3, через пускатель 15 шнек 4 концентратора 3, через пускатель 9 насос 1 на подаче пульпы каучука. Затем включают таймер (реализуется программно в УВМ 25) временной задержки, по окончании которой отключают через пускатель 18 экспеллер 5 и через пускатель 21 экспандер 6.

При останове грабель 2 концентратора 3 отключают через пускатель 12 грабли 2, через пускатель 9 насос 1 на подаче пульпы, включают таймер временной задержки, по окончании которой отключают через пускатель 18 экспеллер 5 и через пускатель 21 экспандер 6.

При останове шнека 4 концентратора 3 отключают через пускатель 15 шнек 4, через пускатель 12 грабли 2, через пускатель 9 насос 1 на подаче пульпы каучука, включают таймер временной задержки, по окончании которой отключают через пускатель 21 экспандер 6.

При останове экспеллера 5 отключают через пускатель 15 шнек 4, через пускатель 12 грабли 2, через пускатель 9 насос 1 на подаче пульпы каучука, включают таймер временной задержки, по окончании которой отключают через пускатель 21 экспандер 7 и через пускатель 18 экспеллер 6.

При останове экспандера 7 отключают через пускатель 18 экспеллер 6, через пускатель 15 шнек 4, через пускатель 12 грабли 2, через пускатель 9 насос 1, включают таймер временной задержки, при окончании которой отключают через пускатель 21 экспандер 7.

Сравнивают приведенную мощность N₃ экспеллера 5 с ее нижним допустимым значением:
N₃<N₃ доп (11)
Если условие выполняется, что свидетельствует о забивке трубопровода крошкой каучука, то в этом случае отключают через пускатель 15 шнек 4, через пускатель 12 грабли 2, через пускатель 9 насос 1 и включают таймер временной задержки, по окончании которой отключают через пускатель 18 экспеллер 5 и через пускатель 21 экспандер 6.

Сравнивают приведенную мощность N₄ экспандера 6 с ее нижним допустимым значением:
N₄<N₄ доп (12)
Если условие выполняется, что означает забивку трубопровода перед экспандером крошкой каучука, то в этом случае отключают через пускатель 21 экспандер 6, через пускатель 18 экспеллер 5, через пускатель 15 шнек 4, через пускатель 12 грабли 2, через пускатель 9 насос 1.

Включение агрегатов выделения в работу производится оператором после устранения причин, вызвавших их отключение. Таким образом, учитывая ограничения по приведенной мощности агрегатов выделения и управляя остановами насоса, граблями и шнеком концентратора, экспеллером, экспандером и виброконвейером сушилки с заданным интервалом времени и в определенной оптимальной последовательности, добиваемся уменьшения количества некондиционного каучука, увеличение межремонтного пробега агрегатов выделения, что в итоге повышает количество получаемого каучука и снижает энергозатраты на 1 т каучука.

Экспериментальная проверка способа управления в промышленных условиях, проведенная в III квартале 1994 г. в цехе выделения на АО "Нижнекамскнефтехим", показала его эффективность и полезность. Ниже приводятся численные примеры, реализация способа в цехе выделения и таблица сравнительных результатов испытаний способа по сравнению с прототипом.

Пример. На вход установки выделения каучука подается пульпа для удаления воды.

G = 95 т/ч., с концентрацией п\крошки C_н = 6,5 мас.%.

Заданные верхние допустимые пределы приведенных мощностей агрегатов (произведение токов на число оборотов):
грабель концентратора N^в₁ доп = 75 А · об/мин;
шнека концентратора N^в₂ доп = 135 А · об/мин;
экспеллера N^в₃ доп = 2,1 · 10⁵ об/мин;
экспандера N^в₄ доп = 1,9 · 10⁵ А · об/мин;
вибросита (вибросушилки) N^в₅ доп = 1,3 · 10⁵ об/мин;
Заданные нижние допустимые пределы приведенных мощностей:
экспеллера N^в₃ доп = 1,9 · 10⁵А · об/мин;
экспандера N^в₄ доп = 1,85 · 10⁵А · об/мин.

Измеренные значения параметров:
ток, потребляемый электродвигателем грабель, J₁ = 2,0 А;
число оборотов вала электродвигателя грабель n₁ = 35 об/мин;
ток, потребляемый электродвигателем шнека, J₂ = 4,0 А;
число оборотов вала электродвигателя шнека n₂ = 35 об/мин;
ток, потребляемый электродвигателем экспеллера, J₃ = 1000 А;
число оборотов вала электродвигателя экспеллера n₃ = 195 об/мин;
ток, потребляемый электродвигателем экспандера, J₄ = 900 А;
число оборотов вала электродвигателя экспандера n₄ = 200 об/мин;
ток, потребляемый электродвигателем виброконвейера, J₅ = 80 А;
число оборотов вала электродвигателя виброконвейера n₅ = 1500 об/мин;
ток, потребляемый электродвигателем насоса, J₆ = 120 А.

Управление осуществляется следующим образом.

Определяем по формуле 1-5 приведенные мощности агрегатов выделения:
грабель N₁ = J₁ · n₁ = 2 · 35 = 70 А · об/мин
шнека N₂ = J₂ · n₂ = 4 · 35 = 140 А · об/мин
экспеллера N₃ = J₃ · n₃ = 1000 · 195 = 1,95 · 10⁵ А · об/мин
экспандера N₄ = J₄ · n₄ = 900 · 200 = 1,8 · 10⁵ А · об/мин
виброконвейера N₅ = J₅ · n₅ = 80 · 1500 = 1,2 · 10⁵ А · об/мин.

Контролируем по величине тока, потребляемого электродвигателем насоса, включенное состояние насоса (т.к. J₆ = 120 > 0).

Сравниваем в соответствии с формулами 6-10 приведенные мощности агрегатов с их верхними допустимыми значениями, в результате чего получим:
N₁ < N^в₁ доп (70 < 75)
N₂ < N^в₂ доп (140 > 135)
N₃ < N^в₃ доп (1,95 · 10⁵ < 2,1 · 10⁵)
N₄ < N^в₄ доп (1,8 · 10⁵ < 1,9 · 10⁵)
N₅ < N^в₅ доп (1,2 · 10⁵ < 1,3 · 10⁵)
Так как приведенная мощность шнека (N₂) превышает ее верхние допустимые значения, следовательно, электродвигатель шнека находится в стадии перегруза, а все остальные агрегаты перегруза не имеют.

В случае перегруза электродвигателя шнека отключаем автоматически с УВМ через пускатель 15 электродвигатель шнека 4. Отключаем с УВМ 25 через пускатель 12 электродвигатель грабель 2. Отключаем с УВМ 25 через пускатель 9 насос 1.

Включаем с УВМ 25 таймер временной задержки, сравниваем его с заданной задержкой, которая допустим равна τ^зад = 15 с (определяется экспериментально):
τ₂ ≥ τ^зад
При выполнении этого условия с УВМ 25 через пускатель 18 и через пускатель 2 отключаем экспандер 6.

Сравниваем по формулам 11 и 12 приведенные мощности экспеллера N₃ и экспандера N₄ с их нижними допустимыми значениями:
N₃ > N^в₃ доп (1,95 · 10⁵ > 1,9 · 10⁵)
N₄ < N^в₄ доп (1,8 · 10⁵ < 1,85 · 10⁵)
Следовательно, имеет место забивка трубопровода на линии подачи крошки каучука в экспандер. Отключаем автоматически с УВМ 25 через пускатель 21 экспандер 6. Отключаем также через пускатель 18 экспеллер 5. Отключаем также через пускатель 25 шнек 4. Отключаем через пускатель 12 грабли 2, отключаем через пускатель 9 насос 1.

Обратно включение агрегатов выделения в работу производится оператором после устранения причин, вызвавших отключение агрегатов.

Внедрение способа намечено на III кв. 1994 г. Ожидаемый эффект 53,0 млн. руб. в год.

Формула изобретения

Способ управления процессом выделения синтетического каучука, включающий подачу насосом пульпы каучука на агрегаты выделения, определение приведенной мощности шнека концентратора, экспеллера и экспандера как произведение силы тока на число оборотов вала соответствующего агрегата, отличающийся тем, что дополнительно измеряют силу тока насоса на подаче пульпы каучука на агрегаты выделения, а также силу тока и число оборотов вала граблей концентратора и виброконвейера сушилки и определяют приведенную мощность граблей концентратора и виброконвейера сушилки, причем при отклонении значения приведенной мощности по меньшей мере одного из агрегатов от верхнего допустимого значения осуществляют отключение соответствующего агрегата выделения и/или насоса с последующим отключением в заданной последовательности других агрегатов выделения и/или насоса подачи пульпы, при этом при остановке виброконвейера сушилки отключают последовательно шнек и грабли концентратора, насос подачи пульпы на агрегаты выделения и через заданный интервал времени экспеллер и экспандер, при останове шнека концентратора отключают грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспеллер и экспандер, при остановке граблей концентратора отключают насос на подаче пульпы каучука и через данный интервал времени - шнек концентратора, экспеллер и экспандер, при останове экспеллера отключают шнек и грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспандер и экспеллер, при останове экспандера отключают экспеллер, шнек и грабли концентратора, насос подачи пульпы и через заданный интервал времени экспандер, а при отклонении приведенной мощности экспандера и/или экспеллера от нижнего допустимого значения, что указывает на забивку трубопровода на линии подачи пульпы каучука на экспандер и/или экспеллер, отключают последовательно экспандер, экспеллер, шнек и грабли концентратора и насос подачи пульпы, при этом заданный интервал отключения агрегатов выделения устанавливают в диапазоне 2 - 30 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2