CN101936866A - 丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置及其计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置，在丁苯橡胶装置聚合反应釜出口物料管道上通过大小头和胶浆原管道装置一段垂直测量管；大小头的大头端与垂直测量管密闭连通，大小头的小头端与胶浆原管道密闭连通；在垂直测量管上取两个测压点，利用微差压变送器测量胶浆流过两个测量点之间的垂直管道的压差；在两测压点中间的垂直测量管内中心处设置丁苯橡胶胶浆温度测点，利用温度变送器A测量胶浆温度；在微差压变送器附近位置设置环境温度测点，利用环境温度变送器B测量环境温度。将测得的三个信号数据传输至计算机系统进行计算。该方法采用常规仪表，性能稳定可靠，滞后时间小，响应时间快，闭环控制效果好。维护方便，使用寿命长。

Description

丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置及其计算方法

技术领域

本发明涉及丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置，以及这种检测装置的计算方法。属于橡胶过程工业的参数检测领域。

背景技术

丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，多数场合下可代替天然橡胶使用，主要用于轮胎工业、汽车部件、胶管、胶带、胶鞋、电线电缆及其它橡胶制品。

丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯单体为原料，采用岐化松香酸钾皂和脂肪酸皂为乳化剂，加入激发剂、活化剂及调节剂进行低温连续乳液聚合反应，控制反应转化率和胶浆门尼，当转化率达到规定的要求时，加入终止剂终止聚合反应^[1，2]。丁苯橡胶反应转化率表示反应单体转化为高分子的百分比，它是丁苯橡胶生产过程的关键质量指标，该指标控制的好坏直接决定了产品质量。丁苯橡胶聚合反应过程中必须对反应转化率进行监视和控制，如果转化率低于规定的下限值，则聚合反应进行得不够充分，影响产品产量和质量，同时加重后续设备的分离负荷；反之，如果转化率高于规定的上限值，则反应生成物的黏度变得很大，造成输送困难，某些情况下，转化率太高还会引起“爆聚”隐患，对安全生产构成严重威胁^[3]。

目前，对于丁苯橡胶的反应转化率，国内外还没有通过价格相对低廉、易于维护的常规仪表(如温度、流量、压差等的检测仪表)而实现的在线连续检测系统可供使用，生产企业一般是每隔2-4小时取样采用干物质法通过繁琐的实验室分析方法获得其数据。所谓干物质法，即：取胶乳样品，加入适量终止剂，加热蒸发出未发生反应的单体及水，干燥至质量恒定，测定聚合物质量，根据胶乳中单体和聚合物的质量关系计算出单体的转化率；也可以在取出的胶乳样品中加入凝聚剂，将凝聚得到的聚合物烘干测定聚合物质量。可见干物质分析方法不仅工作量大，而且分析结果时间滞后太大，无法满足对丁苯橡胶聚合反应过程进行实时监视和控制的要求。

因此，十分有必要开发简单实用、稳定可靠的丁苯橡胶反应转化率在线连续检测系统。

[1]林孔勇，橡胶工业手册，化学工业出版社，1993

[2]赵德仁，张慰盛，高聚物合成工艺学(第二版)，化学工业出版社，1997

[3]陆书来，张欣颖，东升魁，提高转化率对乳聚丁苯橡胶性能的影响，合成橡胶工业，2006，29(3)：170～173.

发明内容

本发明的目的是为了提供一种丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置及其方法，以解决现有技术的上述问题。

本发明的目的可以通过如下技术方案来实现。

一种丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置，在丁苯橡胶装置聚合反应釜出口物料管道上通过大小头和胶浆原管道设置一段长1200mm至1600mm、直径300mm至500mm的垂直测量管；大小头的大头端与垂直测量管密闭连通，大小头的小头端与胶浆原管道密闭连通；在垂直测量管上取两个间距600mm至800mm的测压点，两测点上下各保留200mm至400mm垂直测量管段，测量点通过引压管线与毛细管远传微差压变送器连接，并利用此微差压变送器测量胶浆流过上述两个测压点之间的垂直测量管的压差；在两测压点中间的垂直测量管内中心处设置丁苯橡胶胶浆温度测点一个，通过温度变送器A测定胶浆温度；在微差压变送器附近位置设置环境温度测点一个，通过温度变送器B测定环境温度。将通过上述方法测得的压差、胶浆温度、环境温度共计三个信号数据传输至计算机系统进行计算。

所述的垂直测量管与连接法兰之间的引压管上各安装一个阀门，以便于差压变送器的调试维修。

所述的反应釜出口物料管道和垂直测量管道之间设置有阀门，以控制物料的流量。

丁苯橡胶反应转化率的计算方法：

1)在测得上述三个信号的基础上，由式(1)计算丁苯橡胶胶浆密度D：

D＝p+d₁T₁+d₂T₂        (1)

其中，D：胶浆的密度信号；p：微差压变送器的输出信号；T₁：胶浆温度信号，因胶浆温度影响其密度，该信号用于胶浆密度的校正；T₂：环境温度信号，因微差压变送器毛细管填充液体积会由于环境温度变化热胀冷缩而引入测量压差误差，该信号用于测量压差的校正；d₁、d₂：参数。

式(1)中，p、T₁、T₂三个信号采用常规测量仪表直接测量，d₁、d₂两个参数可利用生产企业现场数据由最小二乘法回归得到。

2)在由式(1)获得胶浆密度信息的基础上，考虑物料配比的影响，由下式(2)计算丁苯橡胶的反应转化率J：

$J=\frac{D-x_1+x_2-x_3}{m}+k---\left(2\right)$

其中，J：丁苯橡胶反应转化率信号；D：胶浆密度信号；x₁、x₂、x₃：与物料配比相关的中间变量m、k为参数。

式(2)中，各中间变量x₁、x₂、x₃分别定义如下：

x₁＝c₁(r₁-n₁)            (3)

x₂＝c₂(r₂-n₂)            (4)

x₃＝c₃(r₃-n₃)            (5)

式(3)、(4)、(5)中，r₁、r₂、r₃：分别为水对单体的实际配比值、单体中丁二烯和苯乙烯的实际配比值、其他组分对单体的实际配比值；n₁、n₂、n₃：分别对应于r₁、r₂、r₃的基准配比值，其值由配方决定；c₁、c₂、c₃：参数。

上述丁苯橡胶反应转化率的转换计算式为多变量线性关系，式(1)至(5)中的各参数均通过现场数据由最小二乘法回归得到。

本发明的在线连续检测装置和计算方法，具有以下有益效果：反应转化率与所测的三个信号之间具有线性关系，易于实现。采用常规仪表，性能稳定可靠，滞后时间小，响应时间快，闭环控制效果好。维护方便，使用寿命长。量程调整方便，适用于反应转化率变化范围较大的场合，不需附加任何硬件投入即可实现对任意数值反应转化率的检测。由于目前差压变送器精度可达到0.1％以上，温度检测精度也高，故本发明测量系统具有较高的精度，典型误差值为±1％。

附图说明

图1为本发明的在线连续检测装置示意图；

图中：1-胶浆原管道    2-大小头    3-垂直测量管；    4-引压管线    5-微差压变送器；    6-温度变送器A    7-温度变送器B    8-阀门。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术要点。

如图1所示的一种丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置，在丁苯橡胶装置聚合反应釜出口物料管道上通过大小头2和胶浆原管道1设置一段长1200mm至1600mm、直径300mm至500mm的垂直测量管3，大小头的大头端与垂直测量管3密闭连通，大小头2的小头端与胶浆原管道1密闭连通；在垂直测量管3上取两个间距600mm至800mm的测压点，两测点上下各保留200mm至400mm垂直测量管3，测量点通过引压管线4与毛细管远传微差压变送器5连接，并利用微差压变送器5测量胶浆流过两个测压点之间的垂直测量管3的压差；在两测压点中间的垂直测量管3内中心处设置丁苯橡胶胶浆温度测点一个，利用温度变送器A6测定胶浆温度；在微差压变送器5附近位置设置环境温度测点一个，通过温度变送器B7测定环境温度。将上述测得的压差、胶浆温度、环境温度共计三个信号数据传输至计算机系统进行计算。

所述的反应釜出口物料管道和胶浆原管道1之间设置有阀门8，以控制物料的流量。

本发明所采用的一次仪表：

(a)双法兰微差压变送器：精度0.1，量程及零点根据丁苯橡胶反应转化率的变化范围、丁苯橡胶胶浆的温度和环境温度确定，使两测点差压处于仪表测量范围之内。

(b)丁苯橡胶胶浆温度变送器：误差1℃之内的普通热电偶或热电阻温度变送器，量程根据丁苯橡胶胶浆温度的变化范围确定。

(c)环境温度变送器：误差1℃之内的普通热电偶或热电阻温度传感器，量程根据环境温度的变化范围确定。

本发明所采用的二次仪表：

上述三个一次信号作为输入信号进入二次仪表，能进行简单加减乘除运算的二次仪表均可满足要求。

下面通过一个应用实例详细说明本发明的实施方案。

工艺参数及其它参数：

原料的基准配比值：水对单体190∶100，

                  单体中丁二烯和苯乙烯72∶28，

                  其他组分对单体5∶100；

原料的实际配比值：水对单体195∶100，

单体中丁二烯和苯乙烯78∶22，

其他组分对单体6∶100；

差压变送器的量程：150mmH₂O；

测得的三个信号：压差102mmH₂O，胶浆温度5℃，环境温度10℃；

转化率的实验室取样分析结果：68.3

式(1)至(5)中的各参数均通过现场数据由最小二乘法回归得到，其值应使转化率的计算值与实际化验结果值相等。

上述实例中，式(1)至(5)中有关参数取值为：p＝105mmH₂O，T₁＝5℃，T₂＝10℃；r₁＝195，r₂＝78，r₃＝6；n₁＝190，n₂＝72，n₃＝5。

在上述实例情况下，回归得到的各参数值如下：

d₁＝0.042，d₂＝-0.6；

c₁＝0.24，c₂＝0.75，c₃＝0.65；

m＝1.279，k＝-8.99

Claims (4)

1.一种丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置，其特征在于：在丁苯橡胶装置聚合反应釜出口物料管道上通过大小头和胶浆原管道设置一段长1200mm至1600mm、直径300mm至500mm的垂直测量管；大小头的大头端与垂直测量管密闭连通，大小头的小头端与胶浆原管道密闭连通；在垂直测量管上取两个间距600mm至800mm的测压点，两测点上下各保留200mm至400mm垂直测量管段，测量点通过引压管线与毛细管远传微差压变送器连接；在两测压点中间的垂直测量管内中心处设置丁苯橡胶胶浆温度测点一个，设置有温度变送器A测定胶浆温度；在微差压变送器附近位置设置环境温度测点一个，设置有温度变送器B测定环境温度。

2.所述的垂直测量管与连接法兰之间的引压管上各安装一个阀门。

3.根据权利要求1所述的丁苯橡胶反应转化率的在线连续检测装置，其特征在于：所述的反应釜出口物料管道和垂直测量管道之间设置有阀门。

4.根据权利要求1所述的丁苯橡胶反应转化率的计算方法，其特征在于：

1)在测得上述三个信号的基础上，由式(1)计算丁苯橡胶胶浆密度D：

D＝p+d₁T₁+d₂T₂            (1)

其中，D：胶浆的密度信号；p：微差压变送器的输出信号；T₁：胶浆温度信号，因胶浆温度影响其密度，该信号用于胶浆密度的校正；T₂：环境温度信号，因微差压变送器毛细管填充液体积会由于环境温度变化热胀冷缩而引入测量压差误差，该信号用于测量压差的校正；d₁、d₂：参数；

式(1)中，p、T₁、T₂三个信号采用常规测量仪表直接测量，d₁、d₂两个参数可利用生产企业现场数据由最小二乘法回归得到；

2)在由式(1)获得胶浆密度信息的基础上，考虑物料配比的影响，由下式(2)计算丁苯橡胶的反应转化率J：

$J=\frac{D-x_1+x_2-x_3}{m}+k---\left(2\right)$

其中，J：丁苯橡胶反应转化率信号；D：胶浆密度信号；x₁、x₂、x₃：与物料配比相关的中间变量；m、k为参数；

式(2)中，各中间变量x₁、x₂、x₃分别定义如下：

x₁＝c₁(r₁-n₁)        (3)

x₂＝c₂(r₂-n₂)        (4)

x₃＝c₃(r₃-n₃)        (5)

式(3)、(4)、(5)中，r₁、r₂、r₃分别为水对单体的实际配比值、单体中丁二烯和苯乙烯的实际配比值、其他组分对单体的实际配比值；n₁、n₂、n₃：分别对应于r₁、r₂、r₃的基准配比值，其值由配方决定；c₁、c₂、c₃：参数；

上述丁苯橡胶反应转化率的转换计算式为多变量线性关系，式(1)至(5)中的各参数均通过现场数据由最小二乘法回归得到。

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