CN107138119A - 一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，包括智能系统和生产装置，智能系统包括一键启动系统，自动化控制系统和数据统计系统，生产装置包括原料罐、辅料罐、预乳化釜、引发剂釜、反应釜、后处理釜和成品罐，其中一键启动系统与生产装置信号连接，自动化控制系统分别与预乳化釜、引发剂釜、反应釜和后处理釜信号连接。本发明实现生产计划、执行、考核的全过程管理，有效减少人工干预和操作失误，减少操作人员，降低操作人员的劳动强度，缩短制造周期、提高产品质量、产品质量稳定，提高了生产效率，控制和降低生产成本，实现对生产过程的监控，简便了工艺操作流程，节能环保，智能化判断处理，降低了生产过程中安全事故的发生。

Description

一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺

技术领域

本发明具体涉及一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺。

背景技术

近年来，随着对环保及节能的重视，使用对人体无毒无害，对环境无污染的绿色环保涂料已经成为发展趋势。水性乳胶涂料由于其安全、无毒、无污染、节约能源而受到广泛使用，成为涂料发展的一个重要方向，新产品层出不穷。在水性涂料中占绝对优势的产品是乳胶涂料，常用的品种有纯丙烯酸系列、苯乙烯-丙烯酸系列、醋酸乙烯-丙烯酸系列及醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯系列等。其中丙烯酸酯涂料由于其涂膜具有优异的耐水、耐碱、耐光、耐老化性和保色性而得到广泛应用，具有低毒、对环境友好等性能，是建筑涂料体系中最具发展前途的一类产品。未来中国经济仍将保持较快增长，建筑市场将进一步日益扩大，对水性环保涂料、乳胶漆、防水涂料等建筑材料的需求增长势头依旧很猛。因此，作为这些建筑材料的主要原料，丙烯酸乳液市场必将会迎来又一次爆发性的增长。

目前全球对乳液聚合物的需求增长迅速。这主要得益于环保压力的增大，溶剂型产品受到限制。丙烯酸聚合物乳液因其出色的环保特性和优秀的性能也是获得良好发展的原因。

1)建筑乳液需求旺盛

我国建筑乳液的生产开始于20世纪80年代，现已成为我国建筑产业和涂料工业的主力军。自20世纪90年代中期，我国聚合物乳液从合成技术、品种、质量、生产规模、产量及应用技术等方面都取得了相当大的发展。2011年国内生产建筑涂料用丙烯酸乳液超过50万吨，占全国丙烯酸酯共聚物乳液产量的50％以上。

每年乳胶漆、防水涂料等建筑材料所需丙烯酸酯乳液达到100万吨，且每年还在以10％的速度增长。专家预测，随着中国城镇化的不断推进，这一黄金发展期还将持续20年以上的时间。

2)玻璃纤维网格布用丙烯酸聚合物乳液飞速发展

玻璃纤维硬而脆，需要浸渍涂布聚合物乳液以满足应用要求。丙烯酸聚合物乳液不含有机溶剂，无毒、无污染、耐酸碱性好，使用方便，耐老化性能优越，成本相对较低，是生产网格布的理想选择。

随着国内建筑节能产业的不断推进，玻璃纤维网格布产业近年来发展迅猛，2008年～2011年，全国玻璃纤维网格布生产量年均以18％的速度增长，2011年产量超过50亿平米，产值超过50亿元人民币。生产厂家主要集中在华北、华东及华南等经济发达地区。本厂早在2007年就研发并投产了玻璃纤维网格用丙烯酸聚合物乳液系列产品，近年来市场份额不断扩大，玻璃纤维网格用丙烯酸聚合物乳液目前已占我厂乳液总销量的15％左右。随着我国城市化进展的日益加快，玻璃纤维网格布产业的市场前景被普遍看好，玻璃纤维网格布用丙烯酸聚合物乳液的需求量将进一步增加。

3)丙烯酸酯纺织乳液

丙烯酸聚合物纺织乳液广泛用于无纺布、织物涂层等。据统计，全球目前无纺布市场总额超过200亿美元，其中1/3用于医疗卫生市场，其余用于消费领域和工业领域。2011年国内用于无纺布及织物涂层及后整理的丙烯酸聚合物乳液量约28万吨，预计每年增长15％以上。北京东方互益化工有限公司在2002年研发成功丙烯酸纺织乳液系列，在国内市场占有举足轻重的地位。近年来，针对汽车工业的爆发性增长，丙烯酸纺织乳液在这一领域的应用迅速扩展，我厂又专门开发出汽车内饰专用环保型丙烯酸乳液，迅速占领了这块高端市场。

4)丙烯酸酯压敏胶粘剂

丙烯酸共聚物乳液大量应用于压敏胶制品。目前美国、西欧、日本、中国等国家以及中国台湾地区的压敏胶粘剂的年销售量约为100万吨，压敏胶制品的年销售量约为245亿平方米。销售量最大的是美国，其后依次是西欧、中国大陆、中国台湾地区、日本。随着我国经济的迅速发展，包装及相关行业对压敏胶及其制品的需求量日益增长。压敏胶粘剂应用最快的增长领域是压敏标签，中国不干胶标签市场年均增长率将会达到12％，消费量将会从目前的16亿平方米增长到29亿平方米。以食品行业为例，标签可保持7％的年增长率。

国家财政部与国家税务总局于2015年联合发布了“关于对涂料征收消费税的通知”，即“为促进节能环保，经国务院批准自2015年2月1日起对涂料征收消费税，在生产、委托加工和进口环节征收，适用税率均为4％”。同时表示，对挥发性有机化合物(VOCs)含量低于420克/升(含)的涂料免征消费税。环保部门发布消息：在“十三五”期间全国将添VOCs总量控制因子，对氮氧化物和VOCs进行协同减排，并且明确规定将工业涂料中用于轿车、船只、集装箱、家私、工程机械和钢结构行业的工业涂料列入VOCs归纳管理。在这样的态势下，诸多涂料企业和行业专家认为中国将迎来水性工业涂料的“暖春”行情，水性工业涂料有望赶超建筑涂料在市场中的占有率，改变现有溶剂型涂料占据主导地位的局面。

然而，面对丙烯酸乳液如此高的需求量，现有的生产体系有一些不足，VOCs的无组织排放，造成环境污染，人工操作会产生误差与失误，产品质量不可控，出现问题时不以排查原因，生产效率低等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其结构要点在于：包括智能系统和生产装置，智能系统包括一键启动系统，自动化控制系统和数据统计系统，生产装置包括原料罐、辅料罐、预乳化釜、引发剂釜、反应釜、后处理釜和成品罐，其中一键启动系统与生产装置信号连接，自动化控制系统分别与预乳化釜、引发剂釜、反应釜和后处理釜信号连接。

作为优选的，自动化控制系统包括DCS控制系统、PLC控制系统和BATCH控制系统。

作为优选的，数据统计系统包括企业信息管理系统、进销存管理系统和人力资源管理系统。

作为优选的，原料罐的数量为五个，且每个原料罐下方均设有智能阀门。

作为优选的，辅料罐的数量为三十九个，且每个辅料罐上方均设有加料口，每个辅料罐下方均设有称重模块和智能阀门。

作为优选的，预乳化釜、引发剂釜、反应釜和后处理釜内均设有温度传感器、湿度传感器和压力传感器，且温度传感器、湿度传感器和压力传感器均与自动化系统信号连接，预乳化釜和引发剂釜内部均设有称重模块，预乳化釜和反应釜之间设有冷凝器。

作为优选的，成品罐为数个并联的罐体，且成品罐连接有自动罐装生产线。

作为优选的，后处理釜内设有VOCs活性炭吸收塔和过滤器。

作为优选的，生产工艺如下：

S1：预乳化，将丙烯酸类化合物、辅料和去离子水加入预乳化釜中搅拌，得到核单体；

S2：聚合，将核单体和引发剂同时滴入反应釜，反应温度40℃-90℃，反应3-4小时，得到混合乳液；

S3：混合过滤，将混合乳液放入后处理釜，进行过滤及废气后处理，得到成品；

S4：分装，成品通过自动罐装生产线，进行分装。

与现有技术相比，本发明实现生产计划、执行、考核的全过程管理，有效减少人工干预和操作失误，减少操作人员，降低操作人员的劳动强度，缩短制造周期、提高产品质量、产品质量稳定，提高了生产效率，控制和降低生产成本，实现对生产过程的监控，简便了工艺操作流程，节能环保，智能化判断处理，降低了生产过程中安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明的智能系统控制结构示意图；

图2为本发明的生产装置的结构示意图；

图中：1-智能系统，2-生产装置，3-一键启动系统，4-自动化控制系统，5-数据统计系统，6-原料罐，7-辅料罐，8-预乳化釜，9-引发剂釜，10-反应釜，11-后处理釜，12-成品罐，13-DCS控制系统，14-PLC控制系统，15-BATCH控制系统，16-企业信息管理系统，17-进销存管理系统，18-人力资源管理系统，19-智能阀门，20-称重模块，21-温度传感器，22-湿度传感器，23-压力传感器，24-冷凝器，25-自动罐装生产线，26-VOCs活性炭吸收塔，27-过滤器，28-加料口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的解释说明，但不限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案，一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，包括智能系统1和生产装置2，所述的智能系统1包括一键启动系统3，自动化控制系统4和数据统计系统5，所述的生产装置2包括原料罐6、辅料罐7、预乳化釜8、引发剂釜9、反应釜10、后处理釜11和成品罐12，其中一键启动系统3与生产装置2信号连接，自动化控制系统4分别与预乳化釜8、引发剂釜9、反应釜10和后处理釜11信号连接。

其中，在本实施例中，所述的自动化控制系统4包括DCS控制系统13、PLC控制系统14和BATCH控制系统15。

DCS控制系统13是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System)，在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

高可靠性：由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

开放性：DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。

易于维护：功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。

协调性：各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。

控制功能齐全：控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。

PLC控制系统14为可编程逻辑控制器，是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

(1)可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，提高了系统的可靠性。

(2)编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专业知识，就可进行编程。

(3)组态灵活。由于PLC采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。

(4)输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号(如直流或交流、开关量、数字量或模拟量、电压或电流等)，均有相应的模板可与工业现场的器件(如按钮、开关、传感电流变送器、电机启动器或控制阀等)直接连接，并通过总线与CPU主板连接。

(5)安装方便。与计算机系统相比，PLC的安装既不需要专用机房，也不需要严格的屏蔽措施。使用时只需把检测器件与执行机构和PLC的I/O接口端子正确连接，便可正常工作。

(6)运行速度快。由于PLC的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。

BATCH控制系统15为批处理控制系统，就是对某对象进行批量的处理，通常被认为是一种简化的脚本语言，它应用于DOS和Windows系统中。批处理文件的扩展名为bat。目前比较常见的批处理包含两类：DOS批处理和PS批处理。PS批处理是基于强大的图片编辑软件Photoshop的，用来批量处理图片的脚本；而DOS批处理则是基于DOS命令的，用来自动地批量地执行DOS命令以实现特定操作的脚本。更复杂的情况，需要使用if、for、goto等命令控制程式的运行过程，如同C、Basic等高级语言一样。如果需要实现更复杂的应用，利用外部程式是必要的，这包括系统本身提供的外部命令和第三方提供的工具或者软件。批处理程序虽然是在命令行环境中运行，但不仅仅能使用命令行软件，任何当前系统下可运行的程序都可以放在批处理文件中运行。

其中，在本实施例中，所述的数据统计系统5包括企业信息管理系统16、进销存管理系统17和人力资源管理系统18。

企业信息管理系统16汇合了离散型生产和流程型生产的特点，面向全球市场，包罗了供应链上所有的主导和支持能力，协调企业各管理部门围绕市场导向，更加灵活或“柔性”地开展业务活动，实时地响应市场需求。为此，重新定义供应商、分销商和制造商相互之间的业务关系，重新构建企业的业务和信息流程及组织结构，使企业在市场竞争中有更大的能动性。

企业信息管理系统16是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业信息管理系统。企业信息管理系统16是一个以管理会计为核心可以提供跨地区、跨部门、甚至跨公司整合实时信息的企业管理软件。针对物资资源管理(物流)、人力资源管理(人流)、财务资源管理(财流)、信息资源管理(信息流)集成一体化的企业管理软件。

企业信息管理系统16的提出与计算机技术的高度发展是分不开的，用户对系统有更大的主动性，作为计算机辅助管理所涉及的功能已远远超过MRP II的范围。企业信息管理系统16的功能包括除了MRP II(制造、供销、财务)外，还包括多工厂管理、质量管理、实验室管理、设备维修管理、仓库管理、运输管理、过程控制接口、数据采集接口、电子通讯、电子邮件、法规与标准、项目管理、金融投资管理、市场信息管理等等。它将重新定义各项业务及其相互关系，在管理和组织上采取更加灵活的方式，对供应链上供需关系的变动(包括法规、标准和技术发展造成的变动)，同步、敏捷、实时地作出响应；在掌握准确、及时、完整信息的基础上，作出正确决策，能动地采取措施。与MRP II相比，企业信息管理系统16除了扩大管理功能外，同时还采用了计算机技术的最新成就，如扩大用户自定义范围、面向对象技术、客户机/服务器体系结构、多种数据库平台、SQL结构化查询语言、图形用户界面、4GL/CASE、窗口技术、人工智能、仿真技术等等。

进销存管理系统17是对企业生产经营中物料流、资金流进行条码全程跟踪管理，从接获订单合同开始，进入物料采购、入库、领用到产品完工入库、交货、回收货款、支付原材料款等，每一步都为您提供详尽准确的数据。有效辅助企业解决业务管理、分销管理、存货管理、营销计划的执行和监控、统计信息的收集等方面的业务问题。

其中，在本实施例中，所述的原料罐6的数量为五个，且每个原料罐6下方均设有智能阀门19。

其中，在本实施例中，所述的辅料罐7的数量为三十九个，且每个辅料罐7上方均设有加料口28，每个辅料罐7下方均设有称重模块20和智能阀门19。

其中，在本实施例中，所述的预乳化釜8、引发剂釜9、反应釜10和后处理釜11内均设有温度传感器21、湿度传感器22和压力传感器23，且温度传感器21、湿度传感器22和压力传感器23均与自动化系统4信号连接，预乳化釜8和引发剂釜9内部均设有称重模块20，预乳化釜8和反应釜10之间设有冷凝器24。

其中，在本实施例中，所述的成品罐12为数个并联的罐体，且成品罐12连接有自动罐装生产线25。

其中，在本实施例中，所述的后处理釜11内设有VOCs活性炭吸收塔26和过滤器27。

其中，在本实施例中，所述的生产工艺如下：

S1：预乳化，将丙烯酸类化合物、辅料和去离子水加入预乳化釜中搅拌，得到核单体；

S2：聚合，将核单体和引发剂同时滴入反应釜，反应温度40℃-90℃，反应3-4小时，得到混合乳液；

S3：混合过滤，将混合乳液放入后处理釜，进行过滤及废气后处理，得到成品；

S4：分装，成品通过自动罐装生产线，进行分装。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：包括智能系统和生产装置，所述的智能系统包括一键启动系统，自动化控制系统和数据统计系统，所述的生产装置包括原料罐、辅料罐、预乳化釜、引发剂釜、反应釜、后处理釜和成品罐，其中一键启动系统与生产装置信号连接，自动化控制系统分别与预乳化釜、引发剂釜、反应釜和后处理釜信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的自动化控制系统包括DCS控制系统、PLC控制系统和BATCH控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的数据统计系统包括企业信息管理系统、进销存管理系统和人力资源管理系统。

4.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的原料罐的数量为五个，且每个原料罐下方均设有智能阀门。

5.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的辅料罐的数量为三十九个，且每个辅料罐上方均设有加料口，每个辅料罐下方均设有称重模块和智能阀门。

6.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的预乳化釜、引发剂釜、反应釜和后处理釜内均设有温度传感器、湿度传感器和压力传感器，且温度传感器、湿度传感器和压力传感器均与自动化系统信号连接，预乳化釜和引发剂釜内部均设有称重模块，预乳化釜和反应釜之间设有冷凝器。

7.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的成品罐为数个并联的罐体，且成品罐连接有自动罐装生产线。

8.根据权利要求1所述的一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的后处理釜内设有VOCs活性炭吸收塔和过滤器。

9.一种丙烯酸乳液智能化生产系统及生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺如下：

S1：预乳化，将丙烯酸类化合物、辅料和去离子水加入预乳化釜中搅拌，得到核单体；

S2：聚合，将核单体和引发剂同时滴入反应釜，反应温度40℃-90℃，反应3-4小时，得到混合乳液；

S3：混合过滤，将混合乳液放入后处理釜，进行过滤及废气后处理，得到成品；

S4：分装，成品通过自动罐装生产线，进行分装。