CN114213975A - 一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统 - Google Patents

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CN114213975A CN202111350171.3A CN202111350171A CN114213975A CN 114213975 A CN114213975 A CN 114213975A CN 202111350171 A CN202111350171 A CN 202111350171A CN 114213975 A CN114213975 A CN 114213975A
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Abstract

本发明公开了一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统和工艺，系统由在线测控系统及自动分离系统构成。基于检测流过带动搅拌器的直流电机电流、间接掌握松脂溶解情况为基础的在线测控系统，涉及物料类型检测及传送控制单元、物量检测控制单元、脂液溶解及温度控制单元、脂液分流控制单元、溶解剂投放装置、恒温调节装置及精脂液流量检测驱动控制系统；自动分离系统，由物料类型待测平台、前/后置物料传送带、粉碎机和研磨机、隔断倾倒装置、恒温搅拌式溶解器、脂液分流器、螺旋式固液分离器及离心式脂液精滤分离器构成。本发明克服了中温溶解用水量大及效率低下的不足，通过优化溶解与分离过程的参数、实现溶解/脱色剂的精准投放。

Description

一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统
技术领域
本发明涉及一种林产化学品制造领域，具体涉及一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，包括采集松脂和落地松脂溶解与分离工艺中的检测与控制方法、并依据该方法构成的一种自动生产系统。
背景技术
松脂的初级分离产品，可分为挥发性的松节油(单萜和倍半萜)及不挥发性的松香(二萜类物质)两大类。但从松脂的生产原料端来看，包含两类：一是含有微量杂质的单品种采集松脂或多品种混合采集松脂；二是带有泥土、树皮、松针和虫尸等杂质的“落地松脂”。松脂原料的实际加工一般是通过溶解、粗过滤、静置、澄清、过滤、蒸馏滤液及成品包装的工艺组合共同完成。其中，脂液是通过人工判断溶解程度及手动方式直接介入分离，实现生产从上一工序向下一工序的流动，整个溶解和分离过程无任何自动检测。如：一种利用天然松香及松香厂残渣废液生产松香的方法(CN200610018823.2)、一种制取高纯松香的方法(CN201410192782.3)、一种松香生产工艺(CN201810009160.0)、一种落地松香的生产方法(CN201410138853.1)、一种松香生产加工工艺(CN202010056583.5)等。包含上述专利在内的溶解方案中，虽然给出了溶剂用量的大小范围，但基本还得依赖操作工的经验。这种处理方式在应付单一品种的采集松脂时，还尚可随着经验的丰富有迹可循。但在处理多品种混合采集松脂及落地松脂溶解工艺时，由于松脂原料组分或杂质含量的不同，溶剂用量投放的大小难达精确。如溶剂用量过大，则造成直接浪费；反之，则达到溶解平衡的时间显著延长，或原料的有效成份提取及分离的不充分。
虽然在“一种制取高纯松香的方法(CN201410192782.3)”和“一种松香生产工艺(CN201810009160.0)”的专利中，采用了水洗的方式，可缩短溶解平衡的时间。但一方面会造成用水量较大；另一方面这两种专利方法，依其溶解配方在处理落地松脂时，其溶剂浪费和原料的有效成份提取不足的缺点，表现特别明显。
“一种落地松香的生产方法(CN201410138853.1)”和“一种利用天然松香及松香厂残渣废液生产松香的方法(CN200610018823.2)”虽然对落地松脂(松香厂残渣废液因杂质较高，也可广义上归为落地松脂)进行了一定利用，但在落地松脂的脂液溶解和分离工艺中，对松节油的有效收集、“黑松香”成品质量差的改变方面，效果并不理想。“一种松香生产加工工艺(CN202010056583.5)”，所述工艺包括：储脂池、计量槽、废渣回收装置等，实现松香生产加工一级品率提高。从其表述看，所涉及的是松脂脂液的后续加工，与松脂的溶解及脂液的分离仅存在工艺方面的上下游关联。“一种松香生产系统(CN201922248341.1)”包括溶解锅、高位过渡锅、澄清锅以及蒸馏锅等，并依次连接。从松香的生产过程来看，虽包含了溶解与分离工艺，但使用该生产系统的原料为落地松脂时，其松香产品为高杂质的“黑松香”，此为其一；其二，即使在处理多品种混合采集松脂时，溶解时溶剂用量的投放及溶解时间，都较为盲目。“一种从松香生产废水中回收挥发性物质的方法(CN201911020671.3)”，虽涉及广义落地松脂有效成分的回收，但其采用的是：废水静置、过滤、蒸馏等工艺，不包含溶解工艺。残成松脂有效成分提取方式效率低下，如不结合废水净化及回收，则经济效益小、实际应用价值不大。
此外，具有高附加值的松节油因对松酯的溶解能力极强，通常用其或其组合作为溶解剂。但无论是作为溶解剂或松脂的分离产品，往往都会在溶解高温加热过程中，容易形成异构物及聚合物，降低溶解能力及高效提取。
发明内容
本发明提供一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，包括采集松脂和落地松脂溶解与分离工艺中的检测与控制方法、并依据该方法构成的一种自动生产系统。
本发明所使用的技术方案如下：
一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，系统由在线测控系统及自动分离系统构成；
在线测控系统是基于检测流过带动搅拌器的直流电机电流，间接掌握松脂溶解情况为基础所组成的测量运算及控制系统，涉及了物料类型检测及传送控制单元、物量检测控制单元、脂液溶解及温度控制单元、脂液分流控制单元、溶解剂投放装置、恒温调节装置及精脂液流量检测驱动控制系统。
物料类型检测及传送控制单元：对置于物料类型待测平台的生产原料进行拍照，将所拍照片送至处理器，处理器调用设置的“颜色-图像识别”技术判断出物料类型，物料类型信息再由处理器返回至物料类型检测及传送控制单元、脂液分流控制单元，这两个单元将控制信息下达给控制对象的执行机构；
物量检测控制单元：利用重量传感器对堆积于隔断倾倒装置的物料重量进行判断，检测期间将重量信息发送给处理器，处理器将重量信息通过重量判断程序，当重量超过设定的阈值时，向物料检测控制单元下传隔断、倾倒指令，并由该单元向控制对象的执行机构传送；
脂液溶解及温度检测控制单元：通过测定带动搅拌体的直流电机电流，间接检测脂液溶解情况，处理器根据溶解情况控制溶解剂投放装置和恒温调节装置来调整全溶解剂投放量和脂液溶解器内/外层间的流体类保温介质的温度；
恒温调节装置：保证置于脂液溶解器内/外层间的流体类保温介质的温度为一恒值；
精脂液流量检测及驱动控制系统：采用流量传感器检测从脂液精滤分离器流出的溶液流速，通过启动和停止离心机的驱动系统，将精滤装置内残存的脂液快速脱离或停止。
优选地，脂液溶解情况的检测依据是：直流电机以某一恒定转速值运动时，由其电流决定的旋转力矩等于作用在搅拌体的反力矩，而在一定温度环境条件下、反力矩的大小又与脂液溶解情况中松脂多类分子综合运动的粘滞系数相关，由此，可得
电机电流I与脂液溶剂多类分子综合运动粘度μ的函数关系(1)式：
μ＝a0x+a1xI+a2xI2+…+anxIn (1)a0x…anx为电流各幂次项系数；
电流各幂次项系数可通过不同的I与μ组成一个联合方程组，通过矩阵计算多项式的系数值，并给予设置；由于松脂在一定的恒温溶解过程中，(1)式多项式选取的多寡，主要取决于原料的类型及可接受的计算复杂程度；
生产原料Ⅰ类(落地松脂)使用的溶解剂为碳酸二甲酯，脱色剂选择糠醛。工艺数学模型中的b1和c1是在一定溶解条件(如溶解温度、水料比等)下，Ⅰ类生产原料有效成份可高效率析出，溶解/脱色剂与原料的配比值经多组数值拟和后，确定的最优值。即：b1和c1过大，造成溶解/脱色剂的浪费和增大回收时的能耗；过小，原料有效成份析出时间过长、析出不完全或影响产品质量；其溶解工艺数学模型如式(2)：
Figure BDA0003355483360000041
生产原料Ⅱ类(采集松脂)使用的溶解剂为碳酸二甲酯，脱色剂选择草酸。工艺数学模型中的b2和c2的优化及影响，同生产原料为Ⅰ类时类似；采集松脂溶解工艺数学模型如式(3)：
Figure BDA0003355483360000042
优选地，全类型松脂溶解和分离工艺自动分离系统，由物料类型待测平台、前/后置物料传送带、粉碎机和研磨机、隔断倾倒装置、恒温搅拌式溶解器、脂液分流器、螺旋式固液分离器及离心式脂液精滤分离器构成。
优选地，自动分离系统，由物料类型待测平台、前/后置物料传送带、粉碎机和研磨机、隔断倾倒装置、恒温搅拌式溶解器、脂液分流器、螺旋式固液分离器及离心式脂液精滤分离器构成。
优选地，恒温搅拌式溶解器包括上方密闭的溶解锅，溶解锅置于密闭的水浴槽内，引水管两端分别接入溶解锅和水浴槽内部下方，溶解锅上方设有溶解剂投放管和脱色剂投放管，溶解锅内部设有搅拌器，溶解锅下方设有粗脂出口管，水浴槽上方还设有除氧纯净水入口管，溶解锅上方设有物料投放管，
水浴槽位于溶解锅底部下方发热盘。
优选地，除氧纯净水入口管上下分别设有上液位传感器、下液位传感器，水浴槽外侧设有保温层。
优选地，引水管、溶解剂投放管、脱色剂投放管、粗脂出口管、除氧纯净水入口管、物料投放管上设有阀门。
主要由引水管及其控制阀、物料投放管及其控制阀、溶解锅、搅拌器及与其刚性连接的直流电机、溶解剂投放管及其控制阀、脱色剂投放管及其控制阀、除氧纯净水入口管及其控制阀、粗脂出口管、外保温层、加热及控制器、发热盘、上/下液位传感器或其他检测元件及固定附件构成；
上/下液位传感器：主要是对恒温搅拌式溶解器中夹层的水位进行控制；
发热盘、加热及控制器：保证恒温搅拌式溶解器中夹层的水温在设定值附近；
螺旋式固液分离器：由旋式分离器、废渣收集器和对流式干燥机组成；
离心式脂液精滤分离器：将脂液完成精过滤；当精滤装置内仅存少量残液时，通过离心转动使残脂液与杂质快速分离。
采用所述的全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统进行全类型松脂溶解与脂液分离工艺，恒温状态下，所述全类型松脂溶解与脂液分离工艺流程如下：
步骤1，开始完成a0…an(a01、a11、a21、a31和a02、a12、a22、a32、a42、a52)参数的初始化；
步骤2，通过HSV颜色模型和区域图像形状特征提取方法的组合，对原料的照片进行逻辑分析、判断出物料类型是采集松脂(单品种采集松脂和多品种混合松脂)，还是落地松脂；
步骤3，根据判断出的物料类型，调用相对应的溶解工艺数学模型，为说明问题的方便，以生产原料Ⅰ类(落地松脂)为例进行说明；如为Ⅱ类，则将步骤4至步骤9的相关模型及参数进行对应更改即可；
步骤4，本次Ⅰ类生产原料投放完毕，且投放管开关阀已回归“闭合”状态，则启动全溶解剂(碳酸二甲酯及糠醛)的投放，初始投放量通过外置按键以数学模型基准值(m溶(0)、m脱(0))的80％至100％进行投放，同时，搅拌器直流电机上电和检测电机电流i0，计算初始脂液分子运动粘度μ(0)；
步骤5，判断生产原料溶解单元检测时间是否已达一个时间周期(9min)。如未达，就继续等待和检测直流电机电流；满足，则按函数关系式I＝f(i)，计算出以一定频率检测出的平均直流电机电流I；
步骤6，通过计算出的I和函数关系式μi＝f1(I)，计算当前的脂液分子运动粘度μ(i)；
步骤7，依据公式Δμ＝|μ(i)-μ(i-1)|计算当前与上一检测单元中的脂液分子运动粘度绝对差值，并与设置的差值阈值ε1进行比较；
步骤8，如脂液分子运动粘度绝对差值小于差值阈值ε1，则跳向步骤5至步骤7，进行下一单元周期全溶解剂的投放和直流电机电流的检测；其中，溶解剂的每次增投量按公式Δm溶＝0.02*m料进行投放，步长选为0.02是基于Ⅰ类生产原料的杂质通常为15％至30％时，Δμ变化程度与步长值间经多组数值拟和比较后，选定的最优值；脱色剂的每次增投量按公式Δm脱＝0.05*m料进行投放，步长选为0.05是基于产品颜色级改善程度与步长值间经多组数值拟和比较后，选定的最优值；反之，则跳向步骤9；
步骤9，当脂液分子运动粘度绝对差值等于或大于差值阈值ε1时，则启动粗脂液全溶解计时器、并开始计时；同时，一方面保持搅拌器转速700r/min对粗脂液继续搅拌；另一方面，判断全溶解时长是否达到90min；未达、停留在步骤9，达到、跳向步骤10；
步骤10，检测到粗脂液全溶解时长已达设定值，启动脂液分流控制单元，脂液分流控制单元通过电器互锁技术，一方面使搅拌器直流电机断电、另一方面启动脂液分流器控制阀，将生产原料为Ⅰ类的粗脂液经固液分离器、再传送至精滤分离器，或生产原料为Ⅱ类的粗脂液导向精滤分离器；
步骤11，根据粗脂液流向精滤分离器流速及管径的大小，设置一定的延时(如：3min)，再检测从精滤分离器流出的高纯脂液流速，当其流速低于设定值时，则启动离心机的驱动系统，使精滤装置高速转动，实现精滤装置内残存脂液快速脱离的目的；而当流速检测值再次小于设定值时，则控制驱动系统停止工作，向处理器发送“分流器可复位信息”、表达本次溶解分离结束信息；当处理器在本次工艺周期中还触发了控制系统的“传动可复位信号”，则复位信号全系统下传，系统全部复位，否则，仅脂液分流器复位。
本发明有益效果如下：
(1)有效避免了溶解过程中，溶解/脱色剂的盲目投放，有利于投放的精准。通过检测溶解器内驱动搅拌器中直流电机的电流，间接掌握松脂的溶解情况，实现了松脂溶解工艺的在线检测及溶解/脱色剂的自动投放。在溶解工艺过程中，过程参数能根据原料类型不同而变化，提高了控制的精准性。
(2)在“落地松脂”溶解和分离工艺的过程中，规避了操作工传统使用的敞开式原料溶解方式和人工直接分离的模式，构建了密闭的生产条件。而构建溶解和分离工艺过程的全密封生产环境，是提高“落地松脂”有效成分提取、降低松节油挥发损失的重要因素之一；此外，湿废渣经对流式干燥机出来的高温热风，使附着在废渣上的松节油汽化重新进入脂液，有利“落地松脂”松节油的回收。
(3)经离心工艺沉淀的分离水与除氧纯净水相似，分离水经亲油性物质处理后，再次作为溶解及水浴用水，克服了中温溶解工艺与用水量大的矛盾；另外，在中温溶解工艺及兼顾生产效率方面，实现了统一。松脂产品中的松节油，不仅有高附加值，而且亦可充当溶解剂。但松节油在高温时易挥发，且加热过程中易生成异构物和聚合物。采用中温溶解工艺、离心原理(固液分离及离心分离器)的组合技术，构造自动溶解和分离系统，从技术层面实现了矛盾的统一。
(4)因两类松脂原料所含杂质及氧化程度都存有显著差异、有效成份与杂质结合的牢固程度不同，在一定溶解条件下，通过多组数值拟和、确定溶解过程中各参数的最优值，实现生产原料有效成份的高效率析出。另外，即使两类原料等量投放，因其属性差别较大，所需溶解/脱色剂不仅存在量的差别、而且各自每次增投量配比相差悬殊，使用多组数值拟和比较后、选定溶解/脱色剂每次增投量的步长最优值。达到溶解初始阶段Δμ变化明显的目的，便于溶解过程中的检测和控制；同时，产品颜色级的改善相对稳定，使产品质量基本可控。
附图说明
图1全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统结构示意图；
图2恒温状态下全类型松脂溶解与脂液分离工艺测控流程图；
图3恒温搅拌式溶解器结构示意图，其中溶解锅1，水浴槽2内，引水管3，溶解剂投放管4，脱色剂投放管5，粗脂出口管7，除氧纯净水入口管8，上液位传感器9、下液位传感器10，物料投放管11，发热盘12，保温层13；
图4现场调研照片；
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，系统由在线测控系统及自动分离系统构成；
在线测控系统是基于检测流过带动搅拌器的直流电机电流，间接掌握松脂溶解情况为基础所组成的测量运算及控制系统，涉及了物料类型检测及传送控制单元、物量检测控制单元、脂液溶解及温度控制单元、脂液分流控制单元、溶解剂投放装置、恒温调节装置及精脂液流量检测驱动控制系统。
物料类型检测及传送控制单元：对置于物料类型待测平台的生产原料进行拍照，将所拍照片送至处理器，处理器调用设置的“颜色-图像识别”技术判断出物料类型，物料类型信息再由处理器返回至物料类型检测及传送控制单元、脂液分流控制单元，这两个单元将控制信息下达给控制对象的执行机构；
物量检测控制单元：利用重量传感器对堆积于隔断倾倒装置的物料重量进行判断，检测期间将重量信息发送给处理器，处理器将重量信息通过重量判断程序，当重量超过设定的阈值时，向物料检测控制单元下传隔断、倾倒指令，并由该单元向控制对象的执行机构传送；
脂液溶解及温度检测控制单元：通过测定带动搅拌体的直流电机电流，间接检测脂液溶解情况，处理器根据溶解情况控制溶解剂投放装置和恒温调节装置来调整全溶解剂投放量和脂液溶解器内/外层间的流体类保温介质的温度；
恒温调节装置：保证置于脂液溶解器内/外层间的流体类保温介质的温度为一恒值；
精脂液流量检测及驱动控制系统：采用流量传感器检测从脂液精滤分离器流出的溶液流速，通过启动和停止离心机的驱动系统，将精滤装置内残存的脂液快速脱离或停止。
优选地，脂液溶解情况的检测依据是：直流电机以某一恒定转速值运动时，由其电流决定的旋转力矩等于作用在搅拌体的反力矩，而在一定温度环境条件下、反力矩的大小又与脂液溶解情况中松脂多类分子综合运动的粘滞系数相关，由此，可得
电机电流I与脂液溶剂多类分子综合运动粘度μ的函数关系(1)式：
μ＝a0x+a1xI+a2xI2+…+anxIn (1)a0x…anx为电流各幂次项系数；
电流各幂次项系数可通过不同的I与μ组成一个联合方程组，通过矩阵计算多项式的系数值，并给予设置；由于松脂在一定的恒温溶解过程中，(1)式多项式选取的多寡，主要取决于原料的类型及可接受的计算复杂程度；
生产原料Ⅰ类(落地松脂)使用的溶解剂为碳酸二甲酯，脱色剂选择糠醛。工艺数学模型中的b1和c1是在一定溶解条件(如溶解温度、水料比等)下，Ⅰ类生产原料有效成份可高效率析出，溶解/脱色剂与原料的配比值经多组数值拟和后，确定的最优值。即：b1和c1过大，造成溶解/脱色剂的浪费和增大回收时的能耗；过小，原料有效成份析出时间过长、析出不完全或影响产品质量；其溶解工艺数学模型如式(2)：
Figure BDA0003355483360000101
生产原料Ⅱ类(采集松脂)使用的溶解剂为碳酸二甲酯，脱色剂选择草酸。工艺数学模型中的b2和c2的优化及影响，同生产原料为Ⅰ类时类似；采集松脂溶解工艺数学模型如式(3)：
Figure BDA0003355483360000102
优选地，全类型松脂溶解和分离工艺自动分离系统，由物料类型待测平台、前/后置物料传送带、粉碎机和研磨机、隔断倾倒装置、恒温搅拌式溶解器、脂液分流器、螺旋式固液分离器及离心式脂液精滤分离器构成。
优选地，恒温搅拌式溶解器包括上方密闭的溶解锅1，溶解锅1置于密闭的水浴槽2内，引水管3两端分别接入溶解锅1和水浴槽2内部下方，溶解锅1上方设有溶解剂投放管4和脱色剂投放管5，溶解锅1内部设有搅拌器6，溶解锅1下方设有粗脂出口管7，水浴槽2上方还设有除氧纯净水入口管8，溶解锅1上方设有物料投放管11，
水浴槽2位于溶解锅1底部下方发热盘12。
优选地，除氧纯净水入口管8上下分别设有上液位传感器9、下液位传感器10，水浴槽2外侧设有保温层13。
优选地，引水管3、溶解剂投放管4、脱色剂投放管5、粗脂出口管7、除氧纯净水入口管8、物料投放管11上设有阀门。
上/下液位传感器：主要是对恒温搅拌式溶解器中夹层的水位进行控制；
发热盘、加热及控制器：保证恒温搅拌式溶解器中夹层的水温在设定值附近；
螺旋式固液分离器：由旋式分离器、废渣收集器和对流式干燥机组成；
离心式脂液精滤分离器：将脂液完成精过滤；当精滤装置内仅存少量残液时，通过离心转动使残脂液与杂质快速分离。
采用所述的全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统进行全类型松脂溶解与脂液分离工艺，恒温状态下，所述全类型松脂溶解与脂液分离工艺流程如下：
步骤1，开始完成a0…an(a01、a11、a21、a31和a02、a12、a22、a32、a42、a52)参数的初始化；
步骤2，通过HSV颜色模型和区域图像形状特征提取方法的组合，对原料的照片进行逻辑分析、判断出物料类型是采集松脂单品种采集松脂和多品种混合松脂)，还是落地松脂；
步骤3，根据判断出的物料类型，调用相对应的溶解工艺数学模型，为说明问题的方便，以生产原料Ⅰ类落地松脂)为例进行说明；如为Ⅱ类，则将步骤4至步骤9的相关模型及参数进行对应更改即可；
步骤4，本次Ⅰ类生产原料投放完毕，且投放管开关阀已回归“闭合”状态，则启动全溶解剂碳酸二甲酯及糠醛)的投放，初始投放量通过外置按键以数学模型基准值m溶(0)、m脱(0))的80％至100％进行投放，同时，搅拌器直流电机上电和检测电机电流i0，计算初始脂液分子运动粘度μ(0)；
步骤5，判断生产原料溶解单元检测时间是否已达一个时间周期9min)。如未达，就继续等待和检测直流电机电流；满足，则按函数关系式I＝f(i)，计算出以一定频率检测出的平均直流电机电流I；
步骤6，通过计算出的I和函数关系式μi＝f1(I)，计算当前的脂液分子运动粘度μ(i)；
步骤7，依据公式Δμ＝|μ(i)-μ(i-1)|计算当前与上一检测单元中的脂液分子运动粘度绝对差值，并与设置的差值阈值ε1进行比较；
步骤8，如脂液分子运动粘度绝对差值小于差值阈值ε1，则跳向步骤5至步骤7，进行下一单元周期全溶解剂的投放和直流电机电流的检测；其中，溶解剂的每次增投量按公式Δm溶＝0.02*m料进行投放，步长选为0.02是基于Ⅰ类生产原料的杂质通常为15％至30％时，Δμ变化程度与步长值间经多组数值拟和比较后，选定的最优值；脱色剂的每次增投量按公式Δm脱＝0.05*m料进行投放，步长选为0.05是基于产品颜色级改善程度与步长值间经多组数值拟和比较后，选定的最优值；反之，则跳向步骤9；
步骤9，当脂液分子运动粘度绝对差值等于或大于差值阈值ε1时，则启动粗脂液全溶解计时器、并开始计时；同时，一方面保持搅拌器转速700r/min对粗脂液继续搅拌；另一方面，判断全溶解时长是否达到90min；未达、停留在步骤9，达到、跳向步骤10；
步骤10，检测到粗脂液全溶解时长已达设定值，启动脂液分流控制单元，脂液分流控制单元通过电器互锁技术，一方面使搅拌器直流电机断电、另一方面启动脂液分流器控制阀，将生产原料为Ⅰ类的粗脂液经固液分离器、再传送至精滤分离器，或生产原料为Ⅱ类的粗脂液导向精滤分离器；
步骤11，根据粗脂液流向精滤分离器流速及管径的大小，设置一定的延时如：3min)，再检测从精滤分离器流出的高纯脂液流速，当其流速低于设定值时，则启动离心机的驱动系统，使精滤装置高速转动，实现精滤装置内残存脂液快速脱离的目的；而当流速检测值再次小于设定值时，则控制驱动系统停止工作，向处理器发送“分流器可复位信息”、表达本次溶解分离结束信息；当处理器在本次工艺周期中还触发了控制系统的“传动可复位信号”，则复位信号全系统下传，系统全部复位，否则，仅脂液分流器复位。
自动分离系统工作原理是：同一类型的物料非连续性放置待测平台，控制系统会根据物料类型的检测结果，通过电气传动将前/后置物料传送带中的导向装置、依据物料类型自动调整物料进口和出口位置。实现落地松脂经经粉碎机加工成毫米级的颗粒、或采集松脂经研磨机加工成微米级的粉末，再将初步加工后的物料传送至隔断倾倒装置称重目的。当物料质量超过设定值、且物料倾倒控制系统未接收到“优先请求”时，就启动隔断倾倒装置，以阻断后置物料传送带与称重装置的通路、同时将物料自动倒进溶解器。这种情况下，隔断装置翻转后会触碰D4V-8168Z型行程开关，使前/后置物料传送带、粉碎机或研磨机同时断电，但不复位。直至处理器接在一个工艺周期内仅收到“分流器可复位信息”时，前/后置物料传送带、粉碎机或研磨机同时复电，开始下一周期的粗加工。
当处理器向物料倾倒控制系统发送“优先请求”时，说明本次物料为新装且和邻次物料类型不同。因前/后置物料传送带、粉碎机或研磨机内还残存邻次物料，必需将残存料处理完毕，才能开启下一个不同类型物料的处理。这种情况下，放置待测平台上的物料，不再向前置物料传送带投放物料，此为一方面；另外，直至检测物料倾倒装置上的物料质量不再增加时，才启动隔断倾倒装置动作，完成本批次原料的所有粗加工，并向处理器发送“传动可复位信号”。等待本次周期的“分流器可复位信息”的出现，全系统复位，做好处理不同类型物料的准备。
恒温搅拌式溶解器工作过程是：当隔断倾倒装置被启动时，同步旋转物料投放管控制阀，使物料投放管畅通。初加工的原料由物料投放管导入溶解锅，物料投放完毕，再次回旋物料投放管控制阀，关闭物料投放通道。接着开启引水管控制阀，利用压差，将置于溶解器夹层的温水引入溶解锅，当水量达到配比设定值时，自动关闭引水管控制阀；同时启动直流电机转动、打开溶解/脱色剂投放管控制阀。一方面，溶解/脱色剂根据所建数学模型进行投放，投放完毕后，关闭投放管控制阀。另一方面，当电机转速达到设定值时，开始检测电机电流，进入初料溶解阶段。
上/下液位传感器，主要是对恒温搅拌式溶解器中夹层的水位进行控制。传感器的类型选择上，可选接触式或非接触式类型。如：Y28型，但电容接触式传感器不宜。
发热盘、加热及控制器，其作用是保证恒温搅拌式溶解器中夹层的水温在设定值附近。
当溶解器内初料全溶解工艺完成，打开脂液分流器控制阀，并根据需要分别导向固液分离器或精滤分离器。
螺旋式固液分离器，由旋式分离器、废渣收集器和对流式干燥机组成。工作过程是：粗脂液经旋式分离器，实现固液分离；湿废渣经对流式干燥机出来的高温热风，使附着在废渣上的松节油汽化重新进入脂液，有利“落地松脂”松节油的回收；最后，干废渣沉积于收集器中。
离心式脂液精滤分离器，是一由微米级精滤装置组成的离心机。该段工艺处理目的，是将脂液完成精过滤。当精滤装置内仅存少量残液时，通过离心转动使残脂液与杂质快速分离。如此，由精滤分离器流出的高纯脂液，即可进入静置及蒸馏等后续工艺。此外，经离心工艺分离出的高纯脂液杂质微粒少，经后续沉淀工艺的分离水与除氧纯净水相似；由于油水界面表面张力的作用，油水虽经分层、但水层仍有少量松油，故分离水需经亲油性物质处理后，再次作为溶解及水浴用水，以克服中温溶解工艺与用水量大的矛盾。
上述系统应用于现场实例：
1)取产地江西，单品采集松脂原料类型中的马尾松150Kg。经研磨，水量按原料比为7:1注入，溶解/脱色剂分别为碳酸二甲酯/草酸，初始投放量以数学模型基准值m溶(0)、m脱(0))的80％进行投放。搅拌器转速500r/min，全溶解时长50min，水浴温度45℃。经实测，溶解/脱色剂投放量分别为52.8Kg和0.76Kg，松节油产出21.4Kg，松香产出118.5Kg。
2)多品采集松脂原料共150Kg，江西产地马尾松和四川产地云南松各75Kg。工艺过程如1)，实测溶解/脱色剂投放量分别为51.1Kg和0.73Kg，松节油产出18.3Kg，松香产出119.8Kg。
3)落地松脂原料共150Kg，产地湖北。经粉碎成不大于1mm颗粒，水量按原料比为9:1注入，溶解/脱色剂分别为碳酸二甲酯/糠醛，初始投放量以数学模型基准值的80％进行投放。搅拌器转速700r/min，全溶解时长90min，水浴温度60℃。经实测，溶解/脱色剂投放量分别为67.9Kg和96.4Kg，松节油产出近2.1Kg，松香产出106.7Kg、少量可达浅黄色。残渣干且蓬松，说明落地松脂有效成分残留较少。
通过上述实施例来解释本发明的技术方案，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述具体实施例才能实施。所属领域的技术人员在本发明基础上进行的任何改进，或者对本发明所选用的材料的等效替换等，均落在专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：系统由在线测控系统及自动分离系统构成；
在线测控系统是基于检测流过带动搅拌器的直流电机电流，间接掌握松脂溶解情况为基础所组成的测量运算及控制系统，涉及了物料类型检测及传送控制单元、物量检测控制单元、脂液溶解及温度控制单元、脂液分流控制单元、溶解剂投放装置、恒温调节装置及精脂液流量检测驱动控制系统。
物料类型检测及传送控制单元：对置于物料类型待测平台的生产原料进行拍照，将所拍照片送至处理器，处理器调用设置的“颜色-图像识别”技术判断出物料类型，物料类型信息再由处理器返回至物料类型检测及传送控制单元、脂液分流控制单元，这两个单元将控制信息下达给控制对象的执行机构；
物量检测控制单元：利用重量传感器对堆积于隔断倾倒装置的物料重量进行判断，检测期间将重量信息发送给处理器，处理器将重量信息通过重量判断程序，当重量超过设定的阈值时，向物料检测控制单元下传隔断、倾倒指令，并由该单元向控制对象的执行机构传送；
脂液溶解及温度检测控制单元：通过测定带动搅拌体的直流电机电流，间接检测脂液溶解情况，处理器根据溶解情况控制溶解剂投放装置和恒温调节装置来调整全溶解剂投放量和脂液溶解器内/外层间的流体类保温介质的温度；
恒温调节装置：保证置于脂液溶解器内/外层间的流体类保温介质的温度为一恒值；
精脂液流量检测及驱动控制系统：采用流量传感器检测从脂液精滤分离器流出的溶液流速，通过启动和停止离心机的驱动系统，将精滤装置内残存的脂液快速脱离或停止。
2.根据权利要求1所述的一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：
脂液溶解情况的检测依据是：直流电机以某一恒定转速值运动时，由其电流决定的旋转力矩等于作用在搅拌体的反力矩，而在一定温度环境条件下、反力矩的大小又与脂液溶解情况中松脂多类分子综合运动的粘滞系数相关，由此，可得
电机电流I与脂液溶剂多类分子综合运动粘度μ的函数关系(1)式：
μ＝a0x+a1xI+a2xI2+…+anxIn (1)a0x…anx为电流各幂次项系数；
电流各幂次项系数可通过不同的I与μ组成一个联合方程组，通过矩阵计算多项式的系数值，并给予设置；由于松脂在一定的恒温溶解过程中，(1)式多项式选取的多寡，主要取决于原料的类型及可接受的计算复杂程度；
生产原料Ⅰ类即落地松脂使用的溶解剂为碳酸二甲酯，脱色剂选择糠醛，其溶解工艺数学模型如式(2)：
Figure FDA0003355483350000021
生产原料Ⅱ类即采集松脂使用的溶解剂为碳酸二甲酯，脱色剂选择草酸；采集松脂溶解工艺数学模型如式(3)：
Figure FDA0003355483350000022
3.根据权利要求1所述的一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：自动分离系统，由物料类型待测平台、前/后置物料传送带、粉碎机和研磨机、隔断倾倒装置、恒温搅拌式溶解器、脂液分流器、螺旋式固液分离器及离心式脂液精滤分离器构成。
4.根据权利要求3所述的一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：恒温搅拌式溶解器包括上方密闭的溶解锅(1)，溶解锅(1)置于密闭的水浴槽(2)内，引水管(3)两端分别接入溶解锅(1)和水浴槽(2)内部下方，溶解锅(1)上方设有溶解剂投放管(4)和脱色剂投放管(5)，溶解锅(1)内部设有搅拌器(6)，溶解锅(1)下方设有粗脂出口管(7)，水浴槽(2)上方还设有除氧纯净水入口管(8)，溶解锅(1)上方设有物料投放管(11)，水浴槽(2)位于溶解锅(1)底部下方发热盘(12)。
5.根据权利要求3所述的一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：除氧纯净水入口管(8)上下分别设有上液位传感器(9)、下液位传感器(10)，水浴槽(2)外侧设有保温层(13)。
6.根据权利要求3所述的一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：引水管(3)、溶解剂投放管(4)、脱色剂投放管(5)、粗脂出口管(7)、除氧纯净水入口管(8)、物料投放管(11)上设有阀门。
7.根据权利要求3所述的一种全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统，其特征在于：主要由引水管及其控制阀、物料投放管及其控制阀、溶解锅、搅拌器及与其刚性连接的直流电机、溶解剂投放管及其控制阀、脱色剂投放管及其控制阀、除氧纯净水入口管及其控制阀、粗脂出口管、外保温层、加热及控制器、发热盘、上/下液位传感器或其他检测元件及固定附件构成；
上/下液位传感器：主要是对恒温搅拌式溶解器中夹层的水位进行控制；
发热盘、加热及控制器：保证恒温搅拌式溶解器中夹层的水温在设定值附近；
螺旋式固液分离器：由旋式分离器、废渣收集器和对流式干燥机组成；
离心式脂液精滤分离器：将脂液完成精过滤；当精滤装置内仅存少量残液时，通过离心转动使残脂液与杂质快速分离。
8.采用权利要求1-7任意一项所述的全类型松脂溶解与分离工艺测控及自动生产系统进行全类型松脂溶解与脂液分离工艺，其特征在于：恒温状态下，所述全类型松脂溶解与脂液分离工艺流程如下：
步骤1，开始完成a0…an(a01、a11、a21、a31和a02、a12、a22、a32、a42、a52)参数的初始化；
步骤2，通过HSV颜色模型和区域图像形状特征提取方法的组合，对原料的照片进行逻辑分析、判断出物料类型是采集松脂，还是落地松脂，采集松脂为单品种采集松脂或多品种混合松脂；
步骤3，根据判断出的物料类型，调用相对应的溶解工艺数学模型，为说明问题的方便，以生产原料Ⅰ类为例进行说明；如为Ⅱ类，则将步骤4至步骤9的相关模型及参数进行对应更改即可；
步骤4，本次Ⅰ类生产原料投放完毕，且投放管开关阀已回归“闭合”状态，则启动全溶解剂的投放，全溶解剂为碳酸二甲酯及糠醛，初始投放量通过外置按键以数学模型基准值(m溶(0)、m脱(0))的80％至100％进行投放，同时，搅拌器直流电机上电和检测电机电流i0，计算初始脂液分子运动粘度μ(0)；
步骤5，判断生产原料溶解单元检测时间是否已达一个时间周期，如未达，就继续等待和检测直流电机电流；满足，则按函数关系式I＝f(i)，计算出以一定频率检测出的平均直流电机电流I；
步骤6，通过计算出的I和函数关系式μi＝f1(I)，计算当前的脂液分子运动粘度μ(i)；
步骤7，依据公式Δμ＝|μ(i)-μ(i-1)|计算当前与上一检测单元中的脂液分子运动粘度绝对差值，并与设置的差值阈值ε1进行比较；
步骤8，如脂液分子运动粘度绝对差值小于差值阈值ε1，则跳向步骤5至步骤7，进行下一单元周期全溶解剂的投放和直流电机电流的检测；其中，溶解剂的每次增投量按公式Δm溶＝0.02*m料进行投放；脱色剂的每次增投量按公式Δm脱＝0.05*m料进行投放；反之，则跳向步骤9；
步骤9，当脂液分子运动粘度绝对差值等于或大于差值阈值ε1时，则启动粗脂液全溶解计时器、并开始计时；同时，一方面保持搅拌器转速700r/min对粗脂液继续搅拌；另一方面，判断全溶解时长是否达到90min；未达、停留在步骤9，达到、跳向步骤10；
步骤10，检测到粗脂液全溶解时长已达设定值，启动脂液分流控制单元，脂液分流控制单元通过电器互锁技术，一方面使搅拌器直流电机断电、另一方面启动脂液分流器控制阀，将生产原料为Ⅰ类的粗脂液经固液分离器、再传送至精滤分离器，或生产原料为Ⅱ类的粗脂液导向精滤分离器；
步骤11，根据粗脂液流向精滤分离器流速及管径的大小，设置一定的延时，如3min，再检测从精滤分离器流出的高纯脂液流速，当其流速低于设定值时，则启动离心机的驱动系统，使精滤装置高速转动，实现精滤装置内残存脂液快速脱离的目的；而当流速检测值再次小于设定值时，则控制驱动系统停止工作，向处理器发送“分流器可复位信息”、表达本次溶解分离结束信息；当处理器在本次工艺周期中还触发了控制系统的“传动可复位信号”，则复位信号全系统下传，系统全部复位，否则，仅脂液分流器复位。
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