CN1170163C - 醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法 - Google Patents

Abstract

一种醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法，在聚合釜上设置两个测压点，由差压变送器测量差压信号。在两测压点中间的聚合釜壁处设置一个物料温度测点，由物料温度变送器测量物料温度。在差压变送器附近设置一个环境温度测点，安装一个环境温度变送器测量环境温度。在测得上述三个信号的基础上，结合操作人员设定的甲醇配比信号，通过一系列简单的加减乘除运算得到醋酸乙烯聚合反应的聚合率。本发明通过建立聚合率与所测得信号间的简单对应关系，采用常规仪表实现连续在线检测，检测精度高，易于实现。

Description

醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法

技术领域：

本发明涉及一种醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法，用于对化工、高分子、塑料等过程工业的参数检测。

背景技术：

工业过程自动化是实现生产的安全、平稳、高效、优质和低耗的基本条件和重要保证，而为了对生产过程实施有效的控制，一个重要的前提就是要获得被控变量的信息。对具体的生产过程来说，真正希望得到控制的工艺参数大都是浓度、密度、聚合率、收率、粗汽油干点、轻柴油倾点、产率分布等直接反映装置情况和产品质量的所谓“质量参数”。但是，这些质量参数的检测十分困难，即便有一些相应的在线分析测量仪，由于分析测量过程通常具有很大的滞后特性，使得在过程控制系统实现时存在很大的困难。为此，一般的做法是通过控制温度、压力、液位和流量等所谓常规变量来达到控制质量指标的目的，但这些参数毕竟是间接变量，不能全面准确地反映过程的质量参数。

为解决浓度、密度、聚合率等质量参数的检测问题，目前采用的“软测量方法”利用可以测得的辅助变量，通过模型间接地估算主变量。应当说，在没有有效的检测手段的情况下，软测量是一种可以选择的实施方案。但它还存在一些不易解决的问题，例如，精度通常不够好；工况变化时，模型的在线修正困难等。

高分子聚合反应是一类具有重要意义的化学反应，例如，三大合成材料就是由聚合反应来获得的。为了使聚合反应过程安全稳定地运行，并保证产品的质量和产量、降低能耗，应当充分获得反应过程的信息，包括反应物浓度、密度、粘度，反应转化率、反应聚合度等，但遗憾的是，这些参数大都不能在线连续地获得，通常只能由化验室采样分析得到。显然，在信息不能及时准确地得到的情况下，要获得满意的结果是不可能的。

在目前技术条件下，为解决一些重要参数的检测问题经常采用所谓“软测量”技术，但一般来说，这种技术离真正工业应用还有一段距离。

国外大公司开发了一些在线质量分析仪(如粘度计，密度比重计等)，但是存在价格昂贵、维护困难、调试繁琐、时间滞后大等问题，使其应用受到很大限制。国内这方面的研究和开发非常落后，几乎完全依赖进口。

一般认为，质量参数(区别于温度、压力、流量、液位等常规参数)的检测是一个难度很大的问题，只能寄希望于新型的传感器技术。相比来说，检测技术的发展不能令人满意，实际上，它经常成为过程优化控制的致命问题。可以说，信息检测是过程优化控制的必要条件和根本保证，在一些情况下，只要能够获得过程的重要信息，控制本身并不是问题。

在醋酸乙烯聚合反应过程中，聚合率是一个关键参数，它表征反应单体醋酸乙烯转化为高分子聚醋酸乙烯的百分比。实际生产过程中，需要对聚合率的大小进行监视和控制。一般地说，如果聚合率低，则聚合反应进行得不够充分，影响产品产量，同时加重后续设备的负担；反之，如果聚合率高，则反应物的粘度大，造成输送的困难，尤其是当聚合率较高时，容易产生“爆聚”现象，对安全生产构成严重威胁。

目前，绝大部分厂家都没有醋酸乙烯聚合率在线检测系统，只能通过实验室化验来获得聚合率的信息，但化验结果的时间滞后太大(通常4小时化验一次)，对醋酸乙烯聚合反应过程的实时监视和控制已失去意义。有极个别厂家根据进料和不同生成物料的流量，通过物料衡算来推断聚合反应的聚合率，但这种方法主要存在两个问题：(1)对测量各物料流量的流量计的精度有较高的要求，这通常较难做到，或者代价过高；(2)其中反应生成物流量的测量点需设在脱单体塔的出口，物料从进聚合反应到测点位置仍然存在较大的时间滞后。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法，通过建立聚合率与所测信号间简单的线性对应关系，由常规仪表测得的信号来获得聚合率信息，实现连续在线检测，并且适用范围广。

为实现这样的目的，本发明根据聚合反应前醋酸乙烯单体比重和聚合反应后生成的聚合物，聚醋酸乙烯比重的不同，通过测量聚合釜中物料的比重，并结合进料配比计算聚合率的大小。其中，物料的比重通过测量聚合反应釜上两个测点间的差压信号来获得。为克服聚合釜内物料温度和环境温度变化的影响，需要进行相应的温度补偿，设置一个液体介质温度测点和一个环境温度测点来获得相应的信号。

本发明在醋酸乙烯聚合反应釜上设置两个测压点，它们之间的距离可在1000mm到1500mm之间，其中底部取压口中心点(正压室)距聚合釜圆柱形下端沿线200mm(不包括釜底部的锥形部分)。液体介质温度测点一个，位于两测压点中间。环境温度测点一个，置于差压变送器附近。

本发明系统采用的一次仪表有：

(a)双法兰微差压变送器：要求精度为0.1，量程及零点根据聚合率变化范围、聚合釜内物料温度和环境温度来确定，使得两测压点的差压在仪表的测量范围内。

(b)聚合釜内物料温度变送器：根据聚合釜内物料温度的变化范围，选用适当量程的温度变送器，误差在1℃内。一般的热电阻、热电偶即可达到要求。

(c)环境温度变送器：根据环境温度的变化范围，选用适当量程的温度变送器，误差在1℃内。一般的热电阻、热电偶即可达到要求。

系统采用的二次仪表：上述三个一次信号和甲醇配比信号(即进料中甲醇量和单体醋酸乙烯量的比例，它由专用的控制系统进行严格控制，为已知信号)作为输入信号进入二次仪表(包括集散控制系统，DCS)，能进行简单加减乘除运算的二次仪表均能用于本系统。

在测得上述三个信号的基础上，并结合甲醇配比信息，通过下面的系列运算即可得到聚合反应的聚合率：

            x1＝S/0.79

            x2＝(100-S)/0.93

            R＝100*x1/(x1+x2)

            k1＝0.8*dP+1.04*T1-0.9*T2+3.69*R

            k2＝2.6+0.052*(17-R)

            pr＝k1/1k2+c1

其中，S为甲醇配比信号；dP为差压变送器输出信号；T1为聚合釜内物料温度信号；T2为环境温度信号；x1，x2，k1，k2，R为中间变量；c1为系统调节、修正系数，其作用是使测量系统的调校方便易行，对具体的某个测量系统来说，它是唯一的可调节参数；pr为所求的结果，聚合反应的聚合率。

本发明具有以下明显优势和效果：

1.系统基于差压法原理，聚合率与所测的三个信号及已知的甲醇配比信号间具有简单确定的关系，易于实现。

2.采用常规仪表，性能稳定可靠，响应时间快(滞后时间小)，因而由此构成的闭环系统的控制效果好。

3.价格低，一套系统的成本大致为二万元人民币；维护方便，使用寿命长。

4.量程调整方便(只需在线调整零点迁移并设定参数c1)，可适用于大范围的聚合率测量，即实现对任意聚合率的测量而不需附加的硬件投入。

5.由于目前差压变送器的精度可达到0.1％以上，温度检测精度也高，因而本测量系统具有较高的精度，典型误差值为±1.0％以内。

附图说明：

图1为本发明的系统配置和安装示意图。

如图所示，在醋酸乙烯聚合反应釜(1)上，由3时引压管线(2)引出两个测压点，它们之间的距离可为1000mm到1500mm之间，其中底部取压口中心点(正压室)距聚合釜圆柱形下端沿线200mm(不包括釜底部的锥形部分)。通过3时法兰(3)(距聚合釜内壁150mm)，安装双法兰差压变送器(4)来测量差压信号，并用环境温度变送器(5)和物料温度变送器(6)分别测得环境温度和物料温度。结合甲醇配比信号(7)(由操作人员根据实际情况作为设定值输入)和上述差压信号、环境温度信号、物料温度信号，通过集散控制系统DCS(8)即可求出聚合率。

具体实施方式：

以下通过一个应用实例详细描述如何实现本发明。

工艺参数及其它参数为：甲醇配比S为15～20％；聚合率变化范围为50％到60％；聚合釜内物料温度变化范围为55℃到70℃；环境温度变化范围为-20℃到45℃。

系统配置和安装如图1。两个测压点之间的距离为1300mm，其中底部测压点距聚合釜圆柱形下端沿线200mm。通过双法兰差压变送器来测量差压信号，通过环境温度变送器和物料温度变送器分别测量环境温度和物料温度。上述测得的差压信号、环境温度信号、物料温度信号，以及操作人员设定的甲醇配比信号送入集散控制系统，求出聚合率。

差压变送器量程的选择：综合考虑聚合率变化、聚合釜内物料温度变化以及环境温度变化引起的差压变化，并留有适当的裕量，选量程为150mmH₂o。

差压变送器零点迁移：零点迁移在现场用手操器进行，做法是：使差压信号落在差压变送器的量程内。

c1由在线标定得到，它的取值应使上面聚合率的计算值与实际化验标定值相等。

聚合率测量误差值为±1％。

Claims (2)

1.一种醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法，其特征在于：在醋酸乙烯聚合反应釜(1)上设置两个测压点，通过引压管线(2)和连接法兰(3)，由双法兰差压变送器(4)测量差压信号，在两测压点中间的聚合釜壁处设置一个物料温度测点，由物料温度变送器(6)测量物料温度，在双法兰差压变送器(4)附近设置一个环境温度测点，安装一个环境温度变送器(5)测量环境温度，上述差压信号、物料温度信号及环境温度信号和操作员设定的甲醇配比信号(7)连接到集散控制系统(8)求出聚合率。

2.如权利要求1所述的醋酸乙烯聚合反应聚合率的在线连续检测方法，其特征在于求聚合率时采用下面的计算式：

              x1＝S/0.79

              x2＝(100-S)/0.93

              R＝100*x1/(x1+x2)

              k1＝0.8*dP+1.04*T1-0.9*T2+3.69*R

              k2＝2.6+0.052*(17-R)

              pr＝k1/k2+c1

其中，S为甲醇配比信号，dP为差压变送器输出信号，T1为聚合釜内物料温度信号，T2为环境温度信号，x1，x2，k1，k2，R为中间变量；c1为系统调节、修正系数。