通過計算機實現熱塑性彈性體聚合程序控制

摘 要:本文介紹了通過計算機實現熱塑性彈性體SBS的聚合工藝的邏輯控制，利用先進的計算機系統實現聚合反應的控制全過程。文章就程序中的分段控制進行計算機語言的實現和關鍵聚合反應熱的計算機實現進行編程，達到計算機語言與工業化的程序控制相結合，優化和完善現有的工業化控制程序，提高實際生產的安全性、準確性和及時性。

關鍵詞:熱塑性彈性體 計算機 程序控制

中圖分類號:TQ334文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0091-01

前言

熱塑性彈性體SBS屬于苯乙烯類熱塑性彈性體的一個品種，即所謂的苯乙烯S與丁二烯B的嵌段共聚物。苯乙烯類熱塑性彈性體兼具熱塑性塑料的易加工性和硫化橡膠的高彈性，是目前高分子材料開發和應用的很熱門領域。生產合格熱塑性彈性體SBS的核心工作是聚合程序的邏輯編寫和組態，本人利用暑假實習機會，有幸參與了這項工作，并在工人師傅和技術人員的指導下完成了這項工作。下面就聚合程序的邏輯說明和計算機語言實現兩個方面重點說明和討論。

1 生產過程工藝控制簡述

精制合格的環己烷經計量后送入換熱器預熱，預熱到規定溫度的環己烷在聚合釜內與加入的苯乙烯混合，使0～10℃的苯乙烯被加熱到指定溫度。聚合釜液位≥30%，聚合釜攪拌啟動，使兩種物料在開始聚合前混合均勻。在釜溫達到規定反應起始溫度時，快速地加入丁基鋰溶液，聚合反應開始，釜內溫度迅速上升，溫度控制系統自動調節夾套供水量以控制溫度。丁二烯的加料必須是在第一段單體苯乙烯完成反應后才能進行。在確定丁二烯完全參加反應達到一定轉化率后，即可投入苯乙烯。三段反應后，將終止劑經計量后加入聚合釜進行終止反應。

2 聚合控制程序的批量操作

如果反應在自動控制模式，描述的操作根據步驟由程序自動執行。 在反應器中生產不同牌號的SBS產品時，所需的10個步驟在下面章節進行描述。

(1)初始化模塊

①初始化模塊功能是檢查各項開車條件是否滿足。初始化模塊主要分以下內容:

程序根據下面的等式校檢所有進入反應器的配方量之和在最大量和最小量之間。

Qtot=Qsolv(溶劑)+Qsty(苯乙烯)+QBDE(丁二烯)

QMIN< Qtot

QMIN=30000kg，QMAX=40000kg，并QBDE<4600kg

②所有的閥門必須要關閉。

(2)加料過程模塊

程序進入加料過程模塊，該模塊的功能是完成溶劑、苯乙烯、活化劑的加料和混合，以及確保混合料的溫度達到引發溫度。

(3)一段反應模塊

一段反應模塊功能是添加引發劑，通過循環水系統控制釜溫達到設定值，并判定是否完成反應。

程序進入一段反應模塊，啟動引發劑加料子程序，加料程序結束，開始一段反應。

當溫度壓力達到設定值，一段反應結束。

(4)二段反應模塊

二段反應模塊功能是調用丁二烯加料子程序實施丁二烯加料，并通過循環水系統控制釜溫達到設定值。

開始二段反應。

當溫度壓力達到設定值，二段反應結束。

(5)三段反應模塊

三段反應模塊功能是，添加苯乙烯。

程序進入三段反應模塊調用苯乙烯加料子程序，子程序運行完畢，啟動計時器，當時間大于三段反應時間設定值，三段反應完畢。

(6)終止反應模塊

終止反應模塊功能是添加終止劑，并根據反應時間判定是否反應完畢。

程序進入終止反應模塊調用終止劑加料子程序，子程序運行完畢，啟動計時器，當時間大于終止反應時間設定值，終止反應完畢。

(7)結束

這步是操作程序的最后一步，必須包括。在這一步中所有收集的數據必須存儲在一個報告中，，并且核實反應釜所有的加料和出料切斷閥已經關閉。

3 聚合反應溫度控制

聚合反應熱的控制主要在二段反應階段，SBS第二步反應丁二烯聚合，在丁二烯加料結束時，立即啟動計時器控制反應過程:

為了控制反應溫度，以進出冷卻循環水溫度為基礎調節進入反應器盤管的冷卻水流量，保持熱量交換設定值，設定值可以使用下列方程計算出來:

①估算需要在反應器盤管中移出的熱量QM，這樣可以獲得丁二烯的最終反應溫度:

QM=QR-(QD+QS)

QR=丁二烯的反應熱量

QR=△HR·BDE_Q

△HR=300kcal/kg

BDE_Q=丁二烯的總量

QD=反應器與周圍環境的熱量交換

這個參數被估計為反應熱的百分比:先初步假定值為反應熱的10%。

QD= K1·QR

K1= 0.1

QS=從苯乙烯的最終反應溫度到第二步反應的最終溫度所需的熱量

QS=W·cP·△T

W=SOLV_Q+STY_Q+THF_Q+ NBL_Q+NBL_FLUSHING_SOLVENT+BDE_Q

cP=0.455kcal/(kg·K)液體物料熱容量的平均值

△T=TEMP_END_REAC2- TEMP_END_REAC1

②使用下面的方程估算從盤管中移出的熱量:

QF=QM·3600/(T_MAX_REAC2-60.0)(kcal/h)

T_MAX_REAC2=在產品配方中丁二烯最大反應溫度

-為了估算冷卻水的流量，夾套溫度控制執行以下計算:

①使用下列方程式來估算從盤管中連續不斷移出的熱量

Qi=FI-1·(TI-3-TI-2)(kcal/h)

(Qi=FI-4·(TI-1-TI-2)(kcal/h)

②根據下式調節冷卻水流量:

△Q=QF-Qi=0

-在待命時間(60s)的末期，核實下面的內容:

●反應器中溫度的升高

●溫度梯度大于0.15℃/min

如果上述情形沒有發生，顯示丁二烯聚合速度慢。每分鐘重復以上控制。

-當溫度梯度大于0.15℃/min，把夾套溫度設為自動模式，設定值就是上面所估算的值。

4 結論

(1)通過熱塑性彈性體SBS工藝過程的控制與計算機語言相連接，大大改善了程序控制的安全性。(2)通過計算聚合反應熱，確保了聚合反應溫度控制的準確性和及時性。(3)計算機的分段計算和控制相，確保了熱塑性彈性體SBS裝置仿真實驗的準確性，為成功進行系統仿真模擬奠定了良好的基礎。(4)通過實習活動，將書本知識和實際工作相結合，協助工人師傅完成熱塑性彈性體SBS工藝聚合反應的邏輯控制，提高了學習興趣，增加了動手能力。

參考文獻

[1]王德充，梁愛民.鋰系合成橡膠及熱塑性彈性體，中國石油出版社.

[2]李建軍.阻燃苯乙烯系塑料，科學出版社.