CN104014293A - 用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置及其自动化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置及其自动化控制方法。生产装置包括PLC控制系统、聚合反应釜及丙烯酸酯、苯乙烯和引发剂高位槽；高位槽底部均设重量传感器与PLC连接；丙烯酸酯、苯乙烯和引发剂进料管上均设控制阀与PLC连接；聚合反应釜设温度传感器与PLC连接；加热蒸汽和冷却水管均设控制阀与PLC连接。控制方法：由PLC自动调整控制丙烯酸酯、苯乙烯和引发剂进料控制阀和加热蒸汽及冷却水控制阀，以控制丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料量和加料速度，以及聚合反应釜的温度。本发明利用PLC通过反应温度的变化来调节物料的加料量和加料速度及加热蒸汽和冷却水的流量，使聚合反应温度稳定，确保了安全生产和产品质量。

Description

用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置及其自动化控制方法

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置及其自动化控制方法。

背景技术

所谓苯丙乳液是指苯乙烯与丙烯酯胺和丙烯酸酯类进行乳液聚合而成的一类化学品，广泛地应用于印染行业的涂料染色和印花的粘合剂、建筑行业的涂料粘合剂、木材加工的粘合剂等。

由于苯丙乳液的聚合反应是在乳液中进行的，各反应单体在引发剂的作用下进行聚合反应，初始阶段是吸收热量进行反应，以后随着反应的进行放出热量，如果控制不当就会产生暴聚，轻则造成反应物料损失，重则会引起生产事故造成危害。因此对此反应过程进行自动化控制，对提高产品质量、防止安全事故是非常重要的。

现有技术中用于苯丙乳液聚合的的生产方法均是由人工手动控制，仪表辅助操作，由于人工操作不稳定因素较多，尤其是在物料计量以及加料速度、反应温度、反应压力、反应时间的控制等环节上人为波动因素较大，所得产品主要表现在外观、粘合牢度及稳定性方面均显不足，因而对产品的质量影响较大，已经成为相关领域之业者目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安全、高效的用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置及其自动化控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置，它包括PLC控制系统、聚合反应釜以及通过管道分别与聚合反应釜连接的丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽；聚合反应釜夹套设有加热蒸汽管或冷却水管；丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽底部均设有重量传感器，该重量传感器均与PLC控制系统的输入端口连接；丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽分别与聚合反应釜连接的管道(即丙烯酸酯进料管、苯乙烯进料管、引发剂进料管)上均设有控制阀，这些控制阀均与PLC控制系统的输出端口连接；聚合反应釜设有温度传感器，该温度传感器与PLC控制系统的输入端口连接；加热蒸汽管入口和冷却水管入口均设有控制阀，该控制阀均与PLC控制系统的输出端口连接。

进一步的，所述重量传感器为一带有变送器的电子秤。

更进一步的，所述自动化生产装置还包括与加热蒸汽管入口连接的蒸汽发生器，以及与冷却水管入口连接的冷却水槽。

上述用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置的自动化控制方法如下：由一可编程逻辑控制装置PLC控制系统对苯丙乳液聚合的生产进行数据采集和控制操作，其中：

丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽、引发剂高位槽底部的重量传感器，用于监测相应的高位计量槽的重量，并将丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的重量数据传送到PLC控制系统，再经由PLC控制系统对控制参数进行自动调整，并控制丙烯酸酯进料管、苯乙烯进料管、引发剂进料管上的控制阀，以控制丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料量和加料速度，使其按需求量送料至聚合反应釜；

温度传感器用于监测聚合反应釜内的温度，并将温度数据传送给PLC控制系统，再经由PLC控制系统对控制参数进行自动调整，并分别控制加热蒸汽和冷却水管入口的控制阀，以调节加热蒸汽和冷却水的流量使聚合反应釜内温度稳定。

自动化控制的要点是：

1、采用称重模块对引发剂高位槽、苯乙烯高位槽、丙烯酸酯高位槽进行计

量控制。

2、对反应釜夹套的加热蒸汽和冷却水用控制阀门进行自动调节，当温度低于工艺设定温度时，打开并调节蒸汽阀门进行加热；当温度达到或高于工艺设定温度时，关闭蒸汽阀门，打开冷却水阀门控制反应温度在所需范围。总之，要根据温度变化来调节冷却水流量和加料速度。

本发明的有益效果：

本发明的用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置及其自动化控制方法，主要是通过一可编程序逻辑控制装置PLC控制系统对用于苯丙乳液聚合的聚合反应生产进行数据采集和控制操作，使得该聚合反应在稳定的温度和压力下进行，既保证了原料的反应完全又确保了安全生产和产品质量，同时解决了现有生产技术中在物料计量以及加料速度、反应温度、反应压力、反应时间的控制等环节上人为波动因素较大，而引起的所得产品主要表现在粘合性能及稳定性方面均显不足，因而对产品的质量影响较大，即有效克服了现有技术中的种种缺点，因此其应用前景十分广阔。

本发明对苯丙乳液的聚合反应进行了PLC自动控制，通过反应温度的变化来调节丙烯酸酯单体和苯乙烯及引发剂的加料速度以及冷却水的流量，使反应温度稳定在工艺规定的范围内，确保了安全生产和产品质量。

附图说明

图1是本发明中一种用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置的构造示意图。

图中：1、聚合反应釜2、重量传感器3、重量传感器4、重量传感器5、控制阀6、控制阀7、控制阀8、温度传感器9、控制阀10、控制阀

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置，它包括PLC控制系统(图上未画出)、聚合反应釜1以及通过管道分别与聚合反应釜连接的丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽；聚合反应釜夹套设有加热蒸汽管或冷却水管；丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽底部均设有重量传感器2、3、4，该重量传感器均与PLC控制系统的输入端口连接；丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽分别与聚合反应釜连接的管道上均设有控制阀5、6、7，这些控制阀均与PLC控制系统的输出端口连接；聚合反应釜设有温度传感器8，该温度传感器与PLC控制系统的输入端口连接；加热蒸汽管入口设有控制阀9，冷却水管入口设有控制阀10，该控制阀均与PLC控制系统的输出端口连接。

实施例2

实施例1所述用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置的自动化生产方法，具体操作步骤如下：

(1)、在引发剂高位槽内加入引发剂和水配成引发剂溶液备用；

(2)、在苯乙烯高位槽内加入计量的苯乙烯物料备用；

(3)、在丙烯酸酯类高位槽内吸入经计量的所需的丙烯酸酯，备用；(注意不同牌号的粘合剂的原料和投料量是不同的，必须按照产品配方操作)

(4)、在清洁的搪玻璃聚合反应釜内加入定量的去离子水，开启搅拌，加入乳化剂，加入丙烯酯胺；打开自动化控制装置；分别由2个原料高位槽自控加入1/3量的丙烯酸酯单体(重量)和1/3量的苯乙烯(重量)，搅拌15分钟；开启加热蒸汽缓慢升温至75℃(升温时间约50-60min)，自控加入1/3量的引发剂溶液(重量)，此时温度上升较快，关闭加热蒸汽自控阀门，自动调节冷却水阀门控制反应温度不超过102℃；当温度稳定在92±6℃时，同时缓慢均匀地滴加余下的2/3量的丙烯酸酯单体、2/3量的苯乙烯和2/3量的引发剂溶液，加料时间控制在50-60min；加毕在80-90℃保温1-1.5小时，加入中止剂，然后冷却到40-45℃。

上述苯丙乳液的聚合反应为高分子聚合反应，加料速度不能过快，温度不能过低，否则起始反应不完全，引起以后暴聚，热量不及时移去，还会造成冲料的危险。引发剂不可加入过量或过快，否则造成暴聚，热量不及时移去，造成冲料危险，同时分子量增大产生废品。因此，采用PLC控制系统对苯丙乳液的聚合反应进行自动控制，通过反应温度的变化来调节丙烯酸酯单体和苯乙烯及引发剂的加料速度以及冷却水的流量，使反应温度稳定在工艺规定的范围内，确保了安全生产和产品质量。

上述用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置的自动化控制方法如下：

丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽、引发剂高位槽底部的重量传感器将丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的重量数据传送到PLC控制系统，再经由PLC控制系统自动调整控制丙烯酸酯进料管、苯乙烯进料管、引发剂进料管上的控制阀，以控制丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料量和加料速度；

温度传感器将聚合反应釜的温度数据传送到PLC控制系统，再经由PLC控制系统自动调整控制反应釜夹套的加热蒸汽管入口和冷却水管入口的控制阀，当温度低于工艺设定温度时，打开并调节蒸汽阀门进行加热；当温度达到或高于工艺设定温度时，关闭蒸汽阀门，打开冷却水阀门控制反应温度在所需范围。总之，根据温度变化来调节加热蒸汽或冷却水流量以及丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料速度。

上述生产方法步骤(4)中，经由PLC控制系统分别自动调整控制丙烯酸酯进料管、苯乙烯进料管、引发剂进料管上的控制阀，以控制丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料量和加料速度，前面先加1/3量，后面再加余下的2/3量(加料时间控制在50-60min)；经由PLC控制系统自动调整控制加热蒸汽管入口的控制阀，以控制反应釜内的温度一开始在加入引发剂前缓慢升温至75℃；经由PLC控制系统自动调整控制冷却水管入口的控制阀，以控制加完1/3量的引发剂后反应温度不超过102℃，而后稳定在92±6℃，全部加完料后在80-90℃保温1-1.5小时，加入中止剂后冷却到40-45℃。

Claims (6)

1.一种用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置，其特征在于，它包括PLC控制系统、聚合反应釜以及通过管道分别与聚合反应釜连接的丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽；聚合反应釜夹套设有加热蒸汽管或冷却水管；丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽底部均设有重量传感器，该重量传感器均与PLC控制系统的输入端口连接；丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽和引发剂高位槽分别与聚合反应釜连接的管道上均设有控制阀，这些控制阀均与PLC控制系统的输出端口连接；聚合反应釜设有温度传感器，该温度传感器与PLC控制系统的输入端口连接；加热蒸汽管入口和冷却水管入口均设有控制阀，该控制阀均与PLC控制系统的输出端口连接。

2.如权利要求1所述的用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置，其特征在于，所述重量传感器为一带有变送器的电子秤。

3.如权利要求1或2所述的用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置，其特征在于，所述聚合反应釜为搪玻璃反应釜。

4.如权利要求1或2所述的用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置，其特征在于，所述自动化生产装置还包括与加热蒸汽管入口连接的蒸汽发生器，以及与冷却水管入口连接的冷却水槽。

5.一种如权利要求1所述的用于苯丙乳液聚合的自动化生产装置的自动化控制方法，其特征在于，由一可编程逻辑控制装置PLC控制系统对苯丙乳液聚合的生产进行数据采集和控制操作，其中：

丙烯酸酯高位槽、苯乙烯高位槽、引发剂高位槽底部的重量传感器，用于监测相应的高位计量槽的重量，并将丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的重量数据传送到PLC控制系统，再经由PLC控制系统自动调整控制丙烯酸酯进料管、苯乙烯进料管、引发剂进料管上的控制阀，以控制丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料量和加料速度，使其按需求量加料至聚合反应釜；

温度传感器用于监测聚合反应釜内的温度，并将温度数据传送给PLC控制系统，再经由PLC控制系统对控制参数进行自动调整，并分别控制加热蒸汽和冷却水管入口的控制阀，以调节加热蒸汽和冷却水的流量使聚合反应釜内温度稳定；当温度低于工艺设定温度时，打开并调节加热蒸汽管入口控制阀进行加热；当温度达到或高于工艺设定温度时，关闭加热蒸汽管入口控制阀，打开冷却水管入口控制阀，控制反应温度在所需范围。

6.如权利要求5所述的自动化控制方法，其特征在于，

苯丙乳液聚合的自动化生产按如下步骤进行：

(1)、在引发剂高位槽内加入引发剂和水配成引发剂溶液备用；

(2)、在苯乙烯高位槽内加入计量的苯乙烯物料备用；

(3)、在丙烯酸酯类高位槽内吸入经计量的所需的丙烯酸酯备用；

(4)、在清洁的聚合反应釜内加入定量的去离子水，开启搅拌，加入乳化剂，加入丙烯酯胺；打开自动化控制装置；分别由2个原料高位槽自控加入1/3重量的丙烯酸酯单体和1/3重量的苯乙烯，搅拌15分钟；开启加热蒸汽缓慢升温至75℃，升温时间50-60min，自控加入1/3重量的引发剂溶液，此时温度上升较快，关闭加热蒸汽自控阀门，自动调节冷却水阀门控制反应温度不超过102℃；当温度稳定在92±6℃时，同时缓慢均匀地滴加余下的2/3量的丙烯酸酯单体、2/3量的苯乙烯和2/3量的引发剂溶液，加料时间控制在50-60min；加毕在80-90℃保温1-1.5小时，加入中止剂，然后冷却到40-45℃；

上述步骤(4)中，经由PLC控制系统分别自动调整控制丙烯酸酯进料管、苯乙烯进料管、引发剂进料管上的控制阀，以控制丙烯酸酯、苯乙烯、引发剂溶液的加料量和加料速度，前面先加1/3量，后面再加余下的2/3量，加料时间控制在50-60min；经由PLC控制系统自动调整控制加热蒸汽管入口的控制阀，以控制反应釜内的温度一开始在加入引发剂前缓慢升温至75℃；经由PLC控制系统自动调整控制冷却水管入口的控制阀，以控制加完1/3量的引发剂后反应温度不超过102℃，而后稳定在92±6℃，全部加完料后在80-90℃保温1-1.5小时，加入中止剂后冷却到40-45℃。