CN115318216A - 一种水解反应釜装置及其自动化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水解反应釜装置及其自动化控制方法，包括反应釜、卸荷管路、蒸汽管路、压缩空气管路、酸液管路、预处理液管路、水解液管路、排渣管路；该方法中，通过对温度和压力的实时监控，并将温度调节过程中的实时量作为压力调控的标准，以此将温度作为主要影响因素来进行整个反应釜中温度、压力，避免如传统方式中仅调节压力所导致的温度无法精准把控的问题；整个生产过程中的压力、温度均被实时进行监测，降低了人工的参与率，也避免了由于人工疏忽所导致的安全隐患，为精准生产、提高产能具有积极意义。

Description

一种水解反应釜装置及其自动化控制方法

技术领域

本发明属于水解反应釜技术领域，具体涉及一种水解反应釜装置及其自动化控制方法。

背景技术

水解反应釜是一种特种设备，归类为压力容器，通常指在特定物理环境下加入特定的化学物质使得待水解的物质发生水解的容器，在木糖生产行业中，常常采用水解反应釜来进行木糖的制备，在进行水解的时候，需要严格地把控温度和压力，当温度过高时，将会导致木糖产物分解，当温度过低时，则又会导致水解反应发生不够充分；由于温度具有较大的滞后性，在实际水解反应中，操作人员对温度的把控十分困难；且人员在控制时由于疏忽常会造成过压运行，影响水解的效果，同时具有较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种水解反应釜装置及其自动化控制方法，以解决木糖行业中水解反应釜温度和压力不易准确控制而导致的木糖产能下降的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水解反应釜装置，包括反应釜、卸荷管路、蒸汽管路、压缩空气管路、酸液管路、预处理液管路、水解液管路、排渣管路；

所述卸荷管路连接在所述反应釜的上部，所述卸荷管路上设有压力变送器和卸荷放空阀；

所述蒸汽管路与反应釜的下部连接，所述蒸汽管路上设蒸汽调节阀；

所述压缩空气管路与反应釜的下部连接，所述压缩空气管路上设有空气切断阀；所述酸液管路与所述反应釜的上部连接，所述酸液管路上设有酸液计量阀、流量表和酸液泵；

所述预处理液管路与所述反应釜的下部连接，所述预处理管路上设有预处理液外送阀；

所述水解液管路与所述反应釜的底部连接，所述水解液管路上设有水解液外送阀；

所述排渣管路与所述反应釜的底部连接，所述排渣管路上设有排渣外送阀；

所述反应釜上设有输送物料的输送皮带；

所述反应釜上设有温度传感器。

一种水解反应釜的自动化控制方法，包括如下步骤；

S1：判断是否处于自动模式下，若处于，进行启动，同时开始输送皮带的输送，若不处于，将模式调节为自动模式或进行自检；

S2：判断反应釜中的料位是否达到料位预设值，若达到，控制反应釜上端的压盖关闭；若未达到，判断进料时间是否达时间预设值T1，若达到，控制进行声光报警，同时停止运行；若未达到，继续送料，并重新判断料位是否达到料位预设值；

S3：控制进入预处理阶段；

当压盖处于关闭状态后，启动酸液泵和酸液计量阀，开始向反应釜内输送酸液并同时计量酸液流量；当酸液流量显示正常时，继续输送直至流量累计至流量预设值Q1时，控制酸液泵停止，同时关闭酸液计量阀；若此过程酸液流量显示异常时，判断酸液异常是否报警，若是，控制停机报警，若否，继续进行酸液输送，直至达到流量预设值Q1；

S4：当酸液泵停止、酸液计量阀关闭后，控制蒸汽调节阀打开，进入快速调节模式；当反应釜压力达到压力预设值P1时，控制进行保温保压调节模式；若未达到，继续进行快速调节模式；

S5：控制反应釜保持在保温保压模式下直至达到时间预设值T2，随后控制关闭蒸汽调节阀，并打开预处理液外送阀直至反应釜内压力达到压力预设值P2，之后再关闭预处理液外送阀；

S6：控制进入水解阶段；

控制启动酸液泵和酸液计量阀，开始向反应浮内输送酸液并同时计量酸液流量：当酸液流量显示正常时，继续输送直至流量累计至流量预设值Q2，控制酸液泵停止，同时关闭酸液计量阀；若此过程酸液流量显示异常，判断酸液异常是否报警，若是，控制停机报警，若否，继续进行酸液输送，直至达到流量预设值Q2；

S7：当酸液泵停止、酸液计量阀关闭后，控制蒸汽调节阀打开，进入快速调节模式；当反应釜压力达到压力预设值P3时，控制进行保温保压调节模式；若未达到，继续进行快速调节模式；

S8：控制反应釜保持在保温保压模式下直至达到时间预设值T3，随后控制关闭蒸汽调节阀，并打开水解液外送阀直至反应釜内的压力达到压力预设值P4，之后打开空气切断阀冲压，同时打开排渣外送阀；当排渣完成时，重新执行S1中的输送皮带输料动作，实现循环。

进一步优选，所述S4中快速调节和保温保压调节之间的切换采用如下逻辑：若系统处于自动模式下，且酸液累计流量达到预设值时，且反应釜中的压力小于预设值时，蒸汽调节阀开始快速调节模式，所述快速调节模式下蒸汽调节阀执行全开；当压力迅速调节至保温保压模式下的压力预设值，执行自动保温保压模式；若处于停机模式或蒸汽调节阀处于关闭状态时，自动模式终止，触发手动模式，此时手动模式下蒸汽调节阀开度为0，保证停机或蒸汽调节阀关闭状态下不进行作业。

进一步优选，所述S4中快速调节模式中采用压力和温度双控制逻辑进行调节；所述双控制逻辑包括PID1温度调节PID2压力调节，PID1温度调节中将温度不断向温度预设值进行调节，同时将调节过程中的温度值实时进行输出；在PID2压力调节中，以PID1温度调节中实时输出的温度值作为预设的压力值，并不断向该压力值进行调节；控制蒸汽调节阀根据PID2压力调节的输出进行开度的调节。

进一步优选，该自动化控制方法中还包括安全联锁及报警逻辑；所述安全联锁及报警逻辑中：当输送皮带运行故障时、输送酸液的酸液泵运行故障时、手动模式下、自动模式下停止按钮按下的情况时以及反应釜压力过高时，均执行停车信号；当反应釜压力高时，报警并执行通过卸荷放空阀进行放空；当反应釜的温度较高时，执行报警。

本发明的有益效果：

该发明中，采用循环控制的自动化方法，对反应的整个流程进行控制监控，利用压力变送器监控反应釜中的压力变化，避免超压运行的安全隐患；采用PID1温度调节和PID2压力调节联合调节，并将PID1温度调节中的实时温度值作为PID2压力调节中的压力设定值，以此将温度因素作为主要的调节因素，来避免由于温度的滞后性所带来的调节误差；整个生产过程中的压力、温度均被实时进行监测，降低了人工的参与率，也避免了由于人工疏忽所导致的安全隐患，为精准生产、提高产能具有积极意义。

附图说明

图1是本发明中反应釜装置结构示意图；

图2是本发明中反应釜装置自动控制方法的逻辑框图；

图3是本发明中快速调节模式和保温保压调节模式的切换原理图；

图4是本发明中温度和压力双控制原理图；

图5时本发明中安全联锁报警原理图。

图中各标记对应的名称：

1、反应釜，2、卸荷管路，20、卸荷放空阀，3、蒸汽管路，30、蒸汽调节阀，4、压缩空气管路，40、空气切断阀，5、酸液管路，50、酸液计量阀，51、流量表，52、酸液泵，6、预处理液管路，60、预处理液外送阀，7、水解液管路，70、水解液外送阀，8、排渣管路，80、排渣外送阀，9、输送皮带。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的实施例：

如图1所示，一种水解反应釜1装置，包括反应釜1、卸荷管路2、蒸汽管路3、压缩空气管路4、酸液管路5、预处理液管路6、水解液管路7、排渣管路8；卸荷管路2连接在反应釜1的上部，卸荷管路2上设有压力变送器和卸荷放空阀20；压力变送器用于检测反应釜1的压力变化，同时输出表示压力的电信号至控制系统，最终通过压力指示控制器来控制卸荷放空阀20的关闭；蒸汽管路3与反应釜1的下部连接，蒸汽管路3上设蒸汽调节阀30；蒸汽调节阀30用于调节反应釜1内的温度，控制系统通过温度指示控制器和压力指示控制器来调节蒸汽调节阀30的开度；压缩空气管路4与反应釜1的下部连接，压缩空气管路4上设有空气切断阀40；压缩空气管路4用于向反应釜1中充压，以便于将产物排出；酸液管路5与反应釜1的上部连接，酸液管路5上设有酸液计量阀50、流量表51和酸液泵52，酸液泵52用于将酸液容器中的酸液抽送到反应釜1中，计量阀用于控制酸液管路5的通断，流量表51用于记录酸液的流通量；预处理液管路6与反应釜1的下部连接，预处理管路上设有预处理液外送阀60，当反应釜1中的预处理阶段结束以后，可以打开预处理液外送阀60，将其中的预处理液排出；水解液管路7与反应釜1的底部连接，水解液管路7上设有水解液外送阀70；当反应釜1中的水解阶段结束以后，可以打开水解液外送阀70将产物排出；排渣管路8与反应釜1的底部连接，排渣管路8上设有排渣外送阀80，用于排出反应釜1中最后的废渣。

反应釜1的上方设有输送物料的输送皮带9，其用于向反应釜1内输送原料。

反应釜1上还设有温度传感器，其用于监测反应釜1内的温度。

如图2所示，本发明还公开了一种水解反应釜的自动化控制方法，包括如下步骤；

S1：判断是否处于自动模式下，若处于，进行启动，同时开始输送皮带的输送，若不处于，将模式调节为自动模式或进行自检；

S2：判断反应釜中的料位是否达到料位预设值，若达到，控制反应釜上端的压盖关闭；若未达到，判断进料时间是否达时间预设值T1，若达到，控制进行声光报警，同时停止运行；若未达到，继续送料，并重新判断料位是否达到料位预设值；

S3：控制进入预处理阶段；

当压盖处于关闭状态后，启动酸液泵和酸液计量阀，开始向反应釜内输送酸液并同时计量酸液流量；当酸液流量显示正常时，继续输送直至流量累计至流量预设值Q1时，控制酸液泵停止，同时关闭酸液计量阀；若此过程酸液流量显示异常时，判断酸液异常是否报警，若是，控制停机报警，若否，继续进行酸液输送，直至达到流量预设值Q1；

S4：当酸液泵停止、酸液计量阀关闭后，控制蒸汽调节阀打开，进入快速调节模式；当反应釜压力达到压力预设值P1时，控制进行保温保压调节模式；若未达到，继续进行快速调节模式；

S5：控制反应釜保持在保温保压模式下直至达到时间预设值T2，随后控制关闭蒸汽调节阀，并打开预处理液外送阀直至反应釜内压力达到压力预设值P2，之后再关闭预处理液外送阀；

S6：控制进入水解阶段；

控制启动酸液泵和酸液计量阀，开始向反应浮内输送酸液并同时计量酸液流量：当酸液流量显示正常时，继续输送直至流量累计至流量预设值Q2，控制酸液泵停止，同时关闭酸液计量阀；若此过程酸液流量显示异常，判断酸液异常是否报警，若是，控制停机报警，若否，继续进行酸液输送，直至达到流量预设值Q2；

S7：当酸液泵停止、酸液计量阀关闭后，控制蒸汽调节阀打开，进入快速调节模式；当反应釜压力达到压力预设值P3时，控制进行保温保压调节模式；若未达到，继续进行快速调节模式；

S8：控制反应釜保持在保温保压模式下直至达到时间预设值T3，随后控制关闭蒸汽调节阀，并打开水解液外送阀直至反应釜内的压力达到压力预设值P4，之后打开空气切断阀冲压，同时打开排渣外送阀；当排渣完成时，重新执行S1中的输送皮带输料动作，实现循环。

如图3所示，S4中快速调节和保温保压调节之间的切换采用如下逻辑：若系统处于自动模式下，且酸液累计流量达到预设值时，且反应釜中的压力小于预设值时，蒸汽调节阀开始快速调节模式，快速调节模式下蒸汽调节阀执行全开；当压力迅速调节至保温保压模式下的压力预设值，执行自动保温保压模式；若处于停机模式或蒸汽调节阀处于关闭状态时，自动模式终止，触发手动模式，此时手动模式下蒸汽调节阀开度为0，保证停机或蒸汽调节阀关闭状态下不进行作业。该手动模式是一种安全保障模式，目的是为了避免停机模式下系统调节阀动作导致泄料的问题。

如图4所示，S4中快速调节模式中采用压力和温度双控制逻辑进行调节；双控制逻辑包括PID1温度调节PID2压力调节，PID1温度调节中将温度不断向温度预设值进行调节，同时将调节过程中的温度值实时进行输出；在PID2压力调节中，以PID1温度调节中实时输出的温度值作为预设的压力值，并不断向该压力值进行调节；控制蒸汽调节阀根据PID2压力调节的输出进行开度的调节。

如图5所示，该自动化控制方法中还包括安全联锁及报警逻辑；安全联锁及报警逻辑中：当输送皮带运行故障时、输送酸液的酸液泵运行故障时、手动模式下、自动模式下停止按钮按下的情况时以及反应釜压力过高时，均执行停车信号；当反应釜压力高时，报警并执行通过卸荷放空阀进行放空；当反应釜的温度较高时，执行报警。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水解反应釜装置，其特征在于：包括反应釜、卸荷管路、蒸汽管路、压缩空气管路、酸液管路、预处理液管路、水解液管路、排渣管路；

所述卸荷管路连接在所述反应釜的上部，所述卸荷管路上设有压力变送器和卸荷放空阀；

所述蒸汽管路与反应釜的下部连接，所述蒸汽管路上设蒸汽调节阀；

所述压缩空气管路与反应釜的下部连接，所述压缩空气管路上设有空气切断阀；

所述酸液管路与所述反应釜的上部连接，所述酸液管路上设有酸液计量阀、流量表和酸液泵；

所述预处理液管路与所述反应釜的下部连接，所述预处理管路上设有预处理液外送阀；

所述水解液管路与所述反应釜的底部连接，所述水解液管路上设有水解液外送阀；

所述排渣管路与所述反应釜的底部连接，所述排渣管路上设有排渣外送阀；

所述反应釜上设有输送物料的输送皮带；

所述反应釜上设有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种水解反应釜装置的自动化控制方法，其特征在于：包括如下步骤；

S1：判断是否处于自动模式下，若处于，进行启动，同时开始输送皮带的输送，若不处于，将模式调节为自动模式或进行自检；

S2：判断反应釜中的料位是否达到料位预设值，若达到，控制反应釜上端的压盖关闭；若未达到，判断进料时间是否达时间预设值T1，若达到，控制进行声光报警，同时停止运行；若未达到，继续送料，并重新判断料位是否达到料位预设值；

S3：控制进入预处理阶段；

当压盖处于关闭状态后，启动酸液泵和酸液计量阀，开始向反应釜内输送酸液并同时计量酸液流量；当酸液流量显示正常时，继续输送直至流量累计至流量预设值Q1时，控制酸液泵停止，同时关闭酸液计量阀；若此过程酸液流量显示异常时，判断酸液异常是否报警，若是，控制停机报警，若否，继续进行酸液输送，直至达到流量预设值Q1；

S4：当酸液泵停止、酸液计量阀关闭后，控制蒸汽调节阀打开，进入快速调节模式；当反应釜压力达到压力预设值P1时，控制进行保温保压调节模式；若未达到，继续进行快速调节模式；

S5：控制反应釜保持在保温保压模式下直至达到时间预设值T2，随后控制关闭蒸汽调节阀，并打开预处理液外送阀直至反应釜内压力达到压力预设值P2，之后再关闭预处理液外送阀；

S6：控制进入水解阶段；

控制启动酸液泵和酸液计量阀，开始向反应浮内输送酸液并同时计量酸液流量：当酸液流量显示正常时，继续输送直至流量累计至流量预设值Q2，控制酸液泵停止，同时关闭酸液计量阀；若此过程酸液流量显示异常，判断酸液异常是否报警，若是，控制停机报警，若否，继续进行酸液输送，直至达到流量预设值Q2；

S7：当酸液泵停止、酸液计量阀关闭后，控制蒸汽调节阀打开，进入快速调节模式；当反应釜压力达到压力预设值P3时，控制进行保温保压调节模式；若未达到，继续进行快速调节模式；

S8：控制反应釜保持在保温保压模式下直至达到时间预设值T3，随后控制关

闭蒸汽调节阀，并打开水解液外送阀直至反应釜内的压力达到压力预设值P4，之后打开空气切断阀冲压，同时打开排渣外送阀；当排渣完成时，重新执行S1中的输送皮带输料动作，实现循环。

3.根据权利要求2所述的一种水解反应釜装置的自动化控制方法，其特征在于：所述S4中快速调节和保温保压调节之间的切换采用如下逻辑：

若系统处于自动模式下，且酸液累计流量达到预设值时，且反应釜中的压力小于预设值时，蒸汽调节阀开始快速调节模式，所述快速调节模式下蒸汽调节阀执行全开；当压力迅速调节至保温保压模式下的压力预设值，执行自动保温保压模式；若处于停机模式或蒸汽调节阀处于关闭状态时，自动模式终止，触发手动模式，此时手动模式下蒸汽调节阀开度为0，保证停机或蒸汽调节阀关闭状态下不进行作业。

4.根据权利要求2所述的一种水解反应釜装置的自动化控制方法，其特征在于：所述S4中快速调节模式中采用压力和温度双控制逻辑进行调节；所述双控制逻辑包括PID1温度调节PID2压力调节，PID1温度调节中将温度不断向温度预设值进行调节，同时将调节过程中的温度值实时进行输出；在PID2压力调节中，以PID1温度调节中实时输出的温度值作为预设的压力值，并不断向该压力值进行调节；控制蒸汽调节阀根据PID2压力调节的输出进行开度的调节。

5.根据权利要求4所述的一种水解反应釜装置的自动化控制方法，其特征在于：该自动化控制方法中还包括安全联锁及报警逻辑；所述安全联锁及报警逻辑中：当输送皮带运行故障时、输送酸液的酸液泵运行故障时、手动模式下、自动模式下停止按钮按下的情况时以及反应釜压力过高时，均执行停车信号；当反应釜压力高时，报警并执行通过卸荷放空阀进行放空；当反应釜的温度较高时，执行报警。

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