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一、概況

近年來，我國已成為亞洲地區(qū)增塑劑生產(chǎn)量和消費最多的國家，隨著人們環(huán)境保護意識的增強，醫(yī)藥以及食品包裝、日用品、玩具等塑料制品對增塑劑提出了更高的衛(wèi)生要求。長期以來增塑劑主要是以鄰苯類產(chǎn)品為主，但是人們發(fā)現(xiàn)該類增塑劑有毒性，具有潛在的致癌的危險。歐盟食品安全機構(gòu)EFSA規(guī)定了DOP、DOA等濃度的限量，所以無毒環(huán)保類的增塑劑成為全球增塑劑研究的重點。

環(huán)保增塑劑是比較好的無毒、環(huán)保、可再生資源，是美國食品藥物管理局（FDA）批準的唯一可用于儀器包裝材料的增塑劑，具有良好的耐熱性、耐光性、互滲性、低柔韌性，而且發(fā)揮度極低，應(yīng)用非常廣泛，特別是用于食品、藥品塑料包裝材料、兒童玩具以及家庭裝飾材料的助劑等方面。

二、環(huán)保增塑劑的生產(chǎn)工藝

2.1 過氧甲酸氧化法
    該工藝以苯為溶劑,以硫酸作催化劑。甲酸和雙氧水在硫酸存在下,生成過氧甲酸,再與大豆油進行環(huán)氧化反應(yīng),生成環(huán)氧大豆油,工藝流程見圖1。以苯作溶劑,溶解性好,反應(yīng)快,溫度低;但工藝生產(chǎn)流程長且復(fù)雜,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,環(huán)氧值在5%左右,生產(chǎn)成本高,設(shè)備多,“三廢”處理量大,溶劑苯有一定的毒性。

2.2 過氧羧酸氧化法

過氧羧酸氧化法屬于無溶劑法合成環(huán)保增塑劑，主要采用強酸如濃硫酸等作催化劑, 用 27%-50%的雙氧水作為氧的給體, 用甲酸作為活性氧載體進行環(huán)氧化反應(yīng), 產(chǎn)品的環(huán)氧化值 6.0%-6.3%。, 甲酸或乙酸與雙氧水在催化劑硫酸的作用下反應(yīng)生成環(huán)氧化劑, 在一定溫度范圍內(nèi)將環(huán)氧化劑滴加到大豆油中, 反應(yīng)完畢后經(jīng)堿洗, 水洗, 減壓蒸餾, 得到最終產(chǎn)品。工藝流程見圖 2。

圖2 過氧羧酸氧化法合成環(huán)保增塑劑的工藝流程圖

三、系統(tǒng)配置

以杭州優(yōu)穩(wěn)設(shè)計并成功實施的年產(chǎn)某環(huán)保增塑劑項目為例。工程采用中央控制室和現(xiàn)場控制室分離設(shè)置的方式，各工段的裝置采用相互獨立的DCS系統(tǒng)，并將控制站和操作站布置在相應(yīng)的現(xiàn)場控制室。所有現(xiàn)場儀表信號傳到現(xiàn)場控制室，在現(xiàn)場實現(xiàn)監(jiān)控，再通過冗余光纖交換機將各個獨立的現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)通訊到中央控制室進行集中監(jiān)測、報警、報表和打印操作，另外，在中央控制室設(shè)計大屏系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和各車間IO點數(shù)分布圖分別如圖3和表1所示。

圖3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1  I/O點位表

3.1配置說明

 本工程配置4個控制站，分別位于酸化、環(huán)氧、酯化和灌區(qū)車間。6臺操作員站（可兼作工程師站），其中4臺放在現(xiàn)場，另外2臺放在中央控制室。環(huán)氧、酯化和灌區(qū)車間配置現(xiàn)場控制室；

 各車間還配置了Modbus模塊與觸摸屏實現(xiàn)通訊。環(huán)氧和酯化車間的觸摸屏用于就地顯示數(shù)據(jù)和就地操作，灌區(qū)的4臺觸摸屏用于裝桶裝車數(shù)據(jù)的顯示，如裝車時間、裝車量、裝車閥門開度和物料濃度等；

 配置冗余光纖交換機，將各現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)通訊到中央控制室，中央控制室配置兩臺監(jiān)控站，實現(xiàn)全廠信息的集中監(jiān)控。其中一臺監(jiān)控站和打印機相連，實現(xiàn)日常的生產(chǎn)控制、監(jiān)測、報警及報表輸出等操作，另外還配置了大屏顯示系統(tǒng)；

3.2產(chǎn)品特點

 全冗余設(shè)計方式：電源模件、控制模件、I/O模件、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)均支持硬件雙重化（三重化）冗余，零切換時間，保證控制的連續(xù)性；

 高可靠I/O模塊：點點隔離、點點互隔、點點配電、在線點點更換，可滿足核電、緊急停車等高可靠性高安全性領(lǐng)域要求；

 部件智能設(shè)計：模件、模塊均配置微處理器或多處理器，少類型多功能，軟件選擇信號類型，減少備品備件，在線校正，自動補償；

 低功耗設(shè)計：無需強制散熱，適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境；

 運行安全設(shè)計：實時數(shù)據(jù)庫掉電保持，冗余校驗，快速恢復(fù)，保證系統(tǒng)信息安全；

 開放式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計：取消機籠、底板、端子板等，雙面安裝，節(jié)省轉(zhuǎn)接電纜與機柜；

 分布式全局實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)規(guī)模10萬點，高效壓縮算法，數(shù)據(jù)全局直接引用；

 IEC61131-3標準，F(xiàn)BD、LD、SFC、ST、IL多種語言混合編程環(huán)境，在線編程、模擬調(diào)試；

 實時數(shù)據(jù)質(zhì)量戳功能，保證實時數(shù)據(jù)的可靠性與可信度；

 C/S或B/S模式，Web訪問，PC機、iPAD、iPhone、Android等智能終端可直接瀏覽；

四、控制方案

4.1酸化工段

圖4酸化工段

酸化硫酸中間罐設(shè)置液位控制，中間罐液位高于80%時，自動關(guān)閉進料管線上的氣動開關(guān)閥，同時發(fā)出停泵信號；皂角預(yù)熱器皂角出料溫度設(shè)置自動控制，通過檢測出料溫度控制加熱蒸汽管上的氣動調(diào)節(jié)閥，控制出料溫度在93攝氏度；酸化釜皂角進料流量和硫酸進料流量比自動控制，通過皂角管和硫酸管道上的遠傳流量計流量比值，調(diào)節(jié)硫酸管道上的氣動調(diào)節(jié)閥，控制皂角流量和硫酸流量在20:1左右。

4.2環(huán)氧工段

圖5環(huán)氧工段

環(huán)氧反應(yīng)過程中，影響產(chǎn)品性能的因素主要包括反應(yīng)釜的溫度、壓力、雙氧水的濃度、反應(yīng)時間等。UW500控制系統(tǒng)分別對這幾個重要的點進行了控制。

壓力分段控制：環(huán)氧釜設(shè)置壓力自動控制，環(huán)氧釜上的遠傳壓力表跟環(huán)氧釜放空管上設(shè)置的氣動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，分段控制：在滴加雙氧水時，氣動調(diào)節(jié)閥全開，滴加完畢后，控制環(huán)氧釜的壓力在0.05MPa；

溫度自動控制：大豆油與過氧酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度過高或過氧酸的滴加過快，不利于反應(yīng)的進行，還會使原料中部分C=C鍵聚合生成著色物，在室溫中從增塑劑產(chǎn)品中析出。當(dāng)溫度低于65℃時，提高反應(yīng)溫度有利于環(huán)氧化反應(yīng)，但高于65℃過后會加速產(chǎn)物的分解，影響產(chǎn)品的環(huán)氧值，同時會使副反應(yīng)加劇。所以反應(yīng)溫度應(yīng)控制在60~65℃左右為最佳。環(huán)氧釜上的遠傳溫度計跟夾套蒸汽管及循環(huán)水冷卻管上的調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，當(dāng)釜內(nèi)溫度高于55攝氏度時，自動關(guān)閉蒸汽管上的氣動開關(guān)閥，自動打開蒸汽疏水旁路氣動開關(guān)閥，通過循環(huán)水管上的氣動調(diào)節(jié)閥，控制釜內(nèi)溫度在63℃；

雙氧水滴加速度自動控制：一定量的甲酸和雙氧水在酸性催化劑作用下反應(yīng)生成過氧甲酸，再把過氧甲酸緩慢滴加到精制大豆油中進行環(huán)氧化反應(yīng)。在一定范圍內(nèi)雙氧水用量越多環(huán)氧反應(yīng)越充分，環(huán)氧值也越高。但是超過一定量副反應(yīng)就會增多，樣品色澤也變深。過氧甲酸在高溫條件下不穩(wěn)定，應(yīng)緩慢滴加到精制的大豆油中。滴加速度過快會導(dǎo)致過氧甲酸分解，環(huán)氧化反應(yīng)不完全，致使環(huán)氧大豆油的環(huán)氧值降低，滴加過慢，會產(chǎn)生副反應(yīng)。應(yīng)勻速滴加，時間控制在2.0~2.5h為宜。滴加速度對環(huán)氧值的影響如圖所示。在雙氧水管道上分別設(shè)置流量計和氣動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)反應(yīng)釜溫度（控制在63℃）調(diào)節(jié)氣動調(diào)節(jié)閥，并控制流量（瞬時）不超過1.5m3/h，并帶有重置流量功能；

圖6  滴加速度對環(huán)氧值的影響

.    環(huán)氧反應(yīng)緊急停車系統(tǒng)：UW500憑借其高可靠性、高安全性等特征滿足環(huán)氧反應(yīng)緊急停車機構(gòu)要求。環(huán)氧反應(yīng)釜壓力超過0.08MPa，溫度超過80℃時，啟動緊急停車系統(tǒng)。

 持續(xù)攪拌；

 自動關(guān)閉雙氧水進料氣動調(diào)節(jié)閥；

 自動開啟循環(huán)水進口氣動調(diào)節(jié)閥開口至最大；

 自動開啟放空氣動調(diào)節(jié)閥開口至最大；

4.3酯化工段

圖7  酯化工段

精餾停車系統(tǒng)：在甲酯精餾塔釜液設(shè)置溫度自控，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油管上的氣動調(diào)節(jié)閥控制釜液溫度，甲酯精餾泵出口總管上設(shè)置氣動開關(guān)閥、導(dǎo)熱油循環(huán)泵電機設(shè)置遠程控制，當(dāng)出現(xiàn)超溫、超壓等緊急情況時，自動關(guān)閉氣動開關(guān)閥、停止導(dǎo)熱油循環(huán)泵電機。甲醇塔進料總管上設(shè)置氣動開關(guān)閥，甲醇精餾塔再沸器及甲醇精餾塔釜液罐加熱蒸汽總管上設(shè)置氣動開關(guān)閥，當(dāng)甲醇塔出現(xiàn)超溫、超壓等緊急情況時，自動關(guān)閉上述啟動開關(guān)閥。

酯化酯交換反應(yīng)釜設(shè)置溫度自動控制：通過調(diào)節(jié)蒸汽流量調(diào)節(jié)溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，自動關(guān)閉加熱蒸汽管上的氣動開關(guān)閥。

4.4灌區(qū)

圖8罐區(qū)

罐區(qū)包括油脂罐區(qū)和危化品罐區(qū)，危化品罐區(qū)各儲罐設(shè)置磁翻板液位計，高液位聲光報警；甲醇出罐泵、雙氧水出罐泵電機跟車間內(nèi)中間罐液位連鎖，當(dāng)車間內(nèi)中間罐液位高于80%時，自動關(guān)閉出罐泵；濃硫酸出罐泵電機跟車間內(nèi)中間罐液位連鎖，當(dāng)車間內(nèi)各中間罐液位均高于80%時，自動關(guān)閉出罐泵；每個罐高液位首先是關(guān)閉進料開關(guān)閥，全部高液位后，才關(guān)泵。各泵卸車進罐總管、各泵出料去車間總管上均設(shè)置遠傳流量計；甲醇儲罐、雙氧水儲罐設(shè)置遠傳溫度計，超溫（超過35攝氏度）聲光報警；雙氧水儲罐軟水進管上設(shè)置遠程控制開關(guān)閥。

裝車系統(tǒng)：裝車系統(tǒng)與上位機聯(lián)機，構(gòu)成完整的集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場和控制室形成一個整體，達到集中管理分散控制的目的。并設(shè)置現(xiàn)場觸摸屏，對裝車時間、裝車量、裝車閥門開度和物料濃度等進行顯示操作；

五、實施效果

通過對環(huán)氧反應(yīng)釜壓力控制、溫度控制、催化劑用量控制和雙氧水滴加速度等難點的控制，環(huán)氧反應(yīng)的環(huán)氧值穩(wěn)定在最優(yōu)的6.20%，明顯增加了產(chǎn)品的產(chǎn)量并提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；裝車系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結(jié)合使自動化控制成為一個更加完整的整體，加上觸摸屏的就地顯示操作，使裝桶裝車更加直觀、操作更簡便，也更易受控制。集中控制改善了工人的工作環(huán)境、降低勞動強度、節(jié)約人力成本。整體上來，UW500系統(tǒng)幫助客戶提高了經(jīng)濟效益，在同行業(yè)中增強了競爭力。

六、相關(guān)業(yè)績