（新疆天智辰業(yè)有限公司，石河子市，832000） 王冠之

1 引言

聚氯乙烯是一種熱塑性樹脂，具有非常廣泛的用途，經(jīng)過生產(chǎn)加工及改性后可以制作出常規(guī)的泡沫塑料產(chǎn)品，或者是衛(wèi)生級食品包裝原材料等。聚氯乙烯的生產(chǎn)工藝中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是氯乙烯生產(chǎn)過程。隨著生產(chǎn)工藝對聚氯乙烯質(zhì)量的要求越來越嚴格，工藝也越來越復(fù)雜，氯乙烯的生產(chǎn)安全問題成為限制生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)階段，我國生產(chǎn)氯乙烯大多是采用電石法制造工藝，和其他生產(chǎn)工藝相比較而言具有成本較低、資源豐富、工藝簡便的優(yōu)點。本文針對電石法氯乙烯生產(chǎn)工藝對有關(guān)氯乙烯生產(chǎn)過程優(yōu)化控制進行研究，不足之處，敬請指正。

2 電石法氯乙烯工藝概述

工藝流程方面進行分析，如圖1所示。大部分氯乙烯生產(chǎn)單位的工藝流程都差不多。第一步電石破碎之后放置于乙炔發(fā)生器，然后向發(fā)生器中注入一定量的水，讓二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)自動生成乙炔氣體，氣體經(jīng)過氣柜和氯化氫氣體，從而形成了一定比例的混合氣體，混合氣體進入轉(zhuǎn)化氣，利用設(shè)備條件使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，之后所得即是氯乙烯氣體。對氣體進行冷凝操作從而獲取氯乙烯液體。最后利用低沸塔去除雜物，包括低沸點物質(zhì)、放空殘留的氣體液體等，然后經(jīng)過高沸點蒸餾塔蒸出氫氣體乙烯之后，將其再次冷凝，對所得氯乙烯液體做好存儲工作。

經(jīng)過上文生成工藝進行分析，要對其生產(chǎn)過程進行控制，確保生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，簡單而言有以下幾個方面：對氯化氫氣體和乙炔氣體的混合氣體的比例進行控制，混合氣體的比例要適中，防止出現(xiàn)誤差太大的情況；精餾過程中選擇VCM精餾多變量控制技術(shù)，利用這項技術(shù)的合理運用和控制，從而確保氯乙烯成品質(zhì)量符合標準和要求。

圖1 氯乙烯生產(chǎn)流程

3 氯乙烯生產(chǎn)過程存在的主要問題

在國內(nèi)，電石法生產(chǎn)氯乙烯工藝具有非常顯著的優(yōu)勢，然而現(xiàn)階段廣泛使用的氯乙烯單體生產(chǎn)設(shè)備依然存在許多問題，對生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的影響?，F(xiàn)階段，氯乙烯生產(chǎn)過程存在問題主要包括以下幾個方面。

3.1 乙炔生產(chǎn)過程對溫度和壓力控制

乙炔生產(chǎn)過程主要是在乙炔發(fā)生器中電石和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而生成乙炔。具體而言，電石和水發(fā)生水解反應(yīng)，這個過程中會產(chǎn)生大量的熱能，造成發(fā)生器中溫度逐漸上升，從而使得整個發(fā)生器的壓力也隨之增大。一旦壓力超出一定范圍，則會由于壓力太大而導(dǎo)致爆炸。常規(guī)處理方法是利用對振蕩器電流進行調(diào)節(jié)，以此減少電石的加入量，從而對整個反應(yīng)器的壓力進行控制。然而，在實踐方面，由于電石的加入量相對而言比較穩(wěn)定，在理論上是可行的，但是在實踐中也存在一定的限制?，F(xiàn)階段，為了保障容器內(nèi)的壓力始終處于合理的范圍，大部分是采用在后續(xù)工段進行氣柜的安裝。然而氣柜的占地面積不小，后期維護占用費用太高，還有就是氣柜本身也存在爆炸危險。

3.2 氯氣和氫氣的配比

氯化氫合成環(huán)節(jié)，氯氣和氫氣的配比進行控制是生產(chǎn)的重中之重，同時也是氯乙烯生產(chǎn)工藝中重要參數(shù)之一，一方面涉及到氯化氫的生產(chǎn)安全問題，另一方面直接和氯乙烯的最終產(chǎn)量及純度有直接關(guān)系?，F(xiàn)階段，氯氣和氫氣的輸入數(shù)量依然是由人工進行控制，完全是依靠經(jīng)驗對火焰的顏色進行觀察，從而對兩種氣體的輸入量進行調(diào)節(jié)，因此存在較大的誤差，造成嚴重的安全隱患。

3.3 氯化氫和乙炔的配比控制

氯乙烯轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)在理論上分析，應(yīng)當控制氯化氫和乙炔的比例始終為1:1，然而在具體生產(chǎn)過程中為保證反應(yīng)朝著正方向進行，所以比例調(diào)節(jié)為1.05:1，假如控制存在不當操作，觸媒就會由于過量乙炔而產(chǎn)生中毒情況，而氯化氫超出范圍限制，會對生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，而且也加大后續(xù)工藝的負擔。

3.4 氯乙烯轉(zhuǎn)化溫度及壓力控制

氯乙烯轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)要求其反應(yīng)溫度的范圍不能低于130℃，不能高于180℃。如果溫度低于130℃，則化學(xué)反應(yīng)不徹底，導(dǎo)致資源產(chǎn)生嚴重浪費，如果溫度過高，則氯化汞催化劑就會中毒失去效用，這個環(huán)節(jié)對轉(zhuǎn)化器溫度進行控制對于氯乙烯穩(wěn)定生產(chǎn)及提高經(jīng)濟效益都有所幫助。實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為解決轉(zhuǎn)化器輸出壓力不穩(wěn)定對于精餾工序產(chǎn)生的不利影響，因此而采取安裝氣柜設(shè)備的方式，但是上文中也提到過，氣柜的存在產(chǎn)生嚴重的安全隱患。

3.5 精餾階段控制

單體生產(chǎn)精餾工序包括低沸塔及高沸塔，精餾環(huán)節(jié)整體而言比較復(fù)雜而又多變，要對精餾階段進行準確的控制，這是一個相當復(fù)雜的系統(tǒng)?，F(xiàn)階段而言，實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)是采用單回路的控制設(shè)備，生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)參數(shù)是單獨分開，自動化控制和人工操作結(jié)合。然而，整個精餾塔算是一個完整的系統(tǒng)，每一個數(shù)據(jù)參數(shù)之間存在一定的耦合關(guān)系，相互作用而又單獨分開，因此參數(shù)控制并非最優(yōu)控制。

4 氯乙烯生產(chǎn)過程優(yōu)化控制

4.1 優(yōu)化乙炔生成工序

乙炔生成工序進行優(yōu)化的主要作用是促進乙炔生產(chǎn)效率的提升，具體控制和優(yōu)化內(nèi)容是建立PFC-PID串緩控制系統(tǒng)，從而對乙炔反應(yīng)器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)溫度進行準確控制。利用對主、副控制變量進行調(diào)節(jié)，對冷卻塔出口壓力進行設(shè)置，這是主控變量，確保系統(tǒng)壓力穩(wěn)定可靠，乙炔發(fā)生器反應(yīng)溫度是副被控變量。在確保系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的前提下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)采用PID進行控制，系統(tǒng)外循環(huán)通過預(yù)測函數(shù)模型進行控制，雙管齊下提升乙炔生產(chǎn)率。建立串緩控制系統(tǒng)還有個好處就是舍棄了氣柜裝置，也徹底解決安全隱患和經(jīng)濟開銷。

4.2 優(yōu)化氯化氫合成工序

氯化氫合成工序進行優(yōu)化的作用是促進產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度的提升，同時也提高系統(tǒng)的安全性能，大大降低了成產(chǎn)成本。優(yōu)化方案的關(guān)鍵在于氫氣和氯氣的配比，氯氣和氫氣的流量作為控制變量，改變了常規(guī)進口氣流方式，氯氣作為主流量，氫氣是副流量，對氣流的溫度及壓力進行控制和補償，防止出現(xiàn)晝夜溫差及氣壓變化，以及四季氣候的變化而導(dǎo)致氣流密度變化。這樣一來工藝條件全部變化，進入合成爐的氯氣和氫氣組分也與以往不同。

4.3 優(yōu)化氯乙烯的轉(zhuǎn)化

氯乙烯單體純度及產(chǎn)量是轉(zhuǎn)化工序需要優(yōu)化的目的，利用對轉(zhuǎn)化器間的轉(zhuǎn)化溫度進行調(diào)控，并對轉(zhuǎn)化器夾套水的流量變化進行控制。實際上這和氯氣、氫氣配比控制系統(tǒng)的原理是一樣，以生產(chǎn)工序中監(jiān)測點當做設(shè)計變量，對氯化氫、乙炔的最佳配比流量進行計算，對氯化氫及乙炔氣流引入溫壓補償運算模式進行控制，確保反應(yīng)過程控制的精度，從而實現(xiàn)生產(chǎn)工藝自動化控制。

4.4 優(yōu)化精餾工序

氯乙烯的精餾工序是為了促進反應(yīng)物質(zhì)量的提高的同時降低物耗及能耗。精餾塔是多參數(shù)而又復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，對其進行精確控制需要配備一套精確的控制系統(tǒng)。整個精餾塔是一個反應(yīng)整體各個數(shù)據(jù)參數(shù)之間存在著相互影響而又相互制約影響的耦合關(guān)系。利用對塔的投藥量、溫度、壓力、再沸塔壓力和溫度以及塔釜液水位等數(shù)據(jù)參數(shù)進行精確控制，從而實現(xiàn)對精餾塔的最優(yōu)控制。

5 結(jié)語

總而言之，氯乙烯的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，其中包含一系列的化學(xué)反應(yīng)變化，涉及到化學(xué)知識、動力學(xué)知識等。氯乙烯工藝過程中重點是要對溫度及壓力變化進行控制，確保氯乙烯單體的生產(chǎn)質(zhì)量及純度。本文以電石法氯乙烯生產(chǎn)工藝為例，對氯乙烯各個生產(chǎn)過程中存在的問題進行分析，并對氯乙烯生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制進行研究，研究發(fā)現(xiàn)氯乙烯生產(chǎn)過程的重點在于乙炔生產(chǎn)、氯化氫合成、氯乙烯的轉(zhuǎn)化以及精餾工序等方面，做好以上工序的自動化生產(chǎn)及優(yōu)化控制，才可以真正的起到氯乙烯生產(chǎn)安全控制優(yōu)化的目的。

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