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      一、系统简介

      纤维素是一种既不溶解也不熔融的多羟基高分子化合物。根据取代基的化学结构分类,可分为阴离子、阳离子和非离子型醚类。随所用醚化剂的不同而有甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素等。以甲基纤维素和乙基纤维素实用性较大。
      近年来羟丙基甲基纤维素混合醚的用量和质量都在迅速提升,是由棉、木经碱化,环氧丙烷和氯丙烷醚化等过程制成的非离子型纤维素混合醚,简称HPMC。由于HPMC中的甲氧基与羟丙基含量比列不同和粘度不同、产品取代的均匀性不同,因而成为在性能上有差异的不同品种和不同档次的产品。
      山东科诺作为专业过程自动化系统集成服务提供商,经过多年的研究开发以及众多纤维素生产企业的成功应用,不仅生产工艺合理,操作控制参数准确可靠,充分合理利用原材料等特点,保证生产出的产品取代度均匀,反应完全彻底,溶液透明度好,并且保证产品质量的稳定。不论是纤维素生产线的筹建或是生产过程的自动化改造,均能实现装置的控制要求。
      二、系统概述
      山东科诺依据用户需要设计纤维素生产过程的PLC和DCS过程自动化控制,选用PLC、DCS进口品牌或国产品牌,严格按照生产工艺控制要求,设计符合生产工艺标准,为用户提供最优化的过程自动化解决方案。同时亦可根据用户要求提供现场检测仪表与现场动力设备及相关的其他设备等,提供设计安装调试的交钥匙工程。系统包括:生产过程中液,固体原料均可利用DCS系统实现精确计量和加入,反应过程中的温度、压力控制也全部实现DCS的自动控制和远程监控。整个系统生产过程除投料人工辅助外,整个生产过程均可实现自动化控制,提高装置的产量、质量,节省人力,降低劳动强度,改善现场操作环境。
      三、系统工艺
      国内HPMC的生产一般采用精制棉为原料(部分厂家也开始尝试木浆粕),并用国产的粉碎机粉碎或直接适用精制棉碱化,醚化使用二元混合有机溶剂,在立式反应器中进行反应。精制纯化处理采用间断式工艺,即在反应器中脱除有机溶剂,然后通过洗涤器和离心机经过若干次洗涤和脱水来纯化粗产品。成品处理采用间歇式,造粒在升温情况下进行(也有厂家没有进行造粒),干燥和粉碎采用常规方法进行,大部分进行的特殊处理仅仅是对产品延迟水合时间(快速溶解)的处理而没有进行防霉变和复配处理。
      HPMC的生产工艺可分为两大类:气相法和液相法。目前欧美等发达国家更多采用气相法,以木浆粕为原料(生产高粘度产品时采用棉浆粕),碱化碱化和醚化在同一反应设备进行,主反应为卧式反应釜,内部有专为纤维素醚生产设计的横向搅拌和侧面旋转式飞刀,可获得很好的混合效果。反应采用先进的自动化控制手段,能够精确控制温度和压力。反应完成后,多余的氯甲烷和副产品的二甲醚以气态的形式进入回收系统,分别回收重复利用。精制纯化处理在连续的旋转压滤机中进行,粉碎在高效成品粉碎机中进行,同时干燥去掉多余水分。混合包装等辅助工序也在控制系统下完成。
      气相法优点:设备紧凑,单批产量高;反应温度较液相法低,时间短,控制更精确,不需要复杂的溶剂回收系统;人工费用抵,劳动强度小。
      但工艺也有如下缺点:设备和自动控制投资大,技术含量高,投资建设费用大;由于自动化程度要求较高,所以对操作人员素质要求特别高,而且一旦发生故障,容易发生重大事故,通常一出问题,会导致全线停产。
      液相法工艺优点:反应过程设备内部压力小,对设备承压要求低、危险性小;纤维素再见也正浸渍后得到充分膨胀和被碱化混匀的碱纤维素,碱液对纤维素渗透溶胀较好;醚化反应器较小,再加上碱纤维素得以均匀溶胀,所以产品质量容易控制。可获得取代度和粘度都比较均匀的产品,品种也容易更换。
      但该工艺也有以下缺点:反应器不大通常15立方以下,统计受限导致生产能力也小,若提高产量,必须增加多台反应器;精制纯化粗产品需要设备多,操作繁杂,劳动强度大;因为没有防霉变和复配处理,致使产品黏度稳定性和生产成本受到影响;包装大多采用手工方式,劳动强度大,人工费用高;反应控制的自动化程度比气相法工艺低,因而控制的精确度也相对较低;与气相法相比需要复杂的溶剂回收系统。
      四、系统软件
      山东科诺根据具体纤维素生产工艺及要求设计全集成自动化控制方案。主要包括:过程生产控制系统(DCS/PLC)、过程现场检测仪表、过程生产动力设备控制系统。
      系统对生产过程的称重、化碱、碱化、反应、溶剂回收、循环水温度以及反应釜的温度、操作进程、时间、参数进行监控并实现自动化控制。 系统的反应过程采用了优化控制技术,使各阶段的温度和压力控制都达到或优于工艺要求,温度的控制过程完全是DCS系统控制,不需要人工干预介入,可进行单釜多品种的生产控制,多个反应釜之间都有严格的逻辑程序,避免错误操作,系统具有可靠性高、分散控制、集中监视、管理控制功能丰富、开放性好等特点从而实现生产过程的高度自动化。

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