Автоматизация контроля и управления процессом синтеза алкидных смол в производстве лакокрасочных материалов

• Автор: Михайлов, Дмитрий Петрович
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АЛКИДНЫХ
СМОЛ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1 Описание технологической схемы производства лаков на конденсационных смолах
1.2 Основные факторы, определяющие ход процесса синтеза алкидов и
каналы управления им
1.3 Типовые методы и схемы контроля и регулирования технологических
процессов получения лаковых смол
1.4 Автоматизация контроля качества реакционной среды в процессах
синтеза лаковых смол
1.5 Выводы по главе
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЯЗКОСТИ ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА АЛКИДНЫХ СМОЛ
2.1 Описание эксперимента
2.2 Температурные зависимости вязкости и исследование влияния моле-
кулярно массового распределения на энергию активации вязкого течения и температуру стеклования
2.3 Зависимость вязкости растворов алкидных олигомеров от концентра-
ции ксилола и исследование влияния концентрации ксилола на энергию активации вязкого течения
2.4 Зависимость вязкости от молекулярной массы и методика прогнозирования хода процесса синтеза алкидных олигомеров
2.5 Выводы по главе
3 МЕТОД И АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ВИСКОЗИМЕТРИЧЕСКО-
Ш КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА АЛКИДНЫХ СМОЛ
3.1 Метод вискозиметрического контроля процессов синтеза алкидных
смол
3.1.1 Вискозиметрический контроль процессов синтеза алкидных смол
3.1.2 Прогнозирование нарастания вязкости смолы в ходе технологического процесса
3.2 Принципы построения, структура и состав системы контроля
3.3 Разработка автоматических пробоотборных устройств
3.4 Разработка автоматической вискозиметрической ячейки
3.5 Автоматизированная система многопараметрического контроля качества лаковых смол "Алкид-39"
3.6 Выводы по главе

4 ГИБКАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ АЛКИДНЫХ ЛАКОВ И СМОЛ
4.1 Гибкая автоматизированная система многопараметрического контроля и управления процессами производства лаков и смол
4.2 Управление процессом высокотемпературного синтеза полиэфирных
смол в присутствии легколетучего растворителя (азеотропный метод)
4.3 Выбор критерия автоматического управления степенью завершенности высокотемпературного синтеза алкидных смол
4.4 Выводы по главе
5 ИНФОРМАЦИОННО - УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА
АЛКИДНЫХ ЛАКОВ И ЕЕ ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
5.1 Состав и задачи информационно-управляющей системы
5.2 Комплекс технических средств (КТС) информационно - управляющей
системы производства лака
5.2.1 Общие принципы построения и выбора КТС
5.2.2 Структура КТС системы управления центральной части производственного модуля
5.2.3 Структура КТС системы управления модуля подготовки сырья
5.2.4 Структура КТС системы управления модуля фильтрации
5.3 Рекомендации по технической реализации гибкой автоматизирован-
ной системы аналитического контроля синтеза лаковых смол (ГАЛС)
5.3.1 Общие положения
5.3.2 Техническая реализация системы ГАЛС
5.4 Рекомендации по технической реализации автоматизированной сис-
темы многопараметрического контроля качества лаковых смол "Ал-кид39"
5.5 Рекомендации по выбору датчиков и запорно-регулирующей арматуры
5.5.1 Рекомендации по выбору датчиков
5.5.2 Рекомендации по выбору запорно-регулирующей арматуры
5.6 Вопросы экономической эффективности автоматизации производства алкидных смол в лакокрасочной промышленности
5.7 Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных путей повышения производительности труда и улучшения качества выпускаемой продукции в производстве лакокрасочных материалов, в частности, алкидных смол (как основы пленкообразующих веществ) является переход к автоматизированному контролю, а затем и управлению качеством продуктов и реакционных сред в рассматриваемых технологических процессах. К сожалению, приходится признать, что уровень автоматизации контроля и автоматизированного управления на производствах лакокрасочной промышленности (ЛКП) пока еще остается низким. Современные средства автоматизации и управления внедрены только на единичных заводах, где, однако достигнутый уровень автоматизации позволяет централизовать управление только общими технологическими параметрами без управления качеством получаемой продукции.
Многолетнее отсутствие автоматизированного аналитического контроля параметров синтезируемых смол привело к тому, что в соответствии с нормативной технической документацией допускается широкий интервал значений основных параметров для готовой смолы. Так, кислотность синтезированных смол может различаться вдвое (10 < КЧ 20), а вязкость вчетверо (0,3 < т|12о°с < 1,3 Па-с).
Распространенные до настоящего времени процедуры лабораторного аналитического контроля технологических сред в производствах лакокрасочных материалов (ЛКМ), как правило, длительны во времени, сложны и многостадийны, что препятствует их использованию для целей автоматизации.
Предпринимавшиеся ранее многочисленные попытки локальной автоматизации контроля технологических сред путем погружения датчиков непосредственно в технологические среды реакционных пространств, успеха не имели из-за практического отсутствия в них изотермических и изоконцентрационных зон, что было обусловлено сложностью и неоднородностью этих сред.
Итак, среди причин, затрудняющих переход к автоматизированным производственным процессам, одной из главных является отсутствие методов и средств получения оперативной информации о концентрационных изменениях, происходящих в реакционных средах при синтезе ЛКМ.
Нельзя считать достаточно приемлемым, хотя и являлось вынужденным решение проблемы контроля и управления технологическим процессом с помощью временных циклограмм с корректировкой их по данным периодического лабораторного анализа. Такая организация контроля и управления часто приводила к нестабильности качества ЛКМ, а именно: к неудовлетворительной совместимости с растворителями, плохому отверждению ЛКМ на окрашиваемой поверхности и др. Управление технологическими процессами синтеза ЛКМ на базе результатов периодических лабораторных анализов целесообразно только при стабильном составе сырья и строгом соблюдении технологической дисциплины. В реальных условиях отечественной сырьевой базы требуются иные методы и приемы управления качеством продукции при синтезе ЛКМ, что и является темой настоящей работы. Автоматизация контроля и управления качеством технологических жидких сред, вязких растворов и расплавов, суспензий и эмульсий — сложная проблема, включающая решение многих вопросов, начиная от выбора точки отбора пробы

На стадии "Постановка смолы на тип", т.е. на стадии растворения смолы, важнейшим является контроль за протеканием этого процесса, который может быть осуществлен с помощью вибрационного вискозиметра, как и на стадии синтеза. Следует отметить, что на этой стадии технологического процесса получаемые результаты измерений вязкости последовательно отбираемых порций контролируемой среды вначале значительно различаются между собой, как в ту, так и в другую сторону, за счет того, что раствор в смесителе остается некоторое время неоднородным и в вискозиметрическую ячейку попадают порции эмульсии или растворов различной концентрации. Однако по мере завершения процесса растворения, результаты измерения все более выравниваются, характеризуя тем самым степень завершенности процесса.
Стабилизация результатов указывает на качественно проведенный синтез, остаточные же колебания результатов измерений указывают на наличие гелей в составе раствора (лака).
Аналогично, минимальные затраты времени на растворение смолы до момента стабилизации результатов измерений вязкости указывают на качественно проведенный синтез, "затягивание" процесса растворения указывает на повышенное значение средней молекулярной массы продуктов синтеза.
Нетрудно заметить, что использование в программе управляющей ЭВМ логической подпрограммы, позволяет косвенно характеризовать качество проведения отдельны стадий технологического процесса и выдавать рекомендации по условия проведения дальнейших его стадий (фильтрация, центрифугирование), а также — оценивать качество работы операторов технологического процесса и выдавать рекомендации по дальнейшему использованию полученного продукта (в виде лака; для получения эмалей светлых или темных тонов; и др.)
Связь вискозиметрического контроля технологического процесса синтеза смолы с ЭВМ позволит не только пополнять оперативную память последней, но и прогнозировать развитие технологического процесса на 0.5-1 час вперед и, следовательно, своевременно закончить процесс, не допуская появления и развития отрицательных показателей качества получаемой продукции.
Для полного решения проблемы автоматизации производства алкидных ЛКМ, конечно, не достаточно решения вопросов контроля вязкости и создания системы управления производством на базе ЭВМ. Также должны быть решены проблемы автоматизации контроля переэтерификации, титриметрического контроля КЧ с автоматическим отбором проб смолы при температуре выше 200°С, вопросы автоматического контроля и управления скоростью процесса синтеза при оптимальных затратах времени на это и ряд других задач.
Возможность, реальность и пути решения этих и других задач нашли свое отражение в монографии [9], однако выходят за рамки настоящей диссертации и поэтому ниже будет только кратко дано освещение некоторых из этих проблем. Представляемая на защиту диссертация, также как и монография [9] являются первыми попытками решить проблему автоматизации контроля и управления качеством продукции ЛКП при ее получении независимо от качества используемого сырья. В этом мы видим актуальность проблемы.
1.5 Выводы по главе.
1. Рассмотрены особенности производства алкидных лаков с точки зрения управления ими. Дано краткое описание типовой технологической схемы лакового производства полунепрерывным методом, включающей пять характерных ста-