聚羧酸系減水劑生產自動化控制系統

聚羧酸系減水劑生產自動化控制系統

引言

聚羧酸系減水劑具有其他減水劑所無法比擬的性能優勢，近年來在國內外得到廣泛開發和應用。隨著聚羧酸系減水劑生產規模的逐漸擴大，工業大生產對其生產效率、產品質量和生產安全性等因素都提出更高要求。而傳統聚羧酸系減水劑生產廠家大多以現場人工操作或半機械式操作為主，易出現操作誤差大、生產安全性低以及產品質量不穩定等問題，故聚羧酸系減水劑工業生產線亟待優化。

自動化生產技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息設備，對工業生產過程實現自動監測、控制、調節，可實現高效生產、降低能耗、提高質量、確保安全的綜合性生產目的。聚羧酸系減水劑生產自動化控制系統即基于自動化生產技術設計而成，另外協同聚羧酸系減水劑生產設備的優化設計，實現聚羧酸系減水劑的高效、優質及安全生產。

1 聚羧酸系減水劑自動化生產特點

1.1設備產能高，產品質量高

現階段，醚類聚羧酸系減水劑生產工藝應用最為廣泛，其合成原料有TPEG(或HPEG)大單體、丙烯酸、巰基乙酸以及其他小料等，工廠生產所用設備一般為(5-10)噸反應釜，而各廠家所生產產品固含量大多高于所售成品，因此一般單釜原材料最終可得到(20-40)噸成品，設備產能高。

聚羧酸系減水劑產品質量與工藝過程中的溫度控制、反應時間、加料量及加料速率等因素有關，自動化生產可實現各生產因素的嚴格監控，保證最終產品質量滿足應用需求，產品質量高。

1.2 釜溫可實時控制

聚羧酸系減水劑加熱合成工藝分為加熱溶料、恒溫滴加、保溫、降溫、中和等幾個溫度控制過程，每個階段都要嚴格把控。傳統聚羧酸系減水劑工業生產中為實時控制聚羧酸系減水劑工業生產反應釜中反應料溫度，將溫度計插入搪瓷溫度計套管中對釜內溫度實時監測。為避免反應釜中劇烈攪拌的液體對套管造成破壞，溫度計套管一般管壁較厚，另外由于反應釜較大，升降溫過程中釜內熱傳導需要一定時間，導致溫度計顯示出來的溫度變化滯后。一般開啟蒸汽或冷卻水閥，到溫度計實時顯示出溫度變化，大致需要(15-20)分鐘。聚羧酸系減水劑自動化生產技術采用溫度控制系統可實時控制釜內溫度，保證各個溫度控制過程嚴格遵循合成工藝要求。

1.3 加料操作過程控制精確

A、B料的滴加過程和加水量是聚羧酸系減水劑生產工藝的關鍵，直接影響最終產品質量。自動化生產過程基于計算機系統調控，加料過程控制趨于精細化。

2 聚羧酸系減水劑生產自動化控制系統分類

該生產所用原料包括聚醚大單體、丙烯酸以及巰基乙酸、雙氧水和VC等小料(不同生產廠家添加的小料不同)。首先，在預溶釜內加入一定量去離子水和固體大單體原料(部分廠家采用液體大單體)，通入蒸汽加熱并打開攪拌，溶化固體大單體原料，升溫至55℃后將其輸送到反應釜中。在投入固體大單體過程中可同時配制A、B料，A料主要為巰基乙酸、去離子水和VC等小料的混合液(不同配方添加的小料種類和用量都不盡相同)，B料主要為丙烯酸和去離子水等的混合液，將配制好的A料和B料分別打入A、B料高位槽中。往反應釜內加入雙氧水并攪拌，開始滴加A、B料，滴加結束后保溫一段時間，之后打開冷卻循環水降溫，并加入一定量液堿攪拌中和，最后加入去離子水將母液稀釋至應用需求的固含量，打開反應釜釜底閥門將母液排入儲罐。最后根據需求加入小料進行復配，復配采用自來水即可。

基于工業自動化控制系統的范疇，上述聚羧酸系減水劑生產工藝流程主要通過以下三大控制系統實現。

(1) 溫度控制系統

通過調節蒸汽閥和冷卻水閥控制通入反應釜外層夾套中的蒸汽或冷卻水，從而對釜內溫度進行調節控制。為保證溫度調節系統的精確控制，首先要選擇合適的溫度傳感器，現有工業生產中較為認可的是鉑熱電阻溫度計，同時搭載使用鎧裝熱電阻，能有效解決釜溫滯后大的工藝問題。溫度調節系統的自動化控制機理，傳感器將所測得的溫度值發送至控制器并與工藝要求值比較，通過計算溫度值偏差的大小和方向，實時調整釜內溫度，實現釜內溫度的自動化控制。

同時，生產設備的優化設計也為聚羧酸系減水劑生產反應釜內溫度的精確控制提供了更為便利的途徑。目前，部分減水劑生產廠家在反應釜內配備電磁加熱線圈，將電磁加熱線圈上的溫控器與釜內溫度傳感器連接，克服傳統蒸汽加熱方法費時費工的缺點，實現釜內溫度更為精確的自動化控制。

(2) A、B料滴加速率控制系統

通過調節A、B加料管線上的調節閥達到控制加料速率的目的，滿足工藝要求的加料時間。傳統工業生產多采用在A、B料計量槽上安裝電子秤，利用單位時間內計量槽內液體重量減少量來控制流速，該方法操作復雜，不利于料液流速的實時控制。現多采用轉子流量計或電磁流量計，清晰直觀。流量計將測得的數據發送至計算機控制系統，可實時調節A、B料滴加速率，方便快捷。

(3) 釜內加水及加堿量控制系統

通過調節加水管道和加堿管道上的調節閥控制反應釜內的加水量或加堿量。生產后期母液固含量和pH值的調整可通過計算機自動調控系統調節管道閥門，對產品質量進行自動化調控。

3 聚羧酸系減水劑生產自動化控制系統功能

3.1 減水劑性能連續可調節功能

聚羧酸系減水劑生產廠家通過專業生產線設計公司設計調整生產線上儲料罐的安置，方便隨時向反應釜中加入不同種類和用量的原料，從而生產出不同種類的聚羧酸系減水劑，實現減水劑性能從減水到保坍的連續可調，從而滿足不同區域、不同氣溫以及不同施工條件等環境的需求。

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3.2 在線監控功能

程序可編輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)系統是一種專為工業環境設計的數字運算操作系統。聚羧酸系減水劑自動化生產中反應釜內溫控制，A、B料滴加速率以及加水、加堿量的調整都要借助于PLC系統的數據傳送、數據處理和數據操作轉換實現。反應釜中料液的溫度、pH值、黏度以及離子含量等參數都可通過相應傳感器傳送至PLC系統，實現反應體系的參數實時監控和調節。

3.3 有害離子監測與控制功能

雖然聚羧酸系減水劑的生產工藝較木質素減水劑和萘系減水劑更為綠色環保，但其生產工藝的復雜性導致其在生產過程中不可避免會引入對混凝土耐久性有不利影響的離子，如Cl-和SO42-等。通過離子傳感器測定反應釜中有害離子含量，當反應釜中有害離子含量超過設定范圍時就會觸發相應報警器，實現有害離子濃度的實時監測和控制。

4 結語

聚羧酸系減水劑自動化生產技術是基于信息技術對減水劑的生產進行自動檢測、控制和調節，從而實現減水劑工業生產的高效性、安全性以及產品質量穩定性。隨著信息技術在減水劑生產領域地不斷滲透和深化，未來減水劑生產過程將更趨向于智能化和高效化。自動化生產技術作為信息時代的新鮮產物，勢必會為減水劑的生產注入更為強勁的發展動力。

聚羧酸系減水劑的廣泛開發和應用實現了其生產工藝的多樣化，目前自動化控制技術在聚羧酸系減水劑加熱合成工藝中逐漸趨于成熟，而常溫合成工藝中卻少有涉及。研究適合聚羧酸系減水劑不同生產工藝尤其是常溫合成工藝的生產自動化控制技術將得到更多關注。