三元乙丙橡胶工艺流程自控设计探讨

摘要：三元乙丙橡胶（EPDM）是一种三元共聚物，是由乙烯和丙烯加入非共轭二烯单体（一般称为第三单体）通过聚合反应生成的。文章针对某厂三元乙丙橡胶生产线项目进行了自动控制系统的硬件与软件工程设计研究。

关键词：三元乙丙橡胶；工艺流程；生产线项目；自动控制系统；工程设计 文献标识码：A

中图分类号：TQ333 文章编号：1009-2374（2015）14-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.007

1 概述

三元乙丙（EPDM）是乙烯和丙烯的三元共聚物加入的非共轭二烯单体（通常被称为第三单体），它是由聚合反应得到的。三元乙丙橡胶（EPDM）良好的抗氧化、抗臭氧性和耐腐蚀性，其可以很好地处理和加工，并在现阶段的汽车工业、电子、电器、建筑等行业得到广泛应用。目前在中国，EPDM低于2万吨年产量，但据统计，2015年，需求量将达到32万吨三元乙丙橡胶，对进口行业的依赖性较大。因此，熟悉和掌握EPDM的制备方法将是国民经济快速发展的重要支撑。

2 EPDM生产装置组成及工艺流程

2.1 EPDM概述

三元乙丙橡胶（EPDM）是本生产线主要的产品，是由乙烯、丙烯及非共轭二烯单体（一般称第三单体）通过共聚反应生成的三元共聚物。EPDM是一种无定型、非结晶性、低不饱和度的橡胶，它的分子结构式见图1：

图1 三元乙丙橡胶分子结构图

从EPDM分子结构图中我们可以发现，整个结构在分子的主链上，不存在双键，主要是由较为稳定的饱和烃构成，不饱和双键存在于分子的侧链上。

2.2 工艺生产流程

采用的生产工艺方法是溶液聚合法。溶液聚合法是目前工艺生产应用较为广泛的方法，约占总产能的74.9%。

整个工艺过程工序较多，主要由准备原材料（包含第三单体）、聚合反应、催化剂脱除、回收精制、干燥、装车组成。工艺中主要采用V-A1催化剂，聚合的温度和压力较为关键，有着严格的控制要求。其聚合过程可由下式表达：

CH2=CH2+CH2=CH-CH3+第三单体（二烯烃）

EPDM+热

图2 工艺流程图

3 自动控制工程设计

3.1 聚合反应单元控制系统的工程设计

工艺流程中，聚合反应单元为核心单元，是整个工艺的关键环节，它的控制点多，控制系统复杂，含有易燃、易爆、腐蚀性介质，且存在高温、高压生产工况，对自动控制系统的可靠性、安全性要求很高，因此，如何设计好控制方案，如何在控制逻辑上实现其特殊的安全要求，是本文的重点。

3.2 聚合反应单元工艺介绍

聚合反应单元为工艺流程核心单元，工艺工况较为复杂，控制点多，处于整个工艺流程的关键阶段，见工艺简易流程图3：

图3 工艺简易流程图

聚合反应单元工艺较为复杂，高温、高压工况较多。主要由乙烯、丙烯作为原料，过程中加入第三单体，经过干燥、冷凝环节后进入聚合釜中，同时加入引发剂，经聚合反应后，后续工艺加入防老剂，高压低压闪蒸后进入凝聚釜，最后洗涤加工干燥，包装成成品，具体见简易流程图4：

图4 聚合单元流程图

3.3 液位、流量、压力典型控制方案设计

液位、压力、温度参数对于反应器来说，其稳定性是必须要保证的。液位控制是通过控制反应器原料出料量来实现的，即液位低时减小出口流量，液位高时则加大出口量。同时，由于物料流量为整个反应器出口流量减去回流量，因此产品物料流量受多个参数共同影响，受干扰性大且干扰来源难以判别，然而产品流量的扰动会引起液位的波动，所以此处的控制方案要求能消除罐体出口流量干扰的影响。如图5所示：

图5 聚合釜液位、压力、流量、温度控制

整个控制方案由三套控制系统组成：第一套由两个检测变量、两套检测变送器、两套控制器和一个控制阀门组成的串级控制系统；第二套是反应器压力为主要变量的单回路控制系统，在反应过程中，如果罐体压力高出设定值，将通过联锁来控制容器进料量；第三套是反应器温度为主要变量的单回路控制系统，在反应过程中，如果罐体温度高出设定值，将通过联锁来控制容器进料量。

4 结语

本文完成了控制系统的选用及设计的阐述，以装置生产工艺流程为依据，从实际问题出发，构成完整的自控系统体系，以核心单元聚合反应单元为例阐述了反应器中液位、流量、压力、温度的典型控制方案设计过程，满足了开车时对反应器压力、温度控制的特殊要求。

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作者简介：朱云峰（1985-），男，江苏镇江人，供职于南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，研究方向：控制

工程。

（责任编辑：周 琼）