1 醚化反应釜的温度控制现状
目前国内所有醚化反应釜装置生产厂家都已采用 DCS系统对生产实行监控，国内DCS系统占主 流，国外DCS系统也有几家，但都未实现对整个 流程的自动控制，基本仍处于手动控制状态 。 原因大致有以下几点：
补．生产厂家装置规模较小，自控投资较少；
b．整体工艺装置设计时自控设计不完善，没 能按照全自动要求的水平来设计，很多影响控制 的重要参数没有引入到DCS中；
C．生产工艺为间歇加料逐级反应，反应过程 干扰因素较多，当多个釜同时运行时反应釜之间 耦合严重；
d．熟练的、有责任心的操作工在整个反应过 程中凭经验很容易完成操作；
e．仪表白控维护人员较少，自控阀门及仪表 等设备维护跟不上。
随着人力成本的上升、对产物质量稳定性的 提高，公司对由DCS系统实现全自动生产控制的 需求也越来越高。山东HD公司纤维素醚项目的 醚化反应釜温度控制中，采用了和利时自动化有限公 司开发的专家控制系统，此系统包括自动精密加 料、自动升温及恒温控制等，在现场投运的效果在 国内已处于水平。
2 醚化反应釜的工艺流程介绍
涉及到醚化反应釜的醚化反应过程即醚化I一Ⅲ 过程。不同型号的产物工艺过程有所不同，主要 体现在加料量、升温时间、恒温温度和恒温时间 上。以某一型号的纤维素醚为例，醚化反应釜的工艺 流程如图1所示。
生产工艺过程大致如下：
a．化碱。在化碱釜(图1中未画出)中将片 碱升温融化。
b． 碱化。将化碱釜中液碱打人醚化反应釜，加入 溶剂，加粉碎棉，喷淋。
C．醚化I。抽真空一0．04MPa，加入环氧丙 烷，冷搅拌40min，温度控制在24％ ；升温至 T1℃=, 时间t1min；恒温控制T1℃，计时t2h。
d． 醚化Ⅱ。加人氯甲烷，升温至T2℃ ，时间 t3min；恒温控制 T2℃，计时t4h。
e．醚化Ⅲ。升温至 T3℃ ，时间t5min；控制 在 T3℃，计时t6h。
3 醚化反应釜温度控制的特点
由醚化反应釜的工艺流程可知，醚化反应釜的温度控 制分为升温阶段控制和恒温阶段控制。
升温阶段要求在规定的时间范围内将釜温升 到所要求的温度。升温时间过短或过长对醚化反 应都会产生不良影响，造成化学反应不充分或过 反应，影响到产物质量。升温过程主要控制两个 目标：升温时间和升温温度。
恒温阶段要求将釜温控制在设定值士l℃内。 釜内温度通过热水（90℃左右）、循环水( 30~ 40℃)和冷水（7℃左右）交替循环控制来实现。 热水用于升温，循环水用于正常降温，冷水用于紧 急降温。执行器为热水进出口电磁阀，循环水进 出口电磁阀，冷水进出口电磁阀，总管道主路、旁 路调节阀。
在整个醚化过程中釜温控制的难点是醚化 Ⅱ阶段，原因是醚化Ⅱ阶段加入氯甲烷，化学 反应比较激烈，不好控制。醚化Ⅱ阶段详细过 程如图3所示。
醚化Ⅱ升温过程分两个阶段，前一阶段为吸 热阶段，后一阶段为放热阶段。恒温阶段也分为 两段，前一阶段为反应剧烈阶段，后一阶段为反应平缓阶段。对象特性在升温过程和恒温阶段均会发生较大改变。
升温过程的吸热阶段直接通热水快速升温， 到放热阶段由于釜内化学反应开始变得激烈，会 释放大量的热，此时停止加热，靠夹套内热水温度 及自身化学反应放热升温。有时化学反应可能剧 烈一些，温度和压力上升比较快，这时将用循环水 来降温，必要时用7℃水进行紧急降温。升温阶 段控制的好坏关键是停止通入热水时间控制得是 否合适，停止通入热水要选择在醚化反应釜由吸热变 为放热这个时间段。
恒温阶段前期化学反应较剧烈，大约持续 25 min，该阶段比较难控，利用循环水降温比较频繁， 后期化学反应已基本完毕，温度趋于平稳。如果温 度上升过快，将采用7℃水紧急降温。如果降温过 度，将通人热水将温度升上来。正常操作应该是通 过循环水即可实现釜温在允许的范围内，出现冷水 紧急降温和热水升温说明操作不合理。
醚化反应釜控制是一个比较典型的批处理控制， 一个产物生产周期大约13h。醚化反应釜每次生产的 产物型号根据生产计划而定。
4 醚化反应釜温度控制方案的优化
4.1 温度控制优化
分成产物选择、恒温控制、升温控制优化，以 及升温预测和提前干预，满足升温时间要求。 针对升温过程及恒温过程利用先进控制中的模糊 技术，读取历史数据进行了分析，同时对操作人员 的控制思路进行了模拟分析，总结出一套自整定 模糊预测控制策略，根据相关产物的工艺边界条 件进行相应的操作温度控制。引入温度变化率和 压力变化率，限制和干预升温时间。该模糊控制 并不是严格意义上的模糊控制，缺少数学推导过 程，是从工程解决问题角度上设计的。
产物选择：以前的操作，需要根据不同型号产 品设置很多相关参数。优化后，只需要选择产物 型号，相关所有参数就会自动显示在画面上，并可 人工修改保存，下次再选择该型号产物时即这次 修改后的数据。这样既避免了输入错误，又减轻 了操作人员的劳动量。参数设置如图4所示。
醚化前恒温控制：24℃恒温，当循环水温度大 于25℃时（夏季），用冷水作为减温水，其他季节 用循环水作为减温水。
升温控制：用热水作为加热水，循环水作为减 温水。
a．开热水，当温度升到离目标值8℃（注季 节会造成循环水温度偏差，循环水温度为30℃ 时，该值为9℃；循环水温度为40℃时，该值为 IO℃)时，首次开3min，停5min观察。
b．如果升温率大于0.3，说明温度升高太 快，需要开lOs冷水，停3min观察。
c．优化算法会自动计算升温时间并与升温 目标比较，实时调整循环水，让升温时间等于目标 升温时间；实时计算T1（升温总时间）= T2（剩余 时间）+ T3（升温用时）；K（升温率）×L（剩余时 间）+ T3（升温用时）与T1（升温总时间）实时比 较。
d．醚化恒温控制：时间到加上温度离目标值 为l℃时，进入恒温阶段。根据恒温目标值，偏差 1℃和温度变化率，实时计算K（升温率）×T2 （lOmin时间）与温度目标值比较，很l℃开lOs循 环水，停3min；低1℃，开lOs热水。恒温保护：温 度很过目标值+0.8℃时，变化率大于0.05，开循 环水，起到温度变化率或压力变化率反向时才关， 停3min；变化率低，温度低于目标值+0.8℃时， 开lOs热水，停3min。温度很过目标值+1.1℃ 时，开循环水，到温度变化率小于0.005时才关。 醚化Ⅱ过程中步需要控制住温升速率。其 余与普通温控无二样。
4．2 循环水温度检测优化
因循环水温度在整个调节过程中是关键因 素，其温度会影响调节效果，必须测量循环水进水 温度。夏天温度太高，部分调节不起作用；冬天温 度低，调节方式不同。所以必须稳定循环水温度 或检测稳定循环水温度，优化方案如下：
a．用冷水控制循环水温度在24～30℃之 间；
b．如上述稳定循环水温度不可行，就用软件 测量来实现，用循环水阀打开4min后的釜进水温 度来代替。
4．3 投料控制优化
原来的投料控制是用PID的逻辑实现，逻辑 复杂，不能满足不同料、不同季节的实用性，现作 如下优化：
a．改为优化函数，进行无差调节。偏差小于 30kg开始关调节阀，小于20kg调节阀关到70％ ， 小于lOkg调节阀关到50％ ，小于5kg调节阀关到 20％ ，小于1kg调节阀关到5％ ，小于0.5kg调节 阀关到1％ ，小于1％ ，关总阀；但因阀的特性，24 个阀每个的情况都不同，要分别整定和调试。为 了克服其变化，用PID修正其非线性。
b．无论手动控制、自动控制都能看到加料前 的重量、加料目标值、加入料、剩余量和实时重量， 避免运行人员手工记录和计算这些量。
c．进料总阀在自动时根据进料分阀开度来 开关，无需干预；选手动控制时，可进行手动控制。
4．4 控制方案的测试结果
本醚化反应釜温度优化控制方案在山东HD公司 纤维素醚项目的测试结果见表1。
其余各项均在次测试中就100％ 达到控 制要求，其中较难的醚化Ⅱ(小)次由于对对 象了解还是有所偏差导致失败，经过分析对象特 性之后调整了相关参数，后两次都很成功，经过 10多次的测试，验证了该控制方案思路正确，控 制效果良好。
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5 结束语
该醚化反应釜温度优化控制方案，从工程问题角 度上进行设计，针对醚化反应釜温度变化的特点与控 制难点，将醚化反应釜温度偏差和温度变化速率划分 为若干个区域，对多个参数进行调节，实现了醚化 釜温度的精密控制。和利时公司通过对醚化类产 品定制控制功能块，并对其调试后可知，该功能块 使用简单、调试方便，并且能够达到预期控制目 标，可以在类似的间歇式反应釜温度控制中进行 推广，希望能对间歇式反应釜温度控制系统的改 进提供借鉴。
