[发明专利]一种碳纤维生产聚合反应控制装置及方法

说明书

本申请公开了一种碳纤维生产聚合反应控制装置和方法，其中装置包括DCS控制系统、由DCS控制系统控制动作的进料机构和温度调节机构；温度调节机构包括：温度三通调节阀V3、分别安装在两路循环水路上的温度调节阀V1和V2、分别安装在两路冷却水路上的温度调节阀V4和流量调节阀V5；V1、V2和V4所调节的水路混合后一方面直接进入到反应釜外的温度调节夹层，另一方面流入到V3的一个入口；V5所调节的水路流入到V3的另一个入口；经V3混合后水路流入反应釜外的温度调节夹层；DCS控制系统内设置有用于控制V2、V3和V4开度的混合调节模块；本申请对各个参数的控制连续稳定，保证了聚合液的均一性。

技术领域

本公开一般涉及碳纤维生产领域，具体涉及碳纤维生产设备和方法，尤其涉及一种碳纤维生产聚合反应控制装置及方法。

背景技术

PAN基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、导电、隔热及热膨胀系数小等特征，是具有综合优异性能的新型碳材料，广泛应用于航空、航天、化工、建筑及体育用品等行业。

PAN基碳纤维生产过程包括:聚合、纺丝、氧化碳化等阶段。聚合是指采用丙烯睛(AN)、衣糠酸(IA)自由基溶液，以偶氮二异丁睛(AIBN)为引发剂，在二甲基亚飒(DMSO)中合成聚丙烯睛纺丝溶液。

聚合作为第一阶段，是整个碳纤维生产的基石，直接关系到最终产品的质量和产量。目前，碳纤维生产中的聚合反应控制通常采用手动或半手动控制方法，聚合液的均一性无法得到保证。主要问题在于手动或半手动控制无法保证聚合反应过程中的进料量、流量、温度、液位和压力控制连续稳定，影响聚合液各项指标的稳定性。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种控制精度高、聚合液各项指标的稳定的碳纤维生产聚合反应控制装置和方法。

第一方面本申请提供一种碳纤维生产聚合反应控制装置，该装置包括DCS控制系统、由DCS控制系统控制动作的进料机构和温度调节机构；所述温度调节机构包括：温度三通调节阀V3、分别安装在两路循环水路上的温度调节阀V1和V2、分别安装在两路冷却水路上的温度调节阀V4和流量调节阀V5；V1、V2和V4所调节的水路混合后一方面直接进入到反应釜外的温度调节夹层，另一方面流入到V3的一个入口；V5所调节的水路流入到V3的另一个入口；经V3混合后水路流入反应釜外的温度调节夹层；所述DCS控制系统内设置有用于控制V2、V3和V4开度的混合调节模块。

根据本申请一种实施例提供的技术方案，所述进料机构包括对应每种物料的物料管、控制每条物料管进料量的进料执行机构、安装在每条物料管上的两个流量计；所述DCS控制系统内对应每条物料管内设置有控制其进料执行机构进料量的进料PID控制模块；每条物料管的进料PID控制模块的输入信号为该条物料管上实时测量值大的流量计的信号。

根据本申请一种实施例提供的技术方案，所述DCS控制系统设置有偏差比模块，所述偏差比模块用于实时接收每条物料管上的流量计的偏差比；当任何一条物料管的偏差比大于设定值时，偏差比模块控制所述进料执行机构停止进料并报警。

根据本申请一种实施例提供的技术方案，所述DCS控制系统还设置有温度PID控制模块和模糊控制模块，所述温度PID控制模块配置用于在聚合反应的恒温阶段通过控制V1的开度保持反应釜内温度的稳定；所述模糊控制模块配置用于在聚合反应的恒压阶段通过控制V1的开度保持反应釜内的压力的稳定。

第二方面本申请提供使用上述碳纤维生产聚合反应控制装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

控制进料机构往反应釜内加料至设定值；

按设定开度打开温度调节阀V1、V2和V4，温度三通调节阀V3和流量调节阀V5；

通过混合调节模块调节V2和V4的开度直至反应釜内的温度稳定上升至第一设定温度；