DCS控制对大豆蛋白纤维生产的影响.doc

DCS控制对大豆蛋白纤维生产的影响吴卫清蔡建南(1苏州兆达特纤科技有限公司江苏常熟2155222常熟绣珀纤维有限公司 江苏常熟 215522)摘要：本文针对大豆蛋白纤维生产中质量的不稳定性，分析了其工艺过程，并结合实际对工艺进行了自动化改造，稳定了各工序质量，降低了大豆蛋白纤维的生产成本，促进了大豆蛋白纤维的发展。关键词：大豆蛋白纤维；DCS控制系统；蛋白原液；质量中图分类号大豆蛋白纤维是我国原创纤维，具有羊绒般的手感，真丝般的光泽，导湿透气，亲肤性和抑菌性好等优良性能，是一种新型健康舒适的纺织原材料。但其工程开发明显滞后于工艺开发，致使产品质量、性能不够稳定，给后道纺纱、印染产品的开发带来一定的困难，同时由于质量的不稳定带来了生产成本的居高不下，迫切需要采取相应的控制手段，突破大豆纤维产业化的瓶颈。在大豆蛋白纤维生产过程中，原液质量是保证大豆蛋白纤维质量的前提。随着DCS控制技术的发展，该技术在大豆蛋白纤维生产中应用也逐步广泛。下面作一下简单分析：1大豆蛋白纤维原液生产工艺控制技术及其缺陷大豆纤维原液的生产工艺：大豆纤维具体生产工艺是将豆粕加入PH值8-10的碱性水溶液中浸泡，浸泡料水比1：15，然后用离心分离机分离出蛋白质，并将蛋白质水洗、沉淀使之纯净。制得的蛋白质液调整PH值为9，用水调整浓度逐渐升温溶解，待溶解后与一定比例的PVA混合，再升温至110溶解、静置脱泡等待纺丝。大豆蛋白纤维生产中蛋白的提取采用豆粕单缸浸泡提取蛋白的方式，其中PH值的控制靠手工测试后，手工调节加碱阀门的开度来调整。在浸提过程中，PH值逐步下降，测试到差距后再加入碱液，实际罐内PH值波动较大，每罐蛋白提取率不一，致使蛋白浓度及蛋白性质不同，影响蛋白的溶解和蛋白与聚乙烯醇的接枝。蛋白溶解时，设定溶解终止温度，溶解机夹套蒸汽加热，前快后慢，靠手工观察温度并手工操作蒸汽阀门，很难实现溶解的最佳温度曲线，并且，溶解的各罐之间不均匀，难于制取稳定的蛋白液。在蛋白液与聚乙烯醇的接枝时，同样存在上述问题，提供给纺丝的原液质量波动大，不稳定。在蛋白液的纺丝过程和初生纤维的缩醛化过程中，由于缺少有效的控制手段，也增加了大豆纤维生产的成本和质量的不稳定性。2解决大豆纤维生产控制技术的思路DCS是分散控制系统的简称，它是一个由过程控制和过程监控组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS具有高可靠性和开放性：DCS采用开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。大豆纤维在生产中的问题正好可以用DCS来控制，实现与连续化生产相当的质量。3工艺流程的设置及控制方法通过以上的分析，我们把大豆蛋白纤维生产中质量的不稳定因素，特别是工艺控制中的不稳定因素罗列出来，区分重点和一般因素，把它们编入计算机；同时把正确的工艺数据输入计算机内。根据设备的配套能力，修正合理的工艺变化曲线，以使生产中达到最大的符合性。运用如下：3.1 蛋白提取的控制通过在蛋白提取机内加装PH计，将取得的信号反馈到中央计算机，再由计算机根据原设定的工艺要求向现场发出指令，控制加碱的电动阀，并根据蛋白提取时碱液消耗的速率，调整加碱的速度，保证蛋白提取罐内的PH值一直稳定在9.29.3，保证蛋白提取液的质量和蛋白提取率的稳定。3.2 蛋白溶解与原液制备通过在蛋白溶解机内加装温度计，将信号反馈到计算机，再由计算机向现场发出指令，控制蒸汽流量的电动阀，并根据罐内温度与设定的差距，调整阀门的开度，保证罐内的温度的变化与设置的工艺曲线相同，以达到最佳的溶解效果。根据工艺时间设定，在溶解结束时立即加入原已计量配比并水洗好的PVA，通过同样的升温控制来进行原液的制备，以达到原液浓度质量的一致。同时，根据在线检测数据，决定是否在设立的混匀装置上进行混罐操作，充分消除原液的罐间差，确保送纺丝前质量的一致性。3.3 纺丝成型及二浴牵伸的控制大豆蛋白纤维的纺丝过程，主要是原液经喷丝孔挤出，在凝固浴中成形，形成初生纤维和初生纤维在热水水浴中初步牵伸使之具有一定的强力的过程。这部分主要是凝固浴和二浴的比重和温度、酸度的影响。原有控制主要是人工，较为粗糙。运用自动化控制后，波动大幅减小。初生纤维凝固情况稳定，减少了纤维在凝固浴和二浴中的断头情况。原丝卷装增大，接头浪费减少，同时纤维质量明显改善，有利于后道的进一步处理。3.4 纺丝热处理的控制在纺丝热处理中，原有温度控制装置在升温时一直到设定温度才停止加热，在下降到设定温度时才开始加热。由于加热装置较大，其热惯性的问题会使温度超过设定10多度，纤维的晶区不稳定，影响纤维的强力和伸缩。现改用计算机控制的自动程序后，在接近设定温度时就调整加热功率，到达温度时热惯性已经非常小。再配合设备上将电热丝加热（热惯性较大）改为红外加热（热惯性很小），使得温度波动真正达到工艺上所要求的2，使纤维的晶区稳定，强力和染色良好。3.5 醛化工段纤维质量的控制大豆蛋白纤维的缩醛化过程从纺丝工段过来的原丝丝束开始，包含水洗、预缩醛化、醛化、回收醛化液、PH调整、漂白、清洗、上油等过程。本部分主要控制各反应溶液的浓度、温度的均匀。在原有生产过程中，因为补正是靠数据测定后再调整的方法，一直存在滞后现象。经常出现纤维醛化度不稳、抗热水性差、白度不均匀、回收液浪费严重等情况。通过多次试验，将循环液和漂白液的补正连接入计算机，加入在线PH计、在线比重计与温度计等仪器，及时调整补正量，使实际情况符合工艺要求。在生产中，纤维的白度、醛化度等均得到了良好的控制。保证了纤维的纺纱、染色的均匀性。醛化下来的纤维经后加工卷曲、切断、打包形成成品纤维。4结果与结论DCS控制实施后结果如下：表1：控制前后制成率对比工序名原液纺丝二浴热牵伸醛化后加工实际偏差控制前%1.5211.50.50.346控制后%1.210.510.20.234表2：控制前后工序合格率对比工序名原液纺丝二浴热牵伸醛化后加工实际偏差控制前%1.5211.50.50.346控制后%1.210.510.20.234由于控制有效，浪费现象减轻，可以提高制成率，降低5%的成本。从结果看，通过DCS的控制，尽管工艺过程不变，工艺控制参数不变，但是在生产中的合格率和制成率明显上升。产品质量上升了一个档次，而成本却下降了一个台阶。质量的稳定性有利于后道纺纱和染色，有利于后道的产品开发。总之，该自动控制的实施使大豆蛋白纤维的质量趋于完善，降低成本，并使这种纤维成为市场上具有推广应用的价值。参考文献：1张岩昊 大豆蛋白纤维及其产品开发2000年09期棉纺织技术2黄金豹 刘月菊 何伟峰DCS控制系统在聚氯乙烯生产中的应用2007年10期河南化工3 施耀新 吴卫清大豆蛋白长丝纤维漂白去甲醛的工