自動配料技術及其在催化劑生產中的應用

趙悅 張建國 張潮 任廣行 陳世安 賀新

摘 要：介紹了工業(yè)生產中自動配料技術的應用，詳述了撫順石化公司3 000 t/a通用催化劑生產線，對其工藝、關鍵設備和優(yōu)點進行了分析。經過生產實踐檢驗發(fā)現，該套自動配料系統(tǒng)配料均勻準確，精度高，性能穩(wěn)定、運行可靠，保障了催化劑生產取得良好的經濟技術指標。

關 鍵 詞：自動配料;催化劑生產

中圖分類號：TQ 426 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1318-03

Automatic Batching Technology and Its Application in Catalyst Production

ZHAO Yue1，ZHANG Jian-guo2，ZHANG Chao3，REN Guang-hang1，CHEN Shi-an1，HE Xin1

（1. Research Institute of PetroChina Fushun Petrochemical Company， Liaoning Fushun 113004， China;

2. PetroChina Fushun Petrochemical Company No.2 refinery， Liaoning Fushun 113004， China;

3. PetroChina Fushun Petrochemical Company Catalyst Plant， Liaoning Fushun 113001， China）

Abstract： Application of automatic batching technology in industrial production was reviewed. The 3 kt/a general catalyst production line of Fushun Petrochemical Company was introduced. Its process， key equipments and advantages of this production line were analyzed. The production practice shows that the automatic batching system has stable performance. This system can mix material uniformly and precisely. This stable performance can guarantee that the produced catalyst has good technical and economic indexes.

Key words： Automatic batching; Catalyst production

配料一般是指將原材料按一定比例均勻混合，用以形成一種新的材料。料批的準確性和混料的均勻性對產品的質量、單耗等指標有較大影響，因此配料是生產的重要組成部分[1，2]。在生產過程中，各種原料要嚴格按照比例進行均勻混合，就要靠配料機械來完成。傳統(tǒng)方法是人工稱重，然后將原材料放入配料機中攪拌。由于很多原始材料為顆粒或粉狀，人工配料時，粉塵等雜物容易被人體吸入，容易導致職業(yè)病的出現，增大了生產風險和勞動力成本。同時原料品種多樣，數量較大，因此人工配料較難實現現場管理，很容易出現配料錯誤，不但難以保證質量，也增加了管理成本。現代企業(yè)尤其是一些精細化工企業(yè)要想實現連續(xù)化生產、獲得穩(wěn)定的產品質量，就必須對物料的配制工序做到最優(yōu)[3]。

1 自動配料系統(tǒng)概述

自動配料系統(tǒng)是對粉粒或液體物料進行單秤稱重并按所選配方混合這一工業(yè)過程進行實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng)[4]。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，各配料輸送裝置嚴格地協(xié)調控制，對溫度、重量、泵、閥門等進行及時精確地監(jiān)測和調節(jié)[5]。目前，自動配料稱重控制系統(tǒng)已廣泛應用于玻璃配料、陶瓷配料、制藥廠配料、食品配料、糧食稱重、化工配料、配煤控制、混凝土攪拌控制等領域[6]。它是集自動控制技術、計算機管理技術、傳感器技術、計量技術于一體的機電一體化系統(tǒng);具有配料速度快、控制精度高、重量值數字顯示、配方可修改管理、過程畫面動態(tài)顯示等優(yōu)點。自動化配料有幾種不同模式，包括靜態(tài)計量、電子皮帶秤計量、核子秤計量等，不同模式適用于不同的應用現場。

2 催化劑生產自動配料系統(tǒng)

催化劑制備過程中的自動配料部分主要是載體成型前的配料過程和浸漬液配置過程。如何保證自動配料系統(tǒng)的配料過程準確、快速、混料均勻、原料輸送順暢是自動配料系統(tǒng)的關鍵。下面對配料過程進行分析：

載體成型前的配料過程包括液體配料和粉體配料兩個部分。液體配料主要是指酸液和凈水的輸送和計量，其中酸液的用量很小，而凈水的用量較大;粉體配料主要指氧化鋁、分子篩、田菁粉等分料的輸送和計量，其中田菁粉用量很小，氧化鋁和分子篩用量較大。液體配料部分包括濃酸液輸送和計量、濃酸液稀釋、稀酸液輸送和計量、凈水輸送和計量;粉體配料部分包括粉體的輸送和計量、粉體干混、粉體濕混。浸漬液的配制過程包括金屬鹽和凈水的輸送、計量、混合。由于催化劑配料過程是間歇式操作，為了保證配料稱重的準確性，可采用配料準確度最高的靜態(tài)配料模式。

3 撫順石化公司3 000 t/a通用催化劑生產線自動配料技術

2004年撫順石化公司引進國外技術建成3 000 t/a年通用催化劑生產線，實現了全部自動化生產，經過10年多的生產實際檢驗，該生產線不但完全能夠滿足生產工藝要求，而且操作過程自動化程度高、污染小。

3.1 自動配料工藝介紹

撫順石化公司3 000 t/a通用催化劑生產線的配料、混捏工序采用全自動方案，自動配料工藝如圖1。

圖1 自動配料系統(tǒng)示意圖

Fig.1 Schematic diagram of automatic batching system

V-01酸液配置罐; V-02料倉; V-03料倉; V-04液體添加劑罐; V-05固體添加劑料倉; M-01混捏機

催化劑的所有物料都在混捏機（M-01）中混合。混捏機安裝在稱重秤上，稱重秤用來稱量從V-02和V-03中來的加入混捏機中的物料的重量，物料輸送采用雙螺旋給料機給料。液體、固體添加劑和酸的給料系統(tǒng)都有各自的稱重秤，根據重量的減少向混捏機中加料。水的加入是通過流量控制器實現的。

3.2 自動配料系統(tǒng)關鍵設備

自動配料系統(tǒng)中主要的設備包括：料倉（不帶稱重）、固體添加劑料倉（帶稱重）、螺旋輸送機、酸液配置罐及液體添加劑罐（帶稱重）、混合機（帶稱重）。

3.2.1 料倉

在自動配料系統(tǒng)中料倉有兩種：一種是儲料倉（如圖1，V-02/03），另一種是稱重倉（如圖1，V-05）。兩者的主要區(qū)別在于稱重倉具有稱重傳感器，容積小于儲料倉，儲料倉沒有稱重傳感器。

（1）料倉的基本結構型式

料倉的結構型式有多種，為常見的有圓筒形和方形兩種（圖2）。其中以圓筒形料倉（如圖1，V-05）最為常見，也有方形料倉（如圖1，V-02/03）。

圖2 料倉的基本結構型式

Fig.2 Basic structure of bin

（2）料斗半頂角

料倉下料不暢，關鍵是傾斜角小于物料安息角所致。確定一個合適的料斗半頂角θ（見圖3），目的是為了解決物料輸送順暢的問題。

圖 3 料斗半頂角θ

Fig.3 Half-apex angle θ of the hopper

儲料倉使用過程中不會發(fā)生物料殘留，從圖4可以看出，其料倉為方形，傾斜角較大，可以保證物料下料順暢。

圖4 料倉

Fig. 4 Bin

3.2.2 螺旋輸送機

螺旋輸送機的工作原理是：由帶有螺旋葉片的轉動軸在一封閉的料槽內旋轉，使裝入料槽的物料由于本身重力及其對料槽的摩擦力的作用，不和螺旋一起旋轉，在螺旋葉片的推動下，沿料槽向前運移，其工作情況類似于不能旋轉的螺母沿螺桿作運動一樣。實際上在輸送過程中物料的顆料運動由于受旋轉螺旋的影響，并非是單純的直線運動，而是一個空間運動（圖5）。

圖5 螺旋給料機結構示意圖

Fig. 5 Schematic diagram of screw feeder structure

粉料輸送采用雙螺旋輸送機，可以保證物料輸送快速。

3.2.3 混合機

梨刀混合機由傳動機構、臥式筒體、犁刀、飛刀四部分組成。物料在犁刀作用下沿筒壁作對流運動，當物料流經飛刀時被高速旋轉的飛刀拋灑，從而在較短時間內達到均勻混合（圖6）。

圖6 犁刀式混合機

Fig. 6 Coulter type mixer

3.3 自動配料系統(tǒng)優(yōu)點

3.3.1 粉料輸送順暢、快速

粉料儲存采用儲存料倉及稱重料倉，料倉結構設計合理，粉料不會在料倉壁結拱造成堵塞。采用雙螺旋輸送機輸送物料，可以快速輸送物料，保證高效率的完成物料輸送。

3.3.2 計量準確

物料計量形式采用稱量準確度最高的靜態(tài)計量方式（±0.1%），同時對大量物料與少量物料分別設置計量設備，與只用一種稱量設備相比，可減小系統(tǒng)誤差，保證稱量的準確性。

3.3.3 混兌均勻

物料混兌在混捏機中進行，混捏機為犁刀式混捏機，混合速度快（幾分鐘）、均勻。

4 結 論

撫順石化公司引進國外技術建成的3 000 t/a通用催化劑生產線，經過10年來的實際生產檢驗，該套自動配料系統(tǒng)生產規(guī)模大、自動化程度高、稱量準確、自動配料控制系統(tǒng)穩(wěn)定且方便操作，可滿足該生產工藝條件與產品質量的要求。

參考文獻：

[1] 田斐，崔世林，楊祖釗.基于PLC 和稱重儀表的自動配料系統(tǒng)設計[J]. 產品與應用，2009（6）：99-102.

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[3] 張慶彬，畢麗紅.工業(yè)自動配料系統(tǒng)的組成與設計[J]. 起重運輸機械，2005（2）：11-14.

[4] 熊志奇.微機自動化配料控制系統(tǒng)[J].電子技術應用，1997，23（10）：30-32.

[5] 李曉軍.PLC技術在洗潔精自動配料系統(tǒng)中的應用[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2010（6） ：84-87.

[6] 譚利都，詹俊鋼，馬夢濤.自動配料稱重控制系統(tǒng)的研究與設計[J]. 農機使用與維修，2014（1）：9.