聚丙烯腈原丝预氧化设备及温度控制特性的研究

摘要

我们提出了热风预氧化的新思路,即先将空气加热到预定温度,然后再将热空气送入走丝室,借助于预氧化炉膛外侧的加热元件微调温度,使温度可靠控制在设定值上.为了提高系统的可控性,鼓入预氧化炉膛的空气全部由外部流量计计量控制,从而保证了整个预氧化系统的稳定运行.在对炉子总体结构进行了设计的基础上,详细计算了热风炉及预氧炉的炉衬厚度、炉子功率、电热元件尺寸及风机参数,并加工制造了新型预氧化炉.设计了适合碳纤维预氧化的混合温度控制策略,实现了高精度温度控制.实际运行表明,采用这种新型的预氧化方式并配合先进的智能仪表和混合温度控制策略后,到达设定温度不会出现温度过冲现象,实际控温精度±2℃.根据具体的预氧化工艺要求,对温度控制特性进行了系统实验.分析了风量、预氧化炉各温区的热风设定温度、预氧化炉罐的设定温度对温度控制特性的影响,确定了合理的风量范围,在此范围内,系统有较高的控温精度和经济的加热热风能耗;选定了最佳的预氧化工艺参数,缩短了到达设定温度的时间.实验验证,各区控温效果好,可靠保证了预氧化工艺的顺利实施.回归了该预氧化炉各温区的温度控制数学模型,为更高精度的温度控制奠定了基础.编写了上位机监控软件,并利用它对所有温度点的温度设定、下位机控制参数设定、参数检查、报警检测、工艺过程记录等,将控制与管理有机的结合起来.实际生产表明,该预氧化炉具有设计合理,控温精度高、温度均匀性好、热效率高、维修方便的特点,可满足聚丙烯腈原丝性能试验及高性能的碳纤维试验要求,是一种较理想的预氧化炉.

目录

文摘

英文文摘

1.引言

1.1研究意义与目的

1.2国内外研究现状

1.2.1国内预氧化炉

1.2.2国外预氧化炉

1.3预氧化工艺参数

1.4炉衬材料及组合方案

1.5电热元件的选择

1.5.1电热元件材料的基本性能要求

1.5.2常用电热元件及特性

1.6温度控制策略

1.6.1模糊控制

1.6.2PID微机控制

2．预氧化炉的总体设计

2.1设计的重要性及具体要求

2.2碳纤维生产线总体组成

2.3预氧化设备的总体介绍

2.3.1预氧化炉的结构特点

2.3.2热风炉

2.3.3预氧室

3．控制系统的组成

3.1预氧化炉温度控制系统组成及温度控制策略设计

3.1.1预氧化炉温度控制系统组成

3.1.2预氧化炉温度控制策略设计

3.2上位机功能

4.预氧化炉的详细设计

4.1预氧室设计的重要意义

4.2预氧室的结构组成

4.2.1走丝室设计

4.2.2走丝室结构组成

4.2.3进风管开孔尺寸确定

4.2.4布风板设计

4.2.5走丝室材料选择

4.2.6预氧室炉衬设计

4.3热风炉设计

4.3.1热风炉的结构组成

4.3.2热风炉炉衬设计

4.3.3热风炉功率计算

4.3.4热风炉电热元件设计

4.4供风系统设计

4.4.1流量计选择

4.4.2空气分配器尺寸确定

4.4.3风机选择

4.5预氧化炉调试

5.预氧化炉炉温特性研究

5.1预氧化炉温度控制特性研究

5.1.1走丝室温度为200℃时温度控制特性的研究

5.1.2走丝室温度为220℃时温度控制特性的研究

5.1.3走丝室温度为240℃时温度控制特性的研究

5.1.4走丝室温度为260℃时温度控制特性的研究

5.1.5走丝室温度为280℃时温度控制特性的研究

5.1.6预氧化炉温度控制特性测试结果讨论

5.2风量对于氧化炉温度控制特性的影响实验

6.预氧化炉最佳工艺参数的确定

7.预氧化炉温度控制数学模型

8.结论

参考文献

致谢

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