環(huán)氧丙烷的提純過(guò)程控制方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目名稱：環(huán)氧丙烷的提純過(guò)程控制方案設(shè)計(jì)小組成員：程思波、張寅、呂巧強(qiáng)、諸俊杰、單海芳聯(lián)系電話521185）Email：1096124854@環(huán)氧丙烷提純工藝過(guò)程1.1概述環(huán)氧丙烷（PO）是非常重要的基本有機(jī)化工原料，是僅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯類衍生物，縱觀丙烯下游衍生物市場(chǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展前景，環(huán)氧丙烷具有很大的優(yōu)勢(shì)，極有可能成為未來(lái)我國(guó)丙烯下游衍生物生產(chǎn)的主導(dǎo)產(chǎn)品。目前世界上環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)主要有：氯醇法，共氧化法（PO/SM與PO/TAB），直接氧化法（氧氣直接氧化法和HPPO法）三種技術(shù)方法，但是現(xiàn)階段我國(guó)主要生產(chǎn)技術(shù)是氯醇法，用氯醇法生產(chǎn)的環(huán)氧丙烷約占我國(guó)總產(chǎn)量的70%，但是氯醇法污染重大，嚴(yán)重危害人類的生產(chǎn)與發(fā)展。本項(xiàng)目選取了雙氧水直接氧化丙烯制環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝（即HPPO工藝）中的環(huán)氧丙烷提純工段做簡(jiǎn)要論述。1.2工藝流程簡(jiǎn)介物料進(jìn)料溫度20℃，進(jìn)料壓力1.3bar，成分如表1.1所示。物料進(jìn)入萃取精餾塔T201，用水作為萃取劑，以增加甲醇與環(huán)氧丙烷之間的揮發(fā)度差異。萃取精餾塔塔頂壓力為1atm，全塔壓降0.3bar，塔頂溫度為31.5℃，塔釜溫度為75.5℃。從萃取精餾塔塔頂分離出含有醛類和丙烷雜質(zhì)的粗環(huán)氧丙烷，塔釜所得混合物料進(jìn)入甲醇雙效精餾高壓塔T301。粗環(huán)氧丙烷進(jìn)入離子交換樹(shù)脂除醛塔T202A/T202B，操作溫度控制在20~100℃之間，在常壓下，經(jīng)化學(xué)吸附除去醛類后，通入環(huán)氧丙烷提純塔T203除去輕組分，塔釜得到合格的環(huán)氧丙烷產(chǎn)品，塔頂所得丙烷與環(huán)氧丙烷混合物料通入環(huán)氧丙烷回收塔T204，塔頂排出的輕組分丙烷輸送回母廠，塔釜所得的高純度環(huán)氧丙烷產(chǎn)品與T203塔釜所得產(chǎn)品混合后輸送至產(chǎn)品儲(chǔ)罐。（圖1.1為環(huán)氧丙烷提純工藝流程簡(jiǎn)圖）表1.1進(jìn)料成分表MassFlowkg/h丙烯1.02丙烷43.57甲醛258.99乙醛518.04環(huán)氧丙烷13103.94甲醇108386.81水21631.20丙二醇220.76丙二醇甲醚886.15圖1.1環(huán)氧丙烷提純工藝簡(jiǎn)圖1.3工藝過(guò)程特點(diǎn)分析本工藝為環(huán)氧丙烷提純工藝，涉及到較多的分離裝置，包括環(huán)萃取精餾塔、離子交換樹(shù)脂塔等，壓力溫度要求各不相同，因此相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)要求也較高。工藝中泵等其他設(shè)備較多，管線較長(zhǎng)，需要完善的控制策略以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。本工藝過(guò)程的塔設(shè)備主要包括萃取精餾塔、離子交換樹(shù)脂塔和常規(guī)精餾塔三類。1.3.1萃取精餾塔萃取精餾是向精餾塔頂連續(xù)加入高沸點(diǎn)添加劑，改變料液中被分離組分間的相對(duì)揮發(fā)度，使普通精餾難以分離的液體混合物變得易于分離的一種特殊精餾方法。針對(duì)本工藝的分離體系，本項(xiàng)目選取水作為萃取劑，使甲醇與環(huán)氧丙烷的相對(duì)揮發(fā)度增大，更易分離。在此水作為萃取劑，流量控制極為關(guān)鍵，若過(guò)少則萃取效果不佳，會(huì)影響環(huán)氧丙烷出口質(zhì)量；若用量過(guò)高，則環(huán)氧丙烷出口組成中水的含量會(huì)急劇增加。1.3.2離子交換樹(shù)脂塔兩個(gè)離子交換樹(shù)脂塔之間的切換通過(guò)電磁閥開(kāi)關(guān)在DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。本工藝中吸附除醛實(shí)質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)，有熱量放出，塔內(nèi)需通有冷卻水。1.3.3常規(guī)精餾塔=1\*GB3①壓力控制：控制塔壓穩(wěn)定。=2\*GB3②溫度控制：在塔壓一定的情況下，塔頂、塔釜產(chǎn)品的純度僅取決于溫度。=3\*GB3③液位控制：為保證整塔的物料平衡，需對(duì)塔釜液位及塔頂回流罐液位進(jìn)行控制。1.4環(huán)氧丙烷提純裝置操作條件環(huán)氧丙烷提純裝置操作條件如表1.2所示。表1.2提純裝置操作工況塔名操作壓力MPa進(jìn)料溫度℃塔頂溫度℃塔底溫度℃萃取精餾塔T2010.132031.575.7環(huán)氧丙烷提純塔T2030.1231.615.439.1環(huán)氧丙烷回收塔T2040.1015.4-39.334.31.5本章小結(jié)本章主要分析了環(huán)氧丙烷提純?cè)?，環(huán)氧丙烷提純工藝流程，環(huán)氧丙烷提純過(guò)程特點(diǎn)，環(huán)氧丙烷提純的操作條件。這些工作將為后期的環(huán)氧丙烷提純過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。第二章環(huán)氧丙烷提純工藝過(guò)程控制方案設(shè)計(jì)2.1控制方案2.1.1控制策略的選擇簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是由被控對(duì)象、測(cè)量變送單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成的單回路控制系統(tǒng)。按被控制的工藝變量來(lái)劃分，最常見(jiàn)的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)有串級(jí)控制、均勻控制、分程控制、采用模擬計(jì)算單元的控制系統(tǒng)、自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)等。2.1.2具體控制方案仔細(xì)研究了本工藝的工藝要求后，設(shè)計(jì)了與本工藝相對(duì)應(yīng)的自控方案。考慮到常規(guī)單回路反饋控制策略（即PID控制）已在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用，PID的調(diào)節(jié)也相對(duì)簡(jiǎn)單，易于讓工程師和現(xiàn)場(chǎng)操作人員接受，本工藝過(guò)程大部分的控制回路都采用常規(guī)單回路PID控制。為提高過(guò)程的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于特殊的工序，也采用了一些相對(duì)復(fù)雜的控制策略，具體如下：（1）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)（2）串級(jí)控制（3）均勻控制（串級(jí)均勻控制）以下對(duì)這些控制策略作簡(jiǎn)要說(shuō)明：萃取精餾塔萃取精餾是向精餾塔頂連續(xù)加入高沸點(diǎn)添加劑，改變料液中被分離組分間的相對(duì)揮發(fā)度，使普通精餾難以分離的液體混合物變得易于分離的一種特殊精餾方法。針對(duì)本工藝的分離體系，本項(xiàng)目選取水作為萃取劑，使甲醇與環(huán)氧丙烷的相對(duì)揮發(fā)度增大，更易分離。在此水作為萃取劑，流量控制極為關(guān)鍵，若過(guò)少則萃取效果不佳，會(huì)影響環(huán)氧丙烷出口質(zhì)量；若用量過(guò)高，則環(huán)氧丙烷出口組成中水的含量會(huì)急劇增加。由于主流量來(lái)源于上一工序，不可控制，因此我們對(duì)萃取精餾塔的進(jìn)料采用了單閉環(huán)比值控制方案，精確控制進(jìn)入萃取精餾塔的水量和工藝物料之間的配比。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示：圖2.1單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖如圖2.2所示：圖2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖該控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)是對(duì)進(jìn)入副流量回路的干擾都有較好的抑制作用；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在本工藝中的具體控制方案如圖2.3所示：圖2.3萃取精餾塔(T201)進(jìn)料控制方案圖離子交換樹(shù)脂塔兩個(gè)離子交換樹(shù)脂塔之間的切換通過(guò)電磁閥開(kāi)關(guān)在DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。由于本工藝中吸附除醛實(shí)質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)，有熱量放出，為控制工藝的最優(yōu)操作條件，本項(xiàng)目擬用列管式填料塔的形式進(jìn)行反應(yīng)，塔內(nèi)通有冷卻水。具體控制方案如圖2.4所示：圖2.4離子交換樹(shù)脂除醛塔控制方案圖常規(guī)精餾塔（1）壓力控制：由于本工藝中的塔并非均在常壓下操作，故控制壓力顯得尤為重要。由于液相出料，選擇冷凝器冷卻量為操縱變量。通過(guò)改變操縱變量可以控制塔壓穩(wěn)定。具體控制方案如圖2.5所示：圖2.5萃取精餾塔T201塔頂壓力控制方案圖（2）溫度控制：在塔壓一定的情況下，塔頂、塔釜產(chǎn)品的純度僅取決溫度。因此根據(jù)工藝上對(duì)塔頂、塔釜產(chǎn)品的純度要求，采用不同的控制方案：精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制：若塔頂產(chǎn)品要求高，則采用精餾段控制方案，即通過(guò)調(diào)節(jié)回流液的流量來(lái)控制塔頂溫度，以保證塔頂產(chǎn)品的純度。具體控制方案應(yīng)用如萃取精餾塔（T201）塔頂如圖2.6所示：圖2.6萃取精餾塔T201塔頂壓力控制方案圖b.提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制：若塔釜產(chǎn)品要求高，則采用提餾段控制方案，即通過(guò)調(diào)節(jié)加熱蒸汽的流量來(lái)控制塔釜的溫度，以保證塔釜產(chǎn)品的純度。具體控制方案應(yīng)用如環(huán)氧丙烷提純塔（T203）塔釜溫度的控制如圖2.7所示：圖2.7環(huán)氧丙烷提純塔（T203）塔釜溫度控制方案圖（3）液位控制：為保證整塔的物料平衡，故需要對(duì)塔釜液位及塔頂回流罐液位進(jìn)行控制。塔釜液位是通過(guò)調(diào)節(jié)塔釜出料量來(lái)控制，而塔頂回流罐的液位是通過(guò)調(diào)節(jié)塔頂餾出液量來(lái)控制的。為達(dá)到節(jié)能的目的，塔釜出料量通過(guò)變頻，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速。2.3.4泵的基本控制方案設(shè)計(jì)要求：（1）泵的入口和出口一般要設(shè)置切斷閥；（2）為防止離心泵未啟動(dòng)時(shí)物料的倒流，在其出口處要安裝止回閥。由于止回閥易容易損壞，應(yīng)靠近泵的出口安裝，以便切斷后檢修；（3）在泵的出口處要安裝壓力表，以便監(jiān)測(cè)泵的運(yùn)行狀態(tài)；（4）泵出口管線的管徑一般與泵管口相同。本工廠選用的大多數(shù)泵為離心泵，離心泵的流量控制有三種方法?，F(xiàn)將三種方法對(duì)比，如表3.1所示：表3.1離心泵流量控制方案的比較方案改變出口閥開(kāi)度改變旁路閥開(kāi)度改變泵的轉(zhuǎn)速優(yōu)點(diǎn)調(diào)節(jié)過(guò)程快速簡(jiǎn)便，流量連續(xù)調(diào)節(jié)控制閥的尺寸較小能量消耗低，機(jī)械效率高缺點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性低于改變泵轉(zhuǎn)速的方法能量消耗大，總機(jī)械效率低調(diào)速機(jī)構(gòu)復(fù)雜昂貴，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)應(yīng)用情況應(yīng)用十分廣泛很少采用較少采用，多用于蒸汽透平驅(qū)動(dòng)離心泵比較結(jié)果選擇醉成用的改變出口閥開(kāi)度的控制方法本廠離心泵的流量控制方案主要是以下兩種：通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)泵的流量方案。這種控制方式在液體輸送管道上不需安裝調(diào)節(jié)閥，阻力損失小，能量消耗低，機(jī)械效率高。泵的出口設(shè)有壓力指示儀表。具體控制方案如圖3.1所示：圖8.16P310控制方案圖通過(guò)改變出口閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)泵的流量方案?？刂崎y位于離心泵出口管線上，控制信號(hào)來(lái)自相應(yīng)單元設(shè)備的溫度、液位、壓力等傳感器。具體控制方案如圖8.17所示：圖3.1調(diào)節(jié)出口閥開(kāi)度流量控制方案圖2.2儀表選擇儀表的選用一般遵循以下原則：（1）現(xiàn)場(chǎng)儀表是采集工藝參數(shù)的主要工具，是確保自動(dòng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行和科學(xué)管理的重要基礎(chǔ)保證，因此應(yīng)選用符合工藝控制精度、靈敏度要求的高性能智能型儀表；（2）為節(jié)約人力成本，減少維護(hù)強(qiáng)度，應(yīng)選用高穩(wěn)定性、免維護(hù)或低維護(hù)的智能儀表；（3）關(guān)鍵工藝參數(shù)需要安裝現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表，以方便現(xiàn)場(chǎng)巡視及檢修；（4）儀表的選擇應(yīng)