醋酸合成系统中甲醇进料的控制设计.pdf

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1、化工自动化及!f馨纛第鲫卷醋酸合成系统中甲醇进料的控制设计孙自强吴国奔(华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室，上海200237)摘要介绍了甲醇羰基化法合成醋酸的化学反应和工艺原理，分析了原料甲醇进料量是影响反应系●统稳定的重要参数r并设计了主变量为原料甲醇进料量，从变量分别为稀醋酸进料量和闪蒸出料量的双闭环比值控制方案。然后对此回路中阀门前后压差较大的闪蒸阀进行选型设计。关键词醋酸甲醇羰基化比值闪蒸调节阀中图分类号TQ216文献标识码A文章编号1000-3932(2012)09—1162_04目前国内合成醋酸的工艺路线主要有甲醇低压羰基化法、乙醇氧化法

2、和乙烯氧化法3种。甲醇低压羰基化法以其经济上的压倒性优势，成为目前市场上醋酸合成工艺的主流技术¨3。笔者在研究甲醇低压羰基化合成醋酸工艺的基础上，设计以甲醇进料量为主变量的比值控制回路，并根据工艺特点进行闪蒸调节阀的选型设计，保证控制系统正常工作。1甲醇低压羰基化法工艺简介美国Monsanto公司甲醇低压羰基化工艺流程示意图如图l所示‘引。图1甲醇低压羰基化生产醋酸工艺流程示意图用蒸汽加热到一定温度后的原料甲醇进入反2控制回路分析h应器，一氧化碳从底部进人反应器，控制反应器的压力。两者在催化剂三碘化铑作用下，反应温度189℃、反应压力3．0MPa(G)时进行羰基化反应。

3、包含醋酸的反应液从反应器中部流人闪蒸罐，闪蒸后形成气液两相，液体返回反应器，成为反应热量导出的主要方式。从闪蒸罐顶部出来的气相进入脱轻塔，经冷凝器和倾析器分离成含水的轻相和含碘甲烷的重相。轻相部分回流至脱轻塔，重相循环回到反应器。由脱轻塔得到含水量较多的粗醋酸，从脱轻塔中部进入脱水塔进行分离，再从塔底送入成品塔进一步提纯精致，除去其他微量杂质，成品醋酸从成品塔上部侧线采出。甲醇进料控制系统如图2所示。反应器的甲醇进料来自两个途径，一是原料罐区的甲醇原料，二是吸收工序的回流甲醇。为了节约成本，使甲醇得到最大化利用，优先使用来自吸收工序的甲醇。因此，对来自吸收工序的进料甲醇

4、只做计量，再控制原料罐区的甲醇进料作为补充，以满足系统反应所需的甲醇。由于经脱水工序回流进反应器的稀醋酸是影响反应器液位的重要参数，为了保证反应器和整个醋酸装置的工作稳定，稀醋酸的回流量必须与进料甲醇保持一定的比率，对稀收稿日期：2012_07—16(修改稿)基盒项目：上海市重点学科基金资助项目(B504)第9期孙自强等．醋酸合成系统中甲醇进料的控制设计醋酸回流量采用比值控制。同时，由于甲醇进料量控制着系统的反应进程，根据物料平衡，反应器流向闪蒸罐的物料必须与反应进程和甲醇进料总量保持一定的比率，以保证蒸发工序能根据反应工序进行实时调整，使得后序工况能稳定运行⋯。图2甲

5、醇进料系统控制回路工艺流程示意图2．1比值控制系统分析针对上述甲醇进料工艺要求，对稀醋酸回流量和闪蒸出料量均设计双闭环比值控制系统。甲醇进料流量控制系统如图3所示。图3甲醇进料比值控制系统方框图选择甲醇进料流量作为主变量，稀醋酸回流2．2比值系数计算量和流去闪蒸罐的出料量作为从变量。当甲醇进在甲醇进料比值控制系统中，所采用流量变一料量发生变化时，稀醋酸回流量和去闪蒸罐的出送器的输出都和流量大小成线性关系。比值关系’料量都必须成比例变化，以保持系统稳定；当稀醋式为：酸回流量或去闪蒸罐的出料量波动时，从回路的。以，主m。⋯闭环控制可以快速消除扰动，而不影响甲醇的进’主。从m

6、n叛I县甲醇进料比值控制回路里，4种物料的进料711。里o化工自动化及仪表第39卷流量和量程范围见表1。表l4种物料的进料流量和量程范围m3／h由式(1)和表1可得，比值器1的比值系数为：艮，=264．525(9．73+8．06)400值系数为：七：=；0．93，比值器2的比(9．73+8．06)30=0．81。3调节阀选型分析甲醇进料流量比值控制系统中，反应器流向闪蒸罐的流量由调节阀FV-007调节。由于阀前的绝对压力为2．8MPa，阀后的绝对压力为0．2MPa，调节阀的压降达到2．6MPa，流体在流过阀芯后会发生闪蒸现象。这对调节阀的阀体形式选择、调节阀的口径计算及

7、调节阀的材料选择等带来一定的困难。3．1阀体形式选择若阀体形式选为普通的直通形，因为部分流体闪蒸后，流体体积迅速扩大，高速的气液两相流体会冲刷阀门，对阀门造成严重的破坏。为了减少闪蒸现象对阀门的破坏，FVm07闪蒸阀的阀体形式选择为角形阀。由于角形阀中的介质直接流佝阀体内部下游管道的中心，而不像直通形阀门一样直接冲击体壁，所以大大减少了闪蒸的破坏力。3．2调节阀口径计算3．2．1流量系数计算调节阀流量系数采用伪值的概念H。。当介质为液体时：厂——=—～帖1．17Q√而知了(2)当介质为气体时：∞=彘掰㈩式中p——液体流量，m3／h；p——