醚化反应釜温度控制方案的优化.pdf

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1、第9期武平丽等．醚化反应釜温度控制方案的优化醚化反应釜温度控制方案的优化武平丽1高国光2(I．黄河水利职业技术学院自动化工程系，河南开封475004；2．北京和利时系统工程股份有限公司，北京100096)摘要分析了醚化反应釜的温度控制现状以及醚化釜装置整体自动化水平较低的原因。以山东HD公司的纤堆素醚项目为背景，以人工操作经验数据为依据，对醚化反应釜温度控制方案进行了优化，提高了醚化釜装置的自动化水平，更好地满足了控制要求。关键词醚化釜温度控制专家控制系统控制方案的优化中图分类号TQ056．8文献标识码B文章编号1000-393

2、2(2013)09—1075．．05间歇式反应釜在精细化工生产中的应用比较普遍，醚化釜是典型的间歇式化学反应釜，其操作过程中影响产品质量的关键是反应釜内温度的控制精度⋯。由于间歇式化学反应釜本身具有较大的时变性、非线性和时滞性，且内部化学反应机理复杂，使用传统的PID控制或APC控制都难以满足产品质量对温度指标的要求。为此以山东HD公司的纤维素醚项目为背景，进行了该项目醚化釜温度控制的优化，实现了反应釜温度的精确控制，达到了预期控制效果。1醚化釜的温度控制现状目前国内所有醚化釜装置生产厂家都已采用DCS系统对生产实行监控，国内D

3、CS系统占主流，国外DCS系统也有几家，但都未实现对整个流程的自动控制，基本仍处于手动控制状态嵋1。原因大致有以下几点：a．生产厂家装置规模较小，自控投资较少；b．整体工艺装置设计时自控设计不完善，没能按照全自动要求的水平来设计，很多影响控制的重要参数没有引入到DCS中；C．生产工艺为间歇加料逐级反应，反应过程干扰因素较多，当多个釜同时运行时反应釜之间耦合严重；d．熟练的、有责任心的操作工在整个反应过程中凭经验很容易完成操作；O．仪表白控维护人员较少，自控阀门及仪表等设备维护跟不上。随着人力成本的上升、对产品质量稳定性的提高，企

4、业对由DCS系统实现全自动生产控制的需求也越来越高。山东HD公司纤维素醚项目的醚化釜温度控制中，采用了和利时自动化有限公司开发的专家控制系统，此系统包括自动精密加料、自动升温及恒温控制等，在现场投运的效果在国内已处于领先水平。2醚化釜的工艺流程简介涉及到醚化釜的醚化反应过程即醚化I一Ⅲ过程。不同型号的产品工艺过程有所不同，主要体现在加料量、升温时间、恒温温度和恒温时间上。以某一型号的纤维素醚为例，醚化釜的工艺流程如图1所示。生产工艺过程大致如下：a．化碱。在化碱釜(图1中未画出)中将片碱升温融化。b．碱化。将化碱釜中液碱打入醚化

5、釜，加人溶剂，加粉碎棉，喷淋。c．醚化I。抽真空一0．04MPa，加入环氧丙烷，冷搅拌40min，温度控制在24。C；升温至r。℃，时间t。rain；恒温控制■℃，计时t2h。d．醚化Ⅱ。加入氯甲烷，升温至疋℃，时间t，min；恒温控制疋℃，计时t4h。0．醚化Ⅲ。升温至L℃，时间t5min；控制在L℃，计时kh。收稿日期：2013-．05-06(修改稿)化工自动化及仪表第40卷图2所示为醚化釜的温度曲线。图1醚化釜的工艺流程图2醚化釜的温度曲线3醚化釜温度控制的特点由醚化釜的工艺流程可知，醚化釜的温度控制分为升温阶段控制和恒温

6、阶段控制。升温阶段要求在规定的时间范围内将釜温升到所要求的温度。升温时间过短或过长对醚化反应都会产生不良影响，造成化学反应不充分或过反应，影响到产品质量。升温过程主要控制两个目标：升温时间和升温温度。恒温阶段要求将釜温控制在设定值±1℃内。釜内温度通过热水(90℃左右)、循环水(30—40。C)和冷水(7℃左右)交替循环控制来实现。热水用于升温，循环水用于正常降温，冷水用于紧急降温。执行器为热水进出口电磁阀，循环水进出口电磁阀，冷水进出口电磁阀，总管道主路、旁路调节阀。在整个醚化过程中釜温控制的难点是醚化Ⅱ阶段，原因是醚化Ⅱ阶段

7、加入氯甲烷，化学反应比较激烈，不好控制。醚化Ⅱ阶段详细过程如图3所示。醚化l醚化n醚化Ⅲ第9期武平丽等．醚化反应釜温度控制方案的优化醚化Ⅱ升温过程分两个阶段，前一阶段为吸热阶段，后一阶段为放热阶段。恒温阶段也分为两段，前一阶段为反应剧烈阶段，后一阶段为反应平缓阶段。对象特性在升温过程和恒温阶段均会发生较大改变。升温过程的吸热阶段直接通热水快速升温，到放热阶段由于釜内化学反应开始变得激烈，会释放大量的热，此时停止加热，靠夹套内热水温度及自身化学反应放热升温。有时化学反应可能剧烈一些，温度和压力上升比较快，这时将用循环水来降温，必要

8、时用7℃水进行紧急降温。升温阶段控制的好坏关键是停止通人热水时间控制得是否合适，停止通入热水要选择在醚化釜由吸热变为放热这个时间段。恒温阶段前期化学反应较剧烈，大约持续2．Smin，该阶段比较难控，利用循环水降温比较频繁，后期化学反应已基本完毕，温度趋于平稳。如