丙烯腈流化床反应器控制系统设计.ppt

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1、丙烯腈生产流化床反应器的控制系统设计By第2小组报告内容1背景介绍1.1丙烯腈生产方法1.2流化床反应器2控制系统参数选择及依据2.1影响反应过程的因素2.2控制变量和操纵变量的选择3控制系统设计3.1系统方框图3.2工况设定3.3仪表选型4控制系统仿真及性能评价5总结1.1丙烯腈生产背景及方法丙烯腈：重要的有机化工原料，应用于合成树脂、合成纤维及合成橡胶的生产。生产方法：丙烯氨氧化法以丙烯、氨、空气、和水为原料，按其一定量配比进入流化床或固定床反应器，在催化剂的作用下，400-500℃温度和常压下，生产丙烯腈。副产品有乙腈，氢氰酸和硫酸铵。优点：原料易得廉价，设备投

2、资少，产品质量高，工艺流程简单1背景介绍1.1丙烯腈生产背景及方法反应方程式：主反应：CH=CH-CH3+NH3+O2→CH2=CH-CN+3H2O副反应：CH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O(1/6)CH2=CHCH3+NH3+O2→CH3CN+3H2O(1/7)CH2=CHCH3+O2→CH2=CHCHO+H2O(1/100)CH2=CHCH3+O2→3CO2+3H2O(1/4)以上副反应都是强放热反应，且副反应的生成必降低目的产物的收率，给分离和精制带来困难，影响产品质量。因此，除考虑工艺流程的合理和设备强化，关键在于控制影响反应的因素，尤其

3、是温度。1背景介绍1.2流化床反应器液态的丙烯与液氨经过气化后，在管路中汇合后经反应器底部的丙烯、氨分布器进入反应器，压缩空气经反应器底部的空气分布器进入反应器，一定的流动速度使催化剂颗粒呈悬浮状态，三种物料在处于流化状态下的催化剂的作用下，生成丙烯腈。强放热反应，传热性能好，气相反应，能较好保证温度均匀1背景介绍1.2流化床反应器一般控制方法：通过调节换热器进水量和稳定反应物料的流量以控制流化床浓相区温度1背景介绍2.1影响反应过程的因素原料的配比氨比：当氨比小于1时，有较多的副产物丙烯醛生成，用量过多不经济，既增加氨消耗和用来中和的硫酸的消耗量，从而加重了氨中和塔

4、的负担。因此，丙烯：氨=1：1.1-1.2氧比：氧由空气带入，为保护催化剂，实际采用丙烯与氧的摩尔比约为1:2-3（大于理论值1:1.5）水比：不参与反应，但可促使产物从催化剂表面解吸，避免丙烯腈深度氧化，防止爆炸，清除催化剂表面积炭，过多降低设备生产能力，增加动力消耗。1：3效果较好2控制系统参数的选择及依据2.1影响反应过程的因素线速度气流速度在临界流化速度和带出速度之间，床层膨胀，颗粒悬浮，剧烈翻腾，做不规则运动，床层处于流化状态，增加催化剂和气流的接触面积及催化剂的利用率,实现床层温度均匀。因此，物料流量要保证物料达到流化状态。2控制系统参数的选择及依据2.1

5、影响反应过程的因素温度低于350℃，几乎不生成丙烯腈过高：合成物深度氧化，生成较多CO2；持续长时间高温，缩短催化剂寿命实际生产：温度控制在460℃左右，丙烯腈收率取得最大值2控制系统参数的选择及依据2.2设计参数的选择被控变量：流化床反应器的温度+物料流量必须保持在一定的范围内对产品的质量（收率）有很强的影响反应器内的温度扰动很大一部分来自物料温度和流量的扰动→串级控制，流量为副参数，温度为主参数操纵变量：三种物料的流量对于被控变量有较大影响能快速影响被控变量的输入能直接影响被控变量被测变量：温度+三种物料的流量温度测点：浓相区底部两个区各设5个测点2控制系统参数的

6、选择及依据3.1控制系统方框图3控制系统设计注：假设物料温度、压力不变丙烯流量：质量浓度99.5%以上，年工作日：330天，回收率98%，年产一万吨，则丙烯腈原料液的流量应该为1294.8kg/h,丙烯腈物质的量流量为24kmol/h,可大致取丙烯流量为26kmol/h.氨比：1.15：1空比：10.5：1反应温度：460℃左右3.2工况设定3控制系统设计变送器：测量原件将参数检测出来之后，由变送装置把测量元件的信号转化成一定的标准信号，如4-20mAZ直流电流温度变送器即变送温度信号的装置温度传感器变送器一体化温度变送器3.3.1温度变送器选型3控制系统设计一体化温

7、度变送器特点超小型通用性强二线制4~20mADC输出抗干扰能力强测量精度高长期稳定性好温度模块内部采用环氧树脂浇注工艺适于恶劣和危险场所一体化设计结构简单合理采用热电偶温变可免用补偿导线降低成本液晶、数码管多种功能方便现场适时监控现场环境温度>70℃时，变送器和现场显示仪表可采用分离（隔离）式安装防爆等级：dIIBT4、dIIBT5防护等级：IP543.3.1温度变送器选型3控制系统设计3.3.1温度变送器选型3控制系统设计温度：400℃-500℃选分度号E的镍铬-铜铬热电偶最终选定型号为:SK-SBWREY240BKF镍铬-铜铬热电偶液晶显示固定螺