【正文】 敏，故增設(shè)了一套正逆閥裝置來(lái)調(diào)節(jié)反 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁(yè) 共 33 頁(yè) 應(yīng)器入口溫度，混合氣體從氣體混合槽出來(lái)后分成兩路，一路不加熱，稱為冷路，另一路經(jīng)加熱器，稱為熱路，在冷熱路上各加一調(diào)節(jié)閥，用調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)冷熱路 混合比例，就很容易調(diào)節(jié)反應(yīng)器入口溫度，也就比較容易調(diào)節(jié)反應(yīng)器中溫。 ② 改善了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高了工作效率。它與單回路控制最大的不同點(diǎn)是其對(duì)控制的精密程度有了很大的提高，它所謂的“串級(jí)”是在結(jié)構(gòu)上 副回路的數(shù)量有所增加，當(dāng)存在干擾時(shí)，它具有保持穩(wěn)定的性能。在串級(jí)控制系統(tǒng)方案中，由于熱交換器這個(gè)具有非線性 特性的環(huán)節(jié)包含在副回路中，負(fù)荷的變化所引起的對(duì)象影響就被副回路所克服，因此對(duì)主回路的影響就很小了。 （ 2）合成反應(yīng)的簡(jiǎn)單工藝過(guò)程為乙炔氣和醋酸氣在混合器中混合后，分別經(jīng)冷路和有預(yù)熱器加熱的熱路合成一定溫度的混和氣體熱氣體后，進(jìn)入醋酸乙烯合成反應(yīng)器（沸騰床），在一定溫度條件下，在以活性炭為載體的醋酸鋅的作用下，進(jìn)行合成化學(xué)反應(yīng)。合成反應(yīng)器的中溫要求 178177。 合成反應(yīng)器中溫 控制系統(tǒng) （ 1） 合成是乙炔和醋酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成醋酸乙烯的過(guò)程，醋酸乙烯的濃度要求非常高，達(dá)到 %以上。 ③ 降低成本，節(jié)省資源也需要考慮在內(nèi) 。一般來(lái)說(shuō)，要根據(jù)以下幾條原則進(jìn)行選擇： ① 安全生產(chǎn)為第一要素 。同理 ， 當(dāng)壓力與控制閥的開(kāi)度成負(fù)相關(guān)，則為氣閉閥。 ④ 結(jié)構(gòu)形式的選 擇 。 ② 口徑大小的選擇。 ⑤ 還有一點(diǎn)需要注意的就是干擾點(diǎn)的選擇 —— 接近控制閥，遠(yuǎn)離被控參數(shù)， ⑥ 同樣，除此之外，還需考慮工藝的可實(shí)施性以及生產(chǎn)水平。 ③ 選擇較小的控制時(shí)間通道參數(shù)有助于操作變量的記錄，而比較大的擾動(dòng)通道時(shí)間參數(shù)也可以達(dá)到此目的。 操作變量的選擇原則 ： ① 作為控制變量，最基礎(chǔ)和重要的一點(diǎn)就是變量 具有 可控 性 。 ③ 當(dāng)沒(méi)有直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，我們可以選擇一個(gè)和主要參數(shù)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系的 間接標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)作為參考和被控變量。 被控變量的選擇原則 ： ① 從間接標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的方面考慮，這個(gè)參數(shù)需要有充足的靈活性，這樣才能更細(xì)致的反應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量程度。(2)混合體的預(yù)熱 。采用吸附在活性炭上的醋酸鋅為觸媒的沸騰床操作法生產(chǎn)。反應(yīng)溫度的控制是否平穩(wěn)，中溫忽高低都影響到觸媒的活性和壽命。 （ 4） 其它因素的影響 對(duì)合成反應(yīng)的影響因素，除上述主要方面外，還有一些次要因素，如沸騰床流化狀態(tài)的好壞，分布板的設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)，床內(nèi)是否有構(gòu)件。增加一些壓力對(duì)反應(yīng)的效果影響不是很大，而同時(shí)卻帶來(lái)一系列問(wèn)題， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁(yè) 共 33 頁(yè) 所以本反應(yīng)是在常壓下操作，系統(tǒng)內(nèi)保持正壓。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)壓力上升時(shí)（例如，由于反應(yīng)出口管被聚合物附著而阻力升高時(shí)）對(duì)反應(yīng)來(lái)講是有利的，但這就要求鼓風(fēng)機(jī)打出更高的壓頭，對(duì)設(shè)備的要求也更高，尤其對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的加工、安裝要求更嚴(yán)格也比較困難。一般情況下每個(gè)列之間相差 10 ℃左右能最大發(fā)揮觸媒的作用。 隨著反應(yīng)溫度的提高，反應(yīng)速度常數(shù)也增大，觸媒的活性也就提高，空間收率也就高，但同時(shí)付產(chǎn)品增加，反應(yīng)液質(zhì)量下降。 （ 2） 反應(yīng)溫度的影響 合成醋酸乙烯的反應(yīng)是醋酸與乙炔通過(guò)吸附在活性炭上的醋酸鋅的而發(fā)生的。在氣體混合槽中乙炔氣與醋酸蒸汽混合，經(jīng)過(guò)混合氣體第一預(yù)熱器和第二預(yù)熱器，進(jìn)入 合成 反應(yīng)器中，在一定 的 溫度條件下，在以活性炭為載體的醋酸鋅的催化作用下進(jìn)行反應(yīng)生成醋酸乙烯。貫徹執(zhí)行國(guó)家、部頒的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)定，認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)文件的編制工作，繪制正確、可行的施工圖紙，并寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。采用合適 的儀表控制回路，如單回路，串級(jí)控制回路，分程控制回路等。 本課題在保證醋酸乙烯生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全的前提下，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的主要技術(shù)參數(shù)如溫度，壓力，液位以及流量等加以嚴(yán)格控制。我國(guó)提升 VAM 生產(chǎn)能力勢(shì)在必行，但解決由流化床乙烯法替代高能耗，高污染的電石乙炔法尤為重要。選擇合適的催化劑，提高空時(shí)收率，將發(fā)展策略轉(zhuǎn)向流 化床工藝技術(shù)。 對(duì)于流化床反應(yīng)器的應(yīng)用，從而使很多設(shè)備變得不再不可或缺，比如說(shuō)氣體預(yù)熱交換器等，這樣和固定床工藝所需要的設(shè)備相比較，流化床技術(shù)可以使工藝過(guò)程變得簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，也可以使設(shè)備的投資減少大概 30%左右，綜合上述的介紹與實(shí)踐，用乙烯氣相法制備醋酸乙烯的 Leap 技術(shù) 目前走在了 工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù) 的最前端，將是醋酸乙烯合成的趨勢(shì) 與進(jìn)步的關(guān)鍵 。 Leap 技術(shù)作為一種新興的乙烯氣相法工藝 ,無(wú)論是工藝原理還是操作過(guò)程 ,都與傳統(tǒng)的乙烯氣相法的醋 酸乙烯工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù) (Bayer 技術(shù)與 USI 技術(shù) )非常相似 [16]。 （ 2）天然氣乙炔法 四川川維公司使用的是天然氣乙炔法，顧名思義，原料就是平常常見(jiàn)的天然氣，這種技術(shù)多用固定床反應(yīng)器 ，也是應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁(yè) 共 33 頁(yè) 相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在工業(yè)化的過(guò)程中，一共出現(xiàn)過(guò)三種合成醋酸乙烯的方法，分別是石油乙烯法、天然氣乙炔法和 電石乙炔法 ，三種方法各有利弊，下面我將三種方法介紹如下： （ 1）石油乙烯法 用石油裂解聯(lián)產(chǎn)得到的乙烯，通過(guò)多管型固定床反應(yīng)器，合成醋酸乙烯。 通過(guò)一根總線，把總站和分站連接在一起 ， 數(shù)據(jù)的一致性得到了保證 ， 由此，也 進(jìn)一步提高系統(tǒng) 的 可靠性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。 真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，加快了工業(yè)產(chǎn)業(yè)化步伐。 這門(mén)技術(shù)常應(yīng)用于 模擬量回路控制較多的行業(yè) 。因此，我們有必要引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展我國(guó)的流化床技術(shù)。我國(guó)在引進(jìn)技術(shù)、 消化吸收的基礎(chǔ)上 ,在工藝和催化劑研究方面 也取得了顯著的成果 [16]。 醋酸乙烯主要用來(lái)生產(chǎn)聚乙烯醇、 醋酸乙烯共聚物等；聚乙烯醇的主要用途是生產(chǎn)維綸、 紡織漿料、粘合劑、 涂料、 紙張?jiān)鰪?qiáng)劑及涂層、 產(chǎn)業(yè)聚合助劑等 [12]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁(yè) 共 33 頁(yè) 1 引言 課題意義 醋酸乙烯是一種無(wú)色透明、 有強(qiáng)烈氣味的液體，是世界上產(chǎn)量最大的 50 種化工原料之一 [10]。醋酸乙烯單體 (VAM)是醋酸及其衍生物 中最主要的初級(jí)衍生物加工產(chǎn)品，也是有機(jī)合成 (聚合物工藝學(xué) )中的主導(dǎo)型原料之一，有較高的生產(chǎn)制備 及衍生加工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值：作為醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生產(chǎn) 狀況對(duì)醋酸行業(yè)的整體發(fā)展具有日益顯著的影響作用 [14]。 在我國(guó)典型的 VAc 電石法生產(chǎn)工藝占絕對(duì) 的 統(tǒng)治地位。 但從全球的發(fā)展看，在催化劑的水平和時(shí)空收率的應(yīng)用上 ， 和最先進(jìn)的流化床技術(shù)的差距還是顯而易見(jiàn)的。 DISTRIBL TED CONTR0L SYSTEM， 就是我們常說(shuō)的 集散控制系統(tǒng) 。 把所設(shè)計(jì)到的危險(xiǎn)分別管理控制，這樣就縮小了發(fā)生危險(xiǎn)的可能性 ， 這種 自動(dòng)化 的 高技術(shù)產(chǎn)品 將顯示與管理集合于一體 。 分級(jí)分布式控制，是集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 在物理上 真正的 分散控制。 （ 1） DCS 完善了管理體系的科學(xué)性與實(shí)踐性，是資源得到了優(yōu)化配置 （ 2） DCS還使得企業(yè)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，使開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的品質(zhì)和 數(shù)量大幅增加，同時(shí)也提高了生產(chǎn)的效率，有利于技術(shù)的進(jìn)步 （ 3） DCS 系統(tǒng)使得對(duì)于設(shè)備的維修與更換更加簡(jiǎn)單，快捷和經(jīng)濟(jì) （ 4） 采用 DCS 可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制和管理，節(jié)省了大量的人力、物力資源（ 5） 化工產(chǎn)業(yè)通過(guò)對(duì) DCS 的應(yīng)用，是管理更加規(guī)范，同時(shí)也在一定程度上降低了運(yùn)營(yíng)成本。這種方法在國(guó)內(nèi)采用的比較多。 （ 3）電石乙炔法 在國(guó)內(nèi)，還有一種比較常見(jiàn)的方法，就是電石乙炔法，它是 用水與電石發(fā)生 反應(yīng)產(chǎn)生乙炔，一般采用沸騰床反應(yīng)器 合成醋酸乙烯 ，國(guó)內(nèi)大概有 10家公司采用此種方法進(jìn)行生產(chǎn)。 但是 ,BP 公司開(kāi)發(fā)的 Leap 技術(shù) ,采用流化床反應(yīng)器 ,改善了反應(yīng)過(guò)程的傳熱 ,從而提高了醋酸乙烯的產(chǎn)率 ,單臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力與傳統(tǒng)的乙烯氣相法相比提高了一倍 ， 催化劑壽命也延長(zhǎng)一倍以上 [16]。 本課題要求 本課題擬從理論上，利用最新的流化床技術(shù)，設(shè)計(jì)出合成醋酸乙烯的工藝流程，縮小與國(guó)外的差距，加快工藝規(guī)模放大和工業(yè)化進(jìn)程。運(yùn)用 DCS 集散控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)器中文的控制以及反應(yīng)物料的調(diào)節(jié)，提高醋酸乙烯的合成技術(shù)。從以上幾點(diǎn)完成本次工 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3 頁(yè) 共 33 頁(yè) 程設(shè)計(jì)，以提高國(guó)內(nèi)的醋酸乙烯產(chǎn)量以及對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題予以解決。 因此要求我們認(rèn)真收集資料，進(jìn)行調(diào)查研究，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和方案比較，選出先進(jìn)可靠、合理的自控方案。選擇合適的檢測(cè)儀表及 DCS 卡件，即各個(gè)管道控制部位的溫度、壓力、流量等。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁(yè) 共 33 頁(yè) 2 工藝流程簡(jiǎn)介及控制要求 基本原理簡(jiǎn)介 合成 工段的基本任務(wù) 本工段 通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機(jī)將乙炔氣鼓入氣體混合槽，同時(shí)將來(lái)自 于 醋酸加料槽的醋酸經(jīng)由醋酸加料泵送入 倒醋酸蒸發(fā)器，在醋酸蒸發(fā)器中通過(guò)水蒸氣加熱將 醋酸汽化，送入氣體混合槽。 影響 合成 反應(yīng)的因素 及控制要求 在主反應(yīng)聚合反應(yīng)中影響反應(yīng)的因素 很多，主要包括以下五個(gè)因素： （ 1） 活性炭的影響 活性炭本身即是觸媒的載體，另一方面活性炭上的羰基起著活性中心的作用，所以活性炭在這里起著雙重作用。而首先就要使乙炔在活性炭表面上產(chǎn)生化學(xué)吸附，這個(gè)吸附溫度最低也要 160 ℃左右，所以要使反應(yīng)能夠進(jìn)行起碼也要將溫度控制在 160 ℃以上。所以選用反應(yīng)溫度要綜合各項(xiàng)指標(biāo)，考慮到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、觸媒的消耗等方面因素，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的主要矛盾