2t/h醋酸甲酯制醋酸工艺过程集散控制系统的设计文献综述

文献综述

一、课题背景及其意义

反应精馏过程是将化学反应与精馏分离耦合在一个设备中的强化过程，可有效提高反应的转化率或产品的优势，并在提高设备集成度，降低能耗等方面具有明显优势。目前反应精馏技术在酯化、加氢、水合、氯化、生化过程等反应中已有了较多应用研究。由于反应精馏过程较传统多单元生产过程，反应与精馏过程之间耦合性和非线性显著增加，而控制的自由度相对减少，因此给反应精馏过程的平稳操作和动态控制系统设计带来挑战。

在精对苯二甲酸生产过程中，目前采用的大都是液相高温氧化法生产PTA，该工艺以对二甲苯为原料，醋酸为溶剂，其中醋酸不完全燃烧生成醋酸甲酯是主要的副反应之一，这是醋酸消耗和PTA生产成本较高的一个主要原因。PX氧化的同时，会发生醋酸与氧气的燃烧反应。醋酸氧化损失有两种途径，一是醋酸完全氧化分解，氧化成CO、CO2和H2O；其次是醋酸的不完全氧化．氧化成甲醇、甲醛、甲酸、醋酸甲酯等。在醋酸的燃烧中，大约75%的醋酸生成CO、CO2和水，25%生成醋酸甲酯等其它副产物。

目前，一般的PTA生产厂家都将回收的醋酸甲酯循环到反应系统中以抑制醋酸甲酯的生成，以减少醋酸的消耗。但是，反应系统中的醋酸甲酯会不断的积累，影响生产操作，最终致使一部分醋酸甲酯随PTA生产系统中的尾气排入大气中，造成环境污染；而其余的醋酸甲酯虽然可以通过精馏设备得以回收，但由于其用途有限，且纯度不高，故未能获得高的附加值的利用。醋酸甲酯的水解产物为醋酸和甲醇，醋酸可以作为反应的原料继续循环利用，而甲醇也是重要的化工原料。对醋酸甲酯的综合利用，既处理了副产物，减少其对环境的污染；也可以降低装置的醋酸单耗，节约生产成本。

二、常用复杂控制系统

反应精馏过程是典型的多输入多输出对象，内在机理较常规精馏装置复杂，参数之间的相互关联严重，使得其开环体系的动态特性表现出定态多重性、自持振荡及非线性传播等动态特性。由于反应精馏过程较传统多单元生产过程，反应与精馏过程之间耦合性和非线性显著增加，而控制的自由度相对减少，因此给反应精馏过程的平稳操作和动态控制系统设计带来挑战。

在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节，控制环节或者其他环节的控制系统称为复杂控制系统。常用的复杂控制系统有串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择控制系统、前馈控制系统等等。

v串级控制系统

采用不只一个控制器，而且控制器间相互串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统，称为串级控制系统。其特点是由于副回路作用，对于进入副回路的干扰具有较强的干扰能力，改善了对象特性，提高了工作频率。

v比值控制系统

凡是用来实现两个或者两个以上的物料按照一定比例关系关联控制，以达到某种控制目的的控制系统，称为比值控制系统。其分为单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统。

v均匀控制系统

用来解决前后被控量供求矛盾，保证它们的变化不会反应过于剧烈的一种控制方案。

v前馈控制系统

根据扰动或者设定值的变化按补偿原理而工作的控制系统，其特点是当扰动产生以后，被控量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。

三、醋酸甲酯水解制醋酸

水解醋酸甲酯的体系中含有醋酸、甲醇、醋酸甲酯和水4种组分，这些组分构成了强液相非理想体系，可以采用NRTL模型描述液相的非理想性。同时由于还存在醋酸的两分子气相缔合效应，应采用Hayden-OConnell模型对气相非理想性进行校正。因此在AspenPlus中可以选择NRTL-HOC热力学模型。该反应可表示为：

(1)

为可逆反应，动力学模型采用以活度为浓度基础的指数形式的速率控制模型

(2)

(3)

(4)

式中：为反应速率;为催化剂的质量；和分别为正、逆反应速率常数，由阿累尼乌斯方程表示；，和为各组分活度。

四、现场仪表选型

本装置的主要过程参数为温度、压力、流量、液位等等，控制阀门主要有气动调节阀个气动切断阀。为准确及时的对过程参数的监控和控制，先进的控制系统和精确的现场仪表都是必不可少的。我们必须正确选择现场仪表和控制系统，降低因仪表故障停车的概率。

变送器、阀门定位器选用智能型，信号采用的直流模拟信号4～20mA HART的信号传输模型，能够远程诊断与调校。

v物位测量仪表的选型

根据所要检测的介质特点和所要测量的范围,确定物位测量仪表的量程。

就地液位测量选用磁性液位计如磁翻板等。

远传液位测量仪表的选择:

a)普通的液位(界面)检测选用智能式差压液位(界面)变送器。

b)含悬浮物液体、腐烛性液体和高粘度液体等选择隔膜密封双法兰差压液位变送器。

c)选择双室平衡容器用于测量容易出现虚假液位的锅炉汽包液位。

d)大型储罐和重质油储罐选用雷达液位计。

v温度仪表的选型

温度是衡量物料冷热程度的标尺,是物料内能的外部体现,因此,准确的测量物料的温度至关重要。为此,在仅需要现场指示的地方选择1.5%级的双金属温度计;远传温度测量仪表根据测量温度选用精度为1.5级的铠装温度检测元件、集成安装就地变送单元。大于三百五十度的温度测量选用K型热电偶温度变送器;小于三百五十度的温度测量选用Pt100热电阻温度变送器。

v压力仪表的选型

现场测量压力仪表采用弹簧管压力表。

其他压力表选型如下:

a)含有硫化合物等的酸性介质压力测量采用抗硫腐烛的压力表。

b)含有颗粒的介质、粘调的介质和易结晶的介质的压力测量采用隔膜压力表。

c)安装在菜出口等振动场所现场压力测量釆用充桂油方式耐振处理的压力表。

d)当测量压力超过4MPa或腐烛性较强的介质时选用安全型压力表,有安全泄压装置,配安全玻璃。

远传压力或者差压的测量仪表选用智能型压力(差压)变送器。小于500Pa的压力测量采用微差压变送器;含颗粒的介质、粘稠的介质和易结晶的介质远传压力(差压)测量仪表采用单(双)法兰变送器。

五、DCS控制系统上位机组态

集散控制系统（DCS）是一种以微处理器为基础的分散综合控制系统，DCS系统综合了计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、冗余及自诊断技术，采用了多层分级的结构，使用现代化生产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。

为保证装置长周期安全稳定运行原则,降低能耗,提高产品质量、产品收率和操作水平,综合国内外控制系统发展现状,釆用控制系统(DCS)来实现全装置的过程控制、过程检测、数据处理、计量管理、用电设备的状态显示和高压电机状态监测等;装置所有控制及检测信号都将引入DCS系统中,这些信号经过处理将分别用于实时控制、实时报警,过程检测,并形成各种生产和管理用的记录和报表。

本装置采用浙大中控的JX-300XDCS.信息管理网采用以太网（Ethernet）,用于工厂级的信息传输和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。该网络通过在多功能站MFS上安装双重网络接口（信息管理和过程控制网络）转接的方法，获取集散控制系统中过程参数和系统运行信息，同时向下传送上层管理计算机的调度指令和生产指导信息。该系统融合了当前最先进的自动化技术、计算机技术、通信技术、故障诊断技术、冗余技术和软件技术,结合石油化工仪表自动化的一些复杂的控制系统,克服了参数实时性和准确性要求高、现场通信互联设备多等困难,实现了气分装置大面积监测的集中管理、现场数据的实时采集和信息化管理,大大地提高了该装置的生产能力,减轻了工人的劳动强度,节省了工人的劳动时间。

工业监控组态软件，其根本上是通过人机交互，在系统中配置需要监控的对象，当监控软件处于运行状态时，能够通过界面系统实时反映各个被监控对象得状态。而在软件中需要配置的现场对象复杂多样，与对象的数据交互方式也千差万别，而且数量巨大，这就需要在监控组态软件中有一个实时数据库作为整个系统数据处理、数据组织和管理的核心。

浙大中控编程软件核心部分为SCKey组态软件，系统采用无服务器设计，设备组态，数据库组态，控制器算法组态和图形组态都集成在这个软件中。所有组态可以一次性全编译。

参考文献

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