环氧丙烷的提纯过程控制方案设计.doc

项目名称：环氧丙烷的提纯过程控制方案设计小组成员：程思波、张寅、吕巧强、诸俊杰、单海芳联系：18758215007（521185）Email：1096124854@.com第一章 环氧丙烷提纯工艺过程1.1 概述环氧丙烷（PO）是非常重要的基本有机化工原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物，纵观丙烯下游衍生物市场现状和发展前景，环氧丙烷具有很大的优势，极有可能成为未来我国丙烯下游衍生物生产的主导产品目前世界上环氧丙烷生产技术主要有：氯醇法，共氧化法（PO/SM与PO/TAB ），直接氧化法（氧气直接氧化法和HPPO法）三种技术方法，但是现阶段我国主要生产技术是氯醇法，用氯醇法生产的环氧丙烷约占我国总产量的70%，但是氯醇法污染重大，严重危害人类的生产与发展本项目选取了双氧水直接氧化丙烯制环氧丙烷生产工艺（即HPPO工艺）中的环氧丙烷提纯工段做简要论述1.2 工艺流程简介物料进料温度20℃，进料压力1.3bar，成分如表1.1所示物料进入萃取精馏塔T201，用水作为萃取剂，以增加甲醇与环氧丙烷之间的挥发度差异萃取精馏塔塔顶压力为1atm，全塔压降0.3bar，塔顶温度为31.5℃，塔釜温度为75.5℃。

从萃取精馏塔塔顶分离出含有醛类和丙烷杂质的粗环氧丙烷，塔釜所得混合物料进入甲醇双效精馏高压塔T301粗环氧丙烷进入离子交换树脂除醛塔T202A/T202B，操作温度控制在20~100℃之间，在常压下，经化学吸附除去醛类后，通入环氧丙烷提纯塔T203除去轻组分，塔釜得到合格的环氧丙烷产品，塔顶所得丙烷与环氧丙烷混合物料通入环氧丙烷回收塔T204，塔顶排出的轻组分丙烷输送回母厂，塔釜所得的高纯度环氧丙烷产品与T203塔釜所得产品混合后输送至产品储罐图1.1 为环氧丙烷提纯工艺流程简图）表1.1 进料成分表Mass Flow kg/h 丙烯1.02 丙烷43.57 甲醛258.99 乙醛518.04 环氧丙烷13103.94 甲醇108386.81 水21631.20 丙二醇220.76 丙二醇甲醚886.15 图1.1 环氧丙烷提纯工艺简图1.3 工艺过程特点分析本工艺为环氧丙烷提纯工艺，涉及到较多的分离装置，包括环萃取精馏塔、离子交换树脂塔等，压力温度要求各不相同，因此相对应的控制系统要求也较高工艺中泵等其他设备较多，管线较长，需要完善的控制策略以及相应的计算机控制系统。

本工艺过程的塔设备主要包括萃取精馏塔、离子交换树脂塔和常规精馏塔三类1.3.1 萃取精馏塔萃取精馏是向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使普通精馏难以分离的液体混合物变得易于分离的一种特殊精馏方法针对本工艺的分离体系，本项目选取水作为萃取剂，使甲醇与环氧丙烷的相对挥发度增大，更易分离在此水作为萃取剂，流量控制极为关键，若过少则萃取效果不佳，会影响环氧丙烷出口质量；若用量过高，则环氧丙烷出口组成中水的含量会急剧增加1.3.2 离子交换树脂塔两个离子交换树脂塔之间的切换通过电磁阀开关在DCS计算机控制系统上实现本工艺中吸附除醛实质是化学反应，有热量放出，塔内需通有冷却水1.3.3 常规精馏塔①压力控制：控制塔压稳定②温度控制：在塔压一定的情况下，塔顶、塔釜产品的纯度仅取决于温度③液位控制：为保证整塔的物料平衡，需对塔釜液位及塔顶回流罐液位进行控制1.4 环氧丙烷提纯装置操作条件环氧丙烷提纯装置操作条件如表1.2所示表1.2 提纯装置操作工况塔名操作压力MPa进料温度℃塔顶温度℃塔底温度℃萃取精馏塔T2010.132031.575.7环氧丙烷提纯塔T2030.1231.615.439.1环氧丙烷回收塔T2040.1015.4-39.334.31.5 本章小结本章主要分析了环氧丙烷提纯原理，环氧丙烷提纯工艺流程，环氧丙烷提纯过程特点，环氧丙烷提纯的操作条件。

这些工作将为后期的环氧丙烷提纯过程计算机控制系统的设计打下良好的基础第二章 环氧丙烷提纯工艺过程控制方案设计2.1 控制方案2.1.1 控制策略的选择2.1.1.1 简单控制系统简单控制系统是由被控对象、测量变送单元、调节器和执行器组成的单回路控制系统按被控制的工艺变量来划分，最常见的是温度、压力、流量、液位和成分五种控制系统2.1.1.2 复杂控制系统复杂控制系统有串级控制、均匀控制、分程控制、采用模拟计算单元的控制系统、自动选择性控制系统、前馈控制系统、非线性控制系统等2.1.2 具体控制方案仔细研究了本工艺的工艺要求后，设计了与本工艺相对应的自控方案考虑到常规单回路反馈控制策略（即PID控制）已在工业现场广泛应用，PID的调节也相对简单，易于让工程师和现场操作人员接受，本工艺过程大部分的控制回路都采用常规单回路PID控制为提高过程的动态性能，对于特殊的工序，也采用了一些相对复杂的控制策略，具体如下：（1）单闭环比值控制系统（2）串级控制（3）均匀控制（串级均匀控制）以下对这些控制策略作简要说明：2.1.2.1 萃取精馏塔萃取精馏是向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使普通精馏难以分离的液体混合物变得易于分离的一种特殊精馏方法。

针对本工艺的分离体系，本项目选取水作为萃取剂，使甲醇与环氧丙烷的相对挥发度增大，更易分离在此水作为萃取剂，流量控制极为关键，若过少则萃取效果不佳，会影响环氧丙烷出口质量；若用量过高，则环氧丙烷出口组成中水的含量会急剧增加由于主流量来源于上一工序，不可控制，因此我们对萃取精馏塔的进料采用了单闭环比值控制方案，精确控制进入萃取精馏塔的水量和工艺物料之间的配比单闭环比值控制系统原理图如图2.1所示：图2.1 单闭环比值控制系统原理图单闭环比值控制系统方块图如图2.2所示：图2.2 单闭环比值控制系统方框图该控制系统的优点是：(1) 是对进入副流量回路的干扰都有较好的抑制作用；(2) 结构简单，在生产中得到广泛应用单闭环比值控制系统在本工艺中的具体控制方案如图2.3所示：图2.3 萃取精馏塔(T201)进料控制方案图2.1.2.2 离子交换树脂塔两个离子交换树脂塔之间的切换通过电磁阀开关在DCS计算机控制系统上实现由于本工艺中吸附除醛实质是化学反应，有热量放出，为控制工艺的最优操作条件，本项目拟用列管式填料塔的形式进行反应，塔内通有冷却水具体控制方案如图2.4所示：图2.4离子交换树脂除醛塔控制方案图2.1.2.3 常规精馏塔 （1）压力控制：由于本工艺中的塔并非均在常压下操作，故控制压力显得尤为重要。

由于液相出料，选择冷凝器冷却量为操纵变量通过改变操纵变量可以控制塔压稳定具体控制方案如图2.5所示： 图2.5萃取精馏塔T201塔顶压力控制方案图 （2）温度控制：在塔压一定的情况下，塔顶、塔釜产品的纯度仅取决温度因此根据工艺上对塔顶、塔釜产品的纯度要求，采用不同的控制方案：a. 精馏段质量指标控制：若塔顶产品要求高，则采用精馏段控制方案，即通过调节回流液的流量来控制塔顶温度，以保证塔顶产品的纯度具体控制方案应用如萃取精馏塔（T201）塔顶如图2.6所示： 图2.6萃取精馏塔T201塔顶压力控制方案图b. b.提馏段质量指标控制：若塔釜产品要求高，则采用提馏段控制方案，即通过调节加热蒸汽的流量来控制塔釜的温度，以保证塔釜产品的纯度具体控制方案应用如环氧丙烷提纯塔（T203）塔釜温度的控制如图2.7所示：图2.7环氧丙烷提纯塔（T203）塔釜温度控制方案图（3）液位控制：为保证整塔的物料平衡，故需要对塔釜液位及塔顶回流罐液位进行控制塔釜液位是通过调节塔釜出料量来控制，而塔顶回流罐的液位是通过调节塔顶馏出液量来控制的为达到节能的目的，塔釜出料量通过变频，调节泵的转速。

2.3.4泵的基本控制方案设计要求： （1） 泵的入口和出口一般要设置切断阀； （2） 为防止离心泵未启动时物料的倒流，在其出口处要安装止回阀由于止回阀易容易损坏，应靠近泵的出口安装，以便切断后检修； （3） 在泵的出口处要安装压力表，以便监测泵的运行状态； （4） 泵出口管线的管径一般与泵管口相同本工厂选用的大多数泵为离心泵，离心泵的流量控制有三种方法现将三种方法对比，如表3.1所示：表3.1离心泵流量控制方案的比较方案改变出口阀开度改变旁路阀开度改变泵的转速优点调节过程快速简便，流量连续调节控制阀的尺寸较小能量消耗低，机械效率高缺点经济性低于改变泵转速的方法能量消耗大，总机械效率低调速机构复杂昂贵，难以做到流量连续调节应用情况应用十分广泛很少采用较少采用，多用于蒸汽透平驱动离心泵比较结果选择醉成用的改变出口阀开度的控制方法本厂离心泵的流量控制方案主要是以下两种：通过改变泵的转速来调节泵的流量方案这种控制方式在液体输送管道上不需安装调节阀，阻力损失小，能量消耗低，机械效率高泵的出口设有压力指示仪表具体控制方案如图3.1所示：图8.16 P310控制方案图通过改变出口阀开度来调节泵的流量方案。

控制阀位于离心泵出口管线上，控制信号来自相应单元设备的温度、液位、压力等传感器具体控制方案如图8.17所示：图3.1调节出口阀开度流量控制方案图2.2 仪表选择仪表的选用一般遵循以下原则：（1）现场仪表是采集工艺参数的主要工具，是确保自动控制系统正常运行和科学管理的重要基础保证，因此应选用符合工艺控制精度、灵敏度要求的高性能智能型仪表；（2）为节约人力成本，减少维护强度，应选用高稳定性、免维护或低维护的智能仪表；（3） 关键工艺参数需要安装现场显示仪表，以方便现场巡视及检修；（4） 仪表的选择应考虑环境的适应性特别是传感器如直接与物料、反应液接触，很容易腐蚀和结垢因此应尽量选择非接触式的、无阻塞隔膜式、电磁式和可清洗式的传感器（如超声波、电磁式等）；（5） 尽量选用不断流拆卸式和维护周期较长的仪表，方便维护管理；（6） 在有易燃易爆物质存在的特殊场合，应严格按照有关标准，选择具有防爆性能的产品；（7） 为降低成本，在满足生产方面的要求的前提下，优先选用节能型产品2.3 P&ID工艺流程图第三章 总结与体会。