醋酸乙烯化工毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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这门技术常应用于模拟量回路控制较多的行业。

把所设计到的危险分别管理控制，这样就缩小了发生危险的可能性，这种自动化的高技术产品将显示与管理集合于一体。

真正实现了自动控制，加快了工业产业化步伐。

分级分布式控制，是集散控制系统实现了在物理上真正的分散控制。

通过一根总线，把总站和分站连接在一起，数据的一致性得到了保证，由此，也进一步提高系统的可靠性、实时性和准确性。

（1）DCS完善了管理体系的科学性与实践性，是资源得到了优化配置

（2）DCS还使得企业更具有竞争力，使开发的产品的品质和数量大幅增加，同时也提高了生产的效率，有利于技术的进步（3）DCS系统使得对于设备的维修与更换更加简单，快捷和经济（4）采用DCS可以实现统一控制和管理，节省了大量的人力、物力资源（5）化工产业通过对DCS的应用，是管理更加规范，同时也在一定程度上降低了运营成本。

1.2相关技术的国内外发展状况

在工业化的过程中，一共出现过三种合成醋酸乙烯的方法，分别是石油乙烯法、天然气乙炔法和电石乙炔法，三种方法各有利弊，下面我将三种方法介绍如下：

（1）石油乙烯法

用石油裂解联产得到的乙烯，通过多管型固定床反应器，合成醋酸乙烯。

这种方法在国内采用的比较多。

（2）天然气乙炔法

四川川维公司使用的是天然气乙炔法，顾名思义，原料就是平常常见的天然气，这种技术多用固定床反应器，也是应用比较广泛的技术。

（3）电石乙炔法

在国内，还有一种比较常见的方法，就是电石乙炔法，它是用水与电石发生反应产生乙炔，一般采用沸腾床反应器合成醋酸乙烯，国内大概有10家公司采用此种方法进行生产。

Leap技术作为一种新兴的乙烯气相法工艺,无论是工艺原理还是操作过程,都与传统的乙烯气相法的醋酸乙烯工业化生产技术（Bayer技术与USI技术）非常相似[16]。

但是,BP公司开发的Leap技术,采用流化床反应器,改善了反应过程的传热,从而提高了醋酸乙烯的产率,单台反应器生产能力与传统的乙烯气相法相比提高了一倍，催化剂寿命也延长一倍以上[16]。

对于流化床反应器的应用，从而使很多设备变得不再不可或缺，比如说气体预热交换器等，这样和固定床工艺所需要的设备相比较，流化床技术可以使工艺过程变得简单，经济，也可以使设备的投资减少大概30%左右，综合上述的介绍与实践，用乙烯气相法制备醋酸乙烯的Leap技术目前走在了工业化生产技术的最前端，将是醋酸乙烯合成的趋势与进步的关键。

1.3本课题要求

本课题拟从理论上，利用最新的流化床技术，设计出合成醋酸乙烯的工艺流程，缩小与国外的差距，加快工艺规模放大和工业化进程。

选择合适的催化剂，提高空时收率，将发展策略转向流化床工艺技术。

运用DCS集散控制系统，通过对反应器中文的控制以及反应物料的调节，提高醋酸乙烯的合成技术。

我国提升VAM生产能力势在必行，但解决由流化床乙烯法替代高能耗，高污染的电石乙炔法尤为重要。

从以上几点完成本次工程设计，以提高国内的醋酸乙烯产量以及对环境保护问题予以解决。

本课题在保证醋酸乙烯生产过程稳定、高产、优质、低耗和安全的前提下，对生产过程的主要技术参数如温度，压力，液位以及流量等加以严格控制。

因此要求我们认真收集资料，进行调查研究，技术经济分析和方案比较，选出先进可靠、合理的自控方案。

采用合适的仪表控制回路，如单回路，串级控制回路，分程控制回路等。

选择合适的检测仪表及DCS卡件，即各个管道控制部位的温度、压力、流量等。

贯彻执行国家、部颁的标准、规范和规定，认真进行设计文件的编制工作，绘制正确、可行的施工图纸，并写出设计报告。

2工艺流程简介及控制要求

2.1基本原理简介

2.1.1合成工段的基本任务

本工段通过罗茨鼓风机将乙炔气鼓入气体混合槽，同时将来自于醋酸加料槽的醋酸经由醋酸加料泵送入倒醋酸蒸发器，在醋酸蒸发器中通过水蒸气加热将醋酸汽化，送入气体混合槽。

在气体混合槽中乙炔气与醋酸蒸汽混合，经过混合气体第一预热器和第二预热器，进入合成反应器中，在一定的温度条件下，在以活性炭为载体的醋酸锌的催化作用下进行反应生成醋酸乙烯。

2.1.2影响合成反应的因素及控制要求

在主反应聚合反应中影响反应的因素很多，主要包括以下五个因素：

（1）活性炭的影响

活性炭本身即是触媒的载体，另一方面活性炭上的羰基起着活性中心的作用，所以活性炭在这里起着双重作用。

（2）反应温度的影响

合成醋酸乙烯的反应是醋酸与乙炔通过吸附在活性炭上的醋酸锌的而发生的。

而首先就要使乙炔在活性炭表面上产生化学吸附，这个吸附温度最低也要160℃左右，所以要使反应能够进行起码也要将温度控制在160℃以上。

随着反应温度的提高，反应速度常数也增大，触媒的活性也就提高，空间收率也就高，但同时付产品增加，反应液质量下降。

所以选用反应温度要综合各项指标，考虑到产品质量、产量、触媒的消耗等方面因素，并根据当时的主要矛盾来确定。

一般情况下每个列之间相差10℃左右能最大发挥触媒的作用。

（3）压力的影响

由于乙炔与醋酸合成醋酸乙烯的反应是一个体积减少的反应所以理论上讲增加压力对合成是有利的。

当反应系统压力上升时（例如，由于反应出口管被聚合物附着而阻力升高时）对反应来讲是有利的，但这就要求鼓风机打出更高的压头，对设备的要求也更高，尤其对鼓风机的加工、安装要求更严格也比较困难。

另外乙炔在压力高时不太稳定，再者由于大部分气体循环使用，乙炔的转化率只有10%左右，对整个系统来讲，体积的减少是有限的。

增加一些压力对反应的效果影响不是很大，而同时却带来一系列问题，所以本反应是在常压下操作，系统内保持正压。

在反应器底部为克服触媒的压力，压力般在0.8kg/cm左右。

（4）其它因素的影响

对合成反应的影响因素，除上述主要方面外，还有一些次要因素，如沸腾床流化状态的好坏，分布板的设计是否恰当，床内是否有构件。

另外操作水平也对合成反应有影响。

反应温度的控制是否平稳，中温忽高低都影响到触媒的活性和寿命。

2.2合成工艺流程叙述

本工序的任务是将原料乙炔与原料醋酸蒸气混合，在适当的条件下进行反应得到醋酸乙烯并把未反应的乙炔分离、回收进行循环使用。

采用吸附在活性炭上的醋酸锌为触媒的沸腾床操作法生产。

工艺流程主要包括：

（1）乙炔与醋酸蒸气的混合;

（2）混合体的预热;

（3）反应器的控制.

3系统控制方案的设计

合成工段主要是对醋酸蒸发器、合成反应器以及鼓风机的控制系统方案的设计。

被控变量的选择原则：

从间接标准参数的方面考虑，这个参数需要有充足的灵活性，这样才能更细致的反应产品的质量程度。

在直接标准参数的选择上，作为首选的应该是质量标准参数。

当没有直接参数作为被控变量时，我们可以选择一个和主要参数有直接对应关系的间接标准参数作为参考和被控变量。

除了需要考虑被控变量的参数外，我们还需要综合考虑工艺的可实施性以及国内外的生产水平及状况。

操作变量的选择原则：

作为控制变量，最基础和重要的一点就是变量具有可控性。

当扰动通道的放大倍数是一定时，我们选择的变量最好应该是通道放大倍数中比较大的参数。

选择较小的控制时间通道参数有助于操作变量的记录，而比较大的扰动通道时间参数也可以达到此目的。

选择较小的通道纯滞后时间。

还有一点需要注意的就是干扰点的选择——接近控制阀，远离被控参数，

同样，除此之外，还需考虑工艺的可实施性以及生产水平。

控制阀的选择：

开闭形式的选择。

口径大小的选择。

流量特性的选择。

结构形式的选择。

控制阀开闭形式的选择原则：

合成工段选用的为气动薄膜调节阀，控制阀接收电气转换器传来的信号，压力与控制阀的开度成正相关，两者同时增大或减小，这种情况称为气开阀。

同理，当压力与控制阀的开度成负相关，则为气闭阀。

当具体给定系统情况时，选择哪种形式的控制阀，没有固定的模式，要根据具体的工艺流程及要求来考虑。

一般来说，要根据以下几条原则进行选择：

安全生产为第一要素。

在安全的基础上，要尽量提高质量水平。

降低成本，节省资源也需要考虑在内。

从实际出发，具体情况具体分析。

3.1合成反应器中温控制系统

（1）合成是乙炔和醋酸发生化学反应生成醋酸乙烯的过程，醋酸乙烯的浓度要求非常高，达到99.9%以上。

为保证合成气的质量，工艺要求对反应器反应温度进行控制。

合成反应器的中温要求178±

0.5摄氏度。

（2）合成反应的简单工艺过程为乙炔气和醋酸气在混合器中混合后，分别经冷路和有预热器加热的热路合成一定温度的混和气体热气体后，进入醋酸乙烯合成反应器（沸腾床），在一定温度条件下，在以活性炭为载体的醋酸锌的作用下，进行合成化学反应。

但在反应器反应温度控制系统的控制通道中包含了两个具有非线性的热交换器，因而使整个对象的特性随负荷的变化而变化，采用单回路控制系统已不能满足控制要求，为此，在热交换器的出口设置了一个温度监测点，并以他为副变量组成一个温度与温度的串级控制系统。

在串级控制系统方案中，由于热交换器这个具有非线性特性的环节包含在副回路中，负荷的变化所引起的对象影响就被副回路所克服，因此对主回路的影响就很小了。

本系统采用串级回路控制，它能有效的提高控制效率，完善单一控制不能全面控制的缺点，串级控制系统就是将两个单回路控制系统以适当的方式整合为一个控制系统。

它与单回路控制最大的不同点是其对控制的精密程度有了很大的提高，它所谓的“串级”是在结构上副回路的数量有所增加，当存在干扰时，它具有保持稳定的性能。

在工作性能方面，其有如下优点：

对于进入副回路的干扰具有极强的克服能力。

改善了控制系统的动态特性，提高了工作效率。

对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力。

（3）反应温度的控制是通过反应器入口的混合气的温度来控制的，即反应温度有所上升时，则通过降低入口气体温度的方法来控制，可以通过调节第一预热加热器的蒸汽量来调节，但由于传热滞后比较大，调节不灵敏，故增设了一套正逆阀装置来调节反应器入口温度，混合气体从气体混合槽出来后分成两路，一路不加热，称为冷路，另一路经加热器，称为热路，在冷热路上各加一调节阀，用调节阀来调节冷热路混合比例，就很容易调节反应器入口温度，也就比较容易调节反应器中温。

正逆阀有一个信号指挥，一个开，另一个就关，两开度加起来为100%。

主被控变量：

合成反应器中温

副被控变量：

热交换器的出口温度

操纵变量：

冷热路气体混合比例

冷路控制阀：

气闭阀热路控制阀：

气开阀

主控制器：

反作用副控制器：

反作用

（4）控制流程图，如图3.1所示：

图3.1醋酸乙烯合成反应器中温控制系统流程图

方框图，如图3.2所示：

图3.2醋酸乙烯合成反应器中温控制系统方框图

从串级控制系统的方框图可以看出，该系统有两个环路：

一个内环和一个外环。

习惯上称内环为副环，外环为主环。