皂化反應(yīng)的熱量控制

李紅艷

摘要：文章提出了環(huán)氧丙烷生產(chǎn)過程中皂化反應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，解決了生產(chǎn)過程中重要參數(shù)的精確、穩(wěn)定控制，并應(yīng)用于生產(chǎn)過程。

關(guān)鍵詞：皂化反應(yīng);參數(shù)控制

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。因此，追求高質(zhì)量的產(chǎn)品、低成本的消耗，成為企業(yè)能否在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地的最首要的保證。這也是自動(dòng)化技術(shù)所追求的目標(biāo)。

自從進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，并獲得了驚人的成績(jī)。過程控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，過程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力等方面起著越來越巨大的作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)在化工工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致化工生產(chǎn)過程等方面的變革，促進(jìn)了過程控制技術(shù)向高層次發(fā)展。隨著化工工業(yè)日趨大型化、連續(xù)化和集成化，人們對(duì)生產(chǎn)過程的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，以及在安全和環(huán)保方面提出了更高的要求。

如何把化工企業(yè)的過程操作信息集成起來，充分發(fā)揮人、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及自動(dòng)化裝備的作用，充分挖掘生產(chǎn)能力，降低消耗，提高生產(chǎn)裝置利用效率，保證質(zhì)量和安全，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，使其經(jīng)濟(jì)效益最大化，是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)所要解決的課題。

環(huán)氧丙烷是一種重要的化工產(chǎn)品，制備環(huán)氧丙烷的方法很多，如直接氧化法、共氧化法、間接氧化法、氯醇法等。其中，以氯醇法、間接氧化法兩種技術(shù)為主普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷技術(shù)主要是以丙烯和氯氣為原料，首先丙烯經(jīng)氯醇化反應(yīng)生成氯丙醇，其次，氯丙醇經(jīng)皂化反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，最后經(jīng)精制得到環(huán)氧丙烷產(chǎn)品。

環(huán)氧丙烷生產(chǎn)設(shè)備、工藝復(fù)雜，涉及參數(shù)上千個(gè)，需要控制的回路繁多、控制精度要求高，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，必須采用自動(dòng)控制技術(shù)。環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置要發(fā)揮裝置的功能，優(yōu)質(zhì)、高效地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，很大程度上取決于環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的好壞。

本設(shè)計(jì)是針對(duì)皂化反應(yīng)過程重要參數(shù)，采用自控技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。皂化反應(yīng)是氯醇化產(chǎn)出的氯丙醇與石灰乳制備來的氫氧化鈣反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷粗品，供精餾工序使用。在皂化反應(yīng)階段，一是要完成氯丙醇與氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成環(huán)氧丙烷;二是在皂化塔內(nèi)需要通入蒸汽以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)生成的環(huán)氧丙烷（PO）的汽提。在此過程中，會(huì)消耗大量的蒸汽。

影響皂化反應(yīng)的因素有溫度、壓力、反應(yīng)物濃度等，其中主要是溫度。根據(jù)工藝要求，皂化塔內(nèi)部塔頂溫度要保持在70℃-75℃。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，要綜合各方面因素，既要將溫度參數(shù)控制在工藝要求值，又要考慮降低熱能消耗和熱能的回收利用。此過程存在的擾動(dòng)多，過渡過程時(shí)間長(zhǎng)，為了滿足控制精度要求，采用復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的串級(jí)控制，在利于皂化反應(yīng)的同時(shí)節(jié)約能源。

在皂化反應(yīng)器的上部，是皂化反應(yīng)器分凝器，內(nèi)部通入熱水罐中的熱水（這些熱水是由回收的蒸汽、回收熱水加熱）作為熱交換介質(zhì)，從底部通入皂化塔的蒸汽在完成環(huán)氧丙烷汽提后，部分蒸汽熱量可以通過熱交換介質(zhì)得到部分回收，同時(shí)控制熱水溫度，使皂化塔頂溫度滿足工藝要求。

在該系統(tǒng)中，主參數(shù)為熱水溫度，副參數(shù)為蒸汽流量。主調(diào)節(jié)器為TICA605，采用PID控制規(guī)律;副調(diào)節(jié)器為FIC602，采用P控制規(guī)律。從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，蒸汽調(diào)節(jié)閥選用氣開式，即一旦調(diào)節(jié)器損壞，調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，切斷蒸汽進(jìn)入皂化反應(yīng)器，確保設(shè)備安全，故調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)為正。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，蒸汽流量增加，溫度升高，故副過程的放大系數(shù)為正。為了保證副回路為負(fù)反饋，則副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)應(yīng)取正，即反作用調(diào)節(jié)器。由于蒸汽流量增大，塔頂溫度升高，故主過程的放大系數(shù)為正，為保證整個(gè)回路為負(fù)反饋，主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)應(yīng)為正，即反作用調(diào)節(jié)器。

上述控制回路中，流量測(cè)量使用漩渦式流量變送器，溫度使用Pt100進(jìn)行溫度變送，調(diào)節(jié)閥采用氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)器全部在DCS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

采用上述串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，把企業(yè)的過程操作信息集成起來，充分發(fā)揮人、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及自動(dòng)化裝備的作用，充分挖掘生產(chǎn)能力，降低消耗，提高生產(chǎn)裝置利用效率，保證質(zhì)量和安全，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁向前等.氯醇化管道反應(yīng)新工藝的壓降和傳質(zhì)的研究.化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，1996，12（4）：384-389.