乙醛氧化制醋酸工藝設計仿真軟件

./醋酸-氧化裝置操作規(guī)程乙醛氧化制醋酸工藝仿真軟件——氧化工段目錄第一章概述1第二章生產(chǎn)方法及工藝路線22.1生產(chǎn)方法及反應機理22.2工藝流程簡述32.2.1裝置流程簡述32.2.2氧化系統(tǒng)流程簡述4第三章工藝技術指標63.1控制指標63.2分析項目7第四章崗位操作法84.1冷態(tài)開車/裝置開工84.1.1開工應具備的條件84.1.2引公用工程84.1.3N2吹掃、置換氣密84.1.4系統(tǒng)水運試車84.1.5酸洗反應系統(tǒng)84.1.6全系統(tǒng)大循環(huán)和精餾系統(tǒng)閉路循環(huán)94.1.7第一氧化塔配制氧化液104.1.8第一氧化塔投氧開車104.1.9第二氧化塔投氧114.1.10吸收塔投用124.1.11氧化塔出料124.2正常停車124.2.1氧化系統(tǒng)停車124.3緊急停車134.3.1事故停車134.3.2緊急停車134.4崗位操作法154.4.1第一氧化塔154.4.2第二氧化塔〔T102154.4.3洗滌液罐164.5聯(lián)鎖停車16第五章仿真圖17.第一章概述乙酸又名醋酸,英文名稱為aceticacid,是具有刺激氣味的無色透明液體,無水乙酸在低溫時凝固成冰狀,俗稱冰醋酸。在16.7℃以下時,純乙酸呈無色結晶,其沸點是118乙酸是穩(wěn)定的化合物；但在一定的條件下,能引起一系列的化學反應。如：在強酸〔H2SO4或HCl存在下,乙酸與醇共熱,發(fā)生酯化反應：CHCH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O乙酸是許多有機物的良好溶劑,能與水、醇、酯和氯仿等溶劑以任意比例相混合。乙酸除用作溶劑外,還有廣泛的用途,在化學工業(yè)中占有重要的位置,其用途遍及醋酸乙烯、醋酸纖維素、醋酸酯類等多種領域。乙酸是重要的化工原料,可制備多種乙酸衍生物如乙酸酐、氯乙酸、乙酸纖維素等,適用于生產(chǎn)對苯二甲酸、紡織印染、發(fā)酵制氨基酸,也作為殺菌劑。在食品工業(yè)中,乙酸作為防腐劑；在有機化工中,乙酸裂解可制得乙酸酐,而乙酸酐是制取乙酸纖維的原料。另外,由乙酸制得聚酯類,可作為油漆的溶劑和增塑劑；某些酯類可作為進一步合成的原料。在制藥工業(yè)中,乙酸是制取阿司匹林的原料。利用乙酸的酸性,可作為天然橡膠制造工業(yè)中的膠乳凝膠濟,照相的顯像停止劑等。乙酸的生產(chǎn)具有悠久的歷史,早期乙酸是由植物原料加工而獲得或者通過乙醇發(fā)酵的方法制得,也有通過木材干餾而獲得的。目前,國內外已經(jīng)開發(fā)出了乙酸的多種合成工藝,包括烷烴、烯烴及其酯類的氧化,其中應用最廣的是乙醛氧化法制備乙酸。下面主要介紹乙醛氧化法制備乙酸。第二章生產(chǎn)方法及工藝路線2.1生產(chǎn)方法及反應機理乙醛首先與空氣或氧氣氧化成過氧醋酸,而過氧醋酸很不穩(wěn)定,在醋酸錳的催化下發(fā)生分解,同時使另一分子的乙醛氧化,生成二分子乙酸。氧化反應是放熱反應。CH3CHO+O2→CH3COOOHCH3COOOH+CH3CHO→2CH3COOH總的化學反應方程式為：CH3CHO+1/2O2→CH3COOH+292.0kj/mol在氧化塔內,還有一系列的氧化反應,主要副產(chǎn)物有甲酸、甲酯、二氧化碳、水、醋酸甲酯等。CH3COOOH→CH3OH+CO2CH3OH+CO2→HCOOH+H2OCH3COOOH+CH3COOH→CH3COOCH3+CO2+H2OCH3OH+CH3COOH→+H2OCH3OH→CH4+COCH3CH2OH+CH3COOH→CH3COOC2H5+H2OCH3CH2OH+HCOOH→HCOOC2H5+H2O3CH3CHO+3O2→HCOOH+2CH3COOH+CO2+H2O4CH3CHO+5O2→4CO2+4H2O3CH3CHO+2O2→CH3CH<OCOCH3>2+H2O2CH3COOH→CH3COCH3+CO2+H2OCH3COOH→CH4+CO2乙醛氧化制醋酸的反應機理一般認為可以用自由基的鏈接反應機理來進行解釋,常溫下乙醛就可以自動地以很慢的速度吸收空氣中的氧而被氧化生成過氧醋酸。CH3CHO+O2→過氧醋酸以很慢的速度分解生成自由基。CH3COOOH→+OH自由基CH3COO引發(fā)下列的鏈鎖反應：+CH3CHO→CH3CO+CH3COOHCH3CO+O2→+CH3CHO→+CH3COOOH+CH3CHO→2CH3COOH自由基引發(fā)一系列的反應生成醋酸。但過氧醋酸是一個極不安定的化合物,積累到一定程度就會分解而引起爆炸。因此,該反應必須在催化劑存在下才能順利進行。催化劑的作用是將乙醛氧化時生成的過氧醋酸及時分解成醋酸,而防止過氧醋酸的積累、分解和爆炸。2.2工藝流程簡述裝置流程簡述本反應裝置系統(tǒng)采用雙塔串聯(lián)氧化流程,主要裝置有第一氧化塔T101、第二氧化塔T102、尾氣洗滌塔T103、氧化液中間貯罐V102、堿液貯罐V105。其中T101是外冷式反應塔,反應液由循環(huán)泵從塔底抽出,進入換熱器中以水帶走反應熱,降溫后的反應液再由反應器的中上部返回塔內；T102是內冷式反應塔,它是在反應塔內安裝多層冷卻盤管,管內以循環(huán)水冷卻。乙醛和氧氣首先在全返混型的反應器-第一氧化塔T101中反應〔催化劑溶液直接進入T101內,然后到第二氧化塔T102中,通過向T102中加氧氣,進一步進行氧化反應〔不再加催化劑。第一氧化塔T101的反應熱由外冷卻器E102A/B移走,第二氧化塔T102的反應熱由內冷卻器移除,反應系統(tǒng)生成的粗醋酸送往蒸餾回收系統(tǒng),制取醋酸成品。蒸餾采用先脫高沸物,后脫低沸物的流程。粗醋酸經(jīng)氧化液蒸發(fā)器E201脫除催化劑,在脫高沸塔T201中脫除高沸物,然后在脫低沸塔T202中脫除低沸物,再經(jīng)過成品蒸發(fā)器E206脫除鐵等金屬離子,得到產(chǎn)品醋酸。從低沸塔T202頂出來的低沸物去脫水塔T203回收醋酸,含量99%的醋酸又返回精餾系統(tǒng),塔T203中部抽出副產(chǎn)物混酸,T203塔頂出料去甲酯塔T204。甲酯塔塔頂產(chǎn)出甲酯,塔釜排出廢水去中和池處理。氧化系統(tǒng)流程簡述乙醛和氧氣按配比流量進入第一氧化塔〔T101,氧氣分兩個入口入塔,上口和下口通氧量比約為1：2,氮氣通入塔頂氣相部分,以稀釋氣相中氧和乙醛。乙醛與催化劑全部進入第一氧化塔,第二氧化塔不再補充。氧化反應的反應熱由氧化液冷卻器〔E102A/B移去,氧化液從塔下部用循環(huán)泵〔P101A/B抽出,經(jīng)過冷卻器〔E102A/B循環(huán)回塔中,循環(huán)比〔循環(huán)量：出料量約110~140：1。冷卻器出口氧化液溫度為60℃,塔中最高溫度為75~78第二氧化塔為內冷式,塔底部補充氧氣,塔頂也加入保安氮氣,塔頂壓力0.1Mpa〔表,塔中最高溫度約85℃第一氧化塔和第二氧化塔的液位顯示設在塔上部,顯示塔上部的部分液位〔全塔高90%以上的液位。出氧化塔的氧化液一般直接去蒸餾系統(tǒng),也可以放到氧化液中間貯罐〔V102暫存。中間貯罐的作用是：正常操作情況下做氧化液緩沖罐,停車或事故時存氧化液,醋酸成品不合格需要重新蒸餾時,由成品泵〔P402送來中間貯存,然后用泵〔P102送蒸餾系統(tǒng)回煉。兩臺氧化塔的尾氣分別經(jīng)循環(huán)水冷卻的冷卻器〔E101中冷卻,凝液主要是醋酸,帶少量乙醛,回到塔頂,尾氣最后經(jīng)過尾氣洗滌塔〔T103吸收殘余乙醛和醋酸后放空,洗滌塔采用下部為新鮮工藝水,上部為堿液,分別用泵〔P103、P104循環(huán)。洗滌液溫度常溫,洗滌液含醋酸達到一定濃度后〔70～80%,送往精餾系統(tǒng)回收醋酸,堿洗段定期排放至中和池。第三章工藝技術指標3.1控制指標序號名稱儀表信號單位控制指標備注1T101壓力PIC109A/BMPa0.190.012T102壓力PIC112A/BMpa0.10.023T101底溫度TI103A℃7714T101中溫度TI103B℃7325T101上部液相溫度TI103C℃6836T101氣相溫度TI103E℃與上部液相溫差大于137E102出口溫度TIC104A/B℃6028T102底溫度TI106A℃8329T102溫度TI106B℃85～7010T102溫度TI106C℃85～7011T102溫度TI106D℃85～7012T102溫度TI106E℃85～7013T102溫度TI106F℃85～7014T102溫度TI106G℃85～7015T102氣相溫度TI106H℃與上部液相溫差大于1516T101液位LIC101%351517T102液位LIC102%351518T101加氮量FIC101M3/H1505019T102加氮量FIC105M3/H75253.2分析項目序號名稱位號單位控制指標備注1T101出料含醋酸AIAS102%92～952T101出料含醛AIAS103%<43T102出料含醋酸AIAS104%>974T102出料含醛AIAS107%<0.35T101尾氣含氧AIAS101A、B、C%<56T102尾氣含氧AIAS105%<57T103中含醋酸AIAS106%<80第四章崗位操作法4.1冷態(tài)開車/裝置開工說明：斜體字部分是在仿真范圍外或必須和其它工段配合的操作。開工應具備的條件〔1檢修過的設備和新增的管線,必須經(jīng)過吹掃、氣密、試壓、置換合格〔若是氧氣系統(tǒng),還要脫酯處理〔2電氣、儀表、計算機、聯(lián)鎖、報警系統(tǒng)全部調試完畢,調校合格、準確好用?！?機電、儀表、計算機、化驗分析具備開工條件,值班人員在崗?！?備有足夠的開工用原料和催化劑。引公用工程N2吹掃、置換氣密系統(tǒng)水運試車酸洗反應系統(tǒng)〔1首先將尾氣吸收塔T103的放空閥V45打開；從罐區(qū)V402〔開閥V57將酸送入V102中,而后由泵P102向第一氧化塔T101進酸,T101見液位<約為2%>后停泵P102,停止進酸。"快速灌液"說明,向T101灌乙酸時,選擇"快速灌液"按鈕,在LIC101有液位顯示之前,灌液速度加速10倍,有液位顯示之后,速度變?yōu)檎?；對T102灌酸時類似。使用"快速灌液"只是為了節(jié)省操作時間,但并不符合工藝操作原則,由于是局部加速,有可能會造成液體總量不守衡,為保證正常操作,將"快速灌液"按鈕設為一次有效性,即：只能對該按鈕進行一次操作,操作后,按鈕消失；如果一直不對該按鈕操作,則在循環(huán)建立后,該按鈕也消失。該加速過程只對"酸洗"和"建立循環(huán)"有效?！?開氧化液循環(huán)泵P101,循環(huán)清洗T101；〔3用N2將T101中的酸經(jīng)塔底壓送至第二氧化塔T102,T102見液位后關來料閥停止進酸；〔4將T101和T102中的酸全部退料到V102中,供精餾開車；〔5重新由V102向T101進酸,T101液位達30%后向T102進料,精餾系統(tǒng)正常出料,建立全系統(tǒng)酸運大循環(huán)。全系統(tǒng)大循環(huán)和精餾系統(tǒng)閉路循環(huán)〔1氧化系統(tǒng)酸洗合格后,要進行全系統(tǒng)大循環(huán)：V402T101T102E201T201T202T203V209E206V204V402〔2在氧化塔配制氧化液和開車時,精餾系統(tǒng)需閉路循環(huán)。脫水塔T203全回流操作,成品醋酸泵P204向成品醋酸儲罐V402出料,P402將V402中的酸送到氧化液中間罐V102,由氧化液輸送泵P102送往氧化液蒸發(fā)器E201構成下列循環(huán)：〔屬另一工段頂頂全回流T201T202T203底E206P204V402P402E201P102V102等待氧化開車正常后逐漸向外出料。第一氧化塔配制氧化液向T101中加醋酸,見液位后〔LIC101約為30%,停止向T101進酸。向其中加入少量醛和催化劑,同時打開泵P101A/B打循環(huán),開E102A通蒸汽為氧化液循環(huán)液通蒸汽加熱,循環(huán)流量保持在700000KG/H〔通氧前,氧化液溫度保持在70～76℃第一氧化塔投氧開車<1>開車前聯(lián)鎖投入自動；<2>投氧前氧化液溫度保持在70~76C,氧化液循環(huán)量FIC104控制在700000KG/H<3>控制FIC101N2流量為120M<4>按如下方式通氧：a>用FIC110小投氧閥進行初始投氧,氧量小于100M3首先特別注意兩個參數(shù)的變化：LIC101液位上漲情況；尾氣含氧量AIAS101三塊表是否上升。其次,隨時注意塔底液相溫度、尾氣溫度和塔頂壓力等工藝參數(shù)的變化。如果液位上漲停止然后下降,同時尾氣含氧穩(wěn)定,說明初始引發(fā)較理想,逐漸提高投氧量。b>當FIC-110小調節(jié)閥投氧量達到320M3/H時,啟動FIC-114調節(jié)閥,在FIC-114增大投氧量的同時減小c>FIC-114投氧量達到1000M3原則要求：投氧在0~400M3/H之內,投氧要慢。如果吸收狀態(tài)好,要多次小量增加氧量。400~1000M3/Hd>T101塔液位過高時要及時向T102塔出一下料。當投氧到400M3/H時,將循環(huán)量逐漸加大到850000KG/H；當投氧到1000M3/H<5>調節(jié)方式：a>將T101塔頂保安N2開到120M3/H,氧化液循環(huán)量FIC104調節(jié)為500000~700000KG/H,塔頂PIC109A/B控制為正常值0.2Mpa。將氧化液冷卻器〔E102A/B中的一臺E102A改為投用狀態(tài),調節(jié)閥TIC104B備用。關閉E102A的冷卻水,通入蒸汽給氧化液加熱,使氧化液溫度穩(wěn)定在70~76C。調節(jié)T101塔液位為255%,關閉出料調節(jié)閥LIC101,按投氧方式以最小量投氧,同時觀察液位、氣液相溫度及塔頂、尾氣中含氧量變化情況。當液位升高至60%以上時需向T102塔出料降低一下液位。當尾氣含氧量上升時要加大FIC101氮氣量,若繼續(xù)上升氧含量達到5%〔待液相溫度上升至84C時,關閉E當投氧量達到1000M3/H以上時,且反應狀態(tài)穩(wěn)定或液相溫度達到90Cb>投氧正常后,取T101氧化液進行分析,調整各項參數(shù),穩(wěn)定一段時間后,根據(jù)投氧量按比例投醛,投催化劑。液位控制為355%向T102出料。c>在投氧后,來不及反應或吸收不好,液位升高不下降或尾氣含氧增高到5%時,關小氧氣,增大氮氣量后,液位繼續(xù)上升至80%或含氧繼續(xù)上升至8%,聯(lián)鎖停車,繼續(xù)加大氮氣量,關閉氧氣調節(jié)閥。取樣分析氧化液成分,確認無問題時,再次投氧開車。第二氧化塔投氧〔1待T-102塔見液位后,向塔底冷卻器內通蒸汽保持氧化液溫度在80C,控制液位355%,并向蒸餾系統(tǒng)出料。取〔2T-102塔頂壓力PIC112控制在0.1Mpa,塔頂?shù)獨釬IC-105保持在90M3/H。由T102塔底部進氧口,以最小的通氧量投氧,注意尾氣含氧量。在各項指標不超標的情況下,通氧量逐漸加大到正常值。當氧化液溫度升高時,表示反應在進行。停蒸汽開冷卻水TIC-105,TIC-106,TIC-108,TIC-109吸收塔投用〔1打開V49,向塔中加工藝水濕塔。〔2開閥V50,向V105中備工藝水〔3開閥V48,向V103中備料〔堿液〔4在氧化塔投氧前開P103A/B向T103中投用工藝水〔5投氧后開P104A/B向T103中投用吸收堿液〔5如工藝水中醋酸含量達到80%時,開閥V51向精餾系統(tǒng)排放工藝水。氧化塔出料〔1當氧化液符合要求時,開LIC102和閥V44向氧化液蒸發(fā)器E201出料。用LIC102控制出料量。4.2正常停車氧化系統(tǒng)停車〔1將FIC102切至手動,關閉FIC-102,停醛?！?將FIC114逐步將進氧量下調至1000m3/H。注意觀察反應狀況,當?shù)谝谎趸101中醛的含量降至0.1以下時,立即關閉FIC114、FICSQ106,關閉T101、〔3開啟T101、T102塔底排,逐步退料到V-102罐中,送精餾處理。停P101泵,將氧化系統(tǒng)退空。4.3緊急停車事故停車主要是指裝置在運行過程中出現(xiàn)的儀表和設備上的故障而引起的被迫停車。采取的措施如下：〔1首先關掉FICSQ102、FIC112、FIC301三個進物料閥。然后關閉進氧進醛線上的塔壁閥?！?根據(jù)事故的起因控制進氮量的多少,以保證尾氣中含氧小于5%〔V?！?逐步關小冷卻水直到塔內溫度降為60C,關閉冷卻水TIC104A〔4第二氧化塔關冷卻水由下而上逐個關掉并保溫60緊急停車生產(chǎn)過程中,如遇突發(fā)的停電、停儀表風、停循環(huán)水、停蒸汽等而不能正常生產(chǎn)時,應做緊急停車處理?！?緊急停電儀表供電可通過蓄電池逆變獲得,供電時間30分鐘；所有機泵不能自動供電。1.氧化系統(tǒng)正常來說,緊急停電P101泵自動聯(lián)鎖停車。a>馬上關閉進氧進醛塔壁閥。b>及時檢查尾氣含氧及進氧進醛閥門是否自動連鎖關閉。2.精餾系統(tǒng)此時所有機泵停運。a>首先減小各塔的加熱蒸汽量。b>關閉各機泵出口閥,關閉各塔進出物料閥。c>視情況對物料做具體處理。3.罐區(qū)系統(tǒng)a>氧化系統(tǒng)緊急停車后,應首先關閉乙醛球罐底出料閥及時將兩球罐保壓。b>成品進料及時切換至不合格成品罐V403。〔2緊急停循環(huán)水停水后立即做緊急停車處理。停循環(huán)水時PI508壓力在0.25Mpa連鎖動作〔目前未投用。FICSQ102、FIC112、FIC301三電磁閥自動關閉。1.氧化系統(tǒng)停車步驟同事故停車。注意氧化塔溫度不能超得太高,加大氧化液循環(huán)量。1.精餾系統(tǒng)a>先停各塔加熱蒸汽,同時向塔內充氮,保持塔內正壓。b>待各塔溫度下降時,?；亓鞅?關閉各進出物料閥?！?緊急停蒸汽同事故停車?！?緊急停儀表風所有氣動薄膜調節(jié)閥將無法正常啟動,應做緊急停車處理。1.氧化系統(tǒng)應按緊急停車按鈕,手動電磁閥關閉FI