氯化工藝控制系統(tǒng)

氯乙酸工藝為氯化典型工藝，通過對(duì)工藝系統(tǒng)分析，掌握氯化工藝的主要控制點(diǎn)，確定控制及聯(lián)鎖方案，進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究，為氯化工藝的自動(dòng)化改造工藝提供技術(shù)支撐，并提供保證控制系統(tǒng)安全的資料。1生產(chǎn)工藝流程概述本文研究的氯乙酸生產(chǎn)工藝主要采用硫黃催化醋酸氯化、氯化液結(jié)晶、離心分離母液得氯乙酸成品的間斷氯化生產(chǎn)工藝。1．1氯化工序該工序以液氯和醋酸為原料，醋酸來自于醋酸儲(chǔ)罐，泵入醋酸計(jì)量罐中，計(jì)量罐中的醋酸計(jì)量后利用位差壓入氯化反應(yīng)釜。外購(gòu)氯氣經(jīng)過氯氣緩沖罐后再經(jīng)流量計(jì)控制流量進(jìn)入氯化反應(yīng)釜中，與反應(yīng)釜中的醋酸在硫黃催化劑催化作用下發(fā)生氯化反應(yīng)，其主反應(yīng)方程式為:CH3COOH+Cl2→CH2ClCOOH+HCl氯氣總管道上氯氣壓力控制在0.2MPa以下。氯化反應(yīng)溫度控制在96℃±2℃，壓力控制在100kPa以下，氯化通氯流量控制采用步序的控制方式，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)切換。氯化液的相對(duì)密度檢測(cè)達(dá)到1.35后，停止通氯，氯化液備用。1．2結(jié)晶工序?qū)溆寐然撼槿虢Y(jié)晶釜，在結(jié)晶釜內(nèi)先升溫到85～90℃，啟動(dòng)攪拌，用冷卻水將料溫降至60℃時(shí)，向釜內(nèi)加入晶種約10kg，關(guān)閉冷卻水，自然攪拌降溫，并根據(jù)釜內(nèi)料液情況，再加母液700～800kg。當(dāng)料溫降至48℃時(shí)，開水冷卻直至物料降至25℃時(shí)，即可被離心分離使用。1．3離心分離工序結(jié)晶后物料放入離心機(jī)內(nèi)，在離心機(jī)離心作用下，母液與結(jié)晶的氯乙酸分離，母液進(jìn)入母液槽，可以供氯化使用或銷售;分離得到的晶狀氯乙酸經(jīng)計(jì)量包裝即為氯乙酸成品。反應(yīng)釜反應(yīng)釜配水罐尾氣冷凝器鹽酸吸收系統(tǒng)鹽酸罐醋酸計(jì)量罐硫磺氯氣醋酸一次水冷鹽水一次水2環(huán)境特征工藝設(shè)備布置：大多數(shù)皆集中在廠房?jī)?nèi)。爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分：本工藝不含易燃易爆物質(zhì)，屬于非防暴區(qū)。氣體的泄漏：氯乙酸裝置所處理的原材料和中間產(chǎn)物都是有毒物質(zhì)，因此在可能泄漏的或聚集的場(chǎng)所應(yīng)安裝毒性氣體檢測(cè)器。腐蝕性：裝置中存在CL、HCL的存在，因此設(shè)備必須防腐和選擇防腐蝕的材料。設(shè)備選型分進(jìn)行后，就把蒸汽閥全關(guān)，打開冷卻水閥，把反應(yīng)熱取走。氯乙酸反應(yīng)中的流量控制步序系統(tǒng)：根據(jù)生產(chǎn)工藝，要求反應(yīng)釜在65℃下通氯氣，通過工控機(jī)人機(jī)界面檢測(cè)反應(yīng)釜溫度。第一步：反應(yīng)釜溫度65～70℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.03～1.10;通過比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來的數(shù)據(jù)X1。然后再根據(jù)如果溫度超過70℃，密度大于1.10時(shí)跳轉(zhuǎn)到第二步；第二步：反應(yīng)釜溫度70～75℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.10～1.2;通過比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來的數(shù)據(jù)X2。然后再根據(jù)如果溫度超過75℃，密度大于1.2時(shí)跳轉(zhuǎn)到第三步；第三步：反應(yīng)釜溫度75～80℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.2～1.25;通過比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來的數(shù)據(jù)X3。然后再根據(jù)如果溫度超過80℃，密度大于1.25時(shí)跳轉(zhuǎn)到第四步；第四步：反應(yīng)釜溫度80～85℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.25～1.3;通過比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來的數(shù)據(jù)X4。然后再根據(jù)如果溫度超過85℃，密度大于1.3時(shí)跳轉(zhuǎn)到第五步；第五步反應(yīng)釜溫度85～102℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.30～1.353。通過比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來的數(shù)據(jù)X3。然后再根據(jù)如果密度大于1.35時(shí)反應(yīng)結(jié)束；保溫反應(yīng)1h后加入循環(huán)母液冷卻結(jié)晶，在凝固點(diǎn)以上1～2℃加入晶種，緩慢冷卻至25℃左右，經(jīng)抽濾或離心分離制得產(chǎn)品。結(jié)晶釜的分程控制系統(tǒng)：將備用氯化液抽入結(jié)晶釜，在結(jié)晶釜內(nèi)先開蒸汽閥升溫到85～90℃，啟動(dòng)攪拌，用冷卻水閥1將料溫降至60℃時(shí)，向釜內(nèi)加入晶種約10kg，關(guān)閉冷卻水閥1，自然攪拌降溫，并根據(jù)釜內(nèi)料液情況，再加母液700～800kg。當(dāng)料溫降至48℃時(shí)，開水冷閥2卻直至物料降至25℃時(shí)，即可被離心分離使用。④反應(yīng)釜壓力監(jiān)測(cè)，正常狀況下壓力為39.997～46.663kPa，當(dāng)壓力超過59.995kPa時(shí)，為非正常狀態(tài)，系統(tǒng)報(bào)警，并設(shè)定聯(lián)動(dòng)閥門控制。5自動(dòng)化完備度對(duì)照《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知》，生產(chǎn)裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)完備度如下所述。5．1反應(yīng)釜溫度和壓力的報(bào)警和聯(lián)鎖控制情況:①氯化反應(yīng)為氣液接觸放熱反應(yīng)，放熱主導(dǎo)因素為氯氣進(jìn)量，通過控制氯氣流速可實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)釜溫度。氯乙酸氯化反應(yīng)釜溫度采用Pt100一體化溫度變送器，通過多回路自適應(yīng)PID控制算法，控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開閉，達(dá)到控制反應(yīng)釜溫度的目的。當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷液氯匯流排出口閥門和氯氣分配器進(jìn)口管道閥門，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員關(guān)閉液氯鋼瓶閥門。②氯化反應(yīng)釜壓力信號(hào)采用HR－M1RP2壓力變送器，自適應(yīng)PID控制算法控制壓力目標(biāo)值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開閉和氯氣分配器控制閥開閉。液氯匯流排出口及氯氣緩沖罐出口采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配DKZ系列執(zhí)行器。當(dāng)溫度超過1次設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員調(diào)整氯氣進(jìn)口管線閥門開閉程度，若工作人員未及時(shí)調(diào)整或調(diào)整未起到作用使釜內(nèi)壓力繼續(xù)升高達(dá)到2次設(shè)定值時(shí)，則給出2次報(bào)警信號(hào)通知工作人員關(guān)閉液氯鋼瓶閥門并自動(dòng)切斷液氯匯流排出口閥門。③氯氣緩沖罐頂設(shè)HR－M1RP2壓力變送器，自適應(yīng)PID控制算法控制壓力目標(biāo)值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開閉。液氯匯流排出口采用氣動(dòng)式控制閥。完備度好。5．2反應(yīng)物料的比例控制和聯(lián)鎖由于項(xiàng)目采用間接法生產(chǎn)氯乙酸，反應(yīng)簡(jiǎn)單且反應(yīng)溫度溫和，釜內(nèi)壓力為微正壓，因此不設(shè)置比例控制，完備度好。5．3攪拌的穩(wěn)定控制本項(xiàng)目氯化反應(yīng)不涉及攪拌過程。5．4進(jìn)料緩沖器氣化器后設(shè)置緩沖罐(氣液分離器)1臺(tái)。完備度好。5．5緊急進(jìn)料切斷系統(tǒng)氯化反應(yīng)釜壓力信號(hào)采用HR－M1RP2壓力變送器，自適應(yīng)PID控制算法控制壓力目標(biāo)值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開閉及氯氣緩沖罐出口控制閥開閉。液氯匯流排出口及氯氣緩沖罐出口采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配DKZ系列執(zhí)行器。完備度好。5．6安全泄放系統(tǒng)事故狀態(tài)下氯氣吸收中和系統(tǒng);氯氣緩沖罐設(shè)置A41Y－160P型安全閥，安全閥放散管線先引至泄放緩沖罐再引至堿罐，事故狀態(tài)下同時(shí)關(guān)閉液氯匯流排出口管線閥門;緩沖罐底部設(shè)排污閥，排污至事故處理池。完備度好。5．7可燃和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置氯乙酸車間、液氯鋼瓶罩棚設(shè)置HL－200型氯氣檢測(cè)報(bào)警器，控制器安裝在車間控制室內(nèi)，配OLCT20型固定式有毒氣體監(jiān)測(cè)探頭，反應(yīng)時(shí)間＜30s、防護(hù)等級(jí)IP54，報(bào)警音量≥80dB(A)，事故情況下自動(dòng)開啟換氣扇軸流風(fēng)機(jī)。完備度好。對(duì)照《關(guān)于加強(qiáng)重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管