CN102580332A - 丙烯酸及酯装置薄膜蒸发器夹套加热介质控制系统 - Google Patents

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白元峰
巩传志
周江沛
王秋红
李志远
魏立林
马庆刚
李响
刘丽娟
杨爽
孙文生
郑大彤
赵峰
黄春超
刘锦旗
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Abstract

本发明涉及一种自动控制系统，一种丙烯酸及酯装置薄膜蒸发器夹套加热介质自动控制系统。其特征在于，薄膜蒸发器上分割成三个独立的夹套加热筒，所用热蒸汽由厂区外管网引来，在进入上、中段夹套加热筒的蒸气管道上，设有压力调节系统；在进入下段夹套加热筒的蒸汽管道上，设有压力调节系统；在薄膜蒸器下端，组成温度调节系统，其调节器为主调节器，压力调节系统，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号。本发明的有益效果，降低薄膜蒸发器的蒸汽消耗，节约能耗，延长设备使用寿命，提高了工艺装置的产品收率和效益。

Description

丙烯酸及酯装置薄膜蒸发器夹套加热介质控制系统
技术领域
本发明涉及一种自动控制系统，更具体地说涉及一种丙烯酸及酯装置中的自动控制系统。
技术背景
在丙烯酸及酯装置中，丙烯酸及酯产品精制后，所剩重组分需经过进一步提纯回收丙烯酸及丙烯酸酯产品，丙烯酸及酯产品精制的塔底物料，具有粘度大、腐蚀性强等特殊物性，对此工序工艺设备要求较为苛刻。在丙烯两步加氧法制丙烯酸及丙烯酸连续酯化法制丙烯酸酯的生产装置中，采用薄膜蒸发器，对丙烯酸及酯产品精制后的塔底重组分进一步提纯回收。
薄膜蒸发器的全名为机械搅拌式薄膜蒸发器，是一种在真空条件下，采用机械搅拌进行降膜蒸发的高效蒸发器。薄膜蒸发器的结构形式如图1所示，包括分配器、旋流板分离器、分离筒、滑动刮板及沟槽、夹套加热筒和电机减速器等。
薄膜蒸发器的工艺物料蒸发过程为：工艺物料连续进入分离筒，在分配器上，均匀分布在筒体内壁，在滑动刮板的推动下，在筒体内壁加热面上，形成很薄的液膜，内筒抽真空，夹套加热筒内由热介质蒸汽加热。工艺物料中的挥发性组分快速蒸发，逆流升至薄膜蒸发器顶端的旋流板分离器。在此夹带的料滴或泡沫与气相组分分离并返回加热段，已蒸发的气相组分，从设备上端气相出口流出薄膜蒸发器，进入下一工段冷凝后回收。工艺物料中未挥发性重组分，沿加热面螺旋下降至薄膜蒸发器底部，在短时间内离开蒸薄膜发器。
该过程的特点为设备传热系数高，蒸发强度大，蒸发效果好，物料停留时间短，适用的工艺物料粘度范围宽，工艺操作弹性大。同时，在真空条件下蒸发具有如下优点：一是工艺物料的沸点大为降低，提高了传热推动力，提高了蒸发强度；二是丙烯酸及酯装置生产中的重组分粘度大，高温下易聚合，且腐蚀性强，采用薄膜蒸发器，在真空条件下蒸发、回收轻组分产品是非常有效的。
随着现代有机化工行业的不断发展，丙烯酸及酯装置规模也在逐渐增大。在3万吨/年及以下较小规模的丙烯酸及酯装置中，薄膜蒸发器外形尺寸较小，其蒸发表面积均小于5m2，通过控制夹套进料加热介质蒸汽流量，较容易控制薄膜蒸发器夹套蒸汽温度，以保证薄膜蒸发器内的工艺物料蒸发效果。对于大规模的丙烯酸及酯装置，如8万吨/年及以上规模丙烯酸及酯装置中，薄膜蒸发器外形尺寸较庞大，其蒸发表面积均大于10m2，丙烯酸甲酯单元的薄膜蒸发器，蒸发表面积甚至达到35m2以上，其夹套的温度控制稳定极为重要，成为保证薄膜蒸发器的蒸发效果、防止过热结垢及干烧等事故工况的关键。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术不足，提供一种大规模的丙烯酸及酯装置薄膜蒸发器自动控制系统。
传统的小型丙烯酸及酯装置，由于薄膜蒸发器处理能力小，外形尺寸较小，整个设备外部介质蒸汽加热夹套为一个壳体，其加热介质控制系统，是通过采用温度-流量串级调节回路来实现的，主要是通过改变进入薄膜蒸发器夹套加热介质流量大小，来控制薄膜蒸发器底部重组分物料的温度，以保证设备的正常运转，采用温度-流量(TIC3110-FIC3110)串级控制系统实现，具体做法为：通过串级系统的副环回路FIC3110，改变进入薄膜蒸发器夹套加热介质流量的大小，达到稳定控制薄膜蒸发器底部重组分物料的温度TI-3110，保证设备的正常运转。
在8万吨/年及以上规模丙烯酸及酯装置中，薄膜蒸发器外形尺寸较庞大，其蒸发表面积均大于10m2，甚至达到35m2以上，如果整个设备外部介质加热夹套仍为一个壳体，大蒸发表面积所需要的夹套介质加热温度极难平稳控制，难以保证薄膜蒸发器整体的介质加热效果和内部筒体工艺物料的均衡蒸发效果。因此，8万吨/年及以上规模丙烯酸及酯装置中，根据薄膜蒸发器蒸发表面积大小，夹套加热筒通常为上中下三段，此时通过单一控制进入薄膜蒸发器夹套介质流量，无法精确控制薄膜蒸发器各部分夹套内的介质温度，进而无法保证薄膜蒸发器内部工艺物料的蒸发效果。
丙烯酸及酯装置薄膜蒸发器夹套加热介质控制系统，包括薄膜蒸发器工艺介质、夹套加热筒、热介质蒸汽、轻组分气体、热介质冷凝液、未挥发重组分工艺物料，其特征在于，薄膜蒸发器上分割成三个独立的夹套加热筒，工艺介质由进口进入，轻组分气相由出口导出，未挥发工艺物料由出口排出，所用热蒸汽由厂区外管网引来，经F1-3110仪表计量，再经PV-3111调节阀送入上、中段夹套加热筒，经过PV-3112调节阀送入下段夹套加热筒，加热后的热介由出口排出；在进入上、中段夹套加热筒的蒸气管道上，设有压力调节系统PIC-3111；在进入下段夹套加热筒的蒸汽管道上，设有压力调节系统PIC-3112；在薄膜蒸器下端，临近未挥发重组分工艺物料出口位置处，设有温度检测器TE-3110，检测未挥发工艺物料温度，连接温度变送器，组成温度调节系统TIC-3110，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC-3111，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号，为串级调节系统；温度检测器TE-3110，连接温度变送器，组成温度调节系统TYIC-3110系统，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC-3112，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号、为串级调节系统；这种复杂的串级调节系统，适用于时间常数大、纯滞后大的控制对象。
基于上述控制方案：根据薄膜蒸发器底部重组分物料的温度，确定控制进入薄膜蒸发器各段夹套加热筒加热介质物流的压力，进而控制各段夹套内的加热介质温度，以保证薄膜蒸发器底部重组分物料的加热温度稳定，确保薄膜蒸发器的蒸发效果，同时避免工艺物料的瞬间过热聚合、结垢及干烧等事故产生。
本发明的有益效果十分显著，保证了8万吨/年及以上规模丙烯酸及酯装置中，薄膜蒸发器长周期稳定运行，其工艺操作弹性大，在设备蒸发面上不结焦，从根本上杜绝了物料的聚合，降低蒸汽消耗，节约能耗，延长设备使用寿命，提高了装置的产品收率和效益。
附图说明
图1为薄膜蒸发器结构示意图。
图2为薄膜蒸发器控制系统构成图。
图中有热介质蒸汽进口1、分配器2、旋流板分离器3、分离筒4、减速器5、机械密封6、轻组分气相出口7、工艺介质进口8、夹套加热筒9、滑动刮板及沟槽10、热介质出口11、底轴承12、未挥发工艺物料出口13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做出进一步地详细描述。
根据8万吨/年丙烯酸及酯装置规模及处理能力，丙烯酸甲酯单元薄膜蒸发器V-3110设备蒸发表面积为35m2，为保证外部夹套蒸汽加热效果均衡稳定，V-3110外部夹套设计为上中下三段。
如图2所示，蒸汽控制方案是控制蒸汽压力。控制蒸汽压力就意味着控制夹套加热温度。在正常生产操作中控制蒸汽压力和控制蒸汽流量是没有什么差别的，即薄膜蒸发器底部重组分物料的温度过低时，调整蒸汽进料的控制阀开大一些可以使薄膜蒸发器底部重组分物料的温度上升。
对于丙烯酸这种热敏性物料，灵活地控制夹套蒸汽加热温度，可以大大减少工艺物料的聚合风险，以保证薄膜蒸发器正常运行。聚合主要原因是薄膜蒸发器内筒壁表面温度过高。内筒壁温与工艺物料的流速、物料性质，如粘度，所含轻组分的组成，蒸发速率及热回流比等多种因素有关。为防止聚合，控制薄膜蒸发器底部温度相对其中、上部温度偏低是非常有益的。
薄膜蒸发器上分割成三个独立的夹套加热筒9，工艺介质由进口8进入，轻组分气相由出口7导出，未挥发工艺物料由出口13排出，所用蒸汽由厂区外管网引来，经F1-3110仪表计量，再经PV-3111调节阀送入上、中段夹套加热筒，经过PV-3112调节阀送入下段夹套加热筒，加热后的热介由出口11排出；在进入上、中段夹套加热筒的蒸气管道上，设有压力调节系统PIC-3111；在进入下段夹套加热筒的蒸汽管道上，设有压力调节系统PIC-3112；在薄膜蒸器下端，临近未挥发工艺物料出口位置处，设有温度检测器TE-3110，连接温度变送器，组成温度调节系统TIC-3110，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC-3111，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号，为串级调节系统；温度检测器TE-3110，连接温度变送器，组成温度调节系统TYIC-3110系统，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC-3112，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号、为串级调节系统；这种复杂的串级调剂系统，适用于时间常数大、纯滞后大的控制对象。
这种多段的夹套蒸汽加热温度，通过蒸汽压力调节控制，可以进行准确控制。同时为了保证生产操作安全、稳定，避免物料过热聚合、结焦及干烧事故产生，在DCS系统中，需输入报警联锁参数：
1.上、中段夹套蒸汽加热温度允许最高值；
2.下段夹套蒸汽加热温度允许最高值；
关于在DCS系统中，有关报警联锁值设定的内容，不在本发明的内容中做出进一步地详细描述。
关于薄膜蒸发器工艺数据，列于下表：
薄膜蒸发器工艺数据
Figure BSA00000669869100061
某8万吨/年丙烯酸及酯装置已经建成，建成后的生产实际运转证明，此薄膜蒸发器蒸汽系统的控制方案，没有发生物料过热聚合、结焦及干烧事故情况，避免了生产运行中不安全因素，保证了设备的操作安全、稳定运行。
本发明的有益效果十分显著，保证了8万吨/年及以上规模的丙烯酸及酯装置中，大型薄膜蒸发器长周期稳定运行，操作弹性大，在设备蒸发面上不结焦，从根本上杜绝了物料的聚合，降低蒸汽消耗，节约能耗，延长设备使用寿命，提高了装置的产品收率和效益。

Claims (1)

1.一种丙烯酸及酯装置薄膜蒸发器夹套加热介质控制系统，包括薄膜蒸发器工艺介质、夹套加热筒、热介质蒸汽、轻组分气体、热介质冷凝液未挥发重组分工艺物料，其特征在于，薄膜蒸发器上分割成三个独立的夹套加热筒(9)，工艺介质由进口(8)进入，轻组分气相由出口(7)导出，未挥发重组分工艺物料由出口(13)排出，所用热蒸汽由厂区外管网引来，经F1-3110仪表计量，再经PV-3111调节阀送入上、中段夹套加热筒9，经过PV-3112调节阀送入下段夹套加热筒(9)，加热后的热介质由出口(11)排出；在进入上、中段夹套加热筒(9)的蒸气管道上，设有压力调节系统PIC-3111；在进入下段夹套加热筒(9)的蒸汽管道上，设有压力调节系统PIC-3112；在薄膜蒸器下端，临近未挥发重组分工艺物料出口位置处，设有温度检测器TE-3110，检测未挥发工艺物料温度，连接温度变送器，组成温度调节系统TIC-3110，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC-3111，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号，为串级调节系统；温度检测器TE-3110，连接温度变送器，组成温度调节系统TYIC-3110系统，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC-3112，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号、为串级调节系统。
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