CN112979433A - 原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，包括：步骤1，配料釜提前加溶剂，先将溶剂放入成盐釜一部分，剩余部分降温后，加入原料a；步骤2，向成盐反应釜加入配量的乙醇，待配料釜中原料a和溶剂搅拌均匀后，将混合溶液加入成盐反应釜；步骤3，混合溶液添加完毕，成盐反应釜降温完成后，开始通原料d气体，并给成盐反应釜加温；步骤4，在成盐反应釜完成成盐过程；步骤5，醇解釜接料后，测空尺，取样检测，将醇解釜升温；步骤6，醇解完成后，取样检测，出结果后开始离心。该原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法可以提高生产过程的自动化、智能化，安全高效，提高产品质量和收率。

Description

原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法

技术领域

本发明涉及化工产品技术领域，特别是涉及到一种原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法。

背景技术

现有的原甲酯本产品合成工艺中，建设3台配料釜，8台成盐反应釜，每台成盐反应釜配备有2台醇解釜(共16台醇解釜)，这16台醇解釜共用一个醇解缓冲罐。3台配料釜为8台成盐反应釜配料。3台配料釜共用一套原料a进料系统；8台成盐反应釜共用一套原料b进料系统、原料c进料系统，原料d气体进料系统。

以原料b进料系统为例，原料b储罐和成盐釜之间有高度差，利用重力下料。原料b釜配备有称量装置，底部安装有下料阀(总阀)，按照放料前后重量数值之差，量取相应量的原料b，各成盐釜顶部安装有相应的原料b进料阀(分阀)。当某釜进原料b时，其余各釜的原料b进料阀必须关闭，否则称量值会有偏差。原料c进料系统和原料d进料系统同理，不予赘述。

装置控制系统为DCS系统，人工控制加料、反应及放料，DCS自动控制系统只进行远程监控反应温度。各工序进料、温度等都需要人工操作，工人劳动强度大，工艺控制不稳定，反应收率不稳定，收率低。原料、反应过程中人工参与多、指标误差大、生产效率低且存在安全隐患的问题。

在申请号：CN201611190722.3的中国专利申请中，涉及到一种环氧脂肪酸甲酯的制备工艺，它包括：脂肪酸甲酯的制备、第一段环氧化反应、第二段环氧化反应、水洗、碱炼和水洗蒸馏步骤，它利用餐厨垃圾处理过程中分离的废油脂制备的的脂肪酸甲酯作原料，以双氧水作为给氧体、甲酸作为载体，不使用无机中强酸作催化剂，采用两步环氧化工艺加碱炼脱酸方法制备出符合HG/T-4390-2012标准的环氧脂肪酸甲酯，从而降低了所排污水的酸值和COD值。

在申请号：CN200510038223.8的中国专利申请中，涉及到一种邻氯苄基膦酸二甲酯生产工艺，用邻氯氯苄、亚磷酸三甲酯、氯化苯、纯碱为原料，经投料—合成反应—分离低沸物—粗馏—精馏—灌装等步骤，并严格控制工艺过程中的温度、压力和时间，制得纯度为70％～99.9％的邻氯苄基膦酸二甲酯。

以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高生产过程的自动化、智能化，安全高效，提高产品质量和收率的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，该原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法包括：

步骤1，配料釜提前加溶剂，先将溶剂放入成盐釜一部分，剩余部分降温后，加入原料a；

步骤2，向成盐反应釜加入配量的乙醇，待配料釜中原料a和溶剂搅拌均匀后，将混合溶液加入成盐反应釜；

步骤3，混合溶液添加完毕，成盐反应釜降温完成后，开始通原料d气体，并给成盐反应釜加温；

步骤4，在成盐反应釜完成成盐过程；

步骤5，醇解釜接料后，测空尺，取样检测，将醇解釜升温；

步骤6，醇解完成后，取样检测，出结果后开始离心。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，配料釜提前加溶剂，将溶剂先放入成盐反应釜一部分，剩余部分开始降温至-5摄氏度后，加入原料a。

在步骤3中，开始通原料d时，用90分钟将成盐反应釜升温，使成盐温度升至50℃。

在步骤3中，根据开停原料d和成盐反应釜性质的变化，分为四个阶段：

步骤31，开原料d前期，在前期，通入原料d后反应剧烈放热，成盐反应釜的釜温迅速上升；

步骤32，开原料d后期，剧烈反应期后，反应放热逐渐减小，冷盐水阀位逐渐降低；

步骤33，关原料d前期，关原料d后，反应迅速减弱，冷盐水阀位再次降低，

步骤34，关原料d后期，待出现油层后，反应又再次剧烈，升温速率较高，冷盐水阀位相应增大；直至温速进一步上升，此时反应结束，全关冷盐水阀门。

在步骤31中，开原料d后，利用每台釜盐水进水控制阀控制进入釜内的盐水与釜内物料换热，控制温度使釜温以相对均匀的变化率升至-7～-5℃之间，刚开原料d时，反应非常剧烈，此时阀门全开，13min之后，温速逐渐平缓，逐步降低阀门开度。

在步骤33中，等原料d气体关闭后，反应速率下降，放热减少，通过前期反馈降低阀门开度，此时缓慢放热，调节冷盐水阀按照约0.1℃/min升温至-2℃，该温度点附近会出现出油层现象。

在步骤34中，出油层后，开大阀门开度，在15min中内由-2℃升至8℃，8℃附近会出现变稀起沫现场，变稀起沫后，全关冷盐水阀，保证釜温在20min能升至50℃，此时温控结束。

在步骤34中，采用模糊控制法来控制冷却水阀门的开关时间，选取人工经验和控制经验计算出误差信号E，把E的精确量进行模糊量化，得到误差E的模糊语言集合的一个子集e，e实际是一个模糊向量；再由e和模糊控制规则R根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量u为：

u＝e·R

式中u为一个模糊量，将模糊量u进行非模糊化处理，将u转化为精确量；得到精确数字量后，经数模转换变为精确数学模拟量送给相应釜的盐水控制阀的执行机构，对冷却水阀门开度的大小进行控制。

在步骤34中，设置冷却水阀门的一个控制周期为Ts，根据当前的偏差e，通过模糊运算，计算出一个系数，乘以Ts就得出阀门的开时间Tk，阀门的关时间就是Tg＝Ts-Tk。

在步骤4中，成盐温度升至最高点后，将成盐反应釜内混合液物料放料1/3至醇解釜，然后在成盐过程中加入原料c，搅拌半小时后，成盐反应釜内物料全部放入醇解釜，成盐过程结束。

在步骤5中，醇解釜升温后，将醇解釜控温在50℃。

本发明中的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，根据盐水上水温度、人工控制的温度曲线，通过调整盐水控制阀的开度范围的大小来提前预判并控制温度曲线的变化率，并结合多个工艺参数，实现多条PID(Proportional Integral Derivative)串级控制回路逐步控制反应温度曲线，实现反应温度曲线的精准控制，通过反应温度曲线的自动化控制，提高产品的收率、稳定反应曲线的变化和排除人工操作带来的不可控因素。该原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法实现反应釜生产过程自动控制，包括自动配料、投料、放料；成盐反应釜自动控温，成盐反应釜温度波动范围满足工艺需求；成盐反应釜温度波动范围满足工艺要求；该方法解决原料、反应过程人工参与过多，指标误差大，存在安全隐患的问题。本发明可以提高生产过程的自动化、智能化，安全高效，提高产品质量和收率。

附图说明

图1为本发明的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法是比较典型的间歇式生产工艺，主要包括投料、开车、温控、出料等环节，实现整个生产流程的自动化控制，需要采用顺序控制与反应釜温度曲线控制相结合的方法。反应釜温度曲线控制模块嵌入批处理Batch模块中，当需要进行控温时，会自动启动温度控制程序。

如图1所示，图1为本发明的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法的流程图，具体操作如下：

1、配料阶段：配料釜先提前加溶剂，根据提前做好的逻辑控制方法先放入成盐釜一部分，剩余部分开始降温至-5摄氏度后，自动开始加入原料a。

2、加料阶段：成盐釜接溶剂后开始降温，根据逻辑控制方法，当配料釜原料a加料完成，开始自动切换管线向成盐釜加入配量的乙醇，加乙醇完成后自动关闭进料阀。待配料釜中原料a和溶剂搅拌均匀后，根据提前做好的逻辑控制方法将混合溶液加入成盐反应釜。混合溶液添加完毕后，控制方法操作成盐釜降温完成后，开始通原料d气体。

3、成盐阶段：开始通原料d时，釜温控制由先进过程控制(APC控制)，用约90分钟控制成盐温度升至50℃。

此时APC控制方法开始与批控通知方案相互配合控制整个过程。在构建APC控制方法之前，首先需要对反应的各个影响因素进行分析，通过数据分析评估影响因素的大小。

通过工艺分析可知，对成盐釜温度控制有影响的因素主要包括：进料量、物料成分比例、冷盐水温度、冷盐水阀开度，搅拌频率。在配方一定时，进料量和物料成分比例大致相同，在反应的不同阶段，设定特定的搅拌频率，主要控制冷盐水阀开度，实现釜温的调节。

因该控制对象具有非线性、时变性，大纯滞后等特征，因此采用了模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制方法和模糊控制+专家库的控制算法，通过模糊控制器，将工艺人员和操作员的宝贵经验转化为相应的控制方法，模拟有经验的操作员的控制过程和功能，并根据时间序列，自动调整PID参数，实现基于时间序列的智能控制方法。

待成盐温度升至最高点后，控制方法自动操作放料阀并选择控制选好的醇解釜接料，放料约1/3至醇解釜，然后在成盐过程中加入原料c，搅拌半小时后，全部放入醇解釜，整个成盐过程结束。

在一具体实施例中，根据开停原料d和反应釜性质的变化，将控制方法分为四个阶段：

⑴开原料d前期，在前期，通入原料d后反应剧烈放热，釜温迅速上升；

开原料d后，利用每台釜盐水进水控制阀控制进入釜内的盐水与釜内物料换热，控制温度使釜温以相对均匀的变化率升至-7～-5℃之间，刚开原料d时，反应非常剧烈，此时阀门全开。约13min之后，温速逐渐平缓，可以通过PID调节逐步降低阀门开度。

⑵开原料d后期，剧烈反应期后，反应放热逐渐减小，冷盐水阀位逐渐降低；

(3)关原料d前期，关原料d后，反应迅速减弱，阀位再次降低。

等原料d气体关闭后，反应速率下降，放热减少，及时通过前馈降低阀门开度，此时缓慢放热，调节冷盐水阀按照约0.1℃/min升温至-2℃，该温度点附近会出现出油层现象。

⑷关原料d后期，待出现油层后，反应又再次剧烈，升温速率较高，阀位相应增大。直至温速进一步上升，此时反应结束，全关冷盐水阀门。

出油层后，适当开大阀门开度，在15min中内由-2℃升至8℃左右，8℃附近会出现变稀起沫现场，变稀起沫后，全关冷盐水阀，保证釜温在20min左右能升至50℃，此时温控结束。

采用模糊控制法来控制冷却水阀门的开关时间，选取人工经验和控制经验计算出误差信号E，把E的精确量进行模糊量化，得到误差E的模糊语言集合的一个子集e，e实际是一个模糊向量；再由e和模糊控制规则R根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量u为：

u＝e·R

式中u为一个模糊量，将模糊量u进行非模糊化处理，将u转化为精确量；得到精确数字量后，经数模转换变为精确数学模拟量送给相应釜的盐水控制阀的执行机构(通过模拟信号与压缩空气为动力的控制阀实现)，对冷却水阀门开度的大小进行控制。

4、醇解阶段：醇解釜接料后，测空尺，取样检测；醇解釜升温开始，醇解釜控温在50℃。

5、醇解放料、离心阶段：醇解完成后，取样检测，出结果后开始离心。

在一实施例中，原料a采用氢氰酸，原料c采用醇解乙(甲)醇，原料d采用氯化氢气体，溶剂为D80溶剂油。

本发明的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，结合本产品合成的多物料、小批量、频繁投放料的特点，在设备的投放物料管线上增加多处切断控制阀、控制仪表，根据每一批次中物料的加入量、提前量，预设控制阀的开关时间接点，先从单一物料的Phase(一个阶段性的模块程序)模块实现自动化投放料控制，在结合实际物料管线，分析多批次交叉投放料的逻辑控制方法，完成对应反应釜的投放料的操作，根据生产工艺的特殊性，利用不同的Phase模块搭建多个不同反应釜的生产控制方法，实现整个工艺控制的批量Batch处理方法。生产过程中利搭建好的控制方法直接调用投入生产过程中。利用Batch提高了物料加入量的准确控制，阀门之间的互锁关系，减少了人工操作带来不可控因素，提高了生产效率，节约生产成本，减轻操作工的劳动强度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (11)

1.原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，该原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法包括：

步骤1，配料釜提前加溶剂，先将溶剂放入成盐釜一部分，剩余部分降温后，加入原料a；

步骤2，向成盐反应釜加入配量的乙醇，待配料釜中原料a和溶剂搅拌均匀后，将混合溶液加入成盐反应釜；

步骤3，混合溶液添加完毕，成盐反应釜降温完成后，开始通原料d气体，并给成盐反应釜加温；

步骤4，在成盐反应釜完成成盐过程；

步骤5，醇解釜接料后，测空尺，取样检测，将醇解釜升温；

步骤6，醇解完成后，取样检测，出结果后开始离心。

2.根据权利要求1所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤1中，配料釜提前加溶剂，将溶剂先放入成盐反应釜一部分，剩余部分开始降温至-5摄氏度后，加入原料a。

3.根据权利要求1所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤3中，开始通原料d时，用90分钟将成盐反应釜升温，使成盐温度升至50℃。

4.根据权利要求3所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤3中，根据开停原料d和成盐反应釜性质的变化，分为四个阶段：

步骤31，开原料d前期，在前期，通入原料d后反应剧烈放热，成盐反应釜的釜温迅速上升；

步骤32，开原料d后期，剧烈反应期后，反应放热逐渐减小，冷盐水阀位逐渐降低；

步骤33，关原料d前期，关原料d后，反应迅速减弱，冷盐水阀位再次降低，

步骤34，关原料d后期，待出现油层后，反应又再次剧烈，升温速率较高，冷盐水阀位相应增大；直至温速进一步上升，此时反应结束，全关冷盐水阀门。

5.根据权利要求4所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤31中，开原料d后，利用每台釜盐水进水控制阀控制进入釜内的盐水与釜内物料换热，控制温度使釜温以相对均匀的变化率升至-7～-5℃之间，刚开原料d时，反应非常剧烈，此时阀门全开，13min之后，温速逐渐平缓，逐步降低阀门开度。

6.根据权利要求4所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤33中，等原料d气体关闭后，反应速率下降，放热减少，通过前期反馈降低阀门开度，此时缓慢放热，调节冷盐水阀按照0.1℃/min升温至-2℃，该温度点附近会出现出油层现象。

7.根据权利要求4所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤34中，出油层后，开大阀门开度，在15min中内由-2℃升至8℃，8℃附近会出现变稀起沫现场，变稀起沫后，全关冷盐水阀，保证釜温在20min能升至50℃，此时温控结束。

8.根据权利要求7所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤34中，采用模糊控制法来控制冷却水阀门的开关时间，选取人工经验和控制经验计算出误差信号E，把E的精确量进行模糊量化，得到误差E的模糊语言集合的一个子集e，e实际是一个模糊向量；再由e和模糊控制规则R根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量u为：

u＝e·R

式中u为一个模糊量，将模糊量u进行非模糊化处理，将u转化为精确量；得到精确数字量后，经数模转换变为精确数学模拟量送给相应釜的盐水控制阀的执行机构，对冷却水阀门开度的大小进行控制。

9.根据权利要求8所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤34中，设置冷却水阀门的一个控制周期为Ts，根据当前的偏差e，通过模糊运算，计算出一个系数，乘以Ts就得出阀门的开时间Tk，阀门的关时间就是Tg＝Ts-Tk。

10.根据权利要求1所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤4中，成盐温度升至最高点后，将成盐反应釜内混合液物料放料1/3至醇解釜，然后在成盐过程中加入原料c，搅拌半小时后，成盐反应釜内物料全部放入醇解釜，成盐过程结束。

11.根据权利要求1所述的原甲酸三乙酯合成工艺中的控制方法，其特征在于，在步骤5中，醇解釜升温后，将醇解釜控温在50℃。

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