CN201600805U - 连续化生产dop的仿真教学工厂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续化生产DOP的仿真教学工厂，包括化工设备、装置框架和化工仪表，化工设备设置在装置框架上，化工仪表则与其相应的化工设备相连接，其特征在于，所述的化工设备包括酯化反应设备、脱醇反应设备、中和水洗设备、气提设备及吸附过滤设备，其中，酯化反应设备、脱醇反应设备、中和水洗设备、汽提设备及吸附过滤设备依次顺序连接，而装置框架则设置为上下两层。本实用新型的结构设计与工厂的设备的实际设计情况基本保持一致，在利用本实用新型进行教学的过程中，能够让学员切实了解到真实化工生产装置的构成及大致概况，提高了学员对各类化工设备的认识，增强了学员的实际操作水平，培养了学员的协作能力及团队意识。

Description

连续化生产DOP的仿真教学工厂

技术领域

本实用新型涉及一种化工领域的仿真教学工厂，属于教育、化工工艺及设备技术领域，用于进行各类院校化工类及其相关专业的理实一体化教学及专业实习，及化工类技师及高级技师的培训。

背景技术

情景化教学一直是高等院校主要的教学方法之一，随着教学改革的不断深入，教学场景也有了较大的变化，特别是目前全国范围内进行的理论实践一体化教学模式的深入推广，对教学场景提出了更高的要求，各院校也为此做了大量的工作，目前化工类专业教学的主要场景大致有以下几种：第一种是完全真实的化工装置，这种装置一般是原校办工厂由于各种原因停办后，直接用于教学，学生可以在此装置上熟悉化工生产工艺流程，也可以进行模似生产的演练，但是该装置占地面积较大，不可能将其搬至教室，难以进行理实一体化教学，而且该装置不能投料，一切都处于静止状态，学生没有化工生产运行的感觉，起不到应有的效果；第二种是完全虚似的化工装置，没有任何实物一切都在计算机上进行，目前绝大多数院校都采用此装置，这种装置除了计算机外没有任何的实物投入，运行成本较小，学生在计算机房上课，在计算机前，根据操作步骤进行仿DCS及装置现场操作，通过这种培训可以使学生对DCS及装置现场操作有了较为直观的了解，但是由于缺少了真实的实物，更象是在玩软件游戏；第三种是在一相对较大教室里建一化工装置，该装置一般是将某个化工产品的生产工艺装置进行同比例缩小，做成装置模型，再辅以仿真软件对装置实施DCS控制，所要进行的现场操作靠阀门的附加信号远传至计算机，通过这种培训可以使学生在进行DCS及装置现场操作时，有了真实感，更接近了化工生产的真实状态，而且由于不投真实的原料，运行成本也很小，但是该装置由于是原真实装置的同比例缩小版，整体看各设备之间缺少协调性，有些设备甚至比管道都要小，难以让学生感觉到是一台化工设备，另外装置框架大多采用装潢材料制作，使得化工装置的真实感大打折扣，再则是仿真软件基本没有太大的变化，不能与真实化工生产一样，由几个操作站共同对一个装置进行生产操作，没有现场检测仪表，只有相同的变送器，这与真实化工装置相差甚远。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种实践性、操作性强，可完好实现理论与实践一体化教学的目的的连续化生产DOP(邻苯二甲酸二辛酯)的仿真教学工厂。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种连续化生产DOP的仿真教学工厂，包括化工装置建设区、室内操作区和教学讨论区，其中，化工装置建设区内设置有小型化工装置、装置框架和化工仪表，小型化工装置设置在装置框架上，化工仪表则与其相应的小型化工装置相连接，室内操作区内设置有控制系统，控制系统与上述的小型化工装置通过信号电缆联通，而教学讨论区则设置有多台计算机及多媒体教学设施。

上述的小型化工装置包括酯化反应装置、脱醇反应装置、中和水洗装置、气提装置及吸附过滤装置，其中，酯化反应装置、脱醇反应装置、中和水洗装置、汽提装置及吸附过滤装置依次顺序连接，而装置框架则设置为上下两层。

其中，上述的酯化反应装置包括反应釜、换热器和原料的流量控制装置，其中，反应釜为3个，分别为第一反应釜、第二反应釜和第三反应釜，3个反应釜顺序连接，且第一反应釜为夹套式反应釜，第二反应釜为内盘管式反应釜，第三反应釜为外半剖管式反应斧。

而上述的换热器为U型管式换热器、浮头式换热器、列管式换热器、螺旋板式换热器、板式换热器中的任一种。

进一步，上述的化工仪表包括流量计、液位计和检测仪表，而所述的流量计为转子流量计、质量流量计、电磁流量计、孔板流量计、超声波流量计中的任一种，所述的液位计为光柱式液位计，所述的检测仪表为仿真或者真实仪表。

此外，上述的控制系统包括下位仪表、中间PLC和上位机，其中下位仪表和上位机分别与中间PLC联通，而中间PLC又与化工装置建设区内的化工仪表连通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的结构设计与工厂的设备的实际设计情况基本保持一致，在利用本实用新型进行教学的过程中，能够让学员切实了解到真实化工生产装置的构成及大致概况，提高了学员对各类化工设备的认识，增强了学员的实际操作水平，培养了学员的协作能力及团队意识，此外，本实用新型设置的控制系统可使学员了解真实用DCS控制的化工生产装置的构成及大致概况，并能够接受化工生产DCS操作训练，利用软件的开发环境同时还可能培养教师分析和解决问题的能力。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型所述的小型化工装置的结构示意图；

图3为本实用新型所述的各部分的连接示意图；

图4为本实用新型一实施例的工艺流程简图。

图中主要附图标记含义为：

1、化工装置建设区    2、室内操作区   3、教学讨论区

11、小型化工装置     12、装置框架    111、酯化反应设备

112、脱醇反应设备    113、中和水洗设备

114、气提设备        115、吸附过滤设备

具体实施方式

下面将结合附图，详细说明本实用新型的具体实施方式：

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；图2为本实用新型所述的小型化工装置的结构示意图；图3为本实用新型所述的各部分的连接示意图。

如图1至图3所示：连续化生产DOP的仿真教学工厂，包括化工装置建设区1、室内操作区2和教学讨论区3，其中，化工装置建设区1内设置有小型化工装置11、装置框架12和化工仪表(图中未示出)，小型化工装置11设置在装置框架12上，化工仪表则与其相应的小型化工装置11相连接，室内操作区2内设置有控制系统，控制系统与上述的小型化工装置11通过信号电缆联通，而教学讨论区3则设置有多台计算机及多媒体教学设施，在本实施方式中，计算机为30台，即具有30个座位。

上述的小型化工装置11包括酯化反应装置111、脱醇反应装置112、中和水洗装置113、气提装置114及吸附过滤装置115，其中，酯化反应装置111、脱醇反应装置112、中和水洗装置113、汽提装置114及吸附过滤装置115依次顺序连接，而装置框架12则设置为上下两层。

其中，上述的酯化反应装置111包括反应釜、换热器和原料的流量控制装置，其中，反应釜为3个，分别为第一反应釜、第二反应釜和第三反应釜，3个反应釜顺序连接，且第一反应釜为夹套式反应釜，第二反应釜为内盘管式反应釜，第三反应釜为外半剖管式反应斧。

而上述的换热器为U型管式换热器、浮头式换热器、列管式换热器、螺旋板式换热器、板式换热器中的任一种。

进一步，上述的化工仪表包括流量计、液位计和检测仪表，而所述的流量计为转子流量计、质量流量计、电磁流量计、孔板流量计、超声波流量计中的任一种，所述的液位计为光柱式液位计，所述的检测仪表为仿真或者真实仪表。

此外，上述的控制系统包括下位仪表、中间PLC和上位机，其中下位仪表和上位机分别与中间PLC联通，而中间PLC又与化工装置建设区内的化工仪表连通。

图4为本实用新型一实施例的工艺流程简图。

如图4所示：本实施方式以建设场地净高度为3.8米时建设连续化生产DOP仿真教学工厂，其具体工艺流程如下：

(1)酯化来自苯酐装置的原料苯酐(简称PA)经外管廊直接送到第一反应釜R011，其流量由流量调节阀控制；来自原料罐区的2--乙基醇(简称2--EH、又名辛醇)经换热器W024与来自降膜蒸发器W021的粗酯换热，进入第一反应釜R011中，其流量由流量调节阀控制；催化剂从催化剂贮罐B012由催化剂计量泵打出，汇同辛醇一起进入第一反应釜R011。反应后的混合物料依次溢流到第二反应釜R012和第三反应釜R013中，同时向这各个反应釜中分别补充部分辛醇，以保持后两个反应釜有适当的过量醇；

反应釜R011～R013结构完全相同，有效容积是32m³，反应釜外壁焊有加热盘管，带有搅拌器，各反应釜的单程转化率为60％，，反应釜的热源由4MPa高压蒸汽提供，反应釜温度由调节阀来调节；

反应生成的粗酯(酸值≤0.5mgKOH/g，过量醇16％)，流入第一粗酯罐B021，然后用粗酯泵送到脱醇装置112。

(2)脱醇各反应釜生成的水与蒸发的醇形成共沸物，蒸发离开反应釜后进入醇蒸馏塔K011，在醇蒸馏塔K011与塔顶的回流醇逆向接触，醇蒸馏塔K011的塔底可得到较高纯度的醇并回到第一反应釜R011中，另一方面水、低沸物和部分醇从醇蒸馏塔K011顶蒸出，经冷凝冷却器W012冷凝冷却后进入分离罐B043，在分离罐B043中醇与反应生成水进行相分离，醇从上部溢流到醇收集罐B011中，然后由醇回流泵打回醇蒸馏塔K011作回流液，分离罐B043分离出来的水送到中和水洗装置113的水收集罐B031中；

由酯化工序来的粗酯，经粗酯泵打入降膜蒸发器W021，在负压下依靠自身所含的热量，将其中过量醇蒸出，降膜蒸发器W021的下部设有列管式换热器，上部堆有鲍尔环填料，塔顶压力为5KPa，其真空由液环真空泵维持，蒸发的醇从塔顶排出，经冷凝器W022冷凝下来，冷凝下来的醇流入醇收集罐B011，作为循环醇继续使用；

脱醇后的粗酯(醇含量＜2.0％)从降膜蒸发器W021的塔底依次流到第二粗酯罐B022中，其中的粗酯由粗酯泵送到列管式换热器W024与来自界区外的醇进行换热，冷却后送到中和水洗装置113中。

(3)中和水洗脱醇后的粗酯送入中和搅拌器R031，水收集罐B031收集了酯化设备中的反应生成水，汽提设备14的冷凝水，装置的部分蒸汽冷凝水，从配碱罐来的20％的NaOH溶液，在水收集罐B031中将碱浓度稀释到0.3～0.5％左右，由碱水泵送到搅拌器R031中；

在R031中酯和稀碱液搅拌混合，取样分析，酸值≤0.05mgKOH/g，物料靠重力溢流到沉降分离罐B032，在沉降分离罐B032中酯水两相分离，水相从沉降分离罐B032底部流到污水系统，酯相从上部溢流到第三粗酯罐B041中，在送往汽提装114。

(4)汽提中和水洗后的粗酯由粗酯泵P041送到换热器W043与干燥塔K042精制后的热酯换热后，进入汽提塔K041进行真空汽提，K041塔顶压力5KPa，直接蒸汽压力2.0MPa，流量为酯进量的10％，粗酯从塔底采出，再经干燥塔K042(绝压力≤3KPa)进一步真空闪蒸，使水、醇低沸物含量进一步降低，然后从K042塔底流到密封罐B042中，然后由精酯泵打出，经换热器W043与泵打出的粗酯换热冷却后，进入吸附过滤设备115中。

含水96％的塔顶气体进入塔顶冷凝冷却器W042，凝液收集在分离罐B043中，醇和低沸物从上部溢流到醇收集罐B011，水从底部流到水收集罐B031中，冷凝后的尾气经真空泵排入空中。

(5)吸附过滤汽提后的物料进入到带有氮封并加入活性炭脱色釜R051中，在搅拌下进行吸附脱色，然后由泵打出后，经粗过滤器F051过滤后，再经产品冷却器W051冷却至50℃后作为产品流入产品罐。

在具体的实施过程中，可根据所选实训场地的实际情况，确定各设备大小，并进行装置框架及设备布置等施工图设计，在设计过程中充分考虑教学功能，留有足够的教学空间，将装置框架2设计成上下两层，各层高都在1.8米以上，这样就保证了一般身高人员(1.8米以下)在两层都可以自如操作，框架采用炭素钢结构，框架立柱选用16号工字钢，框架主梁、次梁均选用12号槽钢，立柱、主梁、次梁采用焊接连接，另外，小型化工装置11均采用不锈钢材质，考虑教学需要选用不同类型设备，如不同传热方式的反应釜、不同类型的换热器、液位计等，小型化工装置11与装置框架12通过支耳或支腿采用焊接或螺栓连接。

根据工艺流程图将各化工装置11之间用工艺管道连接成工艺流程，工艺管道与小型化工装置11间采用法兰连接，管路中的管件如弯头、三通等采用焊接连接，管路中的阀门根据所选用的阀门种类分别采用焊接或螺纹连接，管路中的化工仪表根据所选用不同种类的仪表分别采用焊接或螺纹连接；施工过程中应严格按化工装置的各种施工规范进行，确保装置与真实化工生产装置无异。

本实用新型所述的控制系统通过信号电缆与现场仪表相连，现场生产装置产生的信号通过PLC、经过以态网传到上位机软件，仿真软件送出的信号经过以态网通过PLC对现场化工仪表实施控制，施工完成后进行系统连调，此外，在进行DCS操作时，与真实的生产装置一样，由几台操作站共同完成装置的开停车等操作，同时工程师站(相当于教师站)可以对其开停车等操作进行考核，各操作站也可以脱离装置独立进行操作，工程师站可以对各操作站进行单独考核。

本实用新型可供化工类各专业进行相关课程的教学及专业实习，化工装置与中央控制系统可以实现与真实化工生产一样的操作，但由于装置并不投原料，可以反复进行操作训练，运行成本较低，教学讨论区3的多媒体设施又能满足理论教学功能，因此在本实用新型内可以边学边做，实现做中学、学中做，真正的实现理实一体化教学。

本实用新型在进行流程配置及设备布置过程中，故意留下一些不够完善和不合理的地方，其目的是培养学员(学生或企业职工)流程分析能力，以及进行技改技措能力，特别适合于技师及高级技师的培训。

利用本实用新型可实现化工装置工艺流程图的绘制、各类化工设备的认识实习、各类化工仪表的认识实习、DCS操作训练、根据所给装置开停车步骤分组进行化工装置开停车训练并同时培养学员的协作能力及团队意识、还可以让学员根据装置开停车情况找出装置不足之处，并提出改进措施等。如脱醇真空系统如果在真实的生产装置，则物料的落差需高于一个大气压所需要的液注高度(比如水就应该达10米)，否则真空建不起来，但本教室净高只有3.8米，显然是不够的，但可以用其他方法(如将中间罐也纳入真空系统)，这样即可正常，诸如此类的设计，在装置上有多处，而且根据需要还可以增加，这些设计并不影响正常生产流程与教学，但非常适合对企业职工的培训。

以上已以较佳实施例公开了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连续化生产DOP的仿真教学工厂，包括化工装置建设区、室内操作区和教学讨论区，其中，化工装置建设区内设置有小型化工装置、装置框架和化工仪表，小型化工装置设置在装置框架上，化工仪表则与其相应的小型化工装置相连接，室内操作区内设置有控制系统，控制系统与上述的小型化工装置通过信号电缆联通，而教学讨论区则设置有多台计算机及多媒体教学设施。

2.根据权利要求1所述的连续化生产DOP的仿真教学工厂，其特征在于，所述的小型化工装置包括酯化反应装置、脱醇反应装置、中和水洗装置、气提装置及吸附过滤装置，其中，酯化反应装置、脱醇反应装置、中和水洗装置、汽提装置及吸附过滤装置依次顺序连接，而装置框架则设置为上下两层。

3.根据权利要求2所述的连续化生产DOP的仿真教学工厂，其特征在于，所述的酯化反应设备包括反应釜、换热器和原料的流量控制装置，其中，反应釜为3个，分别为第一反应釜、第二反应釜和第三反应釜，3个反应釜顺序连接。

4.根据权利要求3所述的连续化生产DOP的仿真教学工厂，其特征在于，所述的第一反应釜为夹套式反应釜，第二反应釜为内盘管式反应釜，第三反应釜为外半剖管式反应斧。

5.根据权利要求3所述的连续化生产DOP的仿真教学工厂，其特征在于，所述的换热器为U型管式换热器、浮头式换热器、列管式换热器、螺旋板式换热器、板式换热器中的任一种。

6.根据权利要求1所述的连续化生产DOP的仿真教学工厂，其特征在于，所述的化工仪表包括流量计、液位计和检测仪表，而所述的流量计为转子流量计、质量流量计、电磁流量计、孔板流量计、超声波流量计中的任一种，所述的液位计为光柱式液位计，所述的检测仪表为仿真或者真实仪表。

7.根据权利要求1所述的连续化生产DOP的仿真教学工厂，其特征在于，所述的控制系统包括下位仪表、中间PLC和上位机，其中下为仪表和上位机分别与中间PLC联通，而中间PLC又与化工装置建设区内的化工仪表连通。

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