乙酸乙酯合成提纯装置反应中和工段的控制系 统设计

自动化专业 李贺

指导教师魏文渊讲师

摘要 乙酸乙酯是醋酸的一种重要下游产品，具有优异的溶解性、快干性，在工业和医药行业中用途十分广 泛，发展前景看好。特别是乙酸乙酯反应中和工段的控制系统设计直接影响着产品质量、资源利用率和企业效 率。基于乙酸乙酯反应中和工段采用浙大中控的ECS-700集散控制系统进行控制系统设计，能够达到满意的控制 效果，提高了生产效率和安全可靠性。同时良好的人机界面，便于操作人员快速掌握，并减少误操作，也有易于 工程师对系统的升级维护。

关键词 乙酸乙酯，集散控制系统

1 绪论

• 1.1乙酸乙酯合成提纯装置控制系统研究背景

• 1.1.1乙酸乙酯合成工艺技术的发展及现状

乙酸乙酯为无色透明液体, 能与乙醇、乙醚、氯仿、苯、丙酮等有机溶剂互溶, 微溶于水。 乙酸乙酯大量用作油漆、清漆、人造革、硝酸纤维素、乙酸乙烯酯等的溶剂, 药物和有机酸的萃 取剂。

目前生产乙酸乙酯的方法大致有以下几种: 乙醇醋酸直接酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢

• 法、乙烯和乙酸直接加成法、催化精馏法。

装置选用乙酸乙酯直接酯化法，其反应原理为：

• 1.2 研究工作要点及安排

1. 系统控制方案的选择；

2. 仪表选型；

3. 集散控制系统选型及系统配置；

4. 集散系统组态。

• 2 乙酸乙酯反应中和工段的总体设计

• 2.1乙酸乙酯反应中和工段生产工艺

• 2.1.1 装置流程简介

图2-1乙酸乙酯反应中和工段工艺管道流程图

乙酸和乙醇分别加入乙酸原料罐、乙醇原料罐，然后由泵送入反应釜内，再加入催化剂，加 热进行液相酯化反应,生成的气相物料，先经蒸馏柱粗分，再进入冷凝器冷凝,然后进入冷凝液罐 回流至反应釜，反应一定时间后，将反应产物粗乙酸乙酯出料到中和釜。中和釜内加入碱性中和 液，将粗乙酸乙酯碱处理至中性后，进入轻相罐待精制。 2.2 控制方案的选择与实施

2.2.1 反应釜温度控制

选取串级控制方案，串级控制系统具有较强的抗干扰能力；具有一定的自适应能力。其组成 框图如图2-2所示。

图2-2 反应釜TIC102-TIC103内胆夹套温度串级控制方框图

2.2.2 中和釜温度控制

同样选取串级控制方案，其组成框图如图2-3所示。

图2-3 中和釜TIC105-TIC106内胆夹套温度串级控制方框图

2.2.3乙酸乙醇流量单闭环比值控制

单闭环比值控制系统是为了克服开环比值方案的不足。单闭环比值控制系统有很多优点：它 不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且可以克服副流量本身干扰对比值的影响。其组 成框图如图2-4所示。

图2-4 乙酸乙醇FIC104流量单闭环比值控制方块图

2.2.4 冷却水流量单回路控制

单回路具有简单、有效、应用最成熟、最普遍的特点。其组成框图如图2-5所示。

图2-5 冷却水流量FIC102单回路控制方块图

完整的带控制点的工艺管道流程图（P&ID）

3 仪表选型

3.1 温度检测仪表

所要测量的温度范围在0～350之间，由于需要向DCS传送信号，所以仪表应尽量带输出4～ 20mA标准的变送器。选取pt100铠装热电阻进行温度测量及相应的温度变送器进行测量变送。 3.2 流量检测仪表

共有三处用到流量检测仪表，分别是乙酸进料流量、乙醇进料流量、冷却水流量的测量，对 于乙酸和乙醇流量的测量必须选用专用的流量计，并且存在集成变送器能够输出4～20mA标准信 号。

3.3 压力检测仪表

有两处需要压力检测仪表，分别为反应釜内压力检测和中和釜内压力检测。选用上海自动化 仪表股份有限公司的智能型3351 差压变送器。

3.4 液位检测仪表

共有三处用到液位检测仪表，分别为乙醇罐、乙酸罐液位检测和轻相罐液位检测。在此同样 选择了上海自动化仪表股份有限公司的智能型3351 差压变送器。 3,5 执行机构

3.5.1 SIPART PS2 阀门定位器

出于安全等方面的考虑，选择合适的阀门定位器与气关阀配合使用。在进行冷却水流量控制 时，需要选用气动执行机构，故需要电气阀门定位器与控制器进行通讯。

3.5.2 三相交流调压模块

选用全隔离三相交流调压模块与加热棒一起进行加热温度调节。

3.5.3 三菱变频器

对于反应釜和中和釜电机以及乙醇原料泵需要通过集散系统进行调速控制。因此要选用合适 的变频器来接受集散控制系统控制器的信号，并对泵进行调速控制。

3.6 输入输出安全栅

选择SB3041 电流输入型隔离器作为输入安全栅。选择SB3045电流输出型隔离器作为输出 安全栅。

具体仪表选型见自控设备表

自控设备表：

自控设备表（表二）

	工程名称			编制			图	号 ××××-2
（设计单位）	设计项目	自控设备表（	表二）	校核
							第1	页 共4	页
	设计阶段 施工图			审核
							操作	条件
仪表位号	检测点名称	仪表名称及规格 信号类型	型号	数 量 安装地点	安装图号	介质及 重度	温度℃	表压 /MPa 流量或 液位	备注
PI-101	冷却水箱出口压力	膜盒压力表量程 （0-0.6Mpa）		1
FI-101	蒸馏柱冷却水入口流量	玻璃转子流量计 量程（0-160L/h）	LZB-15	1					20℃ 水标定
TI-101	冷却水箱温度	WSS-311 量程（0- 100℃）		1
FT-102	1#换热器冷却水控制	西门子电磁流量计 输出：4~20mA	转换器型号 MAG6000	1			-20~+60℃
			传感器型号 MAG3100	1			0~70℃	0~40bar
FV-102	1#换热器冷却水控制	西门子阀门定位器 输出：0-0.6Mpa	SIPART PS2	1
LT-103	乙醇罐液位	液位变送器量程 标定：0-5kpa	3351DP	1			-40~85℃		智能差压 变送器
LI-109	乙醇罐液位	玻璃管液位计量 程（0-20cm）

自控设备表（表二）

	工程名称				编制			图	号 ××××-2
（设计单位）	设计项目		自控设备表（	表二）	校核
								第2	页 共4	页
	设计阶段	施工图			审核
								操作	条件
仪表位号	检测点名称		仪表名称及规格 信号类型	型号	数 量 安装地点	安装图号	介质及 重度	温度℃	表压 /MPa 流量或 液位	备注
FT-104	乙醇罐出口流量		乙醇金属流量计 量程（0-40L/h）	LZD-15	1					20℃ 乙醇标定
FV-104	乙醇罐出口流量控	制	三菱变频器D700 （含泵）	FR-D740- 1.5K-CHT						泵型号 MG3015-A
LT-102	乙酸罐液位		液位变送器量程 标定：0-5kpa	3351DP	1			-40-85℃		智能差压 变送器
LI-108 FT-103	乙酸罐液位 乙酸罐出口流量		玻璃管液位计量 程（0-20cm）
			乙酸金属流量计 量程（0-40L/h）	LZD-15	1					20℃ 乙酸标定
TE-103	反应釜夹套温度		Pt100(温度变送器 量程：0~300℃)	铠装热电阻	1					独立温度 变送器
TV-104	反应釜加热		三相交流调压模块	SA-TH380-35
TE-102	反应釜内温度		Pt100(温度变送器 量程：0~200℃)	铠装热电阻	1					独立温度 变送器

自控设备表（表二）

	工程名称				编制			图	号 ××××-2
（设计单位）	设计项目		自控设备表（	表二）	校核
								第3	页 共4	页
	设计阶段	施工图			审核
								操作	条件
仪表位号	检测点名称		仪表名称及规格 信号类型	型号	数 量 安装地点	安装图号	介质及 重度	温度℃	表压 /MPa 流量或 液位	备注
TI-104	反应釜内温度		WSS-311 量程（0- 100℃）
PT-102	反应釜内压力		压力变送器量程 标定：0-1Mpa	3351GP	1			-40-85℃		智能压力 变送器
PI-103	反应釜内压力		氨压力表量程 （0-1Mpa）		1
MV-101	反应釜搅拌电机		三菱变频器D700 （含泵）	FR-D740- 1.5K-CHT	1					三相异步 交流电机
LI-101	1#冷凝液罐液位		玻璃管液位计量 程（0-25cm）		1

LT-107	轻相罐液位	液位变送器量程 标定：0-5kpa 3351DP 1	-40-85℃	智能差压 变送器
LI-110	轻相罐液位	玻璃管液位计量 程（0-10cm）
LI-106	重相罐液位	玻璃管液位计量 程（0-10cm）

自控设备表（表二）

	工程名称			编制			图	号 ××××-2
（设计单位）	设计项目		自控设备表（表二）	校核
							第	4页 共4	页
	设计阶段	施工图		审核
							操作	条件
仪表位号	检测点名称		仪表名称及规格 信号类型 型号	数 量 安装地点	安装图号	介质及 重度	温度℃	表压 /MPa 流量或 液位	备注
LI-105	碱液罐液位		玻璃管液位计量 程（0-20cm）	1
TE-106	中和釜夹套温度		Pt100(温度变送器 量程：0~200℃) 铠装热电阻	1					独立温度 变送器
LI-104	中和釜液位		玻璃管液位计量	1

		程（0-25cm）
TE-105 TV-106	中和釜内温度 中和釜加热	Pt100(温度变送器 量程：0~100℃)	铠装热电阻	1		独立温度 变送器
		三相交流调压模块	SA-TH380-35	1
TI-107	中和釜内温度	温度显示仪表量 程（0-100℃）	WSS-311	1
PT-104	中和釜内压力	压力变送器量程 标定：0-0.4Mpa	3351GP	1	-40-85℃	智能压力 变送器
PI-105	中和釜内压力	氨压力表量程 （0-0.4Mpa）		1
MV-102	中和釜搅拌电机	三菱变频器D700 （含泵）	FR-D740- 0.4K-CHT	1		三相异步 交流电机