丙烯腈反应系统设计

目录丙烯腈流化床反应器的控制系统设计...........................................................................................11丙烯腈生产及流化床反应器简介.....................................................................................11.1丙烯腈生产背景........................................................................................................11.2丙烯腈的生产方法....................................................................................................21.3流化床反应器............................................................................................................31.3.1流化现象.........................................................................................................31.3.2流化床的结构和优点.....................................................................................31.3.3流化床的一般控制方法.................................................................................42控制系统过程参数的选择及依据.....................................................................................52.1原料的配比...........................................................................................................52.1.1丙烯与氨的配比（氨比）..............................................................................52.1.2丙烯与空气的配比（氧比）..........................................................................52.1.3丙烯与水蒸气的配比（水比）......................................................................62.2线速度及操纵变量的选择...................................................................................62.3被控变量的选择：反应器内的温度...................................................................63反应系统设计.....................................................................................................................73.1反应设计参数............................................................................................................73.2控制系统方框图........................................................................................................83.3仪表选型...............................................................................................................83.3.1温度变送器..................................................................................................83.3.2流量测量仪................................................................................................113.3.3调节阀........................................................................................................133.3.4PID调节器..................................................................................................154丙烯腈控制系统仿真及性能评价.................................................................................185丙烯腈反应器控制成本分析，应用前景.....................................................................186设计历程及总结...............................................................................................................18参考文献.................................................................................................................................19PPT制作思路：..............................................................................................................................21遗留问题.........................................................................................................................................21丙烯腈流化床反应器的控制系统设计1丙烯腈生产及流化床反应器简介1.1丙烯腈生产背景丙烯腈是一种重要的有机化工原料，源自石油、煤、天然气的重要基础有机化工原料，全球丙烯的产能已超1亿吨/年。主要应用于合成树脂、合成纤维及合成橡胶的生产。目前，国内十多家丙烯腈生产商基本采用丙烯氨氧化法来生产丙烯腈。近年，国内丙烯腈的产能和产量稳步增加。丙烯腈以其在ABS合成树脂方面等的应用及我国未来一段时间ABS的迅猛需求将有较好的市场前景。1.2丙烯腈的生产方法当前生产丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法，它是以丙烯、氨、空气和水为原料，按其一定量配比进入沸腾床或固定床反应器，在以硅胶作载体的磷钼铋系或锑铁系催化剂作用下，在400-500℃温度和常压下，生成丙烯腈。然后经中和塔用稀硫酸除去未反应的氨，再经吸收塔用水吸收丙烯腈等气体，形成水溶液，使该水溶液经萃取塔分离乙腈，在脱氢氰酸塔除去氢氰酸，经脱水、精馏而得丙烯腈产品，其单程收率可达75%，副产品有乙腈、氢氰酸和硫酸铵。此法是最有工业生产价值的生产方法。该法具有原料价廉易得、工艺流程简单、设备投资少、产品质量高、生产成本低等许多优点。丙烯氨氧化法：主反应：CH=CH-CH3+NH3+O2→CH2=CH-CN+3H2O副反应：CH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O氢氰酸的生成量约占丙烯腈质量的1/6CH2=CHCH3+NH3+O2→CH3CN+3H2O乙腈的生成量约占丙烯腈质量的1/7CH2=CHCH3+O2→CH2=CHCHO+H2O丙烯醛的生成量约占丙烯腈质量的1/100CH2=CHCH3+O2→3CO2+3H2O二氧化碳的生成量约占丙烯腈质量的1/4，它是产量最大的副产物。上述副反应都是强放热反应，尤其是深度氧化反应。在反应过程中，副产物的生成，必然降低目的产物的收率。这不仅浪费了原料，而且使产物组成复杂化，给分离和精制带来困难，并影响产品质量。为了减少副反应，提高目的产物收率，除考虑工艺流程合理和设备强化外，关键在于控制影响反应的各个因素，尤其是温度。1.3流化床反应器由于丙烯腈氧化反应是强放热，所以工业生产中多采用流化床反应器。流化床反应器是气相反应常用的一种反应器。当反应气体通过反应器时，催化剂颗粒受到气流的作用悬浮起来，在反应器内作剧烈的翻滚、流动，整个系统与流动的或沸腾的液体很相像，所以称流化床或沸腾床。1.3.1流化现象对于固定床反应器，因为催化剂是固定的。流体实际上只能在催化剂颗粒间的孔隙内穿流，不但催化剂的表面反应受到限制，降低了催化剂利用率。而且，床层的温度分布不均匀，不能保证各部分都在最适宜的温度条件下进行化学反应。如果减少颗粒大小，增加气流温度，且让气流由下自上通过，当气流速度达到某一值以后，催化剂在床内处于气流的湍动状态，大大增加了催化剂和气流的接触面积，既增加了催化剂的利用率，又改善了温度分布，这种固体在气流作用下产生像流体一样流动状态称流化态。1.3.2流化床的结构和优点为了保证流化和一定反应温度以及回收催化剂等原因，使流化床结构不同于固定床。为适应流化状态、传热和催化剂回收等作用，流化床结构一般都由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气固分离装置和固体颗粒加卸载装置等组成。常用流化床反应器有两种，一种是有固体物料连续进料和出料的装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，需用装置不断将其分离后进行再生。另一种是无固体物料连续进料或出料装置，用于固体（催化剂）在长时间不发生明显变化的反应过程。流化床反应器是气-固相催化反应常用的一种反应器。图1：丙烯腈流化床反应器示意图丙烯腈反应所采用的流化床就属于后一种，催化剂长期不发生明显变化，且进料都是气体。液态的丙烯与液氨经过气化后，在管路中汇合后经反应器底部的丙烯、氨分布器进入反应器，压缩空气经反应器底部的空气分布器进入反应器，一定的流动速度使催化剂颗粒呈悬浮状态，三种物料在处于流化状态下的催化剂的作用下，生成丙烯腈。与固定床反应器相比，丙烯腈流化床反应器具有以下优点：①可以实现物料的连续输入和输出；②流体和颗粒运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，可在最佳温度点操作，而且易于控制，特别适用于强放热反应，此外，由于颗粒的高热容和返混，能防止局部过热或过冷，操作比较稳定；