回收工段

聚乙烯醇回收工段聚乙烯醇回收工段控制的意义工业生产PVA一般是醋酸乙烯酯在甲醇溶液中聚合得到聚醋酸乙烯酯(PVAC),PVAC进一步醇解后得PVA,在此过程中每生产1tPVA约产生1.6t～1.8t醋酸甲酯[1,2]，由于副产品醋酸甲酯纯度不高,含有较多的甲醇，故直接利用的价值不大。因此,工业上多将这种醋酸甲酯的混合物经初步分离提纯后水解为醋酸和甲醇回收利用。据资料显示，整个PVA工厂的能耗有50%～60%用于回收工段，而回收醋酸甲酯所需的能耗又占回收工段能耗的70%左右，因此解决回收利用醋酸甲酯问题具有重要意义。在聚醋酸乙烯醇解制造聚乙烯醇的过程中，产生大量的醇解废液，这种醇解废液就是回收工段的主要回收原液。根据物料平衡，每生产1吨聚乙烯醇产品，产生大约8吨多的回收原液[3，4，5]。此外，精馏工段送来的稀醋酸和醋酸甲酯也要在本工段进一步回收。如果这些物料不进行回收，聚乙烯醇的成本将会高得惊人，想大规模的进行工业生产将是不可能的。同时，这些物料排入地沟和空气中，将会造成严重的环境污染，是绝对不允许的。因此，本工段对醇解废液中的甲醇和醋酸进行回收并循环使用，采用合适的控制方案以使效益和产品质量达到最高，除降低了原材料消耗和生产成本，具有重要的经济意义外，也具有重要的环保意义。回收工段工艺流程简介回收工段的生产过程和任务可以简单的概括如下：1.以阳离子交换树脂为催化剂，使醋酸甲酯和水进行水解反应，生成醋酸和甲醇：CH3COOCH3+H2OCH3COOH+CH3OH2.用硫酸和醋酸钠进行反应，生成醋酸和芒硝：2CH3COONa+H2SO4NaSO4+2CH3COOH3.综合利用精馏，共沸精馏，萃取精馏和水解反应，酸解反应等单元操作，回收甲醇和醋酸，使之用于再生产中。3.1醇解废液的共沸精馏（第一塔系统）醇解废液的组成：甲醇74%~75%，醋酸甲酯18%，醋酸钠1.9%~2.1%，水5%，乙醛0.02%，由贮罐场回收原液槽，用回收原液泵通过加料调节阀，经第一热交换器与一塔釜液热交换到45℃左右进入第一精馏塔，塔顶温度控制在53+1度，回流比为3.0，该塔由于醋酸甲酯和甲醇可形成低沸点共沸物，其沸点为53.8/750mmHg（组成为醋酸甲酯81.3%，甲醇18.7%）。因此，通过精馏分离后，塔顶为醋酸甲酯甲醇低沸点共沸物，还有乙醛。气相醋酸甲酯（77+1%）经第一冷凝器冷凝后，入第一馏出槽，用第一馏出泵一部分经过回流调节阀打回流，另一部分经馏出槽液面调节阀，又经流量指示计去第二热交换器，预热后给二塔加料。釜液为含甲醇的醋酸钠水溶液（其中醋酸甲酯小于0.28%），进入第一热交换器与加料热交换后，用第一釜液泵经一塔液面调节阀和流量指示计打入第八精馏塔加料。第一冷凝器的未凝气体去尾气冷凝器再一次冷凝。3.2醋酸甲酯的分离（第二塔系统）H+第一精馏塔的馏出液通过第一馏出泵经第二热交换器与第二精馏塔釜液热交换到30度左右，进入第二精馏塔加料。第二精馏塔是萃取精馏塔，为了破坏甲醇和醋酸甲酯的共沸，塔顶加入来自软水总管的萃取水，并经过流量记录调节阀，从回流管线上加入，并经过一冷却装置，进入塔顶。加入量等于进料中醋酸甲酯的75%左右。由于加入了萃取水，将甲醇萃取到塔底，该塔釜温控制在90度左右，釜液中甲醇含量在21%以上，釜液从塔底出来，进入第二再沸器，一部分汽化供精馏塔加热用，一部分经第二热交换器冷却后，经二塔液面记录调节阀送到聚合工段第三精馏塔。塔顶馏出物为醋酸甲酯和乙醛入第二冷凝器，用加入的冷却水调节，使馏出液冷凝60%，其余40%未凝气体作为第四精馏塔气相加料，冷凝液与四釜液混合进入第四釜液冷却器。3.3醋酸甲酯水解反应液的分离（第五塔系统）醋酸甲酯的水解反应液进入第五精馏塔18块塔板加料，第五精馏塔顶温控制在571度，流出入第五冷凝器，冷凝液入第五馏出槽，未凝气体至尾气冷凝器，用第五馏出泵一部分经五馏出槽液面指示调节阀打至第二热交换器，预热后给二塔加料，另一部分经回流调节阀打至本塔作为回流液。五塔釜液醋酸60%左右，进入第五再沸器，气体给五塔作加热用，液体入第五釜液冷却器，冷却至70C左右，入第五釜液槽，用第五釜液泵，经过五釜液槽液面记录调节阀返至第五釜液贮槽，另一部分经流量调节记录阀打至第六精馏塔加料。3.4稀醋酸的浓缩（第六塔系统）第六塔的加料来自五釜液泵，萃取液由萃取液泵，经流量计同时给六塔加料，五釜液与萃取液混合后，进入第六精馏塔第十二塔板，醋酸异丙烯作为水的共沸剂，由第六馏出泵从塔顶加入以进行共沸精馏。经共沸精馏后，塔顶蒸出醋酸异丙酯——水的低沸点共沸物进入第六冷凝器，冷凝器经过倒U型管控制液面，冷凝液入第六分离器进行分层，上层为醋酸异丙酯，流入第六馏出槽，下层为含有醋酸异丙酯的水溶液——分离水，通过第六界面调节器，流入第七原液槽，第六馏出槽的醋酸异丙酯，经第六馏出泵，小部分去萃取塔，作为萃取剂，大部分经第六馏出槽液面记录调节阀和流量计作为本塔回流循环使用，还有一部分作为七塔的强制回流以稳定七塔的操作，提高异丙酯的回收率。第六精馏塔下部气相采出醋酸（醋酸98.50.5%），塔釜温度大于118度，气相醋酸采出经第六旋风分离器通过六塔液面调节阀，入全钛冷凝器，冷凝液入醋酸冷却器，未凝醋酸从上部入醋酸冷却器进一步冷凝，冷凝液入醋酸送出槽，用醋酸送出泵通过液面调节阀打至贮罐场CC—705槽，供合成工段使用，若醋酸不合格，送往CC—308槽。第六精馏塔釜液通过第六釜液排出槽，用压缩空气吹送精馏工段。尾气放空通往中采槽上方漏斗，液体滴入中采槽，气体放空。4控制系统方案设计及确定4.1共沸精馏塔的中温调节——TIC-301一塔的作用是粗分醇解废液，醇解废液的主要成分为：MeOH74.6%MeOAC18.6%等和其他杂质进入塔内进行粗分，由于MeOH，MeOAC两组分的沸点相近（MeOH64.5℃，MeOAC57.2℃），在塔内形成共沸物（最低共沸点53.8℃）.所以塔中部分MeOH，MeOAC的共沸物从塔顶馏出，与大部分MeOH和MeOAC分离。因此，必须严格控制塔的中温，使共沸物更好的得到粗分，提高产品质量。该塔的中温应该控制在63℃左右。鉴于一塔的蒸汽进料流量将会影响温度的变化，而且，持续不断的加料将会使温度不断升高，从而影响产品质量，达不到理想的效果。为了克服蒸汽流量对该温度的扰动，在本设计中，采用串级控制系统对其进行控制。串级控制系统的方框图如下:图4.1一塔中温自动调节系统方框图串级控制是指用一个控制器的输出来改变令一个控制器的设定值。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，副控制器的输出信号送给被控制过程的执行器。该设计当中，温度为主要控制变量，因此温度控制回路为主控制回路，流量控制回路为副控制回路；温度为主变量，流量为副变量；温度控制器为主控制器，流量控制器为副控制器。出于安全、经济的角度考虑，由于塔中的热量基本是有反映本身提供的，所以当控制回路处于无能源状态时，需要阀门关闭，以避免物料的浪费和反应釜的温度急剧升高而引起爆炸的可能，所以应选气开式阀门。副回路中的控制阀门为气开式，当副回路的输入流量增大时，气动阀门要关小，以减小流量，所以副控制器应为反作用。主回路中输入温度上升时，应减小流量，所以主控制器也为反作用。当反应釜中的温度升高时，这时，对于温度控制器来讲，它接受到的是一个正的偏差，于是它的输出将减小，也就是说流量控制器的给定值减小了，然而它的测量值还没变，于是流量控制器感应到的是正偏差，流量控制器的输出将减小。阀门关小，流量减小，温度降低，从而达到控制目的。4.2共沸精馏塔塔釜的液位调节——LIRC-302共沸精馏塔的作用是将MeOAC从塔顶分离出去，去二塔进行精制，釡液大部分为甲醇，送往八塔回收。当釡液液位过高时，将会影响MeOAC的含量，而MeOAC的含量高时，将影响八塔甲醇质量，致使甲醇中醋酸甲酯含量增高，不符合甲醇的技术规格，影响聚合质量，同时增加MeOH和HAC的消耗。因此，需要对该塔的釡液液位进行控制。根据工艺要求，液位应该控制在整个塔高度的50%左右。根据对控制系统的设计，当液位高于设定值时，应加大阀门开度；相反，当液位低于设定值时，应减小阀门开度。出于对安全的考虑，当控制回路处于无能源状态时控制阀应该处于打开状态，所以我们选气关阀。输入值增大，则气动调节阀开度也增大。因此，控制器应选正作用。通过单回路对该塔液位进行控制，控制框图如下所示：流量对象控制阀流量控制器温度控制器温度对象温度变送器_流量变送器图4.2一塔液位控制自动调节系统方框图该塔液位的自动控制调节系统主要是出于对MeOAC含量的考虑，MeOAC的含量会影响聚合质量。当液位过高时，MeOAC的含量增高，此时，测量变送器将信号传出，通过与设定值比较，将偏差值传给调节器，通过调节器给执行器一个信号，加大阀门开度，达到对液位的自动控制，从而间接控制MeOAC的含量，保证聚合质量。4.3水萃取蒸馏塔加软水流量的控制——FIC-302该塔的作用是使MeOAC和MeOH分离，精制MeOAC。MeOAC的分离是以水做溶剂进行萃取蒸馏而进行的。由于MeOH与MeOAC具有共沸点，用一般精馏方法不能分离，因此采用水做溶剂，破坏其共沸组成，使两组分相对挥发度增大，从而得到分离，分离后甲醇与水从塔底釡出，MeOAC从塔顶馏出。萃取水的加入量应保持每块塔板上水的浓度足以破快MeAC——MeOH共沸组成为准，二塔萃取水量一般控制为加料中MeOAC的0.75倍，较为适宜。萃取水量过大，将使塔釜甲醇浓度降低，增大蒸汽消耗。萃取水量过小，将不能完全破坏MeAC——MeOH共沸组成，使塔顶MeOH的含量增加，造成分解率降低，循环量增大。二塔萃取水除作为溶剂外，也相当部分塔内回流，因此萃取量与回流量的大小影响组成与温度。鉴于此，对加软水流量进行控制。当萃取水流量过大时，应该减小阀门的开度，相反应该加大阀门开度。当控制回路处于无能源信号状态时，应该关闭阀门，所以选用气开阀。综合被控对象、控制阀、测量变送环节，为保证开环放大倍数为负作用，控制器的控制作用应选用反作用方式。该系统控制目的明确，涉及的变量也较少，因此采用简单的单回路控制即可满足要求。其控制框图如下所示：图4.3水萃取塔加软水流量自动调节系统方框图流量测量变送器将软水流量信号值与设定值进行比较。通过反作用调节器对执行器进行控制，从而使萃取水加入量达到适宜的状态，使MeOAC和MeOH得到有效分离，达到精制MeOAC的目的。4.4水解液蒸馏塔顶温的控制——TIRC-307该塔的作用是从水解液中分离出稀醋酸。塔顶主要是MeOAC和MeOH的共沸物，要求HAC≈0。当顶温过高时，则HAC含量增加，馏出送往二塔，由于二塔是流量控制器执行器水萃取蒸馏塔一塔液位流量测量变送器设定值水萃取蒸馏塔_液位控制器执行器共沸精馏塔一塔液位液位测量变送器设定值碳钢材质，带入HAC将会造成设备腐蚀，因此，操作中不允许顶温升高，并要求馏出液HAC≈0。因此，需要对该塔顶温进行严格的控制。控制框图如下：水萃取蒸馏塔图4.4水解液蒸馏塔顶温自动调节系统方框图该塔工艺控制指标要求顶温控制在57℃左右，因为顶温不能过高，所以，当顶温升高时，处于安全角度考虑，通过冷凝器和回流罐以及回流泵打回流的控制阀开度应该加大，相反则减小开度。所以选择气关型薄膜气动执行阀。温度测量变送器将温度信号变送为标准的电流信号，并与设定值进行比较，然后将偏差信号传送给温度调节器，调节器对执行器发出命令，加大或减小阀门开度，而使顶温保持在设定温度。4.5稀醋酸浓缩塔的中温控制——TIC-310该塔的加料来源是五釡液和精馏工段间断送来的稀醋酸及本工段的萃取液。它是以i-POAC作为溶剂采取共沸精馏的方法来浓缩稀醋酸的。由于HAC和水的沸点相近（HAC118.2℃、H2O100℃），用一般的蒸馏很难使其分离，因此采用共沸精馏，用i-POAC为溶剂，与水形成低沸点物，从塔顶馏出，经冷凝和分离脱水后，i-POAC返回六塔继续使用，而产品HAC从塔