丙烯酸甲酯工艺仿真软件操作手册.docx
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丙烯酸甲酯工艺仿真软件操作手册
丙烯酸甲酯工艺仿真软件操作手册
嘉兴学院丙烯酸甲酯工艺仿真
操作手册
北京东方仿真软件技术有限公司
2013年5月
第一章生产原理及工艺特点
在该单元中丙烯酸与甲醇反应,生成丙烯酸甲酯,磺酸型离子交换树脂被用作催化剂。
1.1酯化反应原理
丙烯酸与醇的酯化反应是一种生产有机酯的反应。
其反应方程式如下:
CH2=CHCOOH+CH3OH<==>CH2=CHCOOCH3+H2O
这是一个平衡反应,为使反应有向有利于产品生成的方向进行,采用一些方法,一种方法是用比反应量过量的酸或醇,另一种方法是从反应系统中移除产物。
1.2丙烯酸与甲醇的酯化反应
(1)酯化反应器的主反应
酯化反应器的主反应的化学方程式如下:
H+(IER)*
CH2=CHCOOH+CH3OH<==>CH2=CHCOOCH3+H2O
AAMEOHMA
*IER指离子交换树脂
(2)酯化反应器的副反应
CH2=CHCOOH十2CH3OH———>(CH3O)CH2CH2COOCH3+H2O
MPM:
(3-甲氧基丙酸甲酯)
H+(IER)*
2CH2=CHCOOH十CH3OH———>CH2=CHCOOC2H4COOCH3+H2O
D-M(3-丙烯酰氧基丙酸甲酯/
二聚丙烯酸甲酯)
H+(1ER)
CH2=CHCOOH+CH3OH———>HOC2H4COOCH3
HOPM(3-羟基丙酸甲酯)
H+(1ER)
CH2=CHCOOH+CH3OH——>CH3OC2H4COOH
MPA(3-甲氧基丙酸)
H+(1ER)
2CH2=CHCOOH———>CH2=CHCOOC2H4COOH
D-AA(3·丙烯酰氧基丙酸/
二聚丙烯酸)
其他副产物是由于原料中的杂质的反应而形成的。
典型的丙烯酸中的杂质的反
应如下:
CH3COOH+R-OH——>CH3COOR十H2O
C2H5COOH+R-OH——>C2H5COOR十H2O
丙烯酸甲酯的酯化反应在固定床反应器内进行,它是一个可逆反应,本工艺采用酸过量使反应向正方向进行。
反应在如下情况下进行:
温度:
75℃(MA)
醇/酸摩尔比:
0.75(MA)
由于甲酯易于通过蒸馏的方法从丙烯酸中分离出来,从经济性角度,醇的转化率被设在60%-70%的中等程度。
未反应的丙烯酸从精制部分被再次循环回反应器后转化为酯。
用于甲酯单元的离子交换树脂的恶化因素有:
金属离子的玷污、焦油性物质的覆盖、氧化、不可撤回的溶涨等。
因此,如果催化剂有意被长期使用,这些因素应引起注意。
被金属铁离子玷污导致的不可撤回的溶涨应特别注意。
1.3丙烯酸回收
丙烯酸回收是利用丙烯酸分馏塔精馏的原理,轻的甲酯、甲醇和水从塔顶蒸出,重的丙烯酸从塔底排出来。
1.4醇萃取及回收
醇萃取塔利用醇易溶于水的物性,用水将甲醇从主物流中萃取出来,同时萃取液夹带了一些甲酯,再经过醇回收塔,经过精馏,大部分水从塔底排出,甲醇和甲酯从塔顶蒸出,返回反应器循环使用。
1.5醇拔头
醇拔头塔为精馏塔,利用精馏的原理,将主物流中少部分的醇从塔顶蒸出,含有甲酯和少部分重组分的物流从塔底排出,并进一步分离。
1.6酯精制
酯精制塔为精馏塔,利用精馏的原理,将主物流从塔顶蒸出,塔底部分重组分返回丙烯酸分馏塔重新回收。
第二章生产流程说明
2.1丙烯酸甲酯生产总流程
2.2丙烯酸甲酯生产流程框图
2.3丙烯酸甲酯生产流程叙述
2.3.1从罐区来的新鲜的丙烯酸和甲醇与从醇回收塔(T140)顶回收的循环的甲醇以及
从丙烯酸分馏塔(T110)底回收的经过循环过滤器(FL101)的部分丙烯酸作为混合进料,
经过反应预热器(E101)预热到指定温度后送至R101(酯化反应器)进行反应。
为了使平衡
反应向产品方向移动,同时降低醇回收时的能量消耗,进入R101的丙烯酸过量。
2.3.2从R101排出的产品物料送至T110(丙烯酸分馏塔)。
在该塔内,粗丙烯酸甲酯、
水、甲醇作为一种均相共沸混合物从塔顶回收,作为主物流进一步提纯,经过E112冷
却进入V111(T110回流罐),在此罐中分为油相和水相,油相由P111A抽出,一路作
为T110塔顶回流,另一路和P112A抽出的水相一起作为T130(醇萃取塔)的进料。
同时,从塔底回收未转化的丙烯酸。
2.3.3T110塔底,一部分的丙烯酸及酯的二聚物、多聚物和阻聚剂等重组分送至
E114(薄膜蒸发器)分离出丙烯酸,回收到T110中,重组分送至废水处理单元重组分储
罐。
2.3.4T110的塔顶流出物经E130(醇萃取塔进料冷却器)冷却后被送往T130(醇萃取
塔)。
由于水-甲醇-甲酯为三元共沸系统,很难通过简单的蒸馏从水和甲醇中分离出甲
酯,因此采用萃取的方法把甲酯从水和甲醇中分离出来。
从V130由P130A抽出溶剂
(水)加至萃取塔的顶部,通过液一液萃取,将未反应的醇从粗丙烯酸甲酯物料中萃取出
来。
2.3.5从T130底部得到的萃取液进到V140,再经P142A抽出,经过E140与醇回收塔
底分离出的水换热后进入T140(醇回收塔)。
在此塔中,在顶部回收醇并循环至R101。
基本上由水组成的T140的塔底物料经E140与进料换热后,再经过E144用10℃的冷冻
水冷却后,进入V130,再经泵抽出循环至T130重新用作溶剂(萃取剂),同时多余的水
作为废水送到废水罐。
T140顶部是回收的甲醇,经E142循环水冷却进入到V141,再经
由P141A抽出,一路作为T140塔顶回流,另一路是回收的醇与新鲜的醇合并为反应
进料。
2.3.6抽余液从T130的顶部排出并进入到T150(醇拔头塔)。
在此塔中,塔顶物流经过
E152用循环水冷却进入到V151,油水分成两相,水相自流入V140,油相再经由P151A
抽出,一路作为T150塔顶回流,另一路循环回至T130作为部分进料以重新回收醇和酯。
塔底含有少量重组分的甲酯物流经P150A进入塔提纯。
2.3.7T150的塔底流出物送往T160(酯提纯塔)。
在此,将丙烯酸甲酯进行进一步提纯,
含有少量丙烯酸、丙烯酸甲酯的塔底物流经P160A循环回T110继续分馏。
塔顶作为
丙烯酸甲酯成品在塔顶馏出经E162A冷却进入V161(丙烯酸产品塔塔顶回流罐)中,由
P161A抽出,一路作为T160塔顶回流返回T160塔,另一路出装置至丙烯酸甲酯成品
日罐。
第三章设备一览表
甲酯设备总览(包括反应器、塔、泵、加热器)
序号
设备位号
设备名称(中英文)
设备原理
1
E101
R101PREHEATER
R101预热器
换热器
2
FL101A/B
REACTORRECYCLEFILTER反应器循环过滤器
3
R101
ESTERIFICATIONREACTOR
酯化反应器
1这是固定床反应器
2甲酯的酯化反应在固定床反应器内进行它是一个可逆反应,本工艺采用酸过量使反应向正方向进行
4
T110
AAFRACTIONATOR
丙烯酸分馏塔
1这是精馏塔
2丙烯酸回收是利用丙烯酸分馏塔精馏的原理
5
E112
T110CONDENSER
T110冷凝器
冷凝器
6
V111
T110RECEIVER
T110塔顶受液罐
油水气三项分离器(堰板式),左边分离出来水通过泵P112A进入缓冲罐,右边是分离出来的油(主要是醇、酯),同过P111A进入下一单元。
7
P111A
T110REFLUXPUMP
T110回流泵
8
P112A
V111WATERDRAWOFFPUMP
V111排水泵
9
E111
T110REBOILER
T110再沸器
10
P110A
T110BOTTOMSPUMP
T110塔底泵
第四章主要操作条件及工艺指标
位号
单位
数值指标
备注
R101(酯化反应器)
流量
FIC101
Kg/h
1841.36
AA至E101
FIC104
Kg/h
744.75
MEOH至E101
FIC106
Kg/h
1741.23
甲酯粗液至E101
FIC109
Kg/h
3037.30
T110底部物料至E101
温度
TIC101
℃
75
R101入口温度
TI104
℃
75
R101温度
压力
PIC101
KpaA
301.00
R101反应器压力
PDI101
KpaA
72
过滤器压差
T110(丙烯酸分流塔)
流量
FIC110
Kg/h
1518.76
T110塔釜至E114
FIC112
Kg/h
6746.33
V111至T110回流
FIC113
Kg/h
1962.79
V111水相至T130
FIC117
Kg/h
1400.00
V111油相至T130
FIC107
Kg/h
2135.00
LPS(塔底再沸蒸汽)至E111
温度
TI111
℃
41
T110塔顶温度
TI109
℃
69
T110进料段温度
TIC108
℃
80
T110塔底温度
TI113
℃
89
再沸器E111至T110温度
压力
PI104
KpaA
28.70
T110塔顶压力
PI103
KpaA
34.70
T110塔釜压力
PIC109
KpaA
27.86
V111罐压力
液位
LIC101
%
50
T110液位
LIC103
%
50
V111液位
LIC104
%
50
V111液位
联锁;
序号
序号
联锁说明
备注
1
MOS101
触发条件:
PI103>151.2KPaA
引发动作:
XV103关;FV107关
紧急停车按钮:
ES101
复位按钮:
RS101
2
MOS102
触发条件:
PI110>151.2KPaA
引发动作:
XV104关;FV119关
紧急停车按钮:
ES101
复位按钮:
RS101
3
MOS103
触发条件:
PI120>151.2KPaA
引发动作:
XV106关;FV134关
紧急停车按钮:
ES102
复位按钮:
RS102
4
MOS104
触发条件:
PI126>151.2KPaA
引发动作:
XV107关;FV140关
紧急停车按钮:
ES103
复位按钮:
RS103
5
MOS105
触发条件:
PI131>151.2KPaA
引发动作:
XV108关;FV149关
紧急停车按钮:
ES104
复位按钮:
RS104
第五章操作规程
甲酯开车操作
一、启动真空系统
1.1打开压力控制阀PV109及其前后阀VD201、VD202,给T110系统抽真空。
1.2打开阀VD205,分别给T110投用阻聚剂空气。
二、R101引粗液,并循环升温
2.1R101进料前去伴热系统投用R101系统伴热。
2.2打开控制阀FV106及其前后阀VD101、VD102,向R101引入粗液;打开R101顶部
排气阀VD117排气。
2.3待R101装满粗液后,关闭排气阀VD117,打开VD119;同时打开控制阀PV101及
其前后阀VD124、VD125,将粗液排出;调节PV101的开度,控制R101压力301kpaA。
2.4待粗液循环均匀后,打开控制阀TV101及其前后阀VD122、VD123,向E-301供给
蒸汽;调节TV101的开度,控制反应器入口温度为75℃。
三、启动T110系统
3.1打开阀VD225、VD224,向T110、V111加入阻聚剂。
3.2打开阀V203,给E112投冷却水。
3.3T110进料前去伴热系统投用T110系统伴热。
3.4待R101出口温度、压力稳定后,打开去T110手阀VD118,将粗液引入T110;同
时关闭手阀VD119。
3.5待T110液位达到50%后,启动P110A;打开FL101A前后阀VD111、VD113;打开
控制阀FV109及其前后阀VD115、VD116;同时打开VD109,将T110底部物料经FL101
排出。
3.6待T110液位达到50%后,打开阀XV103;同时打开控制阀FV107及其前后阀VD214、
VD215,启动系统再沸器。
3.8待V111水相达到一定液位后,启动泵P112A;打开控制阀FV117及其前后阀
VD216、VD217;打开阀VD218、打开阀VD213,将水排出,控制水相液位。
3.9待V111油相液位LIC103达到一定液位后,启动P111A。
打开控制阀FV112及其
前后阀VD208、VD209,给T110打回流;打开控制阀FV113及其前后阀VD210、VD211,
将部分液体排出。
3.10待T110液位稳定后,打开控制阀FV110及其前后阀VD206、VD207,将T110底部
物料排出。
四、反应器进原料
4.1打开手阀VD105,打开控制阀FV104及其前后阀VD120、VD121,新鲜原料进料流
量为正常量的80%,调节控制阀FV104的开度,控制流量为595.8kg/h。
4.2打开控制阀FV101及其前后阀VD103、VD104,新鲜原料进料流量为正常量的80%,
调节控制阀FV101的开度,控制流量为1473kg/h。
4.3关闭控制阀FV106及其前后阀,停止进粗液。
4.4打开阀VD108,将T110底部物料打入R101;同时关闭阀VD109。
五、提负荷,质量评定
调整控制阀FV101开度,把AA(丙烯酸)负荷提高至1841.36Kg/h;调整控制阀FV104开度,把MEOH(甲醇)负荷提高至744.75Kg/h;控制FIC109流量在3037.3Kg/h;控制LIC103液位稳定在50%;
控制FIC113流量稳定在1962.79Kg/h;控制LIC104液位在50%;控制FIC117流量稳定
在1400Kg/h;控制LIC101液位在50%;控制FIC110流量稳定在1518.76Kg/h;控制FIC112
流量稳定在6746.34Kg/h;控制TIC108温度为80℃;
甲酯停车操作
一、停止供给原料
1.1关闭控制阀FV101及其前后阀VD103、VD104;关闭控制阀FV104及其前后阀VD120、
VD121。
1.2关闭TV101及其前后阀VD122、VD123,停止向E101供蒸汽。
1.3关闭手阀VD713;同时打开阀VD714,D161产品由日罐切换至不合格罐。
1.4关闭阀VD108,停止T110底部到E101循环的AA;打开阀VD109,将T110底部物
料改去不合格罐。
1.5关闭阀VD508,停从T140顶部到E101循环的醇;打开阀VD507,将T140顶部物
料改去不合格罐。
1.6关闭VD118;同时打开阀VD119,将R101出口由去T110改去不合格罐。
1.7去伴热系统,停R101伴热。
1.8当反应器温度降至40℃,关闭阀VD119;打开阀VD110,将R101内的物料排出,
直到R101排空。
1.9并打开VD117,泄压。
二、停T110系统
2.1关闭阀VD224,即停止向V111供阻聚剂;关闭阀VD225,即停止向T110供阻聚剂。
2.2关闭阀VD708,停止T160底物料到T110;打开阀VD707,将T160底部物料改去不
合格罐。
2.3缓慢减小阀FV107的开度,直至关闭阀FV107,即缓慢停止向E111供给蒸汽。
2.4去伴热系统,停T110蒸汽伴热。
2.5关闭阀VD212;同时打开阀VD213,将V111出口物料切至不合格罐,同时适当调
整FV129开度,保证T130的进料量。
2.6待V111水相全部排出后,停P112A;关闭控制阀FV117及其前后阀。
2.7关闭控制阀FV110及其前后阀,停止向E114供物料。
2.8关闭阀VD309;打开阀VD310,将E114底部物料改至不合格罐。
2.9将V111油相全部排至T110,停P111A;将P111A出口(V111油相侧物料)到
E130阀FV113关闭。
2.10打开阀VD203,将T110底物料排放出;待T110底物料排尽后,停止P110A。
三、T110系统打破真空
3.1关闭控制阀FV109及其前后阀;关闭控制阀FV123及其前后阀;关闭控制阀FV128
及其前后阀;关闭控制阀FV133及其前后阀。
3.2关闭阀VD205,T110停止供应阻聚剂空气。
3.3打开阀VD204,向V111充入LN。
3.4直至T110系统达到常压状态,关闭阀VD204,停LN。
第六章操作界面
6.1甲酯工艺总貌图
6.2DCS界面
6.2.1R101DCS
6.2.2T110DCS
6.3FIELD界面
6.3.1R101FIELD
6.3.2T110FIELD
7.4伴热系统图
7.5趋势界面
7.6模块监视界面
7.7评分系统界面
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