皂化反應的熱量控制

李紅艷

摘要：文章提出了環氧丙烷生產過程中皂化反應的自動控制系統設計方案，解決了生產過程中重要參數的精確、穩定控制，并應用于生產過程。

關鍵詞：皂化反應;參數控制

隨著市場經濟的不斷發展，人們對產品質量的要求越來越高。因此，追求高質量的產品、低成本的消耗，成為企業能否在激烈的市場競爭中立于不敗之地的最首要的保證。這也是自動化技術所追求的目標。

自從進入20世紀90年代以來，自動化技術發展很快，并獲得了驚人的成績。過程控制技術是自動化技術的重要組成部分。在現代工業生產過程自動化中，過程控制技術正在為實現各種最優技術經濟指標、提高經濟效益和社會效益、提高勞動生產率、節約能源、改善勞動條件、保護環境衛生、提高市場競爭能力等方面起著越來越巨大的作用。

隨著科學技術的飛速發展，自動控制技術、計算機技術和通訊技術在化工工業中得到廣泛應用，導致化工生產過程等方面的變革，促進了過程控制技術向高層次發展。隨著化工工業日趨大型化、連續化和集成化，人們對生產過程的優質、高產、低耗，以及在安全和環保方面提出了更高的要求。

如何把化工企業的過程操作信息集成起來，充分發揮人、計算機系統及自動化裝備的作用，充分挖掘生產能力，降低消耗，提高生產裝置利用效率，保證質量和安全，實現生產過程的自動控制，使其經濟效益最大化，是生產過程自動控制系統所要解決的課題。

環氧丙烷是一種重要的化工產品，制備環氧丙烷的方法很多，如直接氧化法、共氧化法、間接氧化法、氯醇法等。其中，以氯醇法、間接氧化法兩種技術為主普遍應用于工業生產中。氯醇法生產環氧丙烷技術主要是以丙烯和氯氣為原料，首先丙烯經氯醇化反應生成氯丙醇，其次，氯丙醇經皂化反應生成環氧丙烷，最后經精制得到環氧丙烷產品。

環氧丙烷生產設備、工藝復雜，涉及參數上千個，需要控制的回路繁多、控制精度要求高，生產環境惡劣，必須采用自動控制技術。環氧丙烷生產裝置要發揮裝置的功能，優質、高效地生產出合格的產品，很大程度上取決于環氧丙烷生產裝置的自動控制系統性能的好壞。

本設計是針對皂化反應過程重要參數，采用自控技術實現生產過程的自動化控制。皂化反應是氯醇化產出的氯丙醇與石灰乳制備來的氫氧化鈣反應生成環氧丙烷粗品，供精餾工序使用。在皂化反應階段，一是要完成氯丙醇與氫氧化鈣發生化學反應，生成環氧丙烷;二是在皂化塔內需要通入蒸汽以實現對反應生成的環氧丙烷（PO）的汽提。在此過程中，會消耗大量的蒸汽。

影響皂化反應的因素有溫度、壓力、反應物濃度等，其中主要是溫度。根據工藝要求，皂化塔內部塔頂溫度要保持在70℃-75℃。在實際控制系統中，要綜合各方面因素，既要將溫度參數控制在工藝要求值，又要考慮降低熱能消耗和熱能的回收利用。此過程存在的擾動多，過渡過程時間長，為了滿足控制精度要求，采用復雜過程控制系統的串級控制，在利于皂化反應的同時節約能源。

在皂化反應器的上部，是皂化反應器分凝器，內部通入熱水罐中的熱水（這些熱水是由回收的蒸汽、回收熱水加熱）作為熱交換介質，從底部通入皂化塔的蒸汽在完成環氧丙烷汽提后，部分蒸汽熱量可以通過熱交換介質得到部分回收，同時控制熱水溫度，使皂化塔頂溫度滿足工藝要求。

在該系統中，主參數為熱水溫度，副參數為蒸汽流量。主調節器為TICA605，采用PID控制規律;副調節器為FIC602，采用P控制規律。從生產工藝安全出發，蒸汽調節閥選用氣開式，即一旦調節器損壞，調節閥處于全關狀態，切斷蒸汽進入皂化反應器，確保設備安全，故調節閥的放大系數為正。當調節閥開度增大，蒸汽流量增加，溫度升高，故副過程的放大系數為正。為了保證副回路為負反饋，則副調節器的放大系數應取正，即反作用調節器。由于蒸汽流量增大，塔頂溫度升高，故主過程的放大系數為正，為保證整個回路為負反饋，主調節器的放大系數應為正，即反作用調節器。

上述控制回路中，流量測量使用漩渦式流量變送器，溫度使用Pt100進行溫度變送，調節閥采用氣動薄膜調節閥，調節器全部在DCS內部實現。

采用上述串級調節系統，把企業的過程操作信息集成起來，充分發揮人、計算機系統及自動化裝備的作用，充分挖掘生產能力，降低消耗，提高生產裝置利用效率，保證質量和安全，實現生產過程的自動控制，取得了較大的經濟效益。

參考文獻：

[1]袁向前等.氯醇化管道反應新工藝的壓降和傳質的研究.化學反應工程與工藝，1996，12（4）：384-389.