在氧化与合成反应中温度控制策略研究与实践

发布时间：2019-11-20 00:00

【摘要】：过氧化氢二异丙苯DCP (Hydrogenperoxide dicumyl benzene)在化工生产当中使用相当广泛,在制作DCP的过程中,最难控制的是DCP氧化反应过程,它是一个多变量、强耦合、大惯性的过程,传统的控制思路难以适应复杂的控制系统,因此,为了实现对DCP氧化反应过程的最优控制,本课题在传统的工业控制基础上研究先进的智能控制算法,对实现高浓度、高产量、高效率的工业化生产具有重大的意义。本课题针对DCP氧化合成反应过程,通过分析过程特性和关键参数,进行测控系统设计,并主要进行氧化反应塔塔内温度控制策略研究。为提高生产效率并且得到高浓度的产物,构建了基于PC+PLC的DCP氧化合成反应过程监控系统。完成的主要工作如下:对DCP氧化反应过程的基本原理、工艺流程和操作方法进行具体分析,研究影响DCP氧化反应过程的关键参数,根据参数的测量范围进行仪表选型。设计了以氧化反应塔塔内温度为主参数、换热器出口温度为副参数的串级控制系统,确定了控制策略。在控制策略的基础上,研究构建了基于TS模糊PID控制模型的氧化反应塔塔内温度的控制策略,根据工程经验、专家数据库和大量的实际数据,建立模糊控制器,使PID各个参数具有自适应性,并在Matlab上进行基于二阶惯性环节的仿真,结果表明:在升温阶段有效的实现氧化反应温度的快速响应;在保温阶段有效的抑制了超调,并始终将温度误差控制在±2℃范围以内,实现了氧化反应温度的稳定调节。对DCP氧化合成反应进行PLC控制系统的研究与设计,根据实际操作需求选择西门子SIMATICS7-300PLC作为控制系统的核心控制器,并进行了模块选择、I/O电路设计及硬件组态等。构建PLC控制程序的框架,研究在变送器中数据采集与标度变换的方法。并编写DCP氧化合成反应过程的PLC程序。构建了 DCP氧化合成反应的监控系统,实现监控系统与PLC间采用以太网通信协议。并以WinCC作为监控系统的软件开发平台,构建DCP氧化合成反应过程的主流程界面、工艺数据设定界面、操作界面和报警记录界面,实现流程监控、界面操作,报警记录等功能。运行结果表明实现了预期的目标。
【图文】：

氧化合成,反应过程,氧化反应

氧化合成反应过程是ＤＣＰ制取过程中最重要的两个环节，也是涉及到化学反应的环逡逑节，为了制取浓度符合工艺要求的产品，需要对这两个环节进行一定控制策略的研究。逡逑ＤＣＰ氧化合成反应过程总流程图如图２－］所示。逡逑新鲜甲酵ＭｅＯＨ逡逑碳酸氡钠逦逦逦逦逦逡逑１逦N逦N逦N逦N逡逑异丙苯ＣＭ邋Ｈ邋混合罐逦一—氧化反应塔１邋＋氧化反应塔２邋Ｈ邋ｇ化反应塔３邋－？氧化反应塔４逡逑Ｉ＾逡逑空气逡逑ＣＨＰ９０浓缩塔？一邋ＣＨＰ８０浓绾塔ＣＨＰｒｏ浓缩堪？逦逡逑ＣＡ反应器邋一＞ＣＡ水洗＆分离塔一？预混d0＆真空系统逡逑琦化钠逦＜＝３逡逑去结晶＊一逦离心机逦—ＤＣＰ水洗８■分离塔—合成反应釜逡逑＾Ｉ＾逡逑氢氧化钠＆触媒逡逑图２－１氧化合成反应过程总流程图逡逑Ｆｉｇ２－１邋Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ逡逑ＤＣ．Ｐ氧化反应过程逡逑ＤＣＰ氧化反应过程在整个ＤＣＰ制取过程中占有非常重要的地位，它是整个ＤＣＰ逡逑制取过程中的起始阶段。经过氧化反应所生成的氧化反应产物是合成反应生成最终产逡逑物ＤＣＰ的主要反应物料，氧化反应进行的顺利与否直接关系到最终产物的品质和产逡逑量。逡逑在工业化工生产的氧化反应过程中，为了增加氧化产物产量、提高效率，一般有逡逑两种方法：一种是提高氧化反应塔的容积

氧化反应,反应流

逑另一种则是将一个很大的氧化反应塔分为总体积相同的几个氧化反应塔１、２、３、４逡逑进行多级氧化。多级氧化如图２－１所示，多级氧化实际上是逐级氧化，将一次氧化反逡逑应过程分解成多次氧化反应过程。在连续氧化反应过程中，为防止氧化反应不够彻底，逡逑不是完全氧化反应反应而造成副产物过多的情况，，因而将氧化产物进行多次循环氧逡逑化，保证氧化反应接近于完全氧化反应，从而提高产物的浓度、提升产品质量。于此逡逑同时也能提高产品产量，并极大的降低了氧化反应过程所带来的危险性，使生产安全逡逑性得到了极大的保障。逡逑如图２－１所示，主物料异丙苯ＣＭ和碳酸氢钠在混合罐中充分混合后，将混合物逡逑料通入氧化反应塔１。新鲜甲醇ＭｅＯＨ作为氧化反应的必要条件之一将在反应开始时逡逑分别通入氧化反应塔１、２、３、４。混合物料和新鲜甲醇在空气的作用下发生氧化反应，逡逑经过连续四次氧化反应后生成氧化产物过氧化氢异丙苯ＣＨＰ。ＣＨＰ经过三次浓缩、逡逑蒸馏后，将沸点低的物质如多余的甲醇蒸发出去，得到高浓度的ＣＨＰ。因为图２－１中逡逑的氧化反应塔１、２、３、４中进行的氧化反应完全相同
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273;TP277;TQ241

【参考文献】