UW500 集散控制系统在粗酚精馏过程中的应用集散控制系统在粗酚精馏过程中的应用 一、概述概述 粗酚是对煤焦油蒸馏得到的含酚馏份进行加工得到的，呈白色或无色，易潮解结晶，快 状，带显著气味及尖锐灼烧味道，可溶于水，能溶于乙醇。可用于生产合成纤维、农药、工 程塑料和染料中间体。主要用于提取苯酚、邻甲酚、间对甲酚、二甲酚、3,5-二甲酚等，是 高级绝缘漆的溶剂，也是塑料、医药、防霉剂等行业的重要原料。 粗酚组成比较复杂，含有苯酚及甲酚类，甲酚包括一甲酚、二甲酚和三甲酚；一甲酚有 邻甲酚、间甲酚和对甲酚；二甲酚有 2,3-二甲酚、2,4-二甲酚、2,5-二甲酚、2,6-二甲酚、3,4- 二甲酚、3,5-二甲酚，其中用量最大的是 2,6-二甲酚；三甲酚主要包括 2,3,6-三甲酚和 2,4,6- 三甲酚。由于粗酚组成复杂，各组份之间沸点非常接近，对其进行加工分离工艺比较复杂。 目前我国粗酚的加工量还比较低，主要是从中分离出苯酚、间甲酚、邻甲酚等单组份以及混 合甲酚、二甲酚。 UW500 集散控制系统是杭州优稳与浙江大学工业自动化国家工程研究中心联合开发， 经过不断分析总结、开发创新、测试改进与考核完善，推出的新一代集散控制系统。具有可 靠性高、 系统开放、 功能强大、 维护简单等众多优点， 能够对粗酚精馏提供高效优质的监控， 提高控制的稳定性和协调性，降低产品生产成品并提高产品质量，提升产品市场竞争力。 二、二、 工艺流程简述工艺流程简述 1、馏分洗涤 由于酚类化合物带有酚羟基，具有弱酸性，能同碱反应生成酚钠盐，因而可用氢氧化钠 水溶液将酚从焦油馏分中萃取出来。 工业上粗酚的提取都是采用 10%15%的 NaOH 水溶液 洗涤焦油馏分而得到粗酚。理论上每千克粗酚需用 100% NaOH 0.4 千克，实际上生产中性 酚钠只需 0.36kg。碱洗过程中得到的中性酚钠，游离碱小于 1.5%，含酚 20%25%。 馏分洗涤工艺有间歇洗涤和连续洗涤两种工艺。间歇洗涤采用分批在反应器内处理馏 分，工艺操作灵活方便，洗涤次数和反应时间可以灵活掌握，因而国内大多数生产企业均采 用间歇洗涤工艺。连续洗涤工艺处理量大，占地面积小，而且是采用酸碱交替洗涤，以脱除 馏分中酚类和盐类化合物，但相对间歇洗涤工艺，其酸碱耗量稍高。根据装置原料供应情况 和工艺技术特点，本方案采用间歇式洗涤工艺。 2、 酚钠溶液净化 碱洗脱酚后得到中性酚钠溶液，经酚钠精制以洗去含量约 13%的中性油、萘和吡啶 碱等杂质。酚钠精制工艺有蒸吹法和轻油洗净法，一般采用蒸吹法。中性酚钠溶液依次与脱 油塔底约 110的净酚钠和塔顶约 100的馏出物换热到案 90，进入第一层淋降板，经过 汽提从塔底得到净酚钠。塔底净酚钠与原料粗酚钠换热后，温度为 70，泵入净酚钠槽， 作为酚钠分解的原料。 经与中性酚钠换热后的塔顶馏出物进入冷凝器， 冷凝液流入分离槽进 行油水分离。脱油塔需要的热量由重沸器循环加热塔底油供给，热源为蒸汽。为了吹出油分 离槽油水分离的效果， 可将密度较小的焦油轻油加入吹出油中， 并用泵进行由吹出油槽到油 水分离槽的循环，当分离效果较差时，还可以直接向油水分离槽加入新轻油，以改善油水分 离效果。酚钠溶液经蒸吹净化后，送往下一步分解工序。 3、酚钠分解 酚钠盐属于强碱弱酸盐， 可以通过采用比酚酸性强的酸将其分解， 工业上一般采用硫酸分解 法和二氧化碳分解法。硫酸分解法得到和产品不易磺化，反应不激烈，分解完全，烟雾逸出 较少，操作环境较好。但设备与管道腐蚀严重，且硫酸钠废水处理困难。二氧化碳分解法无 废液排放，碱液可循环使用，只是工艺路线较长，相对于硫酸法较烦琐。由于二氧化碳可由 焦炉烟道气或石灰窑中获得，也可从高炉煤气燃烧的废气中获得。为充分合理利用资源，发 展循环经济，本项目推荐采用二氧化碳分解法，分解率高（可到 95%左右） ，产生的碳酸钠 溶液可用于焦油蒸馏装置。 来自上步工序的净酚钠盐进入气泡分解塔中与二氧化碳气体并流接触并发生化学反应， 生成 粗酚和碳酸钠。 4、粗酚预处理 主要是脱水脱渣， 其目的是为了缩短精馏时间和避免高沸点树脂状物热聚合， 粗酚置入脱水 釜内，在常压下用蒸汽间接加热脱水，脱出的酚水经冷凝冷却和油水分离后，继续加热进行 脱渣操作，直至苯酚、甲酚、二甲酚全部馏出为止。馏出的馏分作为精馏原料。 5、 粗酚精馏 精馏分常压精馏和减压精馏， 粗酚精馏有间歇精馏和连续精馏。 为防止粗酚在高温下分解和 高沸点酚的聚合结渣，本方案选用粗酚间歇减压精馏工艺，以降低热量消耗、防止酚聚合、 提高产品质量。其工艺流程见图： 脱水脱渣后的粗酚， 进入精馏塔， 进行精馏提炼得苯酚、 间甲酚、 邻甲酚和混二甲酚等产品。 三、控制策略三、控制策略 浙大优稳提供的精馏塔的多变量解耦控制策略可以快速地克服系统干扰、 塔温控制精度 高而且平稳，能够确保塔操作在约束条件内，即正常下的最大负荷生产下，获得最多的合格 产品。 立足于平衡关系：1.物料平衡 2.热量平衡 3.汽液平衡 4.设备能力平衡 精馏塔多变量解耦（高塔系统)： 阀门 PID 控制 四、控制工程四、控制工程 精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作， 其实质是多级蒸馏， 即在一定 压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和 蒸压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中 的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。 浙大优稳的控制方案中， 通过对塔顶的温度压力及相关阀位的控制， 采用多变量解耦控 制策略能够完美的达到产品质量和装置产量等工艺指标要求。 UW500 集散控制系统在粗酚精馏过程的应用，硬件配置、网络架构及工艺流程图。 系统结构图 脱水塔及脱渣塔 5、小结、小结 粗酚精馏在使用了 UW500 集散控制系统之后， 能够明显改善工人的工作强度， 生产自动 化水平得以实现，利用 DCS 强大集散控制能力，对现场仪表进行协调运行。产品产量和质量 得到明显提升，DCS 特有的联锁控制也提高了粗酚分离的安全性，UW500 集散控制系统的稳 定性也使得生产过程稳定易控。