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离子膜、PVC生产过程与DCS控制策略2003.11离子膜工艺概述离子膜由一次盐水、二次盐水、电解及氯氢处理等部分组成。1、一次盐水一次盐水主要处理的是粒盐在化盐池溶化后，经加入NaOH、Na2CO3及絮凝剂FaCL3，经沉淀、溢流、戈尔过滤以除去钙镁离子，产生粗精制盐水。2、二次盐水二次盐水主要处理的是从一次盐水工段来的粗精制盐水经螯合树脂塔处理后，吸附一次盐水中的钙镁离子，以产生出电解能够使用的精制盐水。3、电解部分二次盐水来的精制盐水在电解槽经电解后产生氯气、氢气、氢氧化钠及废盐水，废盐水经脱氯处理后回一次盐水化盐池或部分循环回电解槽。氯气送到氯气处理工段，氢氧化钠到氢氧化钠储罐，氢气到氯氢处理工段经处理送到PVC项目的氯化氢工段。4、氯氢处理氯气处理包括氯气液化及事故处理。氯气液化是氯气经水洗、干燥、冷却、压缩、液化生产液氯，部分送到HCL工段。事故处理是电解槽事故停车，压缩机故障、全厂电源故障等情况下启动氯气吸收塔。氢气处理是氢气经水洗、干燥、压缩生产纯净的氢气，送到HCL工段。一次盐水控制其主要过程为从脱氯工序及其他工序回流的淡盐水、从生水总管来的生水在中间储罐中混合后经输送泵，加热后送到化盐池中，由化盐池溢流到储罐V403,之前加入淡碱及絮凝剂FeCL3,再由储罐V403溢流到V404,处理后经加气融气罐进入预处理器中，加入Na2CO3进后反应槽，充分反应后溢流中间槽V407。再进过滤器进液泵送至戈尔膜过滤器，经过滤进折流槽，加入Na2SO3后送至一次盐水储罐。一次盐水操作画面一一次盐水操作画面二二次盐水控制二次盐水主要处理的是从一次盐水工段来的粗精制盐水经螯合树脂塔处理后，产生出电解能够使用的精制盐水。螯合树脂塔有：A.三塔联接排序;B.二塔排序一塔再生等方式。A、B方式都在工程项目中使用过，有与PLC连接，也有在DCS实现螯合树脂塔的顺序控制。二次盐水操作画面一二次盐水操作画面二螯合树脂顺控图离子膜电解控制二次盐水来的精制盐水在电解槽经电解后产生氯气、氢气、氢氧化钠及废盐水，废盐水经脱氯处理后回一次盐水化盐池或部分循环回电解槽。氯气送到氯气处理工段，氢氧化钠到氢氧化钠储罐，氢气到氯氢处理工段经处理送到PVC项目的氯化氢工段。离子膜电解主要有：1、控制，包括各个电解槽的精制盐水流量、阴阳极罐液位、阴阳极液的回流控制、回流烧碱的温度及根据电流调节加纯水流量等。其中比较关键的是氯氢差压的控制。2、联锁：电解槽的联锁包括公用联锁及单槽联锁两部分，公用联锁有全厂电源故障、氯压机全停、氯氢差压超高或超低及仪表风故障，这部分联锁发生，则所有的电解槽联锁停机；单机联锁条件是电解槽的电压有超高、进槽精制盐水流量低或烧碱回流流量低超过一定时间，单机联锁条件成立只影响本槽。离子膜电解槽总貌离子膜电解联锁画面脱氯、氯氢处理脱氯工序的目的是利用加热、真空法将从电解槽来的淡盐水及从氯气洗涤塔来的盐水中的游离氯提出来，最后剩余的少量游离氯则采用加入Na2SO3除去氯气处理包括氯气液化及事故处理。氯气液化是氯气经水洗、干燥、冷却、压缩、液化生产液氯，部分送到HCL工段。氢气处理是氢气经水洗、干燥、压缩生产纯净的氢气，送到HCL工段。脱氯画面氯气处理画面氯气压缩画面氢气压缩画面事故氯处理事故处理是电解槽全部事故停车，压缩机故障停车、全厂电源故障等情况下启动氯气吸收塔。其事故碱循环泵电源要求双路供电，以确保全厂停电时仍可启动。事故氯处理画面PVC产品的应用场合PVC是应用最广泛的热塑性树脂，可以制造强度和硬度很大的硬质制品如管材和管件、门窗和包装片材，也可以加入增塑剂制造非常柔软的制品如薄膜、片材、电线电缆、地板、合成革、涂层和其它消费性产品。硬质制品目前占PVC总消费量的65～70％，今后PVC消费量进一步增长的机会主要是在硬质制品应用领域。目前PVC在建筑领域中的消费量占总消费量的一半以上。PVC生产工艺流程VCM合成乙烯氧化法电石乙炔法乙炔生成盐酸合成VCM精馏悬浮法PVC生产PVC聚合汽提干燥电石法乙炔工艺乙炔发生电石输送发生器压缩、贮存乙炔清净清净塔中和塔清净液的配置和循环使用乙炔发生操作画面清净操作画面氯化氢合成工艺焚烧炉氯氢配比升负荷先加氢；减负荷先减氯；确保氯气不过量。VCM合成工艺混合、冷却、脱酸转化器二组由多个转化器并联组成一组净化和压缩公用工程热水系统冷冻盐水单体生成操作画面一单体生成操作画面二冷却、压缩操作画面VCM精馏工艺低沸塔除去低废物高沸塔除去高废物气相VCM经冷凝后得到合格的氯乙烯单体。低沸塔控制方案重要控制参数：塔顶T101、压力P101、塔釜液面L101、塔釜温度T102等；再使温度梯度在扰动产生后能迅速回复；P101通过排出量的控制采取单回路控制；其他被控参数与控制变量关系式：T101(s)=G11(s)u3(s)+G12(s)u1(s)+G13(s)u4(s)+Gf1(s)F0(s)T102(s)=G21(s)u3(s)+G22(s)u1(s)+Gf2(s)F0(s)L101(s)=G31(s)u3(s)+G22(s)u2(s)+Gf3(s)F0(s)ΔT101(s)=G41(s)u3(s)+G22(s)u1(s)+Gf4(s)F0(s)u1:低沸塔再热器加热量；u2:低沸向高沸过料量；u3:低沸塔再热器加热量；u4:低沸塔顶排出量；F0:低沸塔进料量；T101:低沸塔顶温度；ΔT101(s):低塔温差；T102:低塔塔釜温度；L101:低塔液位；低沸塔控制方案在稳定操作情况下，ΔT101代表了低沸塔内浓度梯度：稳态时，低沸塔塔底低沸物浓度可忽略不计；在P101稳定情况下，加热量基本不变时，塔釜温度T102完全取决于塔釜组成，因此T102基本恒定；当F0(低塔进料量)、n0(组分)、t0(进料)任一变化时，则ΔT101也变化。灵敏板上温度先变化，而物料从灵敏板到稳定板需一段时间，在此时间间隔内根据ΔT101变化改变u1和u3，使温度梯度迅速恢复正常，则低沸物能迅速从塔顶排出而避免到塔釜中去；低沸塔控制方案框图一Gc1Gc2Gc3ΣKu1低沸加热H2+H1－+H3T101ΔT101L101RRR低塔塔顶温度低塔温差低塔液位气开低沸塔控制方案框图二Gc7L101R低塔液位KΣu3过料H1+Gc8P103RKΣu4尾排H1-Gc21T401KΣu8全凝器温控R气关气关气关低沸塔控制方案框图三Gc4Gc5Gc6ΣKu2低回流H2+H1－－H3T101ΔT101u1RRR低塔塔顶温度低塔温差低沸加热气关高沸塔控制方案为典型的三元精馏塔，塔顶为最终产品，塔底去除高沸物：控制参数：塔顶温度T201、塔顶压力P201、ΔT201精馏段温差、ΔT202提馏段温差、L201塔釜液位；T202塔釜温度等。其中T201和P201为主要控制参数；系统主要干扰为低沸塔向高沸塔过料；各控参数间的关系为：L201(s)=G51(s)u6(s)+G52(s)u5(s)+Gf5(s)F1(s)T201(s)=G61(s)u6(s)+G62(s)u5(s)+G63(s)u7(s)+Gf6(s)F1(s)P201(s)=G71(s)u6(s)+G72(s)u5(s)+G73(s)u7(s)+Gf5(s)F1(s)高沸塔控制方案框图一Gc9Gc10Gc11ΣKu5高回流H2-H1+-H3L201ΔT202u6RRR高塔液位高提段温差高加热阀反馈Gc12u3低回流塔反馈+H4气开U3间接表征ΔT201高沸塔控制方案框图二Gc13Gc14Gc15ΣKu6高回流H2-H1-+H3T201ΔT201(u3)L201RRR高塔顶温度高精段温差高塔液位Gc16u7冷阀反馈+H4气关高沸塔控制方案框图三Gc17Gc18Gc19ΣKu7冷阀H2+H1--H3P201T201u5RR高塔顶压力高塔顶温度高回流阀反馈Gc20u6高加热阀反馈+H4气关VCM精馏操作流程图悬浮法本体法乳液法溶液法PVC聚合的四种生产工艺四种工艺比较一悬浮法聚合生产工艺成熟、操作简单、生产成本低、产品品种多、应用范围广，一直是生产PVC树脂的主要方法，目前世界上90％的PVC树脂(包括均聚物和共聚物)都是出自悬浮法生产装置。乳液聚合与悬浮聚合基本类似，只是要采用更为大量的乳化剂，并且不是溶于水中而是溶于单体中。这种聚合体系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，从而得到粒径很小的聚合物树脂，一般乳液法生产的PVC树脂的粒径为0.1—0.2mm，悬浮法为20―200mm。四种工艺比较二本体法生产工艺在无水、无分散剂，只加入引发剂的条件下进行聚合，不需要后处理设备，投资小、节能、成本低。用本体法PVC树脂生产的制品透明度高、电绝缘性好、易加工，用来加工悬浮法树脂的设备均可用于加工本体法树脂。溶液聚合单体溶解在一种有机溶剂（如n－丁烷或环己烷）中引发聚合，随着反应的进行聚合物沉淀下来。溶液聚合反应专门用于生产特种氯乙烯与醋酸乙烯共聚物。溶液聚合反应生产的共聚物纯净、均匀，具有独特的溶解性和成膜性。所需的物料品种较多无离子水（脱盐水）VCM单体引发剂分散剂调节剂终止剂等等加料的精度要求高仪表精度不低于0.5级；测量上经常采用双流量计，计量槽＋流量计，电子称部分物料甚至采用稀释方式来提高加料的精度批量加料品种多，要求高一个聚合釜要生产多种型号的产品，过程复杂爆聚转型粘釜粗料釜温釜压控制精度要求高过渡釜温超调不超过0.5℃；保温阶段釜温偏差±0.2℃。过程复杂、控制精度高GOODRICH工艺特点一釜体积70m3传热能力大，生产强度高，内冷挡板；设计压力高设计压力2.1MPa，可生产低聚合度树脂；防粘釜技术特殊的防粘釜液釜壁冲洗和防粘釜液喷涂技术高压水清釜先进的生产工艺有效的防止粘釜热水加料工艺聚合注水工艺GOODRICH工艺特点二生产工艺密闭化前提条件先进的防粘釜技术达到几百釜不开盖清釜。先进的加料工艺所有物料均以液态形式输送，实现了聚合过程的密闭化和自动化操作GOODRICH工艺特点三单体回收技术传统回收方式来说．每一个聚合反应周期均有约10一15％的未反应VCM进入精馏系统循环精制,加大了精馏系统生产负荷。既浪费了能源又降低了设备能力。日本信越回收技术回收VCM质量优良,对聚合反应及树脂产品质量无影响、但流程长设备多、成本及处理费用高。美国古德里奇回收技术工艺合理，设备只有信越的一半不到，并且回收VCM无需返回精馏系统进行循环精制。减轻了精馏系统的生产负荷，有效地提高合成转化的生产能力。GOODRICH工艺特点四转化率计算粗料预估加料完反应过程中动力学模型主要控制过程无离子水、VCM、分散剂、各种助剂加料；等温入料入料完釜温异常调整引发剂恒温聚合注水反应结束、加入终止剂等浆料输送（聚合釜出料）汽提离心干燥公用工程等温入料控制策略控制要求：单体、去离子水等同时加入聚合釜，加料完毕釜温大约比反应温度高2℃左右；控制方法利用热平衡方程式，以设定釜温为目标，通过各种物料的进料温度、流量动态调整控制加料；引发剂加入前温度超差控制等温入料控制流程图反应温度控制硬件设备夹套设备：釜体采用半圆管夹套，避免了普通夹套的缺点，增加了导热能力。内冷挡板：内冷管间采用独特的设计结构，更有利于传热。并且内冷管兼具挡板作用可以增加釜内流体湍流，增加传热。合理温控方案的应用根据釜温、夹套温度采用串级温度控制方案，控制冷却水根据釜温直接控制内冷挡板冷却水聚合模拟控制注水控制主要方法聚合开始后定期注入补充水直到预定的水比锦西化工研究院经过大量试验得到如下结论：在聚合前采用低水比(1.2—1.4)当聚合反应开始后1小时左右，在易发生暴聚的转化率10％到达之前开始注入水。此后每15分钟加入一次使最终水比达2:1。缺点：该法使物料体积在一定范围内波动，忽高忽低，在气液界面仍有少量粘结物生成。注水控制根据