化工单元仿真实训-固定床精馏塔

注意：实训必须手写，统一用信纸。封面可以打印。本学期考试周前交回来本学期才有成绩。逾期本学期该实训成绩算缺考。化工单元仿真实训实习报告班级：学号：姓名：日期：实训一固定床反应器单元一、流程1、工艺说明固定床反应器，又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。主反应为：nC2H2＋2nH2（C2H6）n，该反应是放热反应。每克乙炔反应后放出热量约为34000千卡。温度超过66℃时有副反应为：2nC2H4（C4H8）n，该反应也是放热反应。冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷蒸汽通过冷却水冷凝。反应原料分两股,一股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。FIC1425与FIC1427为比值控制,两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器(EH-423)预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进入固定床反应器(ER-424A/B)。预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应生成C2H6。当温度过高时会发生C2H4聚合生成C4H8的副反应。反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝,而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。2、本单元复杂控制回路说明FFI1427：为一比值调节器。根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。3、设备一览EH-423：原料气/反应气换热器EH-424：原料气预热器EH-429：C4蒸汽冷凝器EV-429：C4闪蒸罐ER424A/B：C2X加氢反应器二、固定床反应器单元操作规程1、开车操作规程本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。装置的开工状态为反应器和闪蒸罐都处于已进行过氮气冲压置换后，保压在0.03MPa状态。可以直接进行实气冲压置换。1.1、EV-429闪蒸器充丁烷(1)确认EV-429压力为0.03MPa。(2)打开EV-429回流阀PV1426的前后阀VV1429、VV1430。(3)调节PV1426(PIC1426)阀开度为50%。(4)EH-429通冷却水，打开KXV1430，开度为50%。(5)打开EV-429的丁烷进料阀门KXV1420，开度50%。(6)当EV-429液位到达50%时，关进料阀KXV1420。1.2、ER-424A反应器充丁烷(1)确认事项①反应器0.03MPa保压。②EV-429液位到达50％。(2)充丁烷打开丁烷冷剂进ER-424A壳层的阀门KXV1423，有液体流过，充液结束；同时打开出ER-424A壳层的阀门KXV1425。1.3、ER-424A启动(1)启动前准备工作①ER-424A壳层有液体流过。②打开S3蒸汽进料控制TIC1466.③调节PIC-1426设定，压力控制设定在0.4MPa。(2)ER-424A充压、实气置换①打开FIC1425的前后阀VV1425、VV1426和KXV1412。②打开阀KXV1418。③微开ER-424A出料阀KXV1413，丁烷进料控制FIC1425(手动)，慢慢增加进料，提高反应器压力，充压至2.523MPa。④慢开ER-424A出料阀KXV1413至50%，充压至压力平衡。⑤乙炔原料进料控制FIC1425设自动，设定值56186.8KG/H。(3)ER-424A配氢，调整丁烷冷剂压力①稳定反应器入口温度在38.0℃，使ER-424A升温。②当反应器温度接近38.0℃(超过35.0℃)，准备配氢。打开FV1427的前后阀VV1427、VV1428。③氢气进料控制FIC1427设自动,流量设定80KG/H。④观察反应器温度变化，当氢气量稳定后,FIC1427设手动。⑤缓慢增加氢气量，注意观察反应器温度变化。⑥氢气流量控制阀开度每次增加不超过5％。⑦氢气量最终加至200KG/H左右，此时H2/C2=2.0，FIC1427投串级。⑧控制反应器温度44.0℃左右。2、正常操作规程2.1、正常工况下工艺参数(1)正常运行时，反应器温度TI1467A：44.0℃，压力PI1424A控制在2.523MPa。(2)FIC1425设自动，设定值56186.8KG/H，FIC1427设串级。(3)PIC1426压力控制在0.4MPa，EV-429温度TI1426控制在38.0℃。(4)TIC1466设自动，设定值38.0℃。(5)ER-424A出口氢气浓度低于50PPm，乙炔浓度低于200PPm。(6)EV429液位LI1426为50%。2.2、ER-424A与ER-424B间切换(1)关闭氢气进料。(2)ER-424A温度下降低于38.0℃后，打开C4冷剂进ER-424B的阀KXV1424、KXV1426，关闭C4冷剂进ER-424A的阀KXV1423、KXV1425。(3)开C2H2进ER-424B的阀KXV1415，微开KXV1416。关C2H2进ER-424A的阀KXV1412。2.3、ER-424B的操作ER-424B的操作与ER-424A操作相同。3、停车操作规程本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。3.1、正常停车(1)关闭氢气进料，关VV1427、VV1428，FIC1427设手动，设定值为0%。(2)关闭加热器EH-424蒸汽进料,TIC1466设手动,开度0%。(3)闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100%。(4)逐渐减少乙炔进料，开大EH-429冷却水进料。(5)逐渐降低反应器温度、压力，至常温、常压。(6)逐渐降低闪蒸器温度、压力，至常温、常压。3.2、紧急停车(1)与停车操作规程相同。(2)也可按急停车按钮（在现场操作图上）。4、联锁说明该单元有一联锁。4.1、联锁源(1)现场手动紧急停车(紧急停车按钮)。(2)反应器温度高报(TI1467A/B>66℃)。4.2、联锁动作(1)关闭氢气进料，FIC1427设手动。(2)关闭加热器EH-424蒸汽进料，TIC1466设手动。(3)闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100％。(4)自动打开电磁阀XV1426。该联锁有一复位按钮。注:在复位前，应首先确定反应器温度已降回正常，同时处于手动状态的各控制点的设定应设成最低值。5、仪表及报警一览表位号说明类型量程高限量程低限单位报警上限报警下限PIC1426EV429罐压力控制PID1.00.0MPa0.70无TIC1466EH423出口温控PID80.00.0℃43.0无FIC1425C2X流量控制PID700000.00.0KG/H无无FIC1427H2流量控制PID300.00.0KG/H无无FT1425C2X流量PV700000.00.0KG/H无无FT1427H2流量PV300.00.0KG/H无无TC1466EH423出口温度PV80.00.0℃43.0无TI1467AER424A温度PV400.00.0℃48.0无TI1467BER424B温度PV400.00.0℃48.0无PC1426EV429压力PV1.00.0MPa0.70无LI1426EV429液位PV1000.0%80.020.0AT1428ER424A出口氢浓度PV200000.0PPm90.0无无AT1429ER424A出口乙炔浓度PV1000000.0PPm无无无AT1430ER424B出口氢浓度PV200000.0PPm90.0无无AT1431ER424B出口乙炔浓度PV1000000.0PPm无无无三、事故设置一览下列事故处理操作仅供参考，详细操作以评分系统为准。1、氢气进料阀卡住原因：FIC1427卡在20%处。现象：氢气量无法自动调节。处理：降低EH-429冷却水的量。用旁路阀KXV1404手工调节氢气量。2、预热器EH-424阀卡住原因：TIC1466卡在70%处。现象：换热器出口温度超高。处理：增加EH-429冷却水的量。减少配氢量。3、闪蒸罐压力调节阀卡原因：PIC1426卡在20%处。现象：闪蒸罐压力，温度超高。处理：增加EH-429冷却水的量。用旁路阀KXV1434手工调节。4、反应器漏气原因：反应器漏气，KXV1414卡在50%处。现象：反应器压力迅速降低。处理：停工。5、EH-429冷却水停原因：EH-429冷却水供应停止。现象：闪蒸罐压力，温度超高。处理：停工。6、反应器超温原因：闪蒸罐通向反应器的管路有堵塞。现象：反应器温度超高，会引发乙烯聚合的副反应。处理：增加EH-429冷却水的量。实训二精馏塔单元一、工艺流程说明1、工艺流程简述精馏是化工生产中分离互溶液体混和物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定的压力下，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（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）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份浓度逐渐升高，从而实现分离。精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备。精流塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提馏段。一定温度和压力的料液进入精流塔后，轻组分在精流段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提馏段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液），一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸汽气流。本流程是利用精馏方法，在脱丁烷塔中将丁烷从脱丙烷塔釜混合物中分离出来。精馏是将液体混合物部分气化，利用其中各组分相对挥发度的不同，通过液相和气相间的质量传递来实现对混合物分离。本装置中将脱丙烷塔釜混合物部分气化，由于丁烷的沸点较低，即其挥发度较高，故丁烷易于从液相中气化出来，再将气化的蒸汽冷凝，可得到丁烷组成高于原料的混合物，经过多次气化冷凝，即可达到分离混合物中丁烷的目的。原料为67.8℃脱丙烷塔的釜液(主要有C4、C5、C6、C7等)，由脱丁烷塔(DA-405)的第16块板进料(全塔共32块板),进料量由流量控制器FIC101控制。灵敏板温度由调节器TC101通过调节再沸器加热蒸汽的流量,来控制提馏段灵敏板温度，从而控制丁烷的分离质量。脱丁烷塔塔釜液（主要为C5以上馏分）一部分作为产品采出，一部分经再沸器(EA-418A、B)部分汽化为蒸汽从塔底上升。塔釜的液位和塔釜产品采出量由LC101和FC102组成的串级控制器控制。再沸器采用低压蒸汽加热。塔釜蒸汽缓冲罐（FA－414）液位由液位控制器LC102调节底部采出量控制。塔顶的上升蒸汽（C4馏分和少量C5馏分）经塔顶冷凝器（EA-419）全部冷凝成液体，该冷凝液靠位差流入回流罐（FA-408）。塔顶压力PC102采用分程控制：在正常的压力波动下，通过调节塔顶冷凝器的冷却水量来调节压力，当压力超高时，压力报警系统发出报警信号，PC102调节塔顶至回流罐的排气量来控制塔顶压力调节气相出料。操作压力4.25atm(表压)，高压控制器PC101将调节回流罐的气相排放量，来控制塔内压力稳定。冷凝器以冷却水为载热体。回流罐液位由液位控制器LC103调节塔顶产品采出量来维持恒定。回流罐中的液体一部分作为塔顶产品送下一工序，另一部分液体由回流泵(GA-412A、B)送回塔顶做为回流，回流量由流量控制器FC104控制。2、本单元复杂控制说明吸收解吸单元复杂控制回路主要是串级回路的使用，在吸收塔、解吸塔和产品罐中都使用了液位与流量串级回路。串级回路：是在简单调节系统基础上发展起来的。在结构上，串级回路调节系统有两个闭合回路。主、副调节器串联，主调节器的输出为副调节器的给定值，系统通过副调节器的输出操纵调节阀动作，实现对主参数的定值调节。所以在串级回路调节系统中，主回路是定值调节系统，副回路是随动系统。分程控制：就是由一只调节器的输出信号控制两只或更多的调节阀，每只调节阀在调节器的输出信号的某段范围中工作。具体实例：DA405的塔釜液位控制LC101和和塔釜出料FC102构成一串级回路。FC102.SP随LC101.OP的改变而变化。PIC102为一分程控制器，分别控制PV102A和PV102B，当PC102.OP逐渐开大时，PV102A从0逐渐开大到100；而PV102B从100逐渐关小至0。3、设备一览DA-405：脱丁烷塔EA-419：塔顶冷凝器FA-408：塔顶回流罐GA-412A、B：回流泵EA-418A、B：塔釜再沸器FA-414：塔釜蒸汽缓冲罐二、精馏单元操作规程1、冷态开车操作规程本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。装置冷态开工状态为精馏塔单元处于常温、常压氮吹扫完毕后的氮封状态，所有阀门、机泵处于关停状态。1.1、进料过程(1)开FA-408顶放空阀PC101排放不凝气，稍开FIC101调节阀（不超过20%），向精馏塔进料。(2)进料后，塔内温度略升，压力升高。当压力PC101升至0.5atm时，关闭PC101调节阀投自动，并控制塔压不超过4.25atm(如果塔内压力大幅波动，改回手动调节稳定压力)。1.2、启动再沸器(1)当压力PC101升至0.5atm时，打开冷凝水PC102调节阀至50%；塔压基本稳定在4.25atm后，可加大塔进料（FIC101开至50%左右）。(2)待塔釜液位LC101升至20%以上时，开加热蒸汽入口阀V13，再稍开TC101调节阀，给再沸器缓慢加热，并调节TC101阀开度使塔釜液位LC101维持在40%-60%。待FA-414液位LC102升至50%时，并投自动，设定值为50％。1.3、建立回流随着塔进料增加和再沸器、冷凝器投用，塔压会有所升高。回流罐逐渐积液。(1)塔压升高时，通过开大PC102的输出，改变塔顶冷凝器冷却水量和旁路量来控制塔压稳定。(2)当回流罐液位LC103升至20%以上时，先开回流泵GA412A/B的入口阀V19，再启动泵，再开出口阀V17，启动回流泵。(3)通过FC104的阀开度控制回流量，维持回流罐液位不超高，同时逐渐关闭进料，全回流操作。1.4、调整至正常(1)当各项操作指标趋近正常值时，打开进料阀FIC101。(2)逐步调整进料量FIC101至正常值。(3)通过TC101调节再沸器加热量使灵敏板温度TC101达到正常值。(4)逐步调整回流量FC104至正常值。(5)开FC103和FC102出料，注意塔釜、回流罐液位。(6)将各控制回路投自动，各参数稳定并与工艺设计值吻合后，投产品采出串级。2、正常操作规程2.1、正常工况下的工艺参数(1)进料流量FIC101设为自动,设定值为14056kg/hr。(2)塔釜采出量FC102设为串级，设定值为7349kg/hr，LC101设自动，设定值为50％。(3)塔顶采出量FC103设为串级，设定值为6707kg/hr。(4)塔顶回流量FC104设为自动，设定值为9664kg/hr。(5)塔顶压力PC102设为自动，设定值为4.25atm，PC101设自动，设定值为5.0atm。(6)灵敏板温度TC101设为自动，设定值为89.3℃。(7)FA-414液位LC102设为自动，设定值为50%。(8)回流罐液位LC103设为自动，设定值为50%。2.2、主要工艺生产指标的调整方法(1)质量调节：本系统的质量调节采用以提馏段灵敏板温度作为主参数，以再沸器和加热蒸汽流量的调节系统，以实现对塔的分离质量控制。(2)压力控制：在正常的压力情况下，由塔顶冷凝器的冷却水量来调节压力，当压力高于操作压力4.25atm(表压）时，压力报警系统发出报警信号，同时调节器PC101将调节回流罐的气相出料，为了保持同气相出料的相对平衡，该系统采用压力分程调节。(3)液位调节：塔釜液位由调节塔釜的产品采出量来维持恒定。设有高低液位报警。回流罐液位由调节塔顶产品采出量来维持恒定。设有高低液位报警。(4)流量调节：进料量和回流量都采用单回路的流量控制；再沸器加热介质流量，由灵敏板温度调节。3、停车操作规程本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。3.1、降负荷(1)逐步关小FIC101调节阀，降低进料至正常进料量的70%。(2)在降负荷过程中，保持灵敏板温度TC101的稳定性和塔压PC102的稳定，使精馏塔分离出合格产品。(3)在降负荷过程中，尽量通过FC103排出回流罐中的液体产品，至回流罐液位LC104在20%左右。(4)在降负荷过程中，尽量通过FC102排出塔釜产品，使LC101降至30%左右。3.2、停进料和再沸器在负荷降至正常的70%，且产品已大部采出后，停进料和再沸器。(1)关FIC101调节阀，停精馏塔进料。(2)关TC101调节阀和V13或V16阀，停再沸器的加热蒸汽。(3)关FC102调节阀和FC103调节阀，停止产品采出。(4)打开塔釜泄液阀V10，排不合格产品，并控制塔釜降低液位。(5)手动打开LC102调节阀，对FA-114泄液。3.3、停回流(1)停进料和再沸器后，回流罐中的液体全部通过回流泵打入塔，以降低塔内温度。(2)当回流罐液位至0时，关FC104调节阀，关泵出口阀V17（或V18），停泵GA412A（或GA412B），关入口阀V19（或V20），停回流。(3)开泄液阀V10排净塔内液体。3.4降压、降温(1)打开PC101调节阀，将塔压降至接近常压后，关PC101调节阀。(2)全塔温度降至50℃左右时，关塔顶冷凝器的冷却水(PC102的输出至0)。4、仪表一览表位号说明类型正常值量程高限量程低限工程单位FIC101塔进料量控制PID14056.028000.00.0kg/hrFC102塔釜采出量控制PID7349.014698.00.0kg/hrFC103塔顶采出量控制PID6707.013414.00.0kg/hrFC104塔顶回流量控制PID9664.019000.00.0kg/hrPC101塔顶压力控制PID4.258.50.0atmPC102塔顶压力控制PID4.258.50.0atmTC101灵敏板温度控制PID89.3190.00.0℃LC101塔釜液位控制PID50.0100.00.0％LC102塔釜蒸汽缓冲罐液位控制PID50.0100.00.0％LC103塔顶回流罐液位控制PID50.0100.00.0％TI102塔釜温度AI109.3200.00.0℃TI103进料温度AI67.8100.00.0℃TI104回流温度AI39.1100.00.0℃TI105塔顶气温度AI46.5100.00.0℃三、事故设置一览下列事故处理操作仅供参考，详细操作以评分系统为准。1、热蒸汽压力过高原因：热蒸汽压力过高。现象：加热蒸汽的流量增大，塔釜温度持续上升。处理：适当减小TC101的阀门开度。2、热蒸汽压力过低原因:热蒸汽压力过低。现象:加热蒸汽的流量减小，塔釜温度持续下降。处理:适当增大TC101的开度。3.冷凝水中断原因:停冷凝水。现象:塔顶温度上升，塔顶压力升高。处理：(1)开回流罐放空阀PC101保压。(2)手动关闭FC101，停止进料。(3)手动关闭TC101，停加热蒸汽。(4)手动关闭FC103和FC102，停止产品采出。(5)开塔釜排液阀V10,排不合格产品。(6)手动打开LIC102,对FA114泄液。(7)当回流罐液位为0时,关闭FIC104。(8)关闭回流泵出口阀V17/V18。(9)关闭回流泵GA424A/GA424B。(10)关闭回流泵入口阀V19/V20。(11)待塔釜液位为0时,关闭泄液阀V10。(12)待塔顶压力降为常压后,关闭冷凝器。4.停电原因:停电。现象:回流泵GA412A停止，回流中断。处理：(1)手动开回流罐放空阀PC101泄压。(2)手动关进料阀FIC101。(3)手动关出料阀FC102和FC103。(4)手动关加热蒸汽阀TC101。(5)开塔釜排液阀V10和回流罐泄液阀V23,排不合格产品。(6)手动打开LIC102,对FA114泄液。(7)当回流罐液位为0时,关闭V23。(8)关闭回流泵出口阀V17/V18。(9)关闭回流泵GA424A/GA424B。(10)关闭回流泵入口阀V19/V20。(11)待塔釜液位为0时,关闭泄液阀V10。(12)待塔顶压力降为常压后,关闭冷凝器。5.回流泵故障原因：回流泵GA-412A泵坏。现象：GA-412A断电，回流中断，塔顶压力、温度上升。处理：(1)开备用泵入口阀V20。(2)启动备用泵GA412B。(3)开备用泵出口阀V18。(4)关闭运行泵出口阀V17。(5)停运行泵GA412A。(6)关闭运行泵入口阀V19。6.回流控制阀FC104阀卡原因:回流控制阀FC104阀卡。现象:回流量减小，塔顶温度上升，压力增大。处理:打开旁路阀V14，保持回流。