正丁烷法制順酐氧化反應(yīng)器溫度調(diào)節(jié)控制裝置探究

馮宏，戰(zhàn)彬

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

固定床列管式反應(yīng)器是正丁烷法制順酐的核心設(shè)備，其反應(yīng)溫度一直是控制順丁烯二酸酐產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。該列管式反應(yīng)器的管程進(jìn)行氧化聚合反應(yīng)，其殼程進(jìn)行溫度控制，確?；瘜W(xué)合成反應(yīng)順利進(jìn)行。

其原工藝流程和調(diào)節(jié)方式如圖1：

圖1

順酐反應(yīng)器中的換熱介質(zhì)采用熔鹽，工作溫度區(qū)間為400～430℃，控制溫度為410±2℃。熔鹽通過軸流泵提供動力，在反應(yīng)器殼程中進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，從而置換管程的放熱。熱熔鹽流經(jīng)調(diào)節(jié)閥到熔鹽冷卻器，完成反應(yīng)熱移出反應(yīng)器。該調(diào)節(jié)閥可根據(jù)反應(yīng)器殼程的溫度進(jìn)行開度的調(diào)節(jié)，來穩(wěn)定反應(yīng)器的熱環(huán)境。

1 工藝流程的探索

分析上述整個換熱過程是一個環(huán)流過程。熔鹽首先在反應(yīng)器中進(jìn)行了加熱，然后流至熔鹽冷卻器進(jìn)行換熱降溫，后再流入反應(yīng)器。因此，在整個過程中，控制進(jìn)入熔鹽冷卻器的流量，即可控制了反應(yīng)器的冷卻速度，起到控制反應(yīng)器溫度的作用。

經(jīng)上述分析，可以將上述工藝流程和調(diào)節(jié)方式修改為圖2。

圖2

2 溫度對于裝置的影響

該裝置的主體采用管狀結(jié)構(gòu)，其運行溫度和安裝溫度的溫差最大值約為410℃。溫度調(diào)節(jié)控制裝置進(jìn)出口受到兩個設(shè)備（即列管式固定床反應(yīng)器和熔鹽冷卻器）的接口限制，所以應(yīng)在該裝置中部位置設(shè)置膨脹節(jié)，來緩解自身膨脹產(chǎn)生的膨脹力。

3 裝置流量的控制

3.1 裝置的密封

由于熔鹽有較強(qiáng)的滲透性，把與電機(jī)連接的密封設(shè)置在裝置的上部，即熔鹽達(dá)不到的地方。采用空心軸桿與下部閥體進(jìn)行運動位移傳輸。閥體與閥座的密封采用楔面壓緊金屬密封，要求在裝置關(guān)閉時，電機(jī)提供略大于實際尺寸的位移量，以保證壓緊密封。

3.2 裝置的流通面積

在等流速的條件下，控制流量的關(guān)鍵因素為流通面積。因此，采用了長方形與三角形的拼合控制流通面積。如圖3所示。

圖3

圖3中的陰影部分為實現(xiàn)的流通面積，其范圍為0至三角形的面積。因為在整個圓周上均布四個流通口，所以整體流通面積為單個形狀拼合的4倍。

3.3 閥體行程的控制

為了滿足反應(yīng)器溫度的連續(xù)精確控制，將閥體有效行程細(xì)分為千分之一，采集反應(yīng)器不同點位的溫度值，通過DCS分析，利用上部電機(jī)對閥體的行程進(jìn)行精確和持續(xù)的控制。自動調(diào)節(jié)控制條件如表1。

表1

4 裝置出口流向

裝置出口連接反應(yīng)器的上環(huán)道，也就是存在流體分流的情況。根據(jù)裝置離軸流泵的位置遠(yuǎn)近，需要調(diào)節(jié)進(jìn)入環(huán)道后兩側(cè)流量分配，以達(dá)成整體溫度的均衡。因此，需要在裝置出口處設(shè)置可調(diào)節(jié)倒流板，用于調(diào)節(jié)兩側(cè)環(huán)道的均衡。

5 裝置內(nèi)部轉(zhuǎn)動

裝置內(nèi)部的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，是因為內(nèi)部流體很難達(dá)到均勻的流動，同時流經(jīng)閥體時會產(chǎn)生折流等復(fù)雜流動，所以在實際操作過程中，閥體在閥座內(nèi)產(chǎn)生了輕微的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動后的不利影響是流通面積會減少，使得閥體再次動作來滿足反應(yīng)器溫度的要求。為了避免此類問題的產(chǎn)生，需要在軸桿處加裝防轉(zhuǎn)措施，確保流通面積的操作準(zhǔn)確。

6 溫度調(diào)節(jié)控制裝置示意圖（圖4）

圖4

7 溫度調(diào)節(jié)控制裝置在工程中的應(yīng)用

該裝置多次應(yīng)用于正丁烷法制順酐的工程中，通過記錄并對比反應(yīng)器的測量溫度，可以明顯體現(xiàn)出其穩(wěn)定反應(yīng)器內(nèi)溫度的作用。記錄數(shù)據(jù)如圖5。

圖5

8 結(jié)論

通過優(yōu)化工藝流程，對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，滿足并穩(wěn)定了反應(yīng)器的反應(yīng)溫度，為正丁烷聚合反應(yīng)提供可靠的環(huán)境條件。與此同時，節(jié)約了大量的設(shè)備成本。