双氧水又称过氧化氢,是一种重要的无机化工产品,在纺织、造纸、化工、轻工、医药、电子、食品、环保等领域应用广泛。工业级过氧化氢在常温下能缓慢分解,当温度升高或紫外线照射时,分解速度加快,遇到灰尘、重金属离子或碱性物质时,发生剧烈分解,放出大量氧和热,严重时会发生爆炸。过氧化氢具有较强的氧化能力,可与各类还原性物质发生反应,且制备无机过氧化物、有机过氧化物的原料。由于其优良的氧化性能,双氧水在碱性条件下能破坏有机色素分子中的共轭体系而消色,因此被广泛地用作纺织、造纸等行业的漂白剂。目前我国双氧水产品分工业级、试剂级、医药级和电子级,浓度有27.5%、35%、50%和70%等多种规格。
目前我国双氧水生产方法有蒽醌法和电解法两种。1986年以前电解法是我国双氧水生产的主要方法,由于其需要消耗大量的电力,成本提高,不适于大规模生产,已逐渐被淘汰,但电解法生产的双氧水品质最高,可精制成高浓度产品,适用于食品、医药等行业。蒽醌法比电解法优越,具有技术先进、自动化程度高、生产能力大、成本和能耗低以及“三废”易治理等多种优点。1987年以后,采用蒽醌法的双氧水产最就已超过电解法的产量。蒽醌法根据使用的催化剂不同又分为镍催化剂法和钯催化剂法,两种方法制取双氧水都要经过氢化、氧化、萃取、再生、净化等一系列过程,两者最大的区别在于前者使用的是镍催化剂悬浮床氢化器,后者使用的是钯催化剂固定床氢化器。后者与前者相比,具有工艺流程短、氢化设备简单、催化剂使用寿命长、安全可靠、操作方便等优点,因此具有更强的竞争力。截止1999年底,国内有51个双氧水生产企业,大约66套生产装置,基本上是蒽醌法生产装置,其中钯催化剂固定床氢化工艺是最主要的生产工艺。双氧水生产发展相当迅速,而且趋于向大规模、高技术、自动化控制方向发展。其中DCS集散控制系统在其中的应用变得越来越广泛和重要。
二、系统工艺流程
双氧水的生产过程包含五个工序:氢化工序、氧化工序、萃取净化工序、后处理工序、工作液配制及回收工序:
氢化工序把蒽醌转化蒽氢醌或四氢化蒽醌。
氧化工序用空气中的氧直接氧化蒽氢醌和四氢化蒽氢醌,并转化为蒽醌、四氢化蒽醌,同时生成双氧水。
萃取的作用是用无离子水从氧化液中萃取回收双氧水,生产一定浓度的双氧水溶液,该溶液再经过净化处理后,不仅降低有机碳的含量,而且生产
27.5~35%的产品出售市场。
萃取的萃余液经过后处理再生处理后进入下一个使用循环过程。其生产过程如下图所示:
作作作作作
40作作作作作作
作作
30作作作
作
作作作作
三、控制方案
根据双氧水的生产工艺过程,控制系统实现如下功能:
1、实现各个单元操作的集中监控,包括:温度、压力、流量、液位等物理量的监测与控制。动态参数检测、控制必须准确、可靠。
2、必要的遥控措施,对突发事件如停电等,系统应采取相应的保护措施,确保在紧急情况下或需要的时候对一些关键的控制点(阀门、马达等)实施遥控。
3、配置必要的报警和联锁。
4、重要参数的记录和方便地查阅其实时趋势和历史趋势。
5、可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况。
6、控制系统操作简单,参数设置、调整方便,便于操作,人性化的操作界面。
7、操作员站显示整个生产工艺流程,修改和打印各种有关参数。
在双氧水生产装置中几种典型的控制策略组态:
Ⅰ、氢化塔压力最大值与进气流量串级调节控制策略组态:
PIC102PIC103PIC104
SPPVPV
OP
如图所示,PIC102、PIC103、PIC104分别为氢化塔上、中、下塔塔顶压力,工艺操作过程为每两节塔串联使用,要求三节塔的压力最大值与进氢化塔氢气流量FT101串联调节。针对工艺的特点,引入MAX功能模块,利用DCS所提供的功能模块软连接等优点,这样很容易实现在不同情况下对调节阀FN101的控制。
作作作
作作作作作作作
FT-101
MOVE
MAX
PID2
FN101
Ⅱ、萃取塔界面液位与进水流量串级调节控制策略组态:
在本装置中投运了串级调节系统,在组态中运用DCS软连接的优点,使手动—自动—串级自由切换,开车时运用单回路调节,生产稳定后操作工可以很
容易切换为串级调节,在操作站操作MAN—AUTO—CAS,方便地将软连接切换,
调节质量高,操作简单,组态方案如下图:
Ⅲ、参数累积、温度压力补偿计算:
如蒸汽流量,应考须需要要求进行累积,在组态时加入模块——“STAT”
累积计算模块;空气流量,测量用孔板,因此应用DCS软连接引入压力补偿
(温度较稳定)。
Ⅵ、阀位设置:
因工艺安全需要,调节阀有气开式和气闭式,使用时发现,操作工和仪表
工必须要清楚每台阀门作用方式气开或气闭,才能进行手动操作的设置,这给
操作增加了难度,后来在控制组态中引入而在INV功能块,如FN—401阀门为
气闭式。
加入INV功能块,写入表达式,OP=100—PID2.OP气闭式阀门100%输出信号时,阀位全关,组态后在操作上与气开式阀门相同,操作信号为0%时为全关,100%时为全开,使操作方便简单,同时调节的正反作用设置也无须考虑阀门的正反作用,又能保证系统在气源故障时在安全阀位。同时利用功能块设置停车操作按钮,在电源设备突发事故时,操作工只要点击停车按钮,所有调节阀将按工艺要求设置的安全阀位上,保障生产安全。而且当控制点为回路故障,如现场变送器故障、线路断路时,提供了安全保障,可设置控制输出进行保持、全开输出、全关输出、安全值输出等;而且可设置对过程变化异常的报警;对控制输出的微小抖动的限制,从而可以消除调节阀在一个位置上的剧烈抖动,提高