正丁烷法制順酐氧化反應器溫度調節控制裝置探究

馮宏，戰彬

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

固定床列管式反應器是正丁烷法制順酐的核心設備，其反應溫度一直是控制順丁烯二酸酐產品質量的關鍵因素之一。該列管式反應器的管程進行氧化聚合反應，其殼程進行溫度控制，確?；瘜W合成反應順利進行。

其原工藝流程和調節方式如圖1：

圖1

順酐反應器中的換熱介質采用熔鹽，工作溫度區間為400～430℃，控制溫度為410±2℃。熔鹽通過軸流泵提供動力，在反應器殼程中進行強制循環，從而置換管程的放熱。熱熔鹽流經調節閥到熔鹽冷卻器，完成反應熱移出反應器。該調節閥可根據反應器殼程的溫度進行開度的調節，來穩定反應器的熱環境。

1 工藝流程的探索

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

經上述分析，可以將上述工藝流程和調節方式修改為圖2。

圖2

2 溫度對于裝置的影響

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

3 裝置流量的控制

3.1 裝置的密封

由于熔鹽有較強的滲透性，把與電機連接的密封設置在裝置的上部，即熔鹽達不到的地方。采用空心軸桿與下部閥體進行運動位移傳輸。閥體與閥座的密封采用楔面壓緊金屬密封，要求在裝置關閉時，電機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

為了滿足反應器溫度的連續精確控制，將閥體有效行程細分為千分之一，采集反應器不同點位的溫度值，通過DCS分析，利用上部電機對閥體的行程進行精確和持續的控制。自動調節控制條件如表1。

表1

4 裝置出口流向

裝置出口連接反應器的上環道，也就是存在流體分流的情況。根據裝置離軸流泵的位置遠近，需要調節進入環道后兩側流量分配，以達成整體溫度的均衡。因此，需要在裝置出口處設置可調節倒流板，用于調節兩側環道的均衡。

5 裝置內部轉動

裝置內部的轉動產生，是因為內部流體很難達到均勻的流動，同時流經閥體時會產生折流等復雜流動，所以在實際操作過程中，閥體在閥座內產生了輕微的轉動。轉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器溫度的要求。為了避免此類問題的產生，需要在軸桿處加裝防轉措施，確保流通面積的操作準確。

6 溫度調節控制裝置示意圖（圖4）

圖4

7 溫度調節控制裝置在工程中的應用

該裝置多次應用于正丁烷法制順酐的工程中，通過記錄并對比反應器的測量溫度，可以明顯體現出其穩定反應器內溫度的作用。記錄數據如圖5。

圖5

8 結論

通過優化工藝流程，對關鍵設備進行創新設計，滿足并穩定了反應器的反應溫度，為正丁烷聚合反應提供可靠的環境條件。與此同時，節約了大量的設備成本。