正丁烷法制顺酐氧化反应器温度调节控制装置探究

冯宏，战彬

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

固定床列管式反应器是正丁烷法制顺酐的核心设备，其反应温度一直是控制顺丁烯二酸酐产品质量的关键因素之一。该列管式反应器的管程进行氧化聚合反应，其壳程进行温度控制，确保化学合成反应顺利进行。

其原工艺流程和调节方式如图1：

图1

顺酐反应器中的换热介质采用熔盐，工作温度区间为400～430℃，控制温度为410±2℃。熔盐通过轴流泵提供动力，在反应器壳程中进行强制循环，从而置换管程的放热。热熔盐流经调节阀到熔盐冷却器，完成反应热移出反应器。该调节阀可根据反应器壳程的温度进行开度的调节，来稳定反应器的热环境。

1 工艺流程的探索

分析上述整个换热过程是一个环流过程。熔盐首先在反应器中进行了加热，然后流至熔盐冷却器进行换热降温，后再流入反应器。因此，在整个过程中，控制进入熔盐冷却器的流量，即可控制了反应器的冷却速度，起到控制反应器温度的作用。

经上述分析，可以将上述工艺流程和调节方式修改为图2。

图2

2 温度对于装置的影响

该装置的主体采用管状结构，其运行温度和安装温度的温差最大值约为410℃。温度调节控制装置进出口受到两个设备（即列管式固定床反应器和熔盐冷却器）的接口限制，所以应在该装置中部位置设置膨胀节，来缓解自身膨胀产生的膨胀力。

3 装置流量的控制

3.1 装置的密封

由于熔盐有较强的渗透性，把与电机连接的密封设置在装置的上部，即熔盐达不到的地方。采用空心轴杆与下部阀体进行运动位移传输。阀体与阀座的密封采用楔面压紧金属密封，要求在装置关闭时，电机提供略大于实际尺寸的位移量，以保证压紧密封。

3.2 装置的流通面积

在等流速的条件下，控制流量的关键因素为流通面积。因此，采用了长方形与三角形的拼合控制流通面积。如图3所示。

图3

图3中的阴影部分为实现的流通面积，其范围为0至三角形的面积。因为在整个圆周上均布四个流通口，所以整体流通面积为单个形状拼合的4倍。

3.3 阀体行程的控制

为了满足反应器温度的连续精确控制，将阀体有效行程细分为千分之一，采集反应器不同点位的温度值，通过DCS分析，利用上部电机对阀体的行程进行精确和持续的控制。自动调节控制条件如表1。

表1

4 装置出口流向

装置出口连接反应器的上环道，也就是存在流体分流的情况。根据装置离轴流泵的位置远近，需要调节进入环道后两侧流量分配，以达成整体温度的均衡。因此，需要在装置出口处设置可调节倒流板，用于调节两侧环道的均衡。

5 装置内部转动

装置内部的转动产生，是因为内部流体很难达到均匀的流动，同时流经阀体时会产生折流等复杂流动，所以在实际操作过程中，阀体在阀座内产生了轻微的转动。转动后的不利影响是流通面积会减少，使得阀体再次动作来满足反应器温度的要求。为了避免此类问题的产生，需要在轴杆处加装防转措施，确保流通面积的操作准确。

6 温度调节控制装置示意图（图4）

图4

7 温度调节控制装置在工程中的应用

该装置多次应用于正丁烷法制顺酐的工程中，通过记录并对比反应器的测量温度，可以明显体现出其稳定反应器内温度的作用。记录数据如图5。

图5

8 结论

通过优化工艺流程，对关键设备进行创新设计，满足并稳定了反应器的反应温度，为正丁烷聚合反应提供可靠的环境条件。与此同时，节约了大量的设备成本。