１ 工藝簡介

順酐（Ｃ４Ｈ２Ｏ３）全稱順丁烯二酸酐，是一種重要的基本有機化工原料，廣泛用于農藥、醫藥、合成樹脂等工業領域，主要采用苯氧化法生產。

苯氧化法生產的基本原理是：苯蒸氣和空氣（或氧氣）在催化劑上氣相催化氧化生成順酐。該反應是一個由平行——連串反應組成的強放熱反應過程，其化學反應方程式為：

蘇州合成化工廠4000t/a順酐生產工藝流程如圖１所示，整個工藝過程包括氧化工序、洗滌工序、精餾工序、蒸汽熱水系統和造粒包裝工序五個部分。

原料苯和預熱后的空氣以一定的比例混合后，進入裝有催化劑的列管式固定床反應器的頂部，苯氧化生成順酐，同時放出大量反應熱，反應生成氣經冷卻后，約60%的順酐在后冷器中冷凝，經分離后送粗酐貯罐等待進一步處理。未分離的含順酐氣體送洗滌塔用工藝水吸收，生成順酸進入順酸槽，供后工序精制，尾氣排空。精餾塔間隙操作，分批將產品脫水精制。先將鄰二甲苯（O－X）灌入精餾塔，再將順酸送進精餾塔，用鄰二甲苯作共沸劑，共沸精餾，脫除水分，再脫鄰二甲苯，最后精制順酐，去掉頭尾組分，取中間的順酐作為合格產品。液態順酐送成型機制成顆粒狀固體產品，經稱量包裝作為最終產品。

根據生產工藝要求，整個順酐生產過程的輸入／輸出信號點數為304點，具體分布見表1。

２ DCS系統組成

順酐生產過程的ＤＣＳ系統采用了美國HONEYWELL.htm“ target=”_blank“ title=”Honeywell貨源和PDF資料“》Honeywell公司的S9000/R150系統，并下掛udc3000單回路控制器的總體結構方案。

HONEYWELL公司推出的R150版DCS是建立在S9000控制器、620邏輯控制器和PC486監控站平臺之上的模塊化開放式系統，它采用國際標準的以太網通訊（MASnet），并在Windows環境下為用戶提供了有效而方便的監控手段，集回路、邏輯控制于一體，增強了繪圖、顯示、趨勢、報警和報表等多種監控功能，使組態更方便，使用操作更靈活。

系統選用三臺Intel 586工控機作監控站，除具備編程、組態、系統生成功能外，還具備了操作站的所有操作及顯示功能。其中1#監控站主要監控氧化、洗滌工序，2#監控站主要監控精餾工序，3#監控站主要監控蒸汽熱水、包裝工序，三個監控站之間采用以太網通訊，互為熱備。此外，系統還配備了一臺打印機，定時或隨機打印各種報表、圖形和報警信息。

系統控制站選用了S9000中的9100e型控制器，它具有32個PID回路控制，640點I/O能力。鑒于每臺9100e控制器最大模擬量輸入為96點，所以系統選配了兩臺9100e控制器以及相應的I/O擴展箱，其中一臺用于氧化和洗滌工序的數據采集和控制，另一臺用于精餾、蒸汽熱水和包裝工序的數據采集和控制。監控站和控制站之間采用標準的以太網通訊，通訊速率可達10Mbps，DCS系統的總體結構如圖2所示。

為了保證生產過程的安全可靠，系統除了所有的回路輸出均配有手操器外，對生產過程中的重要控制回路采用了udc3000單回路控制器作熱備。一旦S9000系統發生故障，可用udc3000進行自動控制或用手操器操作，避免停車。此外，通過組態相應的軟件，實現了DCS系統對氧化反應器、精餾塔等重要設備的安全聯鎖保護功能。

３ DCS系統軟件開發

針對順酐生產過程所開發的控制系統應用軟件主要由控制組態軟件和監控組態軟件兩大部分組成，其中控制組態軟件主要包括連續控制圖（CCC圖）和梯形邏輯圖（RLL圖），監控組態軟件包括生產流程圖、控制回路圖、歷史趨勢圖、報警系統圖和參數報表等。操作畫面為全中文顯示。

CCC圖采用圖形方式組態PID回路的調節、數據的采集和運算，提供了回路調節、設定點程序／處方、梯形邏輯、算式運算、常用計算輔助功能、布爾運算和記錄儀等九大類50多種功能模塊。每種模塊完成一定的控制與計算功能，通過組態相應的模塊和塊參數，系統可將控制方案組態成相應的控制軟件，下裝至控制器中，自動生成實時數據庫，供生產流程圖、控制回路圖、歷史趨勢圖、報警系統圖及參數報表等監控畫面調用。

順酐生產過程按工藝要求設置了23個控制回路，其中溫度控制回路9個，液位控制回路3個，壓力控制回路6個，流量控制回路5個。為使氧化反應正常進行，要求嚴格控制反應器的熱點溫度和鹽點溫度，而穩定熱點溫度的手段是調節進入反應器的苯和空氣的比例，工藝要求苯和空氣的比值為1/24，通過測量空氣流量來調節苯流量，組成一個單閉環比值控制系統，圖3為苯流量單閉環比值控制組態圖。圖中，空氣流量信號通過質量流量模塊MSF進行溫度和壓力校正，校正后的流量信號通過除法器作為苯流量的設定值。在PID2模塊中，若輸出跟蹤有效信號OTC=1，即手操器處于手動位置，則PID算法被抑制，模塊輸出為OTV值（即跟蹤手操器的輸出值）；否則OTC=0，即手操器處于自動位置，模塊輸出為PID的運算結果，這樣可實現系統自動和手動的無擾切換。實際運行結果表明，當空氣流量達到21600kg/h時，苯流量為900±10kg/h，具有較好的穩定性，滿足了生產要求。

此外，整個生產過程還根據工藝要求設置了蒸汽流量、順酸采出量和苯流量3個需經濟考核的流量累積指標。由于沒有配置流量積算儀和脈沖輸入模塊，流量累積只能通過組態有關算法模塊實現。圖4為蒸汽流量累積組態圖，通過蒸汽流量輸出模塊UAI、系統模塊SYS中的CYCT系統循環周期、乘法器MUL、除法器DIV將瞬時流量換算為累計流量，加法器ADD完成蒸汽流量的累積并輸出。切換開關SW模塊中，若操作員點擊“清零”按鈕，則SY=1（F104=1），模塊輸出為Y=0，加法器模塊累加值清零，完成“清零”功能，否則繼續累積。

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