第七章 连续反应
一、工艺流程简介
连续带搅拌的釜式反应器（CSTR）是化工过程中常见的单元操作。丙烯聚合过程是典型的连续反应。如流程图7-1所示，丙烯聚合过程采用了两釜并联进料串联反应的流程。聚合反应是在己烷溶剂中进行的，故称溶剂淤浆法聚合。首釜D-201 设有夹套冷却水散热及汽化散热。汽化后的气体经冷却器E-201进入D-207罐。D-207罐上部汽化空间的含氢（分子量调节剂）的未凝气通过鼓风机C-201经插入釜底的气体循环管返回首釜，形成丙烯气体压缩制冷回路。第二釜D-202采用夹套冷却和浆液釜外循环散热。
工艺流程简介如下：新鲜丙烯进料经阀门V1进入储罐D-207。后续工段回收的循环丙烯经阀门V2进入储罐D-207。再经泵P-201打入釜D-201。己烷经过阀门V6和V7分别进入釜D-201和D-202。首釜由阀门V8与V9分别加入催化剂A 和活化剂B。汽相丙烯经阀门V10进入釜D-202作为补充进料。少量的氢气通过调节阀进入两釜，分别用于控制聚丙烯熔融指数。熔融指数表征了聚丙烯的分子量分布。
首釜的主要操作点有：超压或停车时使用的放空阀V11，釜底泄料阀V13，夹套加热热水阀V4，搅拌电机开关M01，气体循环冷却手动调整旁路阀V3，鼓风机开关C01（备用鼓风机开关C1B）。
第二釜的主要操作点有：超压或停车时使用的放空阀V12，釜底泄料阀V14，夹套加热热水阀V5，夹套冷却水阀V15，搅拌电机开关M02，浆液循环泵电机开关P06。
储罐D-207的主要操作点有：丙烯进料阀V1，循环液相回收丙烯进料阀V2，丙烯输出泵P-201开关P01（备用泵开关P1B）。
二、控制系统简介
首釜的控制点有：LIC-03浆液液位调节器（反作用），调节阀位于釜底出料管线上。TIC-03气体循环冷却器E-201出口温度调节器（反作用），调节阀位于冷却水出口管线上。TIC-04釜温调节器（反作用），调节阀位于夹套冷却水入口管线上。AIC-01聚丙烯熔融指数调节器（正作用），调节阀位于釜顶氢气入口管线上。
第二釜的控制点有：LIC-04浆液液位调节器（反作用），调节阀位于釜底出料管线上。TIC-06釜温调节器（反作用），调节阀位于冷却器E-202冷却水出口管线上，通过冷却循环浆液控制釜温。AIC-02聚丙烯熔融指数调节器（正作用），调节阀位于釜顶氢气入口管线上。
储罐D-207的控制点有：LIC-02液位调节器（反作用），调节阀位于泵P-201出口管线上。
三、主要画面说明
图7-1、图7-2、图7-3和图7-4中的指示仪表、调节器、手操器和开关说明如下。
1．指示仪表
PI-01 储罐D-207压力（0~2 MPa） PI-02 釜D-201压力 （0~2 MPa）
图7-1 流程图画面
PI-03 釜D-202压力 （0~2 MPa） AI-01 釜D-201丙烯浓度（0~100%） AI-02 釜D-202丙烯浓度（0~100%） AI-03 釜D-201己烷浓度（0~100%） AI-04 釜D-202己烷浓度（0~100%） AI-05 釜D-201聚丙烯浓度（0~100%） AI-06 釜D-202聚丙烯浓度（0~100%） AI-07 储罐D-207丙烯浓度（0~100%） AI-08 储罐D-207己烷浓度（0~100%） TI-01 储罐D-207温度（0~100℃）
2. 调节器（见控制系统简介）
3．手操器
V1 丙烯进料阀 V2 循环丙烯进料阀
V3 压缩机出口气循环量调整阀 V4 首釜夹套热水阀
V5 二釜夹套热水阀 V6 首釜己烷进料阀
V7 二釜己烷进料阀 V8 首釜催化剂A 进料阀
V9 首釜催化剂B 进料阀 V10 二釜汽相丙烯进料阀
V11 首釜放空阀 V12 二釜放空阀
V13 首釜泄料阀 V14 二釜泄料阀
V15 二釜夹套冷却水阀
4．开关
P01 首釜液相丙烯进料泵开关 PIB 首釜液相丙烯进料备用泵开关 C01 压缩机开关 C1B 备用压缩机开关
P06 二釜浆液循环泵开关 MO1 首釜搅拌电机开关
MO2 二釜搅拌电机开关 T-1 首釜事故通管处理开关
T-2 二釜事故通管处理开关
5．报警限说明
LIC-03 D-201液位高限报警 >80 % (H)
LIC-03 D-201液位低限报警
LIC-04 D-202 液位高限报警 >90 % (H)
LIC-04 D-202 液位低限报警
LIC-02 D-207 液位高限报警 >70 % (H)
LIC-02 D-207 液位低限报警
PI-02 D-201 压力高限报警 >1.2 MPa (H)
PI-03 D-202 压力高限报警 >0.8 MPa (H)
TI-01 D-207 温度高限报警 >40 ℃ (H)
TIC-04 D-201 温度高限报警 >75 ℃ (H)
TIC-04 D-201 温度低限报警
TIC-06 D-202温度高限报警 >65 ℃ (H)
TIC-06 D-202温度高限报警
AI-05 D-201聚丙烯浓度高限报警 >50 % (H)
AI-06 D-202聚丙烯浓度高限报警 >50 % (H)
图7-2 控制组画面
图7-3 手操器画面
图7-4 指示仪表画面
四、工艺操作说明
为了方便操作,本仿真软件假定所有的加料阀门都具有调节阀的精度，因此阀门的开度反映了相对流量。各物流的流量数值不在流程图上显示。
1．冷态开车参考步骤
① 检查所有阀门处于关闭状态，各泵、搅拌和压缩机处于停机状态。
② 开己烷进口阀V6，开度50%，向第一釜D-201充己烷。当液位达50%时，将调节器LIC-03 投自动。
③ 开己烷进口阀V7，开度50%，向第二釜D-202充己烷。当液位达50%时，将调节器LIC-04 投自动。
④ 开丙烯进料阀V1，向储罐D-207充丙烯。当液位达50%时，开泵P-201，将调节器LIC-02 投自动。
⑤ 开鼓风机C-201A，即开C01。全开手操阀门V3，使丙烯气走旁路而暂不进入反应釜。手 动打开TIC-03输出约30%，使冷却器E-201预先工作。
⑥ 开釜D-201搅拌M01。开催化剂阀V8和V9，开度各50%。调整夹套热水阀V4，使釜温 上升至45~55℃左右诱发反应。关热水阀后，只要釜温继续上升，说明第一釜的反应已被诱发。此时反应放热逐渐加强，必须通过夹套冷却水系统，即手动开TIC-04输出向夹套送冷却水。逐渐关旁路阀V3加大气体循环冷却流量，控制釜温，防止超温、超压及“暴 聚”事故。将温度调节器TIC-04设定为70±1℃，投自动。
如果加热诱发反应过度，开大冷却量仍无法控制温度，应超前于温度不大于90℃时 暂停搅拌，或适当减小催化剂量等方法及早处理。一旦釜温大于等于100℃，软件认定 为“暴聚”事故，只能重新开车。
如果加热诱发反应不足，只要一关热水阀V4，釜温TIC-04就下降。应继续开V4 强制升温。若强制升温还不能奏效，应检查是否在升温的同时错开了气体循环冷却系 统或TIC-04有手动输出冷却水流量。必须全关所有冷却系统，甚至开大催化剂流量直 到反应诱发成功。
⑦ 开釜D-202搅拌M02。开汽相丙烯补料阀V10，开度为50%。在釜D-201反应的同时必须 随时关注第二釜的釜温。因为第一釜的反应热会通过物料带到第二釜。有可能在第二釜 即使没有用热水加热诱发反应，也能使反应发生。正常情况需调整夹套热水阀V5使釜 温上升至40~50℃左右诱发反应。如前所述，由于首釜的浆液进入第二釜带来热量会导 致釜温上升，因此要防止过量加热。关热水阀后只要釜温继续上升，说明第二釜的反应 已被诱发。同时反应放热逐渐加强，必须通过夹套冷却水系统，即开夹套冷却水阀V15 和浆液循环冷却系统，即开泵P-206电机开关P06，手动开TIC-06输出控制釜温，防止 超温、超压及“暴聚”事故。将温度调节器TIC-06设定在60±1℃，投自动。
与第一釜相同，如果加热诱发反应过度，开大冷却量仍无法控制温度，应超前于温 度不大于90℃时暂停搅拌，或适当减小催化剂流量等方法及早处理。一旦釜温大于等于 100℃，软件认定为“暴聚”事故。只能重新开车。
如果加热诱发反应不足，只要一关热水阀V5釜温TIC-06就下降。应继续开V5
强制升温。若强制升温还不能奏效，应检查是否在升温的同时错开了浆液循环冷却系 统或V15有手动输出冷却水流量。必须全关所有冷却系统，甚至开大催化剂流量直到反 应诱发成功。
⑧ 等两釜温度控制稳定后，手动调整AIC-01向首釜加入氢气，使熔融指数达6.5左右， 投自动。
⑨ 在调整AIC-01的同时，手动调整AIC-02向第二釜加入氢气，使熔融指数达6.5左右, 投自动。
⑩ 开循环液相丙烯阀V2（25%），适当关小阀V1（25%），应使丙烯进料总量保持不变。 ⑾ 微调各手动阀门及调节器，使本反应系统达到如下正常设计工况。
PI-01 储罐D-207压力 0.95 MPa
PI-02 釜D-201压力 1.0 MPa
PI-03 釜D-202压力 0.5 MPa
AI-01 釜D-201丙烯浓度 15 %
AI-02 釜D-202丙烯浓度 10 %
AI-03 釜D-201己烷浓度 45 %
AI-04 釜D-202己烷浓度 50 %
AI-05 釜D-201聚丙烯浓度 40 %
AI-06 釜D-202聚丙烯浓度 40 %
AI-07 储罐D-207丙烯浓度 70 %
AI-08 储罐D-207己烷浓度 30 %
AIC-01 釜D-201熔融指数 6.5
AIC-02 釜D-202熔融指数 6.5
TI-01 储罐D-207温度 35 ℃
TIC-03 冷却器E-201出口温度 45℃
TIC-04 釜D-201温度 70℃
TIC-06 釜D-202温度 60℃
LIC-02 储罐D-207液位 50 %
LIC-03 釜D-201液位 50 %
LIC-04 釜D-202液位 50 %
2．停车参考步骤
① 关D-202汽相丙烯加料阀V10。
② 关A、B催化剂阀V8、V9。
③ 关丙烯进料阀V1。
④ 关循环液相丙烯阀V2。
⑤ 关D-201加己烷阀V6。
⑥ 关D-202加己烷阀V7。
⑦ 开D-201放空阀V11。
⑧ 开D-202放空阀V12。
⑨ 开D-201泄液阀V13。
⑩ 开D-202泄液阀V14。
⑾ 将调节器TIC-04置手动全开。
⑿ 将调节器TIC-06置手动全开。
⒀ 将调节器TIC-03置手动全开。
⒁ 将调节器LIC-02置手动全开。
⒂ 将调节器LIC-03置手动全开。
⒃ 将调节器LIC-04置手动全关。
⒄ 将调节器AIC-01置手动全关。
⒅ 将调节器AIC-02置手动全关。
⒆ 关泵P-201。
⒇ 关泵P-206。
(21) 关D-201搅拌。
(22) 关D-202搅拌。
(23) 将D-201、D-202和D-207的液位降至零。
(24) 关气体循环阀V3。
(25) 关压缩机C-201。
五、事故设置及排除
1．催化剂浓度降低 (F2)
事故现象：开始时D-201釜温有所下降，由于温度控制TIC-04的作用,冷却量自动减少， 温度回升,最终使聚丙烯浓度有所下降,导致第二釜也有相同现象。 处理方法：适当开大A、B催化剂量。
合格标准：使两釜聚丙烯浓度合格。
2．催化剂进料增加 (F3)
事故现象：开始时D-201釜温有所上升，由于温度控制TIC-04的作用，冷却量自动加 大，温度回落，最终使聚丙烯浓度有所上升，导致第二釜也有相同现象。 处理方法：适当关小A、B催化剂量。
合格标准：使两釜聚丙烯浓度合格。
3．D-201出料阀堵塞： (F4)
事故现象：D-201中液位上升。LIC-03的输出自动开大，但无法阻止液位继续升高。 处理方法：开T-1开关。
合格标准：LIC-03自动回落，表示已经通堵。
4．D-202出料阀堵塞： (F5)
事故现象：D-202中液位上升。LIC-04的输出自动开大，但无法阻止液位继续升高。 处理方法：开T-2开关。
合格标准：LIC-04自动回落，表示已经通堵。
5．泵P-201停止运转 (F6)
事故现象：D-207中液位上升。由于丙烯原料被切断，第一釜丙烯和聚丙烯浓度同时下 降。
处理方法：开备用泵P1B 开关，表示备用泵运转。
合格标准：使两釜工况恢复正常。
六、开车评分信息
本软件设有三种开车评分信息画面。
1. 简要评分牌
能随时按键盘的F1键调出。本评分牌显示当前的开车步骤成绩、开车安全成绩、正常工况质量（设计值）和开车总平均成绩。为了有充分的时间了解成绩评定结果，仿真程序处于冻结状态。按键盘的任意键返回。
2. 开车评分记录
图7-5 开车评分记录画面
能随时按键盘的Alt+F键调出。本画面记录了开车步骤的分项得分、工况评分 的细节、总报警次数及报警扣分信息。显示本画面时，软件处于冻结状态。按键盘的任意键返回。详见图7-5。
3. 趋势画面
本软件的趋势画面记录了重要变量的历史曲线，可以与评分记录画面配合对开车全过程进行评价。
七、开车评分标准
1．开车步骤评分要点
① 所有阀门关闭 9分
② 两釜加己烷，即开V6和V7 9分
③ 两釜液位均大于40% 10
④ 开丙烯进料阀V1，D-207液位大于40% 10
⑤ 开两釜搅拌M01和M02 10
⑥ 开泵P-201 10
⑦ 开LIC-02调节阀 10
⑧ 首釜加催化剂，开V8和V9 10
⑨ 开压缩机开关C01，开泵开关P06，开TIC-03调节阀 10
⑩ 两釜进氢气，开AIC-01调节阀，开AIC-02调节阀，
开丙烯阀V10 10
总计：98分
2．正常工况质量评分要点
① 0.70
② 25
③ 45%
④ 45%
⑤ 45%
⑥ 69
⑦ 59
⑧ 44
⑨ 6.4
⑩ 6.4
⑾ 39%
⑿ 39%
⒀ 43%
⒁ 48%
⒂ 1.0
⒃ 0.45
总计：98分
分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分 分