己二酸单酯化反应的自动化控制方法与流程

本发明涉及一种己二酸单酯化反应的自动化控制方法，属于消防安全技术领域。

背景技术：

己二酸单甲酯，又称脂肪酸甲酯，分子量为160，分子式c7h12o4，纯品为无色清澈透明液体，易溶于醇醚类，不溶于水，是一种重要的有机合成原料，广泛应用于合成高级表面活性剂、高级润滑油和燃料的添加剂、乳化剂制品、香料的溶剂等，也可用作染料中间体，由己二酸和甲醇以一定摩尔比在酸性条件下制得。

己二酸俗称肥酸，分子量为146，常温下为白色晶体，熔点152℃，沸点330℃，加热时容易升华。己二酸是工业上最重要的脂肪族二元羧酸，是一种重要的有机化工原料。己二酸作为一种有机中间体，主要用于合成聚氨酯、增塑剂，同时再制取聚酯泡沫塑料、粘合剂、食品添加剂、杀虫剂、高级润滑油及医药等方面也得到广泛应用。

甲醇分子量32，熔点-97℃，沸点64.7℃，常温下为液体，易挥发，能与水以任意比例互溶，但不形成恒沸混合物；甲醇有剧毒、易燃，是一种仅次于烯烃和芳烃第三重要的基础化工原料，主要用于生产溶剂和燃料。

常温下，己二酸和甲醇微溶，按照一定酸醇比混合，可进行一系列酯化反应。在进行酯化反应时，为了提高酯化反应效率，对酯化反应器的基本要求就是具有良好的物料混合、有效的温度控制和及时的除水能力。目前，无论是实验室酯化反应器还是工业大规模大型反应装置，大都采用机械搅拌的人工控制方法。控制技术的发展，是工业发展的重要标志，本发明相对于传统的人工操作，具有可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，使用方便，功能完善等优点，能够有效缩短生产时间，提高生产效率，这种自动化控制过程控制技术是工业过程十分重要的技术，具有极其重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中精确度差、可靠性差、抗干扰能力差、生产效率低的问题，提供一种新的己二酸单酯化反应的自动化控制方法，具有精确度高、可靠性好、抗干扰能力强、生产效率高的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种己二酸单酯化反应的自动化控制方法，己二酸原料经称重料斗、中间料斗后进入预酯化反应釜，与甲醇原料接触，反应后的混合物进入预酯化缓冲罐，预酯化缓冲罐底部物流作为己二酸单酯化产品送往催化反应塔；其中，在中间料斗与预酯化反应釜相连的管线上设有转阀，且转阀为比例信号控制，与甲醇进料流量计量阀建立关联，控制进入预酯化反应釜的原料比例；己二酸单酯化反应的自动化控制过程包括：

(1)开始；

(2)打开称重料斗上方放空阀xv-1，称重料斗上方压力计16到称重料斗压力pi-1为大气压值；；

(3)关闭插板阀xv-3，己二酸在称重料斗中称重，己二酸的进料量达到设定值；

(4)打开中间料斗上方的放空阀xv-2，中间料斗上方压力计17中间料斗pi-2为大气压值，关闭插板阀xv-4，打开插板阀xv-3；

(5)己二酸进入中间料斗；

(6)关闭插板阀xv-3，打开调节阀xv-13，中间料斗中压力为达到设定值；

(7)关闭调节阀xv-13，打开氮气调节阀xv-15，充氮气；

(8)预酯化反应釜压力达到设定值，关闭氮气调节阀xv-15；

(9)打开甲醇进料阀xv-14，达到甲醇设计流量后，关闭甲醇进料阀xv-14；

(10)打开插板阀xv-4，通过比例控制器控制转阀进料己二酸；

(11)搅拌，反应，取样，酸值达标后，预酯化反应釜内物料出料至预酯化缓冲罐。

上述技术方案中，优选地，称重料斗底部出口设有插板阀xv-3；中间料斗底部出口与转阀之间设有插板阀xv-4；称重料斗、中间料斗顶部均设有除尘设备；预酯化缓冲罐顶部设有去尾气处理系统的管线；所述转阀通过电机的传动，使得带有等分结构的叶轮在壳体内旋转，壳体上部给料装置中的己二酸会填充在叶轮的型腔内，并随叶轮旋转到壳体下部，按照输送系统的要求均匀地、连续不断地向下游卸料。

上述技术方案中，优选地，氮气管线与中间料斗、预酯化反应釜相连。

上述技术方案中，优选地，预酯化反应釜的操作条件满足：壁温不小于130℃，溶解时间不低于60min，溶液温度超过82℃时，己二酸溶解完全；溶液温度小于70℃时溶液中的己二酸会开始析出。

上述技术方案中，优选地，将己二酸、甲醇混合液加热至85℃以上后进行连续进料，且进料过程的全程管线及进料泵的温度维持在85℃以上。

上述技术方案中，优选地，预酯化反应釜的操作条件：反应温度130～150℃，甲醇与己二酸摩尔比3～4：1，反应时间2～4h，反应压力为甲醇在130～150℃下的饱和蒸汽压。

上述技术方案中，优选地，f1(m)＝t*73*m(t)/(80*y)，f1(m)为己二酸的进料量(单位：t)，t为反应的停留时间(单位：h)，m(t)为每小时己二酸单甲酯的预期产量(单位：t)，y为单酯化反应的收率。

上述技术方案中，优选地，f(t)＝10^[7.87863-1473.11/(t+230)]，f(t)为预酯化反应釜压力(单位：mmhg)，t为甲醇的进料温度，(单位：℃)。

上述技术方案中，优选地，f2(m)＝f1(m)*n*16/73，f2(m)为甲醇的进料量，(单位：t)，n为己二酸和甲醇的进料摩尔比；己二酸与甲醇的进料量采用比值控制方法，转阀通过比例控制器控制，当甲醇进料时，己二酸由预先设置好的摩尔进料比进料。

上述技术方案中，优选地，预酯化反应釜采用外部加热，其中夹套式加热能更换为盘管式加热。

酯化反应时，为了达到一定的酯化率，必须保证物料在反应器中的停留时间。当物料在酯化反应器中的停留时间过长时，酯化反应器的汽室会变小，极易造成物料被夹带到酯化分离塔中，导致酯化分离塔堵塞，酯化反应所生成的水无法排出系统，影响酯化反应的正常进行；当停留时间过短时，酯化率达不到相应要求，影响产品质量。此自动化控制方案，通过对停留时间采取自动控制，能够有效避免上述问题，提高反应器内的混合效果，有效改善物料在反应器内的传热和传质，提高反应速率和转化率，减少副产物的生成，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

图1中，1为放空阀xv-1，2为放空阀xv-2，3为插板阀xv-3，4为插板阀xv-4，5为己二酸，6为氮气，7为甲醇，8为称重料斗，9为中间料斗，10为预酯化反应釜，11为预酯化缓冲罐，12为转阀，13为调节阀xv-13，14为甲醇进料阀xv-14，15为调节阀xv-15，16为压力计pi-16，17为压力计pi-17。

图2为己二酸单酯化的程序化流程图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种己二酸单酯化反应的自动化控制方法，如图1所示，己二酸原料经称重料斗、中间料斗后进入预酯化反应釜，与甲醇原料接触，反应后的混合物进入预酯化缓冲罐，预酯化缓冲罐底部物流作为己二酸单酯化产品送往催化反应塔；其中，在中间料斗与预酯化反应釜相连的管线上设有转阀，转阀通过电机的传动，使得带有等分结构的叶轮在壳体内旋转，壳体上部给料装置中的己二酸会填充在叶轮的型腔内，并随叶轮旋转到壳体下部，按照输送系统的要求均匀地、连续不断地向下游卸料。且转阀为比例信号控制，与甲醇进料流量计量阀建立关联，控制进入预酯化反应釜的原料比例；己二酸单酯化反应的自动化控制过程包括：

(1)开始；

(2)打开称重料斗上方放空阀xv-1，称重料斗上方压力计16到称重料斗压力pi-1为大气压值；；

(3)关闭插板阀xv-3，己二酸在称重料斗中称重，己二酸的进料量达到设定值；

(4)打开中间料斗上方的放空阀xv-2，中间料斗上方压力计17中间料斗pi-2为大气压值，关闭插板阀xv-4，打开插板阀xv-3；

(5)己二酸进入中间料斗；

(6)关闭插板阀xv-3，打开调节阀xv-13，中间料斗中压力为达到设定值；

(7)关闭调节阀xv-13，打开氮气调节阀xv-15，充氮气；

(8)预酯化反应釜压力达到设定值，关闭氮气调节阀xv-15；

(9)打开甲醇进料阀xv-14，达到甲醇设计流量后，关闭甲醇进料阀xv-14；

(10)打开插板阀xv-4，通过比例控制器控制转阀进料己二酸；

(11)搅拌，反应，取样，酸值达标后，预酯化反应釜内物料出料至预酯化缓冲罐。

称重料斗底部出口设有插板阀xv-3；中间料斗底部出口与转阀之间设有插板阀xv-4；称重料斗、中间料斗顶部均设有除尘设备；预酯化缓冲罐顶部设有去尾气处理系统的管线。氮气管线与中间料斗、预酯化反应釜相连。预酯化反应釜的操作条件满足：壁温不小于130℃，溶解时间不低于60min，溶液温度超过82℃时，己二酸溶解完全；溶液温度小于70℃时溶液中的己二酸会开始析出。将己二酸、甲醇混合液加热至85℃以上后进行连续进料，且进料过程的全程管线及进料泵的温度维持在85℃以上。预酯化反应釜采用外部加热，其中夹套式加热能更换为盘管式加热。

预酯化反应釜的操作条件：反应温度130℃，甲醇与己二酸摩尔比3：1，反应时间2h，反应压力为甲醇在130℃下的饱和蒸汽压。

f1(m)＝t*73*m(t)/(80*y)，f1(m)为己二酸的进料量(单位：t)，t为反应的停留时间(单位：h)，m(t)为每小时己二酸单甲酯的预期产量(单位：t)，y为单酯化反应的收率。

f(t)＝10^[7.87863-1473.11/(t+230)]，f(t)为预酯化反应釜压力(单位：mmhg)，t为甲醇的进料温度，(单位：℃)。

f2(m)＝f1(m)*n*16/73，f2(m)为甲醇的进料量，(单位：t)，n为己二酸和甲醇的进料摩尔比；己二酸与甲醇的进料量采用比值控制方法，转阀通过比例控制器控制，当甲醇进料时，己二酸由预先设置好的摩尔进料比进料。

当t＝2h，m(t)＝3t，y＝0.5时，己二酸的进料量f1(m)＝10.95t。

当t＝130℃时，预酯化反应釜压力f(t)＝6118.68mmhg

当f1(m)＝10.95t，n＝3时，甲醇的进料量f2(m)＝7.2t。

【实施例2】

一种己二酸单酯化反应的自动化控制方法，如图1所示，己二酸原料经称重料斗、中间料斗后进入预酯化反应釜，与甲醇原料接触，反应后的混合物进入预酯化缓冲罐，预酯化缓冲罐底部物流作为己二酸单酯化产品送往催化反应塔；其中，在中间料斗与预酯化反应釜相连的管线上设有转阀，转阀通过电机的传动，使得带有等分结构的叶轮在壳体内旋转，壳体上部给料装置中的己二酸会填充在叶轮的型腔内，并随叶轮旋转到壳体下部，按照输送系统的要求均匀地、连续不断地向下游卸料。且转阀为比例信号控制，与甲醇进料流量计量阀建立关联，控制进入预酯化反应釜的原料比例；己二酸单酯化反应的自动化控制过程包括：

(1)开始；

(2)打开称重料斗上方放空阀xv-1，称重料斗上方压力计16到称重料斗压力pi-1为大气压值；；

(3)关闭插板阀xv-3，己二酸在称重料斗中称重，己二酸的进料量达到设定值；

(4)打开中间料斗上方的放空阀xv-2，中间料斗上方压力计17中间料斗pi-2为大气压值，关闭插板阀xv-4，打开插板阀xv-3；

(5)己二酸进入中间料斗；

(6)关闭插板阀xv-3，打开调节阀xv-13，中间料斗中压力为达到设定值；

(7)关闭调节阀xv-13，打开氮气调节阀xv-15，充氮气；

(8)预酯化反应釜压力达到设定值，关闭氮气调节阀xv-15；

(9)打开甲醇进料阀xv-14，达到甲醇设计流量后，关闭甲醇进料阀xv-14；

(10)打开插板阀xv-4，通过比例控制器控制转阀进料己二酸；

(11)搅拌，反应，取样，酸值达标后，预酯化反应釜内物料出料至预酯化缓冲罐。

称重料斗底部出口设有插板阀xv-3；中间料斗底部出口与转阀之间设有插板阀xv-4；称重料斗、中间料斗顶部均设有除尘设备；预酯化缓冲罐顶部设有去尾气处理系统的管线。氮气管线与中间料斗、预酯化反应釜相连。预酯化反应釜的操作条件满足：壁温不小于130℃，溶解时间不低于60min，溶液温度超过82℃时，己二酸溶解完全；溶液温度小于70℃时溶液中的己二酸会开始析出。将己二酸、甲醇混合液加热至85℃以上后进行连续进料，且进料过程的全程管线及进料泵的温度维持在85℃以上。预酯化反应釜采用外部加热，其中夹套式加热能更换为盘管式加热。

预酯化反应釜的操作条件：反应温度150℃，甲醇与己二酸摩尔比4：1，反应时间4h，反应压力为甲醇在150℃下的饱和蒸汽压。

f1(m)＝t*73*m(t)/(80*y)，f1(m)为己二酸的进料量(单位：t)，t为反应的停留时间(单位：h)，m(t)为每小时己二酸单甲酯的预期产量(单位：t)，y为单酯化反应的收率。

f(t)＝10^[7.87863-1473.11/(t+230)]，f(t)为预酯化反应釜压力(单位：mmhg)，t为甲醇的进料温度，(单位：℃)。

f2(m)＝f1(m)*n*16/73，f2(m)为甲醇的进料量，(单位：t)，n为己二酸和甲醇的进料摩尔比；己二酸与甲醇的进料量采用比值控制方法，转阀通过比例控制器控制，当甲醇进料时，己二酸由预先设置好的摩尔进料比进料。

当t＝4h，m(t)＝3t，y＝0.5时，己二酸的进料量f1(m)＝21.9t。

当t＝150℃时，预酯化反应釜压力f(t)＝mmhg

当f1(m)＝21.9t，n＝4时，甲醇的进料量f2(m)＝19.2t。

【实施例3】

一种己二酸单酯化反应的自动化控制方法，如图1所示，己二酸原料经称重料斗、中间料斗后进入预酯化反应釜，与甲醇原料接触，反应后的混合物进入预酯化缓冲罐，预酯化缓冲罐底部物流作为己二酸单酯化产品送往催化反应塔；其中，在中间料斗与预酯化反应釜相连的管线上设有转阀，转阀通过电机的传动，使得带有等分结构的叶轮在壳体内旋转，壳体上部给料装置中的己二酸会填充在叶轮的型腔内，并随叶轮旋转到壳体下部，按照输送系统的要求均匀地、连续不断地向下游卸料。且转阀为比例信号控制，与甲醇进料流量计量阀建立关联，控制进入预酯化反应釜的原料比例；己二酸单酯化反应的自动化控制过程包括：

(1)开始；

(2)打开称重料斗上方放空阀xv-1，称重料斗上方压力计16到称重料斗压力pi-1为大气压值；；

(3)关闭插板阀xv-3，己二酸在称重料斗中称重，己二酸的进料量达到设定值；

(4)打开中间料斗上方的放空阀xv-2，中间料斗上方压力计17中间料斗pi-2为大气压值，关闭插板阀xv-4，打开插板阀xv-3；

(5)己二酸进入中间料斗；

(6)关闭插板阀xv-3，打开调节阀xv-13，中间料斗中压力为达到设定值；

(7)关闭调节阀xv-13，打开氮气调节阀xv-15，充氮气；

(8)预酯化反应釜压力达到设定值，关闭氮气调节阀xv-15；

(9)打开甲醇进料阀xv-14，达到甲醇设计流量后，关闭甲醇进料阀xv-14；

(10)打开插板阀xv-4，通过比例控制器控制转阀进料己二酸；

(11)搅拌，反应，取样，酸值达标后，预酯化反应釜内物料出料至预酯化缓冲罐。

称重料斗底部出口设有插板阀xv-3；中间料斗底部出口与转阀之间设有插板阀xv-4；称重料斗、中间料斗顶部均设有除尘设备；预酯化缓冲罐顶部设有去尾气处理系统的管线。氮气管线与中间料斗、预酯化反应釜相连。预酯化反应釜的操作条件满足：壁温不小于130℃，溶解时间不低于60min，溶液温度超过82℃时，己二酸溶解完全；溶液温度小于70℃时溶液中的己二酸会开始析出。将己二酸、甲醇混合液加热至85℃以上后进行连续进料，且进料过程的全程管线及进料泵的温度维持在85℃以上。预酯化反应釜采用外部加热，其中夹套式加热能更换为盘管式加热。

预酯化反应釜的操作条件：反应温度140℃，甲醇与己二酸摩尔比3.5：1，反应时间3h，反应压力为甲醇在140℃下的饱和蒸汽压。

f1(m)＝t*73*m(t)/(80*y)，f1(m)为己二酸的进料量(单位：t)，t为反应的停留时间(单位：h)，m(t)为每小时己二酸单甲酯的预期产量(单位：t)，y为单酯化反应的收率。

f(t)＝10^[7.87863-1473.11/(t+230)]，f(t)为预酯化反应釜压力(单位：mmhg)，t为甲醇的进料温度，(单位：℃)。

f2(m)＝f1(m)*n*16/73，f2(m)为甲醇的进料量，(单位：t)，n为己二酸和甲醇的进料摩尔比；己二酸与甲醇的进料量采用比值控制方法，转阀通过比例控制器控制，当甲醇进料时，己二酸由预先设置好的摩尔进料比进料。

当t＝3h，m(t)＝3t，y＝0.5时，己二酸的进料量f1(m)＝16.4t。

当t＝140℃时，预酯化反应釜压力f(t)＝7893.18mmhg

当f1(m)＝16.4t，n＝3.5时，甲醇的进料量f2(m)＝12.6t。

目前，现有己二酸单酯化生产工艺主要为间歇酯化反应和间歇进料的单酯化反应两种。其进料过程均未实现连续化生产，操作过程复杂，占用人工较多且具有一定危险性，过程能耗较高。显然，采用本发明的方法，具有较大的技术优势。