DCS控制乙酸乙酯合成水解实训系统装置

DCS控制乙酸乙酯合成水解实训系统装置是根据实际典型流程化工生产，按照工厂实际生产状况并结合教学实训的要求而进行工程化设计的教学实训系统。模拟典型流程化工生产系统的生产流程，其目的在于提高学生感性认识与实践操作技能，培养学生参与操作，理论与实践相结合，进一步提高专业实验室水平，满足化工工艺及化工自动化仪表专业技术人才培养的需要。

其流程、机械结构及参数设计能体现实际化工连续生产的操作流程、运行工作原理及实际现象，并具有故障点设置、排障、设备维护、化工清洁、安全生产培训功能，同时结合工艺单元流程控制对象，融合了现代化工过程检测控制软、硬系统的应用培训，做到工艺、装备及控制实训的有机结合。

本系统立足于提高学生感性认识与实践操作技能，培养学生参与操作，理论与实践相结合，进一步提高校内化工综合实训基地水平（将校外实训基地建设同校内化工综合实训基地结合，校内化工综合实训基地开放、承担化工生产实操能力培养；校外实训基地同企业结合，培养学生某一化工产品生产综合实际工艺流程认知能力；校外实训基地能力的培养建立在校内化工综合实训基地能力培养基础上）。

装置满足高校、高职、高专、技校、职业教育实训基地及企业培训中心对高职教育实训/企业岗位工/初级技术人员培训需求。用其可以替代传统的连续化工生产流程纯仿真实训，可实现技能实践课、认识实习、生产实习、毕业实训及岗前模拟训练；同时控制系统知识的广度和深度可以满足对职业学院师资队伍的全面综合培训，从而满足我校高职教育实训/企业岗位工/初级技术人员培训需求，为化工生产及控制系统全面实训考核提供可适宜的综合培训系统。

在设备结构、材质与布置上，我们提供详细的设备结构图，设备材质为耐酸不锈钢，能满足生产运行需要，设备表面抛光（含保温设备）。装置强度(材质厚度)具有足够冗余；根据装置可使用的区域和高度进行合理的总图设计和立面设计，总体布局规范、合理、美观、安全。

在自动控制上，我们的实训装置采用DCS控制系统，配套相应的控制系统，并能通过该控制系统实现对装置的温度、压力、流量、液位等参数的测量、控制和监控功能，几乎所有生产数据和控制参数都实现集散控制和自动控制，能实现对实训装置进行操作，对监控数据趋势进行浏览和报表分析、报警查询等特殊功能。控制点位数满足标书提出的要求，控制系统及硬件应兼顾通用性及先进性。

在操作控制台建设上，我们的操作控制台包括控制站柜体、操作站及操作桌椅，总控制台布置合理。

在产品设计理念上，以教学工具化工安全及化工设备介绍3D视频课程体系为基础提供知识和素养的培训。化工安全及化工设备介绍3D视频课程体系能够帮助老师在上课时很自然地将安全知识、化学品知识和工艺知识等以学生喜闻乐见的形式展现出来，让课堂变得不会乏味，让老师讲解不再吃力，让学生理解更加容易；“化工安全教育公共服务平台"是由化工出版社组织国内顶级专家录制的专业在线课程，内容十分丰富，更加适用于老师备课、学生自学、撰写论文时进行参考，其专业和系统的内容可以帮助有意愿的学生更加深入地研究化工安全技术的方方面面。

在产品技能要求上，本套装置，自主研发将HSE相关理念融入到生产实训装置当中，让学生既了解生产技能操作，又能了解安全规范操作。

(1) 装置概述

乙酸乙酯是醋酸的一种重要下游产品，具有优异的溶解性、快干性，在工业中主要用作生产涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革以及人造纤维等的溶剂，作为提取剂用于医药、有机酸的产品的生产等，用途十分广泛，发展前景看好。

装置以乙酸乙酯生产为背景，扩展了水解工艺，实现物料再使用，大大降低了装置运行成本和对废液的排放，符合学校工程认证要求，并且扩展了实训教学的内容。

DCS控制乙酸乙酯合成水解实训装置是根据实际典型流程化工生产，按照工厂实际生产状况并结合教学实训的要求而进行工程化设计的教学实训系统。模拟典型流程化工生产系统的生产流程，其目的在于提高学生感性认识与实践操作技能，培养学生参与操作，理论与实践相结合，进一步提高专业实验室水平，满足化工工艺及化工自动化仪表专业技术人才培养的需要。其流程、机械结构及参数设计能体现实际化工连续生产的操作流程、运行工作原理及实际现象，并具有故障点设置、排障、设备维护、化工清洁、安全生产培训功能，同时结合工艺单元流程控制对象，融合了现代化工过程检测控制软、硬系统的应用培训，做到工艺、装备及控制实训的有机结合。

本系统立足于提高学生感性认识与实践操作技能，培养学生参与操作，理论与实践相结合，进一步提高校内化工综合实训基地水平（将校外实训基地建设同校内化工综合实训基地结合，校内化工综合实训基地开放、承担化工生产实操能力培养；校外实训基地同企业结合，培养学生某一化工产品生产综合实际工艺流程认知能力；校外实训基地能力的培养建立在校内化工综合实训基地能力培养基础上）。

装置满足高校、高职、高专、技校、职业教育实训基地及企业培训中心对高职教育实训/企业岗位工/初级技术人员培训需求。用其可以替代传统的连续化工生产流程纯仿真实训，可实现技能实践课、认识实习、生产实习、毕业实训及岗前模拟训练；同时控制系统知识的广度和深度可以满足对职业学院师资队伍的全面综合培训，从而满足我校高职教育实训/企业岗位工/初级技术人员培训需求，为化工生产及控制系统全面实训考核提供可适宜的综合培训系统。

我们的实训装置采用DCS控制系统，配套相应的控制系统，并能通过该控制系统实现对装置的温度、压力、流量、液位等参数的测量、控制和监控功能，部分工段设有安全联锁控制，几乎所有生产数据和控制参数都实现集散控制和自动控制，能实现对实训装置进行操作，对监控数据趋势进行浏览和报表分析、报警查询等特殊功能。控制点位数满足标书提出的要求，控制系统及硬件应兼顾通用性及先进性。

在功能要求上，我们的系统能进行装置开车、停车、运行、故障处理过程中的调节、操作、监控的操作运行实训学习；可进行实训评价与管理；能进行安全分析与事故模拟。

在设备结构、材质与布置上，我们提供详细的设备结构图，设备材质为耐酸不锈钢，能满足生产运行需要，设备表面抛光（含保温设备）。装置强度(材质厚度)具有足够冗余；根据装置可使用的区域和高度进行合理的总图设计和立面设计。

该装置采用DCS系统控制，对装置比较重要的温度、压力、流量、液位等参数的测量均设置了低位、低低位、高位、高高位报警，对可能引发安全事故的参数和装置均设置安全联锁系统，一旦有参数超温、超压均会启动安全联锁，第一时间停止相关设备，甚至紧急停车。

(2) 系统功能

1) 系统可满足工艺操作训练的各种要求，主要是：

² 可了解手动或自动控制下，特定设备的温度、压力及转速等对常减压装置系统正常生产过程的影响，以及通过实践了解温度、压力、进料位置、进料组成、回流比等对精馏和吸收过程的影响。

² 能够进行单塔操作、串连操作及组合操作。

² 能够进行连续操作和间歇操作过程。

2) 系统可满足设备操作训练的各种要求，主要是：

² 能够进行常减压装置系统设备的安装检修及结构改进设计操作训练。

² 能够进行设备的平面、立面布置及相关视图的绘图训练。

3) 系统可满足设备过程控制训练的各种要求，主要是：

² 控制方案具有多样性与开放性：对于该实验装置，学生可以选择应用各种控制方案，如单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制、均匀等常规控制方案与多回路控制、多变量解耦控制与预测控制、非线性控制等复杂先进控制方案进行操作实践。

² 采用先进的DCS控制系统，配备标准工业机柜，1个DCS工程师站，合成工段设有5个操作工位，水解工段设有5个操作工位，精制工段设有5个操作工位。可进行DCS组态与控制实训。

² 具有系统信号连锁保护功能，当出现工艺设备超压、超温等异常状态时，系统应及时报警，安全装置自动开启，并按设定程序完成自动安全停车。

² 可对温度、压力、液位、流量等参数进行控制，液位、流量传感器设计选用时，均使用不同种类，方便用户教学使用。

² 主要机动设备的启、停操作除可就地控制外，还可由DCS操作、控制并显示运行状态。

² 主要工艺参数具有就地指示功能。

4) 系统可满足小试放大及小批量生产要求，主要是：

² 能够满拟常减压装置系统中的各产品的开发、中试研究模拟工作。

² 能够完成小批量产品的试生产工作。

² 具有扩展和改造本装置系统能力与生产效率的预留接口。

5) 装置可实现HSE及危化实操培训要求，主要是：

² 能够满足化工企业员工和化工专业学生针对安全、健康、环保方面的意识培养和应急演练能力的实训。

² 能够满足应急管理部危化生产作业人员面向发证的培训考试需要。

² HSE及危化实操模块部分，可以根据用户需要及预算规模进行适应性调整。

(3) 系统特点

我们在乙酸乙酯合成反应的生产流程基础上进行柔性改造，使该生产装置更有利于教学培训，该生产装置流程可进行分割，可进行间歇或连续操作，在教学、考核上便于学校安排课时；生产上也能满足不同情况下的需要。因此学校可按现行体制对教学、生产进行管理，装置主要特点如下：

1) 真实的工业化生产环境中，十分有利于培养学生的安全、健康、环保等职业素质。

2) 该装置体现了“反应与反应产物分离"的典型化工生产过程，代表了一定的普遍性，十分有利于学生熟悉和掌握现代化的化工生产过程。

3) 该装置实现了对学生进行化工工艺、化工操作、化工设备、化工仪表、自动控制、DCS集散控制等现代化工操作工技能的培训，是培训高技能、高素质现代化工操作工的良好平台。

4) 可投入真实原料，产品纯度90%以上，额定产量15T/a。

5) 装置设计具有开放性和灵活性，可工段运行也可单元运行。

6) 装置结构设计负载均衡，设备满足安全、环保、节能、便利原则。

7) 装置多样化地选用动静设备及检控仪表，有利于学生开拓视野，增长见识。

8) HSE及危化作业演练模块可以提升学生的安全意识、职业素养以及应急处置能力。

(4) 子系统介绍

1、框架、平台和斜梯子系统

整个装置的对象部分的设备、罐体、管路和其它各种器件都是安装在框架、平台结构中。框架立柱固定在地面的水泥基脚上，它们支撑平台四圈横梁，再在平台四圈横梁上铺设角钢和防滑花纹平台底板，每层平台都有标准护栏，二层平台安装有固定的带有安全护栏和扶手的安全斜梯。

整个框架和平台都用标准工业结构刚制造，涂有防锈红丹底漆，外层表面进行喷烤漆处理。

框架立柱采用80*80*δ5方钢管加工，平台四圈横梁采用80*40*δ5槽钢加工，平台底板的支撑横梁采用50*δ5的角钢，平台底板为δ2的厚花纹板。

每层框架平台平面上的设备四周预留不少于1米宽的操作走道，方便学生对设备观察、操作记录。

平台高度为2米。

2、乙酸乙酯合成子系统

乙酸乙酯合成子系统流程如流程图所示，原料乙酸、乙醇、催化剂浓硫酸经过计量进入酯化反应釜、反应分离后进入酯化塔。酯化反应釜由316L不锈钢材质制成，顶部设有蒸馏柱。

酯化反应釜大小为50升，加热方式为来自公用工程循环导热油，外加硅酸铝保保温层。材质采用316L不锈钢，防止浓硫酸腐蚀设备。

塔体和加热釜均采用硅酸铝保温棉包裹，再外包镜面不锈钢板，保证热损失很小且整个装置明亮，美观。

乙酸乙酯合成子系统可独立成单元系统运行。可进行间歇操作，也可进行实现连续的稳态生产。能进行常压、温度(20-150℃)反应；能进行原料配料、加热、冷凝、回流、接液、出料等操作。该子系统在整个运行过程中，可进行手动操作，也可进行自动检测和自动控制，可自由切换选择智能仪表或DCS自动控制系统。

3、粗酯分离子系统

粗酯分离子系统流程如流程图所示，合成反应釜釜顶冷凝罐中的冷凝液，由进料泵加压流量计计量输送至粗酯塔内，进行粗酯分离，塔顶得到粗酯，塔釜主要是酸和水经冷却后进入釜残液罐，再由返料管线重新进入反应釜内。本套装置粗酯塔采用的是316L不锈钢筛板塔，塔节设有玻璃段，可供学生观察筛板上的鼓泡情况。

4、乙酸乙酯精制子系统

乙酸乙酯精制子系统流程如流程图所示，粗酯罐中一部分回流到酯化塔，另一部分作为酯精制塔的进料，进一步提高酯的纯度，精制塔顶蒸汽经冷凝后同样进入分相器分相，由精制塔回流泵，一部分进行回流，一部分作为产品采出至塔顶产品罐。本套装置酯精制塔采用的是填料塔，利用萃取精馏进行乙酸乙酯与乙醇的分离，最终得到符合要求的产品，填料选用316L不锈钢θ网环填料，具有分离效率高等优点。

5、溶剂回收系统

溶剂回收系统，主要是用于回收萃取剂重复利用，塔顶的轻相主要是乙醇和水，可经泵输送至后续工段，再由醇精制塔精制后分离等到较高浓度的醇溶液。实现物料的循环利用。溶剂回收塔采用的是304不锈钢筛板精馏塔，塔节设有玻璃段，可观察塔内鼓泡情况，本系统可独立运行也可系统运行。

6、乙酸乙酯水解子系统

乙酸乙酯水解子系统流程如流程图所示，精制子系统产生的高浓度的乙酸乙酯通过泵打入到反应釜中，与浓硫酸储罐中流入的浓硫酸以及水储槽中打入的水在反应釜中进行充分混合，在反应釜中进行水解反应，产品流入水解产品中间槽。酯化反应釜大小为50升，加热方式为来自公用工程循环导热油，外加硅酸铝保保温层。材质采用316L不锈钢，防止浓硫酸腐蚀设备。

7、乙酸乙酯水解产物脱酸子系统

乙酸乙酯水解产物脱酸子系统流程如流程图所示，乙酸乙酯水解工段产生的水解产品由于硫酸和乙酸的存在而使整个系统呈酸性，在此系统中，将乙酸乙酯、乙醇、水转移到塔顶，经塔顶冷凝器至回流罐中，在脱酸塔的塔底是废硫酸、乙酸等重相，经塔底冷却器冷却后输送至残液罐中，再经真空返料系统输送至合成反应工段或原料罐中，实现废料的循环利用。

8、乙醇精制子系统

乙醇精制系统流程如流程图所示，脱酸塔塔顶产生的物料一部分回流至脱酸塔中，另外一部分则作为原料进入到乙酸乙酯精制分离塔中，将未水解的乙酸乙酯分离开来，乙醇、水与萃取剂在酯精制塔底，输送至溶剂回收塔中，塔顶回收得到乙醇和水，再由泵输送至乙醇精制子系统中，进行共沸精馏制得无水乙醇，利用真空返料系统，进入乙醇原料罐循环利用，塔釜的废酸也经真空返料系统输送至原料罐中循环利用。本系统采用共沸精馏塔，分离浓度较高的乙醇，也可单独作为教学或科研用。

9、循环导热油子系统

循环导热油子系统流程如流程图所示，由导热油储槽、导热油泵、电加热棒和导热油管路系统组成，为合成工段、水解工段、精制工段加热提供热源，控温可实现自动控温，保证控温精度高。

10、循环冷却水子系统

循环冷却水子系统如流程图所示，由凉水塔、循环水泵，流量计和循环水管路系统组成，为精馏塔塔顶、塔底换热器提供冷却水，换热器进出口均设有测温口，冷却水设有流量计量，这样可进行换热热量衡算。

11、真空子系统

真空子系统如流程图所示，由真空缓冲罐、真空泵和真空管路系统组成，为精馏塔、反应釜、储罐等，进行抽真空，整个系统可进行减压精馏，真空进料，真空返料等操作。

12、HSE及危化作业系统

根据原安监总局危险化学品安全生产考核评分标准而设计的HSE融合实操系统，可实现对学员进行系统的隐患排除、应急处置、应急演练、事故模拟等实训功能。

实训内容如下（可以根据用户需要及预算规模进行部分选择详见下面清单）：

1、HSE体系：针对用户需要，面向具体教学目标，配置实操及演练模块。

（1）防护用具使用：防护用具佩戴体验；

（2）消防用具使用：各种灭火器模拟灭火体验、消防用品展示；

（3）安全设施认知：喷淋系统、紧急泄放系统、避雷系统、动设备护罩等；

（4）危险源辨识：生产场景下的各类危险源的识别以及基本知识的掌握；

（5）安全预警及干预系统：温压监控、可燃气体报警、ESD紧急停车系统等；

（6）特种作业体验：超温超压、触电防护、静电防护、火灾逃生、容器爆破、化学品腐蚀等；

（7）环保知识教育：各种常见介质的环保风险以及自我防护；

（8）规范作业流程：物料输转作业、特种设备作业、仪表作业、连锁装置作业等。

2、危化作业教学与考试：

包括分馏塔、换热器、加热炉、精馏塔、离心泵、压缩机、填料塔等单元发生泄露、着火、爆炸、中毒等事故工况的隐患排除及应急处置。

13、化工安全联锁控制系统

化工安全联锁控制系统如流程图所示，在原料进料泵设计备用泵，一备一用，设置联锁自启动功能，当运行泵运行出故障，不打量或泵损坏时，触发联锁，备用泵自启动运行，保证安全稳定生产，让学生了解安全联锁相关知识。

14、自动化仪表及DCS控制子系统

系统采用DCS集散控制系统进行连续控制。在DCS不运行状况下，可由现场工控操作台通过带RS485通讯总线的智能仪表＋工控组态软件的方式就地进行独立测控，完成各实训项目。在DCS启动状态下，可由总控室操作员在操作台、工程师站对该实训装置切换控制和数据采集、分析，并能进行组态上传下载。

1、智能仪表控制系统

仪表控制系统核心为带通信功能的各种仪表，仪表内集成了各种算法，根据现场情况整定仪表控制算法的各种参数，达到控制效果。同时带通讯功能的仪表与上位计算机的软件平台通讯。仪表各种参数和过程值进入软件平台（一般为工控组态软件）的数据库，再加上组态的流程画面和操作界面，可以方便在上位计算机整定参数，对过程值进行记录分析。

本套装置的仪表控制系统包括：一个电气控制柜系统和一个仪表控制柜系统。电气控制柜系统是整个系统配电控制系统；仪表控制柜系统包含了各个子系统相关的显示和就地控制仪表。

2、DCS控制系统

（1）系统描述

整套系统分为：DCS现场控制站系统；DCS工程师操作员站系统。DCS控制系统采用基于100M工业以太网及PROFIBUS－DP总线的SMRT-PRO集散控制系统。

（2）基于100M工业以太网及PROFIBUS－DP总线的SmartPro  DCS控制系统

系统主要由六部分组成：DCS控制柜、现场主控单元、远程I/O单元、工程师/操作员站。操作员站、DCS控制软件、网络部件及系统。