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UW500集散控制系統在醫藥中間體生産過程中的應用

行業方案


一、概述

    α- 吡咯烷酮,又名 2- 吡咯烷酮是重要的化工原料,主要用途是作聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)單體N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的原料,也是一種高檔溶劑,在醫藥品、樹脂、乙炔回收地闆蠟、專用油墨等生産中都用到它NVP可由α-吡咯烷酮與乙炔反應制取,再經聚合得到PVPPVP具有優良的溶解性、低毒性、成膜性、絡合性表面活性和化學穩定性,廣泛用于醫藥、食品、日用化學品、塗料、高分子聚合等領域,在紡織、印染、造紙感光材料、農畜牧業等方面也有許多用途。

山東九恒醫藥科技有限公司是一家集藥用新輔料研發、生産、銷售于一體的現代新興企業。公司承建的年産1.4萬噸PVP藥用新輔料項目,以1,4-丁二醇為原料,使用自主研發的

高效合成反應器和先進的聚合工藝降低了反應壓力和反應溫度,縮短了反應時間,這也對生産的控制提出了精度更高、控制更穩定的要求。本項目采用杭州優穩的UW500系統對整個

生産流程進行控制,UW500集散控制系統在自動化領域已有廣泛應用,利用UW500集散控制系統對整個生産過程進行監控能有效提高産品收率,增強産品的穩定性。

二、工藝簡介

我國α-吡咯烷酮的生産工藝主要有三種方法:1)雷珀法:原料乙炔和甲醛先反應生成1,4-丁炔二醇,加氫為 1,4- 丁二醇,轉化為 γ- 丁内酯,再與氨反應制得α-吡咯烷酮。2)丁烷氧化制順酐法。3)氫氰酸法:氫氰酸與丙烯腈加成反應得到1,4-丁二腈,經部分加氫還原為氨基丁腈,再水解環合為 α- 吡咯烷酮。本項目使用的是第一種方法,它有以下優點:(1)工藝簡單,原料易得。(2)工藝過程産生的副産物可簡單處理成為副産物,環保污染少。(3)産品含量高。采用1,4-丁二醇脫氫生産γ-丁内酯産品。采用氣相催化脫氫工藝,

即原料1,4丁二醇經氣化後,借助脫氫催化劑進行脫氫反應,絕大部分原料轉化為γ-丁内酯,少數轉變為四氫呋喃、丁醇輕組分等,另有少部分未轉化,各化學反應如下 :該反應後經過脫輕塔和成品塔得到提純過後的γ-丁内酯,通過管道混合器和無水液氨混合後,進入α-P反應器在高溫高壓的條件下反應制備α-吡咯烷酮,反應後經過脫氨、脫重組分、脫水等多道工序得到提純後的α- 吡咯烷酮。

三、控制方案

雷珀法合成α-吡咯烷酮的工藝中主要的兩個環節就是加氫工序和加氨反應工序。

1)加氫過程的好壞直接影響到γ-丁内酯的收率和質量,從而影響到α-吡咯烷酮的收率,是α-吡咯烷酮生産過程中相當重要的一個環節,它主要包括 3 個反應階段 : 汽化、合成、分離。合成反應在同一合成釜中進行,反應物料分階段加入。首先将物料1,4-丁二醇、輔料同時投入合成釜當中,開始解聚反應,反應結束後,分步加入氫氣,加成反應開始,經過一段時間當反應溫度到達規定值後,再加入高濃度氫氣。這是一個強放熱反應,随着反應的不斷進行,釜内溫度不斷升高,形成一個正反饋,若不能及時移走相應的反應熱,則會出現 “飛溫”現象,導緻副反應激增,大大地減少γ-丁内酯的回收率。随着反應的逐漸完成.反應速度減緩,放熱大幅度減少,這時如果過多地移走反應熱,又會導緻反應不完全,所以工藝上要求縮合反應溫度嚴格控制。

2)加氨反應是α-吡咯烷酮生産過程中另一個十分重要的環節。它主要經曆預處理、合成、分離等過程。加氨工序是α-吡咯烷酮生産過程中的第二環節, 由合成工序所得到的合成料液進入到預處理反應器後,因為之前的加氫反應在高溫高壓中進行,會不可避免的産生多種副産物,所以在加氨反應之前,需把可能會影響這一步反應的雜質都提前去除掉,這是加入有機溶劑作為萃取劑,從合成産物中把γ-丁内酯分離出來。在這之後,進入合成工序,當γ-丁内酯加入氨液後,反應一開始,會産生大量熱量,要及時地處理這些反應熱,其中由于熱慣性大,要求避免現溫度超調現象。加氨過程結束後,就進入下一過程, 由于是制藥,需要得到α-吡咯烷酮的純度非常高,在這之後需要經過好幾次蒸餾提純工序,這些都需要非常精密的控制。從反應過程中可以看到,整個加氨也存在升溫、降溫和保溫的過程,而且加氨過程所需要的時間相當長,加氨過程中對于釜内溫度也有較高的要求,所以這一部分的主要任務就是氨水的定量控制、加氨過程中的溫度控制以及對于加氨時間的優化問題。

 

加氫反應工段

 

合成反應工段

 

部分溫度控制算法

四、控制工程

本項目設中央控制室一座,系統主機設備、工程師站、操作站設置在中央控制室,根據生産控制和管理要求設工程師站、操作站和現場控制站,一般分為合成現場控制站、α- 丁内酯現場控制站、α-p回收現場控制站、公用工程現場控制站。

 

 

五、小結

本工程自從用 UW500 集散控制系統投運以來,運行平穩,效果顯著,操作平穩率,産品質量等都大大提高;工人勞動強度,原料消耗等都有大幅度降低,同時也确保了裝置的平穩安全運行。直接提高了企業的市場競争能力,為企業帶來了十分明顯的經濟效益。此項目成功的投産表明UW500 集散控制系統擁有優質的穩定性、可靠性。

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