9-创新性说明书

9万吨/年异丁烯资源化利用项目创新性说明书北极星队目录第一章 资源化利用创新41.1 产品方案创新41.1生产过程资源化创新5第二章 反应及分离技术创新62.1异丁烯提纯工艺创新62.2 甲基丙烯醛分离技术创新72.3 MMA合成工艺创新82.4 MMA分离方法创新9第三章 清洁生产技术创新113.1绿色催化剂的应用113.2 三废资源化处理113.2.1废气处置113.2.2废水处置12第四章 节能方案创新154.1 热集成154.2热泵精馏154.3双效精馏17第五章 控制方案创新195.1 正己烷汽提塔（T0302）的动态模拟195.1.1 动态控制模拟195.1.2 控制系统评估19第六章 过程设备创新226.1塔设备226.1.1 催化剂装填方式226.1.2 液体分布器236.2反应器246.2.1 双层气体分布器246.2.2 双段导流筒256.3 液体输送泵266.3.1 G型管道屏蔽电泵266.3.2 ISGB型便拆立式管道离心泵276.4 板式冷凝器286.5高效可调式萃取塔29第一章 资源化利用创新1.1 产品方案创新作为重要的碳四资源，在我国，异丁烯主要被用于甲基叔丁基醚（MTBE）的合成领域，但随着2020年前在全国推广乙醇汽油政策的落实，车用乙醇汽油不再需要MTBE类辛烷值添加剂后，如何利用MTBE的合成原料异丁烯合成既有使用价值又有市场需求量的下游产品是当前石油化工界必须面对的一个问题，因此，实现异丁烯资源合理综合利用，利用异丁烯制备合适的下游产品具有重大战略意义。图1-1 调研思路本项目利用镇海炼化120万吨乙烯装置的蒸汽裂解气中的20万吨抽余碳四的9万吨异丁烯资源，经过产品调研（过程详见初步设计说明书 第四章），计划生产出高附加值的年产10万吨的甲基丙烯酸甲酯（MMA）主产品和1万吨甲基丙烯酸（MAA）副产品。剩余碳四中1-丁烯可以用于镇海炼化乙烯分厂的LLDPE装置，即作为线性低密度聚乙烯的第二共聚单体;2-丁烯可以用于镇海炼化乙烯分厂的PO/SM装置，即2-丁烯在催化剂作用下与乙烯发生易位反应制取丙烯；而剩余的正丁烷和异丁烷因其量较少且不易完全分离，可用作液化气销售。园区内宁波伸春化学有限公司1.5万吨/年PMMA项目、宁波海科化学有限公司3万吨/年ACR项目等为MMA的生产提供了巨大的市场前景。表1-1 产品及副产品规格和规模类型组成规格规模/万吨产品甲基丙烯酸甲酯纯度99.9%，优等品10副产品甲基丙烯酸纯度98.5%，工业级1表1-2 剩余碳四组成、规模及总厂利用情况类型组成规模/万吨总厂利用情况剩余碳四1-丁烯5.46LLDPE装置剩余碳四2-丁烯4.28PO/SM装置剩余碳四正/异丁烷1.32用作液化气销售该项目既实现了低附加值抽余碳四到高附加值甲基丙烯酸甲酯的原料路线，也迎合了MMA下游产品市场的迅猛发展趋势。同时，本项目也响应了宁波石化经济技术开发区重点发展乙烯下游和基本有机化工原料等为特色的石油化工产业的总体规划，与宁波石化开发区的产业链充分融合，实现镇海炼化异丁烯资源的充分利用。1.1生产过程资源化创新在工艺选择上，我们注重清洁生产，力求生产过程达到原料的最大利用率，在尽可能减少原料和水资源的损失的前提下进行操作。在工艺模拟中，我们创新性地采用了八大循环，在旭化成传统工艺的基础上将抽余碳四、叔丁醇、甲醇、正己烷和水等物料进行循环回收，同时通过工艺路线优化，实现了资源的最大化利用。各循环物料的损失率都在3%以下，做到了生产过程资源化、清洁化。表1-3 循环物质损失量损失物质损失率异丁烯2.9%甲醇2%正己烷0.11%叔丁醇0.18%第二章 反应及分离技术创新 2.1异丁烯提纯工艺创新本项目采用专利CN 101165039 A提供的改进型树脂水合脱水法提纯异丁烯，可以大大提高异丁烯的转化类型及叔丁醇选择性，增加了叔丁醇的产率，降低了生产叔丁醇的成本。该工艺具体表现在：（1）在水中添加了特定的非离子型表面活性剂，以提高水合反应过程中水与碳四的混合效果，因此彻底消除了水合反应过程中的丁烯聚合副反应，水合反应叔丁醇的选择性大于99%；（2）采用了反应精馏技术，通过固定床反应器和反应精馏塔的两步反应，使异丁烯的转化率大于90%，大大提高了叔丁醇的产率，相比于传统的MTBE裂解法，大大缩减了工艺流程及设备投资，降低了生产成本。图2-1异丁烯水合反应流程图该工艺流程在兰州石化和齐鲁石化已成功运用，因此具有相当的成熟性。通过水合反应生成的叔丁醇通过叔丁醇提纯塔分离出其中的绝大部分水循环使用，提纯后的叔丁醇则进入叔丁醇水解反应精馏塔进行水解反应，该塔装有大孔磺酸型离子交换树脂用于催化裂解叔丁醇，最后生成质量分数大于99.8%的高纯异丁烯，为后续的MMA合成反应提供高纯度的原料。图2-2 叔丁醇水解反应流程图在叔丁醇水解反应精馏塔（T0103）内部既存在叔丁醇的水解反应，又存在对异丁烯的分离，由此实现反应分离集成技术的创新。同时，专利CN 102603501 B证明将叔丁醇脱水和异丁烯氧化分步进行，可以避免氧化催化剂表面产生积碳，从而提高异丁烯的选择性，最终提高MAL的收率。2.2 甲基丙烯醛分离技术创新离开异丁烯氧化反应器的高温气体中，甲基丙烯醛（MAL）为不饱和有机物，在液化的相变过程中极容易聚合，而且能与水形成共沸物。而MAL混合液体中水含量过高会对酯化反应极为不利，会降低催化剂的效能，在MAL分离过程中必须尽可能脱除，但是MAL与水有共沸物存在，按常规的方法对氧化反应产物MAL分离比较困难。因此，专利CN 101165039 A选用酯化反应的另一原料甲醇作为脱重剂与吸收剂，先将甲基丙烯醛在气相中与重组分分离然后吸收，从而持续获得适合于酯化反应所需的原料。该工艺具有连续稳定、能耗低、污水处理量小并有效避免聚合等优点，使得以异丁烯为原料通过直接甲基酯化法合成MMA工艺更加高效节能，提高其竞争力。图2-3 甲基丙烯酸分离工艺流程图2.3 MMA合成工艺创新本项目采用日本旭化成公司开发的直接氧化酯化法，将异丁烯氧化得到的MAL用甲醇和氧气进行氧化酯化反应，直接制得MMA。该工艺共两个工序，第一个工序是将异丁烯、空气和水蒸汽送入反应器，在高温下原料与Mo-Bi复合氧化物催化剂接触生成MAL。第二个工序是MAL溶解在过量甲醇中，然后与气态氧在Pd-Pb/ Al2O3催化剂下进行氧化酯化反应，最终得到MMA。该工艺相比于日本三菱人造丝公司研发的直接氧化三步法，不经过MAA步骤，有效地避免了MAA聚合等副反应，产生的副产物减少了50%，简化了工艺过程，降低了能耗，从而大幅度降低了投资成本和操作费用，使异丁烯原料路线更具竞争优势。由于催化剂选择性高，不但增强了新工艺的成本竞争力，还大幅度减少了二氧化碳的产生。直接氧化酯化法充分利用了原料丰富的C4馏分，原子利用率高达73%，比传统ACH法提高25%，且未被利用的27%的原子生成了水分子，不构成环境污染。2008年末旭化成公司对川崎工厂10万t/aMMA装置改造采用了该工艺，具有一定成熟性和先进性。图2-4异丁烯氧化反应工艺流程图2-5 甲基丙烯醛酯化反应工艺流程图2.4 MMA分离方法创新本项目采用专利CN 103833551 A提供的MMA分离设备及方法，使用正己烷作为萃取剂，将酯化反应制得的MMA反应液在萃取塔中经洗涤水和正己烷萃取后，萃取塔的塔釜得到洗涤相，洗涤相包括甲醇、水和正己烷。洗涤相经溶剂汽提塔对正己烷进行回收，塔顶得到的正己烷进入到溶剂罐中循环利用，塔釜得到甲醇和水的混合物，该混合物被送到甲醇低压精馏塔进行精馏分离，塔顶得到的甲醇送至第二工段用做脱重剂和吸收剂，塔釜得到的甲醇和水的混合物送至甲醇高压精馏塔进行精馏分离，塔釜得到的洗涤水回到萃取塔进行循环利用，塔顶得到的甲醇与低压精馏塔塔顶的甲醇混合进入第二工段。萃取塔的塔顶得到萃取相，萃取相包括粗MMA和正己烷。萃取相经正己烷回收塔加热精馏，塔釜得到粗MMA，塔顶得到正己烷。正己烷送至溶剂罐中循环利用，粗MMA则送至MMA精制塔脱除副产物杂质，得到质量分数大于99.9%的优等品MMA。图2-6 MMA分离工艺流程图与传统MMA分离工艺相比，该工艺有着以下四方面的优点：（1）使用来源广泛、普通易得的正己烷作为MMA的萃取剂，并通过MMA精制过程使正己烷回收利用； （2）在对MMA反应液提纯过程中，对洗涤水进行了回收利用，还对在第二工段作为吸收剂、在第三工段作为原料之一的甲醇进行了有效回收利用，整个过程能耗低、利用率高，环保节能。（3）整个分离工艺的塔都常压或微负压操作，减少了体系的能耗和设备投资。（4）对甲醇回收采用双效精馏技术，对整个分离工艺的换热网络进行了优化，减少体系的能耗。第三章 清洁生产技术创新3.1绿色催化剂的应用本项目在MAL合成反应中使用了日本旭化成公司所研发的Mo-Bi复合型氧化物催化剂（CN 1308074 C），该催化剂不仅因其在热稳定性和耐还原性方面优异的性能而具有延长的使用寿命，而且对所需产物具有优异的选择性。通过使用该催化剂来生成MAL，可以长时间稳定地生产所需产物，同时降低副产物杂质的量。因此该MAL作为生产具有优异透明度的MMA的原料非常有利。3.2 三废资源化处理3.2.1废气处置 废气处理上采用了传统焚烧法与UV光催化吸附降解法并用的形式，区别于传统企业简单粗暴的焚烧处置。UV光催化对于处理低浓度大风量的VOCs处理十分适合, 应用该技术处理废气的设备简单、性价比高、运营和维护成本低, 是中小企业废气处理的首选方法。3.2.1.1 UV光催化介绍利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对废气进行协同分解氧化反应，使废气降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，对恶臭气体、有机废气及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。同时高能UV光束还将裂解废气中细菌的分子键，破坏细菌的核酸（DNA），达到脱臭兼灭菌的目的。图3-1 UV光催化原理图3.2.1.2椰壳活性炭吸附介绍废气经过光催化预处理后，进入“活性炭吸附设备”，由于固体吸附剂表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力，因此当吸附剂的表面与气体接触时，就能吸引气体分子，使其浓聚并保持在吸附剂表面，此现象称为吸附。利用吸附剂固体表面的吸附能力，使废气与大表面的多孔性吸附剂相接触，废气中的污染物被吸附在固体表面上，使其与气体混合物分离。实际作用过程里经光催化后的气体进入吸附设备中，有机废气大多被转化为低分子化合物，此项目中的甲基丙烯醛被催化转换吸附性得到提升。图3-2椰壳活性炭实物图 椰壳活性炭按照环境工程学报2012年3月刊中，韩旭等的研究椰壳活性炭吸附消除VOCs中显示对于甲基丙烯酸甲酯有着较好的特性吸附作用，可以纳入特殊工况时应急处置方案。3.2.2废水处置废水处置流程中采用了畅飞，刘艳妮等人提出的微电解-Fenton耦合工艺，相对于微电解，微电解-Fenton耦合工艺集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、电沉积及共沉积等作用于一体，能够实现大分子有机污染物的断链，更能够有效的去除成分复杂的有机废水，特别是对CODCr的可生化性有着更为明显的优势。相比对于Fenton试剂投加二价铁离子，不仅节约药剂成本，并且达到了以废治废的目的，是处理/预处理高浓度废水理想的工艺。3.2.2.1铁碳微电解原理及优点介绍当将填料浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场,阳极反应生成大量的Fe2+ 进入废水,进而氧化成Fe3+ ,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的H和O,在偏酸性的条件下,这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使有机大分子发生断链降解,从而消除了有机物尤其是印染废水的度,提高了废水的可生化度。工作原理基于电化学,氧化还原,物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用对废水进行处理。适用范围广,处理效果好,成本低,操作维护方便,不需要消耗电力资源,反应速度快,处理效果稳定,不会造成二次污染,在大幅度降低cod含量的同时提高废水的可生化性,还可以同时兼顾化学沉淀除磷、还原除重金属,也可以作为生物处理的前处理,利于污泥的沉降和生物挂膜。图3-3微电解-Fenton耦合工艺流程3.2.2.2铁碳微电解-耦合Fenton水处理设备本项目采用了专利CN 106746052 A提供的一种反应效率高，污水处理效果好、操作简单、防板结能力强的铁碳微电解-耦合Fenton水处理设备，图3-4为该设备的结构图。图3-4铁碳微电解-耦合Fenton水处理设备图中：1铁碳微电解-耦合Fenton反应器 2回流罐 3加药管道混合器 4进水管道 5铁碳填料 7铁碳罐出水管道 8回流管道 9空心塑料小球 10加料口 11换料口该设备运行过程中活性炭和铁材料同时消耗，避免了传统铁碳微电解材料定期补充铁材料和卸料搅拌问题。所采用的铁材料是技术性能占有绝对优势的海绵铁，反应活性是废铁屑的几十倍，由此解决了传统铁材料溶铁速度慢的问题。比外，回流实现了废水循环二次利用，降低了进水负荷，使得污染物降解更加彻底。第四章 节能方案创新4.1 热集成本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了Aspen Energy Analyzer V9.0 软件，实现了较大能量回收的换热网络设计。使厂区内的冷热物流在合理范围内自己换热，从而达到节省能量的目的。相较不采用热集成技术直接用公用工程换热的换热网络，总能量回收率达到29.6%。详细热集成过程见初步设计说明书。4.2热泵精馏通过外加功将热量自低位传至高位的系统称为热泵系统。热泵是以消耗一定量的机械功为代价，把低温位热能温度提高到可以被利用的程度。由于所获得的可利用热量远远超过输入系统的能量，因而可以节能。本项目第一工段中的叔丁醇提纯塔，是将来自异丁烯水合反应精馏塔的叔丁醇水溶液进行提浓，获得质量分数较高的叔丁醇水溶液后，再进入叔丁醇水解反应精馏塔进行高纯度异丁烯的制取。由于叔丁醇和水在常压下进行精馏分离可形成共沸物（共沸点为80.30，质量组成水为0.37），因此如果采用普通精馏存在耗能大的问题。经过Aspen对普通精馏进行模拟后，可以发现塔顶塔底温度分别为79.2与98.7，可见塔顶塔底温度相差不大，可以将该塔改造为热泵精馏塔。热泵精馏将塔顶的气相经压缩机加压升温后与塔底物流进行换热，气相被冷却，液相被汽化，然后塔顶物流再经节流阀减压、辅助冷却器冷却后进入回流罐。热泵精馏的Aspen模拟流程见图4-1。图4-1 叔丁醇提纯塔热泵精馏模拟流程图在对普通叔丁醇提纯塔的模拟后，可得到塔顶冷凝器负荷12490kW，塔底再沸器负荷8375kW，总能耗为20865kW。而热泵精馏压缩机电耗1224kW，辅助冷凝器负荷5824kW。机械能和电能是比热能更高价值的能量形式，电热转换系数约为 3.29，因此热泵精馏加热能耗为4026.96kW，总能耗为9850.96kW。普通精馏与热泵精馏能耗对比如表4-1所示。表 4-1 普通精馏与热泵精馏能耗对比项目冷凝器负荷(kW)再沸器负荷(kW)普通精馏124908375热泵精馏58240电热能转化：4026.96kW总节能效果52.79%将上述能耗与公用工程耗量结合，按冷却水1.0元/吨、0.8MPa低压蒸汽200元/吨对操作成本进行对比，可以得到操作成本对比柱状图，如图4-2所示。图4-2热泵精馏操作成本对比柱状图通过对比可以看出，使用热泵精馏能够有效地降低冷凝器与再沸器的热负荷，减少公用工程耗量并降低生产操作成本。若按年生产时间8000小时计，每年可节约操作成本2444万元人民币。可见利用热泵精馏进行叔丁醇提纯具有很大的发展前景与应用范围。4.3双效精馏本项目第三工段中涉及到大量甲醇与水的分离（甲醇回收塔），使用普通精馏方式不仅能耗较高，同时塔内汽液两相流率较大不易于设备的建造与操作控制。本项目在采用了双效精馏技术后，装置能耗与操作成本皆有大幅度的下降，双效精馏工艺流程图见图4-3。图4-3 双效精馏流程图将逆流双效精馏与普通精馏进行能耗对比，具体对比结果见表4-2。表 4-2 普通精馏与逆流双效精馏能耗对比项目冷凝器负荷(kW)再沸器负荷(kW)普通精馏5618856647逆流双效精馏1473617178总节能效果71.72%将上述能耗与公用工程耗量结合，按冷却水1.0元/吨、0.8MPa低压蒸汽200元/吨和电0.75元/千瓦时的价格对操作成本进行对比，可以得到操作成本对比算表，如表4-3所示。表4-3 普通精馏与双效精馏操作成本对比算表操作方式公用工程操作成本对比（元/小时）总操作成本对比（元/小时）冷凝器再沸器普通精馏96811861128292双效精馏253672989834双效精馏操作成本节约分率65.24%图4-4双效精馏操作成本对比柱状图通过对比可以看出，使用双效精馏能够有效地降低冷凝器与再沸器的热负荷，减少公用工程耗量并降低生产操作成本。若按年生产时间8000小时计，采用双效精馏技术每年可节约操作成本1.48亿元人民币。可见利用双效精馏分离甲醇和水具有很大的发展前景与应用范围。第五章 控制方案创新5.1 正己烷汽提塔（T0302）的动态模拟5.1.1 动态控制模拟正己烷汽提塔的作用是回收萃取塔塔底液相中的萃取剂正己烷，以此实现正己烷的循环利用。正己烷汽提塔的操作好坏将影响到萃取剂的回收情况，亦即决定着补加正己烷的用量，若汽提塔操作稳定，那么可减少补加正己烷的量，可以节约成本。我们用Aspen Dynamics对正己烷汽提塔进行控制方案的分析模拟，探究在加入外界扰动之后，通过设定的控制系统，观察被控变量与期望值的接近程度与变化情况。通过对接近程度的分析，判断所设定的控制系统的好坏。正己烷汽提塔的进料源自T0301萃取塔塔底，进料流量的大小关系到正己烷汽提塔的操作稳定情况。我们通过阀门控制进料流量的大小，以保证正己烷汽提塔的稳定操作。T0302正己烷汽提塔的动态控制模拟流程如下：图5-1 正己烷汽提塔（T0302）的动态模拟5.1.2 控制系统评估在完成温度控制器的整定之后，我们就可以对控制系统进行评估。由于正己烷汽提塔进行的是正己烷的回收过程，在分析整个体系之后，我们主要研究正己烷汽提塔的进料摩尔流量波动20%的时候，所设置的控制系统是否能够使其恢复稳定。首先让系统稳定运行2h，然后通过进料流量控制器FC，给稳定运行的系统施加一个扰动，观察系统被控变量的变化情况。主要观察的是塔顶正己烷的摩尔流量、塔顶压力、灵敏板的温度以及再沸器的输出负荷。通过塔顶正己烷的摩尔流量变化来判断回收效果，通过塔压的变化观察整个控制系统的稳定性。在施加扰动之后，我们可以观察到各被控变量的变化情况如下图所示：图5-4 进料摩尔流量减小20%时系统的变化情况图5-5 进料摩尔流量增大20%时系统的变化情况将Aspen Dynamics中的图形数据导出，利用Matlab对每个被控变量的变化数据作图，可以更加直观的看出被控变量在扰动发生时的变化情况，图形如下：图5-6（1-5） 进料摩尔流量发生扰动时系统的变化情况由上图可知，当进料摩尔流量减小20%的时候，塔顶正己烷的摩尔流量先是飞跃至47kmol/h，然后又骤降至11kmol/h，最后逐渐回升至稳定值18kmol/h；塔顶压力变化很小，可知控制系统稳定；灵敏板温度先是飞跃至68，然后又回落至53，最后逐渐回升至稳定值55，整个控制过程从加入扰动到恢复稳定只需要0.8h。当进料流量增大20%的时候，塔顶正己烷的摩尔流量先是骤降至8.7kmol/h，然后又逐渐回升至31kmol/h，最后趋于稳定值27.6kmol/h；塔顶压力仍旧是变化很小，可知控制系统稳定；灵敏板温度先是骤降至49.4，然后逐渐趋于稳定值55，整个控制系统从加入扰动到恢复稳定需要1.7h。从施加扰动到控制系统恢复稳定所需的时间，可以判断出：控制系统稳定时间较短，控制质量较高。同时，可以看出进料流量增大的扰动需要更长的时间才能恢复稳定，因此，应尽量避免出现进料流量增大较多的情况。我们可以认为，该套控制系统对于正己烷汽提塔的控制具有较好的效果。在实际运用中，我们可以此为基础，进行更深入的研究，不断完善该控制系统。第六章 过程设备创新6.1塔设备6.1.1 催化剂装填方式模块化催化结构化包装（MCSP）的开发方式广泛应用于催化精馏过程，本项目中异丁烯水合反应精馏塔和叔丁醇水解反应精馏塔采用的是Sulzer公司推出的Katapak-SP 12型反应精馏构件，SP表示分离性能，而后缀12表示两个波纹板和一个催化剂袋的交替排列。Katapak-SP是目前最新的模块化催化结构填料之一，由双层金属丝网催化剂包和交替的垂直规整填料层（Mellapak Plus）组成，允许液体渗透和防止气体交叉，限制催化床层仅用于液相反应。由于丝网对液相的导流作用，该填料与传统填料相比其径向扩散系数约提高一个数量级，催化剂完全润湿，催化反应效率极高，因此被广泛用于反应精馏塔。Sulzer公司公开的专利，把两块形状相同的波纹状丝网如图6-1所示连接起来，内部形成可以装填催化剂而且相通的通道，从上口装入催化剂后，再用可拆卸的方式把口封住，将若干个这种组件组合后可以直接装填在反应精馏塔内。图6-1 两片金属丝网组成的催化剂包组合后其示意图如图6-2所示：图6-2 KATAPAK-SP12的示意图Katapak-SP在双层丝网的夹层内装有催化剂，催化层填充玻璃球，可以对结构进行优化以完美地满足每个特定反应的需要，从而减少催化填料的体积。由实验可知，该催化剂的分离效率高达4 NTSM（每米理论级数），且催化剂的体积分数高达50，具有很好的使用性能。6.1.2 液体分布器由于本装置使用的是比表面积为510的金属波纹丝网规整填料，故淋降点密度远远超过100点/m2，达到1760点/m2。而其数值大小与板片的几何结构、尺寸有关，最好以线分布代替点分布，分布线的方向必须取填料片方向垂直。而塔径为1.8m，相对较大，故选用Koch公司的一项专利（US 4816191 A）一种孔槽式液体分布器单元结构，如图6-3所示。图6-3孔槽式液体分布器结构示意图它由分布槽、挡液板和倾斜支承板组成，槽两侧开有一定数目的排液孔，挡液板中部和底部加工成锯齿形，支承板两边分别同槽外壁和挡液板相连接，并开有升气孔。操作时，分布槽中的液体从孔流出、分散到挡液板的内壁面上并沿壁流下，再经中部齿口流到外壁面，最后均匀分散到挡液板底边各齿口，流入填料层。这种分布器除了能实现线分布外，还具有结构比较简单、气流通道较大、出口气体不易产生雾沫夹带等优点。6.2反应器6.2.1 双层气体分布器MMA合成反应器为氧化型反应器，容易因为鼓泡淤浆床内气体分布不均而造成氧化程度不够均匀的情况，为了改善气体在反应器内的分布，我们进行了气体分布器的优化设计，并提出采用双层分布器的设计方案。李良超等人通过CFD软件对鼓泡塔内气含率分布进行了模拟，通过图6-4可以看出在相同通气量下，鼓泡塔采用双层分布器通气平均气含率比在单层分布器通气下要低。但这并不说明采用双层分布器通气后鼓泡塔性能变差。工业中采用双层通气的目的主要是改善气-液反应在鼓泡塔内的不均匀性。鼓泡塔反应器多为氧化型反应器，当采用单层分布器进气时，气体从鼓泡塔的底部进入，在塔轴向较低位置为富氧区，氧化反应充分，而在轴向较高位置为贫氧区，氧化反应不充分，采用双层通气，从塔体中间高度进入部分气体，可改变氧化型鼓泡塔反应器在轴向较高位置处的氧气缺少的状况，改善氧化型反应中的氧气在整个塔内的均匀性，并且也改善了液相在塔内的循环。MMA合成反应器中空气的进料速率为2535kmol/h，为保证氧气在该反应器内部能够均匀分布，充分与MAL和甲醇接触，进行直接甲基酯化反应，该反应器设计两个气体分布器（CN 107875982 A），气体分布器主视图和俯视图如6-6和6-7所示，将空气进行1:1进行分流分别进入反应器内部导流筒，与液相和固相催化充分混合接触。图6-4 不同结构鼓泡塔气含率分布 图6-5 不同结构鼓泡塔液相速度分布图6-6 气体分布器结构主视图图6-7 气体分布器结构俯视图6.2.2 双段导流筒鼓泡塔内安装导流筒可以改善液体在整个塔内的循环，对于氧化反应型鼓泡塔，由于塔内氧气在轴向上分布的不均匀性，在离进气管口近的位置氧气充足，氧化反应充分，在轴向较高位置氧气不充足，氧化反应不充分。采用双层通气的方法，是将氧气加入到轴向较高位置的贫氧区（前面已分析），而采用导流筒的方法是使轴向较高位置的贫氧区的液体向气体进口的富氧区流动，从而使整个塔内流体的氧化反应充分，提高鼓泡塔的效率。比较图6-8中2 种鼓泡塔内的液相流场可以看出，无导流筒时，液体在塔内流动相对比较无序杂乱，流场不稳定。采用导流筒后，液体在筒外向上流动，在筒内向下流动，流场有序、稳定，改善了液体在塔内的循环。但导流筒的尺寸应需合理的设计，应在改善液体循环的同时，减少气相在筒内外严重分区的现象。导流筒共有两段，每段长度为12米，直径为1.5米。 图6-8 不同结构鼓泡塔气含率分布 图6-9 不同结构鼓泡塔液相速度分布6.3 液体输送泵6.3.1 G型管道屏蔽电泵为了贯彻绿色节能的理念，本项目所用泵通过市场调查决定对于非纯水介质的输送采用上海佰诺泵阀有限公司的G系列低噪音管道屏蔽电泵，该泵采用全封闭、无机械密封的独特结构，满足第一和第二工段对于严格密封传送的要求。定转子采用不锈钢套分别屏蔽密封，输送液体可进入电机内部冷却，从而解决了普通管道电泵因使用机械密封而导致输送介质泄漏、污染环境、运行可靠性差、维护困难等问题。转动部分则采用石磨轴承支承、输送介质润滑，是低噪音绿色环保型升级换代产品。 图6-10管道屏蔽电泵外观图 图6-11管道屏蔽电泵结构图(1-上轴承座，2-机座，3-电机接线盒，4-泵体，5-底座，6-石墨轴承套，7-引液管，8-推力轴承，9-转子，10-定子，11-轴，12-定子屏蔽泵，13-转子屏蔽泵，14-下轴承座，15-叶轮)6.3.2 ISGB型便拆立式管道离心泵ISGB型便拆立式管道离心泵是在ISG型泵的基础上开发成功的一种结构新颖，技术先进的产品。该立式泵特别是在整体结构上进行大胆突破设计。采用独立轴承体、泵轴支撑，解决了原来立式泵靠电机轴承支撑的不足之处；采用优秀水力模型的叶轮，消除了原立式泵轴向力大的不足之处；电机采用Y系列标准通用电机，解决原立式泵加长轴电机配套更换难的问题；同时100%的便拆结构，解决了更换大功率水泵的轴承、机械密封、叶轮、泵轴的难题。该泵与国内同类产品相比，具有运转更平稳、使用寿命长、配套更方便、维护保养更轻松等等，无可代替的优点。在立式泵系列产品中属国内前列，各项技术居国内领先，是替代ISG型立式泵、IS型离心泵、S型双吸泵等常规各种离心泵的最理想产品。该泵为立式结构，安装调试方便，独特设计的电机和泵体采用联接体联接，同心度高、加工精度高，占地面积大大减少，可拆卸硬性中间联轴器，使泵起动无振动、无噪音，旋转部件设有可靠的安全防护罩，安全性极好，该泵机械密封采用不锈钢、碳化钨、氟橡胶等材料制成，耐高温、高压，运行寿命长，无渗漏，对轴无磨损，保证工作环