Word2010版1-设计文档集5-创新说明书

东华科技陕鼓杯 第十二届全国大学生化工设计竞赛 宁波大榭石化异丁烯法年产10万吨MMA项目创新说明书 河西学院蓝烯团队队员：王永宝 杨星 包海兵 石翎 王正铎指导老师：佟永纯 宋如 邱东目录第一章 分离技术创新11.1 醛的分离方法11.2 甲基丙烯酸甲酯-甲醇体系的双溶剂萃取2第二章 新型设备选用4宁波大榭石化年产10万吨MMA项目 创新说明书第一章 分离技术创新1.1 醛的分离方法本项目异丁烯氧化工段中，经列管式固定床反应器R0101第一步催化氧化反应，反应器出口物料中甲基丙烯醛（MAL）的摩尔比约为7.6%，水蒸气约为23%，此外还有大量的惰性气体如N2等。物料中水必须除去，否则会影响第二步氧化酯化反应。对此，本设计运用一种新的生产MMA工艺中MAL的分离工艺及其操作方法，工艺水对第一步氧化反应产物进行冷却吸收，大量的N2、O2和未反应的异丁烯从塔顶释放出去，塔底的主要产物是MAL水溶液等。MAL水溶液进入共沸精馏塔，在共沸塔塔顶加入定量的甲醇进行共沸精馏，将MAL和甲醇形成的共沸物从塔顶蒸出，塔底采出大量水，使MAL得到分离提纯。图 1-1 MAL分离模型表 1-1 分离前各组分含量C4H8O2N2H2OC4H6OCH4O总Mole Flow kmol/hr4.05166.051185448.95148.951953表 1-2 分离后各组分含量C4H8O2N2H2OC4H6OCH4OMole Flow kmol/hr0.560.4381.2830.237148.577400从上表可以看出，水蒸气由分离之前的23%，分离过后水的摩尔比降为0.04%，水蒸气含量低于500ppm。共沸剂甲醇是第二步的反应原料，不影响后续氧化酯化反应，无需再分离。与现有工艺相比，本工艺有以下优势：本方法用水进行吸收容易实现，同时起到了水洗的功能，有利于杂质的清除。水又起到了冷却作用，防止醛的高温聚合。用甲醇进行共沸精馏，简单且易于操作，很好的解决了MMA中水含量高的问题。简化了工艺流程，从而降低了设备投资和操作费用，又减少了对环境的污染。1.2 甲基丙烯酸甲酯-甲醇体系的双溶剂萃取由于氧化酯化过程中甲醇大大过量，与且体系共沸，使得MMA分离困难。因此，MMA与甲醇的分离是异丁烯清洁生产MMA的关键技术之一。工业上目前多采用精馏来分离MMA，但是MMA-甲醇体系共沸，分离困难且能耗高；另一方面，为了完全分离使得塔釜温度较高，导致MMA在塔釜聚合，既不经济，又不安全。工业上对于难于分离的共沸体系，常采用萃取分离，特别是双溶剂萃取、双水相等，因其有较好萃取效果及能耗较低等特点，被广泛应用于化工分离、生物分离等过程中。同时溶剂萃取可以通过有机溶剂相的分散，降低MMA聚合风险，提高过程安全性。本项目选用正己烷、水为萃取剂，正己烷又易得，价格便宜，且又有后续易于分离的优点。采用正己烷、水作为萃取剂大大降低了生产成本，降低能耗，减少MMA的损耗。为此本项目采用水、正己烷、MMA进料比为1：3.4：1.5。正己烷从塔底进料，MMA溶液从中部进料，水从塔顶进料对MMA进行萃取。塔顶采出的MMA进入下一步精制工段，塔底的甲醇水溶液进入甲醇回收工段。图 1-2 MMA双溶剂萃取模型表 1-2 双溶剂萃取塔物料平衡表原料水进料正己烷进料塔釜液塔顶采出液Temperature C45.3252514-17.1Pressure bar21221Mole Flow kmol/hr1976.812100340499.9981916.814Mass Flow kg/hr66591.9891801.52829300.23412535.03485158.717Volume Flow cum/hr217.7571.81244.55414.572139.685Enthalpy Gcal/hr-38.138-6.873-16.101-31.653-29.441Density gm/cc0.3060.9940.6580.860.61Mole Flow kmol/hrC4H80.56trace0.56O2241.155trace241.155N21186.283trace1186.283H2O148.802100248.5540.248C4H6O0.012trace0.012CH4O251.436251.436traceC5H8O2148.564trace148.564C6H143400.008339.992从上表可以看出，双溶剂萃取对MMA有很好的分离结果，能耗低，污染小。6河西学院蓝烯团队第二章 新型设备选用异丁烯催化氧化反应为强放热反应，我们采用列管式固定床反应器，用熔盐作为加热介质。熔盐加完热后由熔盐泵带出，经熔盐冷却器把热量转移。但熔盐不同于普通流体，熔盐输送存在以下难点：（1）当温度降低析出熔盐结晶颗粒时，泵内流动由单相流转为盐析两相流，此时泵内流动十分复杂，析出的颗粒对泵性能也有极大的影响。（2）熔盐泵一般为立式安装，运行时叶轮浸没在高温熔融盐中，介质的热量沿着泵轴传递。由于一般的单级离心泵整体结构的轴向不对称性，发生的不均匀热变形可能导致泵的上轴承抱死。（3）熔盐泵叶轮距离转轴支撑点很远，内部流体的不均匀流动会造成叶轮径向力的增大，故而引起转轴挠度增大、轴承磨损泵体振动等现象，严重时会出现转轴与轴承卡死、叶轮与蜗壳干涉等故障，影响泵的正常运行。所以，为保持熔盐良好的循环，熔盐泵及流道的设计要求很高。熔盐泵良好的机械设计，是其长期而平稳地运转的根本前提。为此我们选用GY型熔盐泵，GY型熔盐泵是济南华威泵业有限公司在多年生产高温液下泵和熔盐液下泵的基础上，参考国外同类型产品的结构，自主开发的熔盐泵系列产品。是熔盐循环系统或者熔盐输送的专用高温泵。（1）性能范围使用温度（T）：180540流量（Q）：3600m3/h扬程（H）：1070m介质粘度（）