3-创新性说明书

宁夏宝塔石化年产20万吨醋酸乙烯项目 创新性说明书目录一、工艺生产技术创新11.1 醋酸原料从废酸中提取11.2 气相乙炔法生产新技术21.3 碳排放减少2二、反应与分离技术创新32.1 高效反应新技术32.2 高效分离新技术42.2.1 膜分离技术42.2.2 提馏塔加三相分离器分离共沸体系52.3 分离序列设计5三、过程节能降耗技术73.1 热泵精馏技术73.2 双效精馏技术83.3中间再沸技术103.4 醋酸乙烯合成反应器发生蒸汽123.5烟气余热回收133.6 热集成技术14四、环境保护技术创新164.1废气、废水的资源164.2 资源循环与利用18五、新型过程设备的应用205.1 反应器结构创新205.2 分离设备创新215.2.1 新型双向波纹填料215.2.2 除沫装置的改进225.2.3 超重力旋转填料床235.3 输送设备创新255.3.1屏蔽泵255.3.2 磁力泵265.4换热设备结构创新275.4.1新型外螺纹横纹管管外强化传热27六、自动化控制技术306.1 复杂体系控制方案设计306.2 SIS安全仪表系统的设计31一、工艺生产技术创新1.1 醋酸原料从废酸中提取醋酸是一种重要的化工原料,其水溶液广泛存在于各类工业过程中。精馏系统成品塔的醋酸废液由于组分复杂，处理方法不尽相同。国内部分厂家对精馏废液的处理有两种方法：一是将废液与天然气伴烧排放，这种方法实施难度较大，由于废液的强腐蚀性，焚烧炉选型困难，投用后故障率高，不利于环保，经济效益差；二是将此部分废液廉价外售。为探索先进的“中国制造 2025”技术方案，提高资源回收利用效率，本项目拟采用一股含酸废液作为原料进行分离提纯。采用含醋酸-丙酸-水的废酸作为原料，提取醋酸。可以大大减少对原料的投资，并且能副产高价值的丙酸，显著提高经济效益和资源的利用效率。图1-1原料预处理工段模拟示意图1.2 气相乙炔法生产新技术本项目选择气相乙炔法生产醋酸乙烯（VAC），该工艺将乙炔与醋酸混合进行加成反应，可直接得到VAC。该工艺采用一个工艺单元合成制取VAC，简化了工序，节省了资金，且避免了废气污染，绿色化程度进一步提高。在分离工段，改进天津大学张敏华等人的发明专利 一种乙炔法合成的醋酸乙烯的精制方法及装置 作为本项目的技术工艺来分离醋酸乙烯。高效的分离方法有效的减少了分离设备的投资，具有较大的经济效益和社会效益，是今后研究的热点，发展前景良好。1.3 碳排放减少本项目的碳排放来源于加热炉的烟气和生产公用工程（蒸汽、电能等）所产生的碳排放。为了降低公用工程所产生的碳排放，本项目进行换热网络的集成设计，并且使用热泵精馏、双效精馏、反应热发蒸汽等节能技术降低能耗，有效地减少碳排放量。根据国家发改委的推荐，每燃烧1吨标准煤会排放2.4567吨CO2。节能情况如表1-1所示。表1-1 优化前后碳减排对比项目热公用工程/kW冷公用工程/kW直接公用工程28494.1737614.28优化后15668.124336.7能量优化量26103.65碳排放减少量10.89万吨CO2/年每吨产品碳排放减少量0.545吨CO2/吨产品注：热泵压缩机的电耗补充到优化后的热公用工程中。33二、反应与分离技术创新2.1 高效反应新技术本工艺采用气相乙炔法。气相法工艺中，乙炔和醋酸以载于活性炭上的醋酸锌作催化剂，利用乙炔分子中三键的活泼性进行加成反应，其原理为：它的主要特点为：工艺以脱硫、脱磷化氢的电石乙炔与醋酸为主要原料，催化剂采用醋酸锌-活性炭（15：100），且添加助催化剂次碳酸铋，反应温度在170-200，压力为常压，空速在200-400h-1，醋酸的单程转化率在30%左右，乙炔单程转化率在15%左右。醋酸乙烯收率以醋酸计在95%以上。表2-1 乙炔气相法主要工艺参数单位数值说明反应温度160240反应压力MPa0.20.4乙炔与醋酸摩尔比510反应器固定床或沸腾床主催化剂醋酸锌/活性炭15：100助催化剂碳酸铋乙炔单程转化率%1216醋酸单程转化率%2540乙炔转化率%6070醋酸乙烯选择性%9298以乙炔计9598以醋酸计醋酸乙烯的总收率%9296以乙炔计9798以醋酸计2.2 高效分离新技术2.2.1 膜分离技术从含水粗产品中分离少量乙醛的工艺中，有与水与乙醛会形成共沸物很难分离，传统工业用方法精馏和萃取不适用于分离该复杂的混合物体系，而膜分离在该方面则呈现出巨大的优势，具有高效节能的特点，技术也相当较成熟。查阅文献后，本项目设计小组在此分离工段拟选用聚四氟乙烯微孔膜作分离器件，膜组件形式采用螺旋卷式。图2-1 螺旋卷式膜组件分离原理相对于传统的分离工艺手段，膜分离具有低能耗，操作方便，工艺简单、效率高、设备集中化程度高等优点，膜分离法在工业中常运用于分离有机液体中的水分脱除，渗透气化（PVAP）与反渗透有相似的传质过程，是一种新型膜分离技术。PVAP具有高分离选择性、低能耗、低投资及操作条件温和等优点，具有较好得到应用前景和经济效应，并且膜分离在节能及环保方面具有极大的实际意义，膜分离领域研究成为近几年来的热点。膜分离罐具体设计及操作条件见设备设计说明书第八章“膜分离的设计选型”膜分离具体设计部分参考文献见文件“1-膜分离及加热炉设计依据”中1-1膜分离设计依据。2.2.2 提馏塔加三相分离器分离共沸体系醋酸乙烯产品与水的混合物的分离一直是本工艺的研究热点，本项目创新地提出一种新的醋酸乙烯生产中醋酸乙烯的分离提纯方法。醋酸乙烯提馏塔将塔底醋酸乙烯提纯到99.9%，塔顶为醋酸乙烯-水混合气相。通过一个冷凝器将气相冷凝成醋酸乙烯-水液相共沸体系。由于醋酸乙烯微溶于水，所以采用三相分离器使水相跨过共沸点形成醋酸乙烯相。再通过泵循环打回提馏塔，实现醋酸乙烯和水的分离。与现有工艺方法相比较，本工艺的采用提馏塔加三相分离器跨共沸点分离醋酸乙烯-水共沸体系，简单易操作，很好地解决了醋酸乙烯中含水的问题，简化工艺流程，从而降低了设备投资和操作费用。图2-2 醋酸乙烯-水温度-组成相图2.3 分离序列设计本项目对VAC合成产物经闪蒸罐分离后液相中的组分分离序列进行设计。依据有序直观推断原则，以降低各项费用为目的，对流程进行合理设计。表2-2给出了待分离组分的组成。表2-2 待分离组分组成代号组分摩尔流率kmol/h摩尔分数标准沸点/相邻组分沸点差/CESA乙炔1273.7774.91-83.4-B乙醛10.530.6220.8104.234.68C醋酸乙烯307.5618.0973.552.716.96D水18.521.0910026.51.76E醋酸87.325.13117.917.90.92注：CES表示分离易度系数根据M1、M2、D1、S1、S2、C1规则，得到最终分离序列如图2-3所示：图2-3 醋酸乙烯合成反应产物分离序列三、过程节能降耗技术3.1 热泵精馏技术当精馏塔的塔顶塔底温度相近，且存在较大热平台的时候，如果进行热泵技术可以有效回收一部分能量，从而使冷热公用工程用量均可以明显减小，从而节约能量。通过热泵技术，将功转化为热能，提升流股的温度品味，使原本不能换热的流股可以进行换热，从而使得冷热公用工程的用量均有所减少。这样，消耗少量电能（用于做功），节省大量的热量与冷量，便可以有效节约能量。通过热集成分析可知，精馏塔塔顶塔釜存在较大热平台，且温差较小，因此采用热泵技术，以塔顶气体为工质，塔顶气体经压缩机压缩升温后，与塔釜液相换热，使之部分汽化，同时使自身降温，再经辅助冷却后分离得到水送至废水处理车间，液相回流至精馏塔。塔釜液体经过分配器控制塔底采出量，再沸液体经辅助加热后汽化，循环回提馏段底部，液相出料为醋酸-丙酸混合物，继续进入下一分离工段。塔顶蒸汽直接压缩式热泵，由于压缩机采用锅炉蒸汽驱动，能耗主要由辅助加热器和辅助冷却器产生，首先辅助加热器能耗为1006.49kW，辅助冷却器的冷耗为612.9kW。而无热泵技术的冷耗为8144.399kW，热耗9536.37kW。假设电热转换系数为3.则压缩机消耗的等量负荷为3305.67kW。比较常规精馏塔和热泵精馏塔的能耗，热泵精修塔较常规精馏的能耗节省：图3-1 热泵流程的Aspen模拟示意图3.2 双效精馏技术本项目的工艺采用的醋酸-丙酸-水废液作原料，因此在原料预处理过程中需要将醋酸、丙酸提纯后利用，以节省原料消耗量，提高经济效益。由于本工艺在醋酸-丙酸分离过程中，采用常规精馏塔精馏分离的能耗和设备投资费用巨大。在参考了现有的醋酸-丙酸生产工艺及精馏节能方案后，本项目拟用多效精馏的方案分离醋酸与丙酸。多效精馏作为一个新兴发展的节能工艺。它主要以低能耗，低品位热量利用和高热力学效率引起了人们的高度重视。多效精馏系统由若干压力不同的精馏塔构成。以多塔代替单塔，且根据塔压由高到低的顺序排列，整个系统只有第一个塔的再沸器由外界直接供能。为了充分利用能源，依次用高压塔的塔顶蒸汽作为相邻低压塔再沸器的热源，也就是说，除压力最低的塔之外，其余各塔塔顶蒸汽的冷凝热均被精馏系统自身回收利用，从而使整个精馏过程的能耗大为降低。多小精馏的节能效果与效数N的关系为：由该式可知，效数越多则节能效果越明显，单效改为双效可节能50%，双效到三效增加17%，三效到四效仅增加了8%。考虑到醋酸在本工艺体系中是作为反应物存在，丙酸是作为一高价值的副产物输出，因此分离醋酸的目的是为了作为原料利用，对醋酸的纯度要求较高，但是由于需要被分离的醋酸量相较大化工而言不是很大，因此采用三效精馏方案对本工艺而言，并无明显优势，反而徒增设备投资费用，降低经济效益。将差压双效精馏与单塔流程模拟对比，计算加热及冷却负荷，结果见表3-1。图3-2 双效精馏工艺流程图两种方案的具体对比如下表所示：表3-1 普通精馏与双效精馏方案对比表项目普通精馏工艺双效精馏工艺高压塔低压塔塔压/bar1.65.391.78塔顶出料量/（kg/h）26725.919553.9414220.63所需塔板数NT/块484539塔顶温度/133.46182.47137.28塔底温度/156.05205.47145.02冷凝器负荷/kW5994.9804716.35再沸器负荷/kW5907.754909.230总能耗/kW11902.739625.58节约能耗：19.1综上比较分析，采用双效精馏工艺分离醋酸与丙酸的方案与常规单塔精馏相比，不仅节约能耗，综合费用投资也大大减少。因此，本项目决定采用双效精馏方案分离醋酸与丙酸。3.3中间再沸技术在醋酸回收塔中可以看到，在普通精馏塔中在第12板附件有一段温度的突增，如果在塔的中部设置中间再沸器，可以代替一部分原来从塔底加入的热量。由于中间再沸器所处的温度比塔底的温度低，所以在中间再沸器中可以用比塔底加热剂温度低的加热剂来加热。图3-3 醋酸回收塔内温度变化图由下式：这亦将降低分离过程的净功消耗，提高精馏过程的热力学效率，同时可以节省热公用工程费用。另一方面，对于二元精馏塔，中间再沸器的使用，会使塔底再沸器热负荷降低，这将产生三个不同效应：一、是提馏段蒸发比减少，使操作线向平衡线靠拢，虽然提高了塔内分离过程的可逆程度，但完成一定分离任务需要的理论塔板数要相应增加；二、是在中间再沸器下面的塔段，因为热负荷减小，可以减少板间距离或塔径，降低塔设备成本；三、是中间再沸器往往选用在传热推动力比较大的位置，可使换热器的总换热面积减少。两种方案的具体对比如下表所示：表3-2 普通精馏与中间再沸精馏方案对比表项目普通精馏工艺中间再沸精馏工艺塔压/bar1.9451.945所需塔板数NT/块3336塔顶温度/70.2170.2塔底温度/143.35143.89冷凝器负荷/kW-9988.87-8734.46再沸器负荷/kW12636.2710668.91中间再沸器负荷/kW0723.05总能耗/kW22625.1420126.42节约能耗：11.04%图3-4 中间再沸精馏工艺流程图3.4 醋酸乙烯合成反应器发生蒸汽本项目中醋酸乙烯合成反应为强放热反应，为避免反应器出现飞温现象的同时保证反应器平稳运行，本反应器设计为列管式固定床反应器，管数可达上万根适用于反应热效应较大的反应，载流体（除氧水）流经管间取走反应热保证反应器处于恒温状态下反应。由ASPEN模拟流程可知，反应物物料在进入反应器之前预热到了240，所以醋酸乙烯合成反应放出的热量由换热管中的88的除氧水气化为蒸汽取走。为了及时移走热量，减少催化剂损失，本设计采用分段控温的方案，将三台恒温反应器串联成多级列管式固定床反应器，则除氧水也将分成三段分别取热发蒸汽。经过计算可知每小时能产生1.0Mpa低压蒸汽14.625t，产生的低压蒸汽供本项目其它装置使用，从而实现回收反应高温热量减少能耗。反应器取热装置如图3-5所示。图3-5 反应器取热图3.5烟气余热回收本工艺中，反应器温度控制在240进行反应。因此设置两台加热炉对反应原料乙炔和醋酸分别进行加热，将温度提升到240后进入反应器中反应。两台加热炉使用燃料气燃烧进行加热之后产生烟气，烟气温度达到210。高温烟气不可直接排放，需将温度降到120左右，而在烟气温位下降的同时可对其进行热量回收预热空气。利用烟气对空气预热主要作用有：可降低排烟温度，极高锅炉效率；改善燃料的着火与燃烧条件，降低不完全燃烧损失；提升炉膛平均温度从而强化炉内辐射传热。本工艺使用热管式空气预热器，热管式预热器主要由热管、箱体和中间隔板、烟气道和空气道组成，中间隔板将箱体分隔开形成两个独立部分，上为空气道(冷流体)，下为烟气道(热流体)，热管穿过中间隔板，一端与热流体接触，另一端与冷流体接触，两端加装翅片，并与冷、热流体在各自通道内进行换热，隔板保证两侧流体相互独立流动，翅片加装可以增大传热面积，风机提供冷、热流体流动需要的流速，热管式预热器中的热管呈菱形或错列矩形排列。预热器的基本结构如图3-6所示。经过计算通过设置空气预热器每小时可节约19.952kg燃料气。图3-6 热管式预热器结构示意图3.6 热集成技术本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了 Aspen Energy Analyzer V10软件，得到适用于本系统的换热网络方案。使厂区内的冷热物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的，最终获得一个能量较大回用的换热网络，如下图3-7所示：图3-7 最终换热网络图相较于热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，运用热集成前后能耗对比如下： 表3-3 公用工程对比表项目经济指数单位设计换热网络之前设计换热网络之后热公用工程费用0.080370.03955Cost/s冷公用工程费用0.027540.00522Cost/s操作费用0.10790.04477Cost/s设备投资1.2051061.764106Cost总费用0.1180.05952Cost/s加热负荷1.2751086.231107kJ/h冷却负荷1.8471088.761107kJ/h由表3-3可看出，在未进行换热网络的优化设计前，装置的加热、冷却公用工程的量较大，操作费用大，因此总费用偏高。而在设计换热网络之后，冷热公用工程需求量减少，操作费用也相应减少。由此可知换热网络设计有显著效果，有助于热量的多级高效利用，降低运行成本，更加经济合理。但是由于使用了热泵、双效精馏等节能技术，使得设备费用增加，但是总费用仍然比设计换热网络之前大大下降。由上述可知，通过集成换热网络设计，经济效益显著，加热负荷降低了51.13%，冷却负荷降低了52.57%，换热网络设计有效。热集成分析详细参见换热网络和节能设计 。四、环境保护技术创新4.1废气、废水的资源本装置在正常生产过程中会产生部分废水，其主要组成乙炔（422.0mg/h）、醋酸（327.1mg/h）、醋酸乙烯（210.30mg/h）、乙醛（12193mg/h）和水等。为了满足环保、资源利用等要求，本项目采取EMBAF工艺。此工艺是在改进、优化传统BAF工艺的基础上发展而来，通过应用级配填料、工程菌等技术，解决了BAF中布水布气不均的问题，提高了传质效率和容积负荷率，提高对难降解污染物的去除效率，工艺流程简单，运行管理方便。使用的级配填料能够减少滤床的水头损失，填料表面的活性基团可以加快生物膜形成，提高生物膜总量，提高处理效果。根据含酸废水的特点，本项目污水处理站采用EMBAF工艺的方法来对含酸污水以及各类污水进行综合处理，处理流程如下：图4-1 污水处理流程图表4-1 EMBAF工艺一览表项目EMBAF工艺投资费用土建工程无需二沉池，预处理配置斜板沉淀池，效率很高。设备、仪表设备、仪表 设备、仪表投资较少征地费占地最小，是传统生物工艺的2/3-1/3，征地费较少总投资较小运行费用污泥回流污泥回流量小曝气量比活性污泥法低10%-20%药剂量较低电耗较小工艺效果排泥系统排泥阀较多，系统较复杂生化反应池池体土建结构较复杂出水水质较好产泥量污泥量较小流量变化的影响受过滤速度限制，有一定的影响冲击负荷的影响可承受日常的日冲击负荷能力一般温度变化（低温）的影响滤池从底部进水，上部可封闭，水温波动小，低温运行较稳定运行管理日常维护和巡视设备和管道布置紧密，厂区面积小，采用管式曝气，不堵塞，巡视简单大修滤池成组布置，数量较多，停一组滤池进行依次大修对出水水质和出水量影响很小环境问题臭气问题基本无臭味，对环境影响较小工艺流程叙述：来自本项目工艺装置的污水通过现有污水管线经集水井自流进入调节池。调节池采用空气搅拌混合，完成废水的均质均量功能。调节池末端设有集水区，内设污水提升泵，将污水提升到混凝池。混凝池中投加混凝剂和絮凝剂，在搅拌器的作用下，与污水中颗粒较小的悬浮物及部分胶体状待充分混合形成矾花。混凝池出水自流进入斜板沉淀池，矾花得以从污水中分离。斜板沉淀池出水进入配水井，与投加的碳酸钠溶液及回流污泥混合后，进入生化池。生化池（EMBAF池）。由厌氧部分和好氧部分组成，厌氧部分利用厌氧微生物的水解、酸化作用，降解CODcr，提高污水的B/C值；厌氧部分的出水进入好氧部分，通过好氧菌使有机物转变为二氧化碳和水，微量重金属离子与微生物螯合而得以去除。BAF池分为四组九级，前端设有布水区，后端有生化集泥池。前三级为厌氧部分，后六级为好氧部分。BAF池底部设置曝气管用于供氧，底部另设置排泥管以排放剩余污泥。污水中大部分的污染物如氨氮、COD等在EMBAF池内被去除。出水进入监控池，最终达标排入园区污水处理厂进一步处理后作为园区企业工业用水补水。当出水不满足要求时，将其回流到调节池中。4.2 资源循环与利用本装置设计多股循环物流，包括醋酸循环、乙炔气循环、醋酸乙烯-水溶液循环等，同时还合理利用了前面预处理工段分离的酸水作为吸收剂，回收乙炔气体携带的醋酸。在Aspen模拟中，绿色线为循环物流线，见图4-2。图4-2 全装置循环物流一览1）醋酸吸收剂在酸洗塔中可以很好的吸收醋酸乙烯，实现乙炔和醋酸乙的气相分离，在醋酸回收塔中又与醋酸乙烯实现分离，构成吸收剂剂循环，保证乙炔、醋酸乙烯的分离要求。2）乙炔气循环充分回收醋酸乙烯合成反应中未反应的乙炔，提高了原料的利用率。3）在醋酸乙烯精制单元中，经过提馏塔塔顶分离出来的醋酸乙烯-水的共沸物通过三相分离器跨过夹点，再通过循环这股较高浓度的醋酸乙烯-水的混合物，于提馏塔塔底得到符合要求的，质量分数为99.9%的醋酸乙烯优质产品。4）原料预处理工段会产生一股含酸的废水，又因为本工艺在气体分离提纯工段需要一股水作为吸收剂来吸收乙炔气中夹带的醋酸，所以采用这股含酸废水中的一部分来作为吸收剂吸收醋酸。五、新型过程设备的应用5.1 反应器结构创新列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在2550mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器，反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。对于乙炔和醋酸反应生成醋酸乙烯的过程而言，反应温度范围170250。该反应是强放热反应，反应时会放出大量热量，这些热量需要及时从反应器内移走以保证反应器平稳运行。为了最大限度的发挥催化剂高选择性和高转化率的优势，及时移走热量，减少催化剂损失，本设计采用分段控温的方案，将三台恒温反应器串联成多级列管式固定床反应器，反应器之间补充醋酸进料以维持进料比，以便在接近于最佳温度及最优摩尔进料比下操作。对于VAC合成反应器的温控措施，采用反应物料走管程、冷却介质走壳程的方式，两股物流在管壁上进行热量传递。醋酸乙烯（VAC）合成反应器的结构为三级列管式固定床反应器。管内装填催化剂，管间通换热介质（或热载体）以移除管内反应产生的热量。换热介质应满足性质稳定、无腐蚀、热容大、廉价等要素，根据本反应的操作温度范围及热效应大小，选择的换热介质为88.67、10bar的水。气固相多级列管式固定床的优点较多：（一）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可以看成是理想流动，因此反应物浓度高，化学反应速率较快，在完成同样的生产任务时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小；（二）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性；（三）催化剂不易磨损，可以较长时间下连续操作；（四）多级式结构更加有利于段间取热，维持反应器全流程等温，段间补充进料，同时设置再分布器，便于维持最佳摩尔进料比；（五）适宜于高温高压条件下操作。5.2 分离设备创新5.2.1 新型双向波纹填料本项目填料塔设计时T0102A/B时，选用新型的耐磨耐腐蚀的陶瓷波纹板填料KERAPAK 450Y。若为了进一步提高填料的分离性能，减少填料层高度，减少压降，节约成本，可采用由天津大学等研发的新型双向波纹填料了。结构:在波纹填料的楞线上按一定间距冲有反向波纹，每一波纹片上形成方向相反、大小不同的波纹组装成填料盘组片式波纹填料，峰谷搭片式波纹填料，波环式波纹填料和共轭蜂窝填料。与同型号的波纹填料相比：传质效率提高；通量增加；压力将降低新型双向波纹填料结构如下图：图5-1 双向波纹填料结构图5-2 双向波纹填料结构图5-3 双向波纹填料结构5.2.2 除沫装置的改进作为化工、医药、轻工、环保等行业立式圆筒形设备使用的气液分离装置，丝网除沫器固定安装时，一般采用焊接的方法。支撑部件与筒体内壁焊接，对焊接工艺和检测要求严格，实际制造有一定难度，检修时拆改也不方便。特别检修时现场操作不方便，除沫器从容器取出需要具备一定的条件，而丝网除沫器的维护要求定.期检查、清洗，需要拆换除沫网，支撑部件再利用率低。经过改进后，丝网除沫器结构如图5-4：图5-4托架式丝网除沫器结构托架式安装结构便于安装、检修，避免焊接安装的拆卸问题，减少对本体的损伤风险，不需要动用焊接设备，操作简单，特别是不能动火的现场，对操作条件要求不高，方便快捷，并且提高支撑件的利用率，还可以和开孔管板的减震结构配合使用。此结构可以作为其他内部件安装形式，代替焊接固定的方法。5.2.3 超重力旋转填料床在已经设计及校核完毕的水洗塔T0302的基础上，提出了一种利用新型的，更高效的旋转填料床来吸收混合气体中所含的醋酸气体。近年来，超重力技术已经成为极具发展潜力的新兴化工技术之一，它具有设备微型化、效率高、能耗低、易运转、安全可靠以及适用性广等优点，符合当今社会解决化学工业“高能耗、高污染和高物耗”问题、简化工艺流程、强化化工过程、节能环保的发展要求，在化工分离材料工程、生物化工和环境保护等领域有着广阔的应用前景。超重力是指物质在比地球重力加速度(g=9.8m/s2)大得多的环境下所受到的力。研究表明，在重力加速度g趋近于0时，相间接触过程的动力也趋近于0，不能产生相间流动。同时分子间力(如表面张力)会使液体团聚，相间传递变弱，不能分离。反之，如果增大g则相间接触过程的动力也会变大，流体相对速度也变大，巨大的剪切力不仅可以克服表面张力，还会使相间的接触面积增大，导致相间传递过程极大加强。超重力技术正是通过高速旋转，产生的离心力来增大加速度，模拟超重力环境，实现强化微观混合和传质过程。模拟超重力环境的设备称为高速旋转填料床。高速旋转填料床适用范围广泛，既可以处理两相反应或分离，又可以进行气液固三相反应口。高速旋转填料床通过转子(内含多孔介质填料)高速旋转产生巨大离心力，模拟超重力环境。参与反应或分离的流体在处于超重力环境下的多孔介质或孔道中流动接触，巨大的剪切力将液体破碎撕裂成纳米级的膜、丝或滴，产生极大的不断更新的相界面，使传质单元高度对比传统塔器高度降低了12个数量级。此外，高速旋转填料床还具有体积小、投资低、持液量少，安全易操作、维护简便等优点。图5-5旋转填料床流体走向图图5-5旋转填料床形式图5-6多级错流式旋转填料床5.3 输送设备创新5.3.1屏蔽泵为了贯彻绿色节能的理念，本项目在对输送密封要求严格的工段采用新型节能屏蔽泵替代以往高耗能的常规屏蔽泵产品。常规屏蔽式电动机与同功率同极数普通电动机相比效率要低10个百分点，功率因数则更低。而该系列泵相比常规屏蔽泵而言其整体效率显著提高，其利用哈氏合金、钕铁硼永磁材料，使电机效率高、功率因数高及功率密度大、过载能力强，且温升低，噪声小，长期高温运行时可靠性高，无泄漏、防爆、耐腐蚀等特点，可以在200下稳定运行。且该泵可以根据工况自动调节转速，以此来改变工作状态，进而大大节省了能耗。下面以P0405A/B为例，表5-1和表5-2给出了节能屏蔽泵的节能效果和成本节约情况。表5-1节能泵与常规泵能耗对比表名称电机效率（%）功率因素额定电流（A）额定有功功率（kWh）电力能耗节约比常规屏蔽泵740.8318.510.120.2%节能屏蔽泵92.800.9812.58.06表5-2 节约成本算表年节约用电量（kWh/年）电价（元/kWh）节约成本（万元/年）178700.751.34由上表可知，该款节能屏蔽泵比常规屏蔽泵节能20.2%。节能效果十分可观5.3.2 磁力泵5.3.2.1 磁力泵概述CQB磁力驱动离心泵(简称磁力泵)，通常由电动机，磁力偶合器和耐腐蚀离心泵组成。其主要特点是利用磁力偶合器传递动力，完全无泄漏，当电动机带动磁力偶合器的外磁钢旋转时，磁力线穿过问隙和隔离套，作用于内磁钢上，使泵转子与电动机同步旋转，无机械接触地传递扭矩。在泵轴的动力输入端，由于液体被封闭在静止的隔离套内，没有动密封因而完全无泄漏。磁力泵主要用在高端应用场合，比如输送强酸、强碱、液氯等有害介质，介质完全无泄漏。而且磁力泵还有以下优点：（1） 由于传动轴不需穿入泵壳，而是利用磁场透过空气隙和隔离套薄壁传动扭矩，带动内转子，因此从根本上消除了轴封的泄漏通道，实现了完全密封。（2）传递动力时有过载保护作用。（3）除磁性材料与磁路设计有较高要求外，其余部分技术要求相对不高。（4）磁力泵的维护和检修工作量较小。故醋酸乙烯精制塔进料泵P0403A/B选用新型CQB磁力泵图5-7磁力泵结构图5.4换热设备结构创新5.4.1新型外螺纹横纹管管外强化传热此部分参考新型外螺纹横纹管管外强化传热分析。外螺纹横纹管是以横纹管为基管，其直边段加工标准外螺纹，以充分利用管外直边段结构，从而强化其管外传热。为了方便标准化制作，直边段新增外螺纹为标准螺纹尺寸。以此为依据确定新型换热管的结构见图5-8。图5-8（1） 换热管结构图图5-8（2） 换热管结构图螺纹段的存在引发的流体扰动能够持续破坏流动边界层，使得直边段的传热更加剧烈，也就在一定程度上增强了整根换热管的传热。而且这种复杂的流动使换热管的抗结垢能力增强，对于传热也有很大的促进作用。为了评估在管外这边段加工外螺纹对横纹管管外传热的强化程度，利用数值模拟得到的1mm齿高外螺纹横纹管和普通横纹管的各种传热及流动参数，对其传热和流动阻力进行定量对比。从模拟结果中导出原始参数见表5-3。表5-3参数汇总表管子类别进口流速/（m/s）出口温度/K总传热量/W进出口压差/Pa横纹管0.5295.22896.8855.721294.453735.54174.132294.196085.76572.55294.0513162.083007.5210293.9924242.110855.15外螺纹横纹管0.5296.044546.0858.321295.146242.92186.482294.528516.42627.915294.1114979.623291.2710294.0226690.9211952.34但由上表可以发现，