年產6萬噸超高分子量PMMA項目設計
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年產6萬噸超高分子量PMMA項目 創(chuàng)新性說明書
創(chuàng)新性設計說明書
年產6萬噸超高分子量PMMA項目 創(chuàng)新性說明書
目錄
1. 分離技術與節(jié)能降耗技術創(chuàng)新 1
1.1 先進的分離技術 1
1.2 熱集成創(chuàng)新 2
1.3 HIDIC熱耦合塔 2
2. 環(huán)境保護技術創(chuàng)新 4
2.1 廢水處理方案創(chuàng)新 4
3.設備創(chuàng)新 5
3.1新型塔板的運用 5
3.2多段組合式固定床反應器 6
4.控制系統(tǒng) 7
4.1 HIDIC精餾塔基于溫度補償器的雙溫度控制系統(tǒng) 7
年產6萬噸超高分子量PMMA項目 創(chuàng)新性說明書
1. 分離技術與節(jié)能降耗技術創(chuàng)新
1.1 先進的分離技術
本項目中的MAL與水的分離技術采用專利CN105683142A中的分離，分離是這樣的方法：（a）其包含向相分離器提供包含水、甲基丙烯醛和任選甲醇的第一流,前提條件是所述第一流包含至少重量的水；（b）使所述第一流相分離為主要包含甲基丙烯醛的有機相和主要包含水的水相；（c）在脫水柱中蒸餾所述有機相以產生主要包含甲基丙烯醛的產物流。
此分離技術出乎意料地產生了具有小于重量的水的濃縮甲基丙烯醛流,并且避免了現有技術的許多缺點。
圖1-1 分離過程的流程圖
1.2 熱集成創(chuàng)新
本項目使用了夾點分析和熱集成節(jié)能技術，運用了 Aspen Energy Analyzer V7.2 軟件，得到適用于本系統(tǒng)的換熱網絡方案。使廠區(qū)內的冷熱物流在合理范圍內換熱，從而達到節(jié)省能量的目的，最終獲得一個能量較大回用的換熱網絡，如下圖所示：
圖 1-2 換熱網絡
相較不采用熱集成技術直接用公用工程進行換熱的換熱網絡，運用熱集成前后能耗對比如下：
表1-1 公用工程對比表
項目
冷公用工程/MW
熱公用工程/MW
總計/MW
直接公用工程
15.07
13.45
28.52
換熱網絡設計
11.87
10.26
22.13
能量減少量/%
21.2
23.7
22.4
經過優(yōu)化后，節(jié)能38.24MW，需要冷公用工程27.14MW，熱公用工程21.34MW。需要的冷公用工程包括冷凍水和冷凍液，需要的熱公用工程包括低壓蒸汽、中壓蒸汽和高壓蒸汽，可由園區(qū)公用工程站和本廠廢熱鍋爐提供。
1.3 HIDIC熱耦合塔
在常規(guī)精餾塔中熱量由再沸器引入再由冷凝器排出，大部分的能量損失在諸如塔的壓降以及通過換熱器的溫差上，只有少部分能量用于減小產品的熵。而HIDiC由于應用了內部熱耦合技術將這些熱量提高等級并使之足以用于再沸過程，去除了常規(guī)精餾塔中的再沸器和冷凝器，并且令精餾段的熱量向提餾段傳遞，這樣就減小了塔頂和塔底較大溫差造成的熱量流失，大大提高了精餾操作的熱力
學效率。其基本的工作原理是精餾段放出熱量，其內部產生液相流;而提餾段吸收熱量，其內部產生氣相流，從而保證了分離所必需的氣相流和液相流，也因此得以節(jié)省一套冷凝器和再沸器。
本流程中圖如下：
圖 1-3 HIDiC熱耦合塔流程圖
使用內部耦合技術后，冷凝器負荷為8063.5kW，再沸器負荷為662.5kW，比不使用中間再沸器技術節(jié)能10377.9kW。
添加熱耦合技術后，提餾段的操作線更加靠近平衡線，即塔內分離過程的推動力減小，提高了分離過程的可逆性，使能量利用的效率更高；也由于操作線更加靠近平衡線，完成相同的分離任務，操作費用的節(jié)省遠遠大于設備費用的增加。
可見內部熱耦合技術在甲醇水精餾塔回收甲醇時的應用減少了公用工程的使用量，取得了良好的節(jié)能效果以及經濟效益。
如圖所示通過上述節(jié)能措施及熱集成技術，本項目中HIDIC節(jié)能5186MW，采用熱耦合后的能耗為普通精餾能耗的60.2%，綜合節(jié)能39.8%。共需要冷公用工程11.6MW，熱公用工程10MW，實現了較大程度的能量回收利用。
2. 環(huán)境保護技術創(chuàng)新
2.1 廢水處理方案創(chuàng)新
針對本項目的污水特點和為了滿足事故廢水的處理要求，廢水送往污水處理站。項目污水處理站采用光芬頓法+SBR（序批式活性污泥法）集成。
①SBR(序批式活性污泥法)
SBR法是一種較為先進的活性污泥處理法，該處理工藝集曝氣池、沉淀池為一體，連續(xù)進水，間歇曝氣，停氣時污水沉淀撇除上清液，成為一個周期，周而復始。SBR法中曝氣、沉淀在同一池內，節(jié)約了沉淀池和污泥、污水回流系統(tǒng)，所以占地省、運行費用低、設備簡單、維護方便。
項目SBR池分四格，每格按進水、曝氣、沉淀、濰水四個階段進行周期性運行。SBR池的進水、曝氣、沉淀、濰水采用PLC進行控制，每格SBR池進水1. 5h，曝氣3h、沉淀1h，濰水0. 5h，一個周期6h，每一周期及每一階段的運行時間可根據來水的水質和出水水質情況進行調整。SBR池內多余的污泥用污泥泵排入污泥池，污泥池污泥用泵送帶式濃縮脫水一體化脫水機進行污泥脫水，濾液回到生活污水提升泵間，重新進入污水處理系統(tǒng)進行處理，泥餅外運。
②光芬頓法
光芬頓法的實質是二價鐵離子(Fe2+)、和雙氧水在紫外光的作用下，之間的鏈反應催化生成羥基自由基，具有較強的氧化能力，其氧化電位僅次于氟，高達2.80V。另外, 羥基自由基具有很高的電負性或親電性，其電子親和能高達 569.3kJ 具有很強的加成反應特性，因而 Fenton試劑可無選擇氧化水中的大多數有機物，特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以奏效的有機廢水的氧化處理。
通過本廠的污水處理站處理工藝，可以處理較大范圍內的污水，從而使生產更加清潔環(huán)保。
3.設備創(chuàng)新
3.1新型塔板的運用
本項目選用河北工業(yè)大學自主專利塔板CTST，立體傳質塔板CTST為獨特的立體結構，其核心部件為梯形噴射罩，如下圖4-1和4-2所示，側面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形的端板，上部為分離板。噴射板與塔板間有一定的底隙，為液體進入罩體的通道。塔板上為矩形開孔。分離板的作用一是提供氣液接觸空間，二是使氣液兩相有效分離，減少霧沫夾帶。
圖2-1 CTST塔板結構 圖2-2 CTST塔板操作工況
立體傳質塔板獨特的空間結構和噴射型的操作過程將氣液傳質區(qū)域擴展到塔板空間范圍，因此充分利用了塔板空間，使之具有如下優(yōu)越特性：
（1）處理能力大，比F1浮閥塔板處理能力提高50%~150%；
（2）效率高，比F1浮閥高10%以上；
（3）板壓降低，低于F1浮閥30%以上，可用于減壓場合；
（4）操作彈性大，其值可達5.4~7.2；
（5）抗堵塞能力強，可處理含固體顆粒易自聚物料；
（6）具有消泡性能，適于處理易發(fā)泡物料；
（7）塔板液流梯度影響小，適于大塔徑、高液相負荷場合。
3.2多段組合式固定床反應器
本項目采用一種組合式固定床反應器，包括殼體、進料口、出料口、上絕熱反應床層、等溫反應床層和下絕熱反應床層，該固定床反應器通過在等溫反應床層的上部設置上絕熱反應床層,由此可使催化劑床層溫度迅速升高，達到反應所需要溫度，提高催化劑床層利用率此外，該絕熱反應段還能有效控制反應溫度，提高催化劑的整體使用壽命所述等溫反應床層內設有沿等溫反應床層的軸向均勻設置的換熱列管，這種設置方式規(guī)整了沿徑向流動的氣體，使其呈平推流狀態(tài)，減少了物料返混。與此同時，下絕熱反應床層可降低反應器尺寸和制造成本。
圖2-3多段組合式固定床反應器結構圖
4.控制系統(tǒng)
4.1 HIDIC精餾塔基于溫度補償器的雙溫度控制系統(tǒng)
減小HIDiC雙溫度控制系統(tǒng)在非平穩(wěn)擾動發(fā)生時兩端產品質量中存在的穩(wěn)態(tài)余差，對兩個溫度控制器的設定值進行調節(jié)是一個簡易的方法，其關鍵正于正確感應由這些非平穩(wěn)擾動所引起的操作條件變化。發(fā)生非平穩(wěn)擾動除了會對塔內待分離物質的成分分布產生影響，也會對塔內塔板溫度的分布產生影響。另外，塔板溫度是一個易于檢測的量并且檢測可信度也比較高。由此，本章提出一種利用塔板的溫度變化信息來推斷操作條件變化的方法，及溫度推斷補償器。
塔頂產品由精餾段第一塊板與第三塊板之間的溫差作為控制參數，通過調節(jié)塔頂壓力改變內回流比保證產品質量。塔底產品由提餾段靈敏板溫度作為控制參數，通過調節(jié)塔釜再沸器蒸汽流量改變塔釜熱負荷以保證產品質量，這兩個溫度控制系統(tǒng)分別有一個溫度推斷補償器對其溫度設定值進行調節(jié)。具體控制方案如圖所示。
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