全国化工大赛-陕鼓杯-中石化茂名石化分公司10万吨每年甲基丙烯酸甲酯项目 3-创新性说明书.docxVIP

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廣西科技大学

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GuangxiUniversityofscienceandtechnology

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2018“东华科技-陕鼓杯”

2018“东华科技-陕鼓杯”

第十二届全国大学生化工设计竞赛

中石化茂名石化分公司10万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目创新性说明书

中石化茂名石化分公司10万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目

创新性说明书

设计团队：GKD战队

设计团队：GKD战队

团队成员：骆参升李纪良曾高康黄天烽郭啊萍

指导老师：黄承都郭艳谢清若张昆明

2018年8月

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目录

TOC\o1-3\h\u1.反应器设计真实性 1

1.1浓物质传递（TCS）物理场 2

1.2几何模型构建 3

1.3模拟结果 3

2.分离技术创新 7

2.1甲基丙烯醛（MAL）吸收技术 7

2.2变温吸附技术 9

3.过程节能降耗技术 10

3.1顺流双效精馏 10

4.输送设备创新 12

4.1变频泵 12

5.先进控制方案创新 12

5.1复杂体系控制方案设计 12

5.2SIS安全仪表系统的设计 16

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创新性说明书

1.反应器设计真实性

本项目利用COMSOLMultiphysics仿真软件中，进行MTBE裂解反应器多物理场仿真模拟模拟完成虚拟实验，利用COMSOLMultiphysics可以降低成本或可负担的方法去调查和研究不易观察或测试的底层机制。通过在MTBE裂解反应器中研究多个物理效应，将各种物理场之间的作用耦合在一起进行求解，确保计算结果准确地反映设计的真实特性。

假设:

(1)MTBE裂解反应：A=B+C,温度为473K，压力0.5MPa。此温度压力之下，B(异丁烯)、C（甲醇）为均一的混合气体，其黏度（Viscosity）为3*e-5（AspenProperties）。

(2)该反应器为气固相固定床反应器，反应器内放置951根反应管，每根反应管的直径为0.02m，长度为6.0m，为减少计算机模拟压力，此模型只模拟其中一根反应管的情况。

（3）该模型仅模拟等温流动（isothermal）裂解反应、非等温流动（non-isothermal）裂解反应，其中在无移出热量的条件下，非等温流动更加接近实际反应条件；存在冷流体带走热量的条件下，等温流动则接近实际反应条件。具体参数详见图1-1,1-2。

图1-1COMSOLMultiphysics仿真模拟内部参数（1）

图1-2COMSOLMultiphysics仿真模拟内部参数（2）

以上参数设定均与文献--甲基叔丁基醚裂解制异丁烯反应动力学--雷鸣中MTBE气相裂解本征动力学方程相吻合。

MTBE裂解反应为：CH3O(CH3)3?CH=C(CH3)2+CH3OH，随着反应的进行，将导致气体混合物的体积膨胀。流体的密度变化影响反应器中的气体速度，随着反应的进行而引起加速。为了模拟流动的准确性，使用Navier-Stokes方程的可压缩公式，根据以下公式定义：

：混合物密度（SI）：速度矢量：压力（pa）:单位矩阵

该模型应用LaminarFlow界面（层流界面），该界面解决了上述方程，描述了动量平衡和密度变化的流体的连续性（质量守恒）。

1.1浓物质传递（TCS）物理场

（1）对于只考虑A（MTBE）、（异丁烯）的反应系统，其质量守恒为：

（2）建立平衡方程：

（3）动力学方程遵循Arrhenius方程：

1.2几何模型构建

采用简化2D模型为基础，几何旋转之后得到3D模型的运算结果（后处理）如图1-3所示。

图1-3几何模型

1.3模拟结果

1.3.1等温条件下流速分布

图1-4、1-5显示了在反应器的不同横截面处等温情况下的速度大小。由于在反应过程中气体混合物的体积膨胀，速度沿轴向（z）增加。由于侧表面没有滑动，在管的中心发现最大速度。

图1-4等温条件下流速分布（1）

图1-5等温条件下流速分布（2）

1.3.2等温条件下异丁