【正文】 基苯共聚物。該技術(shù)采用外循環(huán)重慶理工大學化學工藝設(shè)計 2 取熱方式來控制，用冷卻水在反應器外移走反應熱，用分餾塔分離產(chǎn)物 MTBE 和甲醇以及剩余的碳四餾分。達到一定值后，催化劑床層便開始膨脹，由于催化劑床層受到輕微的擾動，有利于提高催化劑的活性，加快反應床層的傳熱過程，有利于反應的進行和反應熱的擴散，使床層溫度分布均勻，不存在局部熱點。 : 混相反應蒸餾技術(shù)是合成 MTBE 的新工藝，將混相反應與分離相結(jié)合，融合了混相反應級數(shù)和催化蒸餾技術(shù)的優(yōu)點，具有國際先進水平。煉油型技術(shù)的反應塔的上不是精餾段，中部和下部與化工型相同。另外，在催化蒸餾塔的某個反應單元中，由于反應物中的 MTBE 被分離出該單元，反應物中的 MTBE 濃度降低，打 破了反應平衡，使反應向著生成反應物 MTBE 的方向不斷進行，從而有效的提高了異丁烯的轉(zhuǎn)化率。 重慶理工大學化學工藝設(shè)計 3 設(shè)計地區(qū)的自然條件 重慶市 自然條件如下： 平均氣壓 最高溫度 ℃ 最低溫度 ℃ 平均相對 濕度 ％ 最大降 雨 量 平均風速 長 江 最高水位 長江 最高水溫 ℃ 根據(jù)初步調(diào)查重慶市的自然條件 ,可以確定能滿足 MTBE 的生產(chǎn)工藝條件 . 車間組成及結(jié)構(gòu) 本廠包括生產(chǎn)車間和輔助車間。 生產(chǎn)工藝的對比以及選擇 混相床反應器 法 其能控制反應床層溫度不升高的原理，是靠部分反應物料在流出反應器后，它的溫度沒有升高，但熱焓卻比同溫度下的液相物料高出許多。 MTBE 混相反應 器與筒式外循環(huán)反應器來比較，還節(jié)省了外循環(huán)系統(tǒng)的冷卻器 、 循環(huán)泵和流量控制儀表，所用催化劑量也少 。汽化的物料是氣相，它有自升的作用，即向反應器頂部上升的趨勢，在大量液體物料自上而下的流動中，汽化了的物料當然不會象靜液層中氣泡那樣向上鼓泡，但至少這部分汽化了的反應物料隨物流向下的流動速度要減慢一些，即甲醇在床層 內(nèi)停留時間相對要長一些。而醚化催化劑是直徑為φ ～ 的小球，如果直接裝在催化蒸餾塔的反應段，阻力很大，難以實現(xiàn)汽相、液相的物料都能同時對流通過反應段，所以反應段必須設(shè)計特殊的催化劑裝填結(jié)構(gòu)。 工藝說明 原材料規(guī)格 本設(shè)計中的原材料 其中一部分碳四（ 含異丁烯 ％）和本廠丁二烯抽提車間抽余碳四 (含異丁烯 ％ )兩者以 ： 1（重量比）混合為碳四原料。閃點低于環(huán)境溫度，其蒸氣與空氣在不正常操作情況下。 （ 2）格局空氣和氧化劑，設(shè)備要密閉，采用氮封，水封等是可燃物與氧氣隔絕。 產(chǎn)品性質(zhì) 【 3】 物理性質(zhì) 表 5 MTBE 物理性質(zhì) 常 數(shù) 名 稱 單位 數(shù)據(jù) 沸 點 ℃ 冰 點 ℃ — 閃 點 ℃ 生成自由能 （ Gf298） 液 相 KJ/mol — 氣 相 自 燃 點 ℃ 460 重慶理工大學化學工藝設(shè)計 7 爆 炸 范 圍 空氣 vol％ ～ 液 體 比 重（ ℃） 臨 界 壓 力 amt 溶 解 度 20℃在 100g 水中溶醚 g 20℃在 100g 醚中溶水 燃 燒 熱 KJ/㎏ 蒸 發(fā) 潛 熱 KJ/㎏ 液 體 熱 容 KJ/㎏ K 折 光 指 數(shù)（ 20℃） 絕對熵 298S 液 相 KJ/mol 氣 相 生成熱 0298H?? 液 相 KJ/mol — 氣 相 化學性質(zhì) （ 1） MTBE 與氧氣或空氣接觸時，不能形成爆炸性過氧化物。 （ 5） MTBE 在 230～ 280℃，在有催化劑存在下與空氣氧化可以生成異戊二烯。來自 836罐區(qū) 的混合碳四原料經(jīng) FRQ109進行流量記錄與累積后進入碳四原料儲罐 V101， V101 液面通過 LICA101 液面調(diào)節(jié)器保持穩(wěn)定，來自 845B 區(qū)的工業(yè)甲醇經(jīng) FRQ110 進行流量記錄與累積后進入甲醇儲罐 V102，其液面由 LIA115 進行液面指示與報警，當槽內(nèi)壓力過 后開啟水噴淋降溫。 5℃，冷卻后的物料進入保護反應器 R103A/B，以脫除原料的金屬陽離子。 由二段流出的物料，溫度為 ℃， 壓力為 ，經(jīng)一器二段循環(huán)泵P104A/B 抽出，視情況一部分經(jīng)一器二段經(jīng)循環(huán)冷卻器 E101 冷卻后，循環(huán)回到二段上部，循環(huán)量由 FRC103 控制，冷卻溫度由 TRC103 控制為 69℃，另一部分物料則通過一器二段出口冷卻器 E103冷卻溫度由 TRC104 控制為 69℃之后進入 R101B(A),即一器三段中，三段操作條件：出口壓力： ，出口溫度： ℃ . 當物料經(jīng)過三段床層反應后，異丁烯轉(zhuǎn)化率達 93％，當一段或二段觸媒嚴重失活時， A 與 B 互換。當發(fā)現(xiàn) MTBE 成品中膠質(zhì)超過指標時， T101 塔可改由第二塊板側(cè)線采出 MTBE 成品。萃取相界面和 壓力分別由 LICA106 和 PRC106 控制。 T104塔的熱量由 3 2kg cm 蒸汽加熱的甲醇塔再沸器 E108供給，蒸汽量由 FRC126 控制。大部分萃取水循環(huán)至重慶理工大學化學工藝設(shè)計 11 萃取系統(tǒng)。各生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品，可根據(jù)物料組成情況分別收集與 V108A/B， V113 槽中，之后再適時的一不合格品泵 P112A/B 或P101A/B 送有關(guān)設(shè)備進行處理。當壓力高于 ㎏ / 2cm 時， B 閥開，多余氣體排出界區(qū)。 生產(chǎn)控制一覽表 表 8 生產(chǎn)控制一覽表 序號 取樣點 分析方法 控制指標 1 碳四原料罐 除金屬陽離子為化學或比色法，其余為色譜法 異丁烯含量 18～ 42％ 3C? ≤ ％ 、 5C? ≤ ％ ACN≤ 20ppm 陽離子﹤4ppm、水≤ ％ 2 甲醇罐 氣相色譜法 按 GB33876 工業(yè)一級品要求 3 丁烯 1 餾分罐 氣相色譜法 異丁烯≤ ％甲醇≤ ％ MTBE≤ 0. 5％ 4 保護反應器口 陽離子﹤ 1ppm 水≤ ％ 5 E101 出口 氣相色譜法 6 R103 入口 氣相色譜法 7 R101 內(nèi) 氣相色譜法 8 R101A 出口 氣相色譜法 9 R101B 出口 氣相色譜法 10 T101 入口 氣相色譜法 甲醇、4C ≤ 11 T101 內(nèi) 氣相色譜法 12 V105 排污 甲醇含量≤ ％ 13 R104 入口 化學分析法 HCL 含量 2～ 4％ 14 R104 出口 化學分析法 NaOH 含量 2～ 6％ 三廢及處理 表 9三廢及處理 重慶理工大學化學工藝設(shè)計 13 序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 數(shù)量 排放點 備注 正常 T/H 最大 T/H 1 含醇廢水 甲醇≤ ％ —— V105 排化污水池 2 酸堿廢水 PH 5～ 10 —— 18 V104 排化污水池 3 化驗室廢水 PH 5～ 10 —— 排化污水池 4 含油廢水 油烴≤10ppm 3 20 輻射水池 排化污水池 5 廢氣 ㎏ /H V106 排大氣 6 殘液 ％ ㎏ /H T101 市場調(diào)查 國際市場供需關(guān)系 國際供應情況 從 2021 年至今，由于金融危機以及美國禁用 MTBE 的影響，北美其他一些國家，歐洲部分國家也開始逐步減少 MTBE 在汽油中的加入，對全球 MTBE 的生產(chǎn)和消費產(chǎn)生較大影響。 國內(nèi)市場供需關(guān)系 供應情況 目前國內(nèi)有 MTBE 生產(chǎn)裝置 50 多套，總生產(chǎn)能力 萬 t/a。 MTBE 任講是我們重要的汽油辛烷值改進劑，我國煉油工業(yè)正處于發(fā)展期，加之油品質(zhì)量升級和排放要求的提高，以及進口高硫原油加工量的增加， MTBE 的添加比例以其消費量將逐步提高， MTBE 的總需求趨勢將穩(wěn)步增長。顯然，根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知我國 MTBE 在油品方面增長速度將會有所減緩，但在其他方面還有一定上升空間。 （ 3）大力開發(fā) MTBE 的化工用途，進行深加工。 重慶理工大學化學工藝設(shè)計 18 第 2 章 計算部分 物料衡算 【 1】 全車間物料衡算 根據(jù)設(shè)計要求： MTBE 年產(chǎn)量為 22 萬噸，按年工作量為 7200 小時計算， 則每小時產(chǎn)工業(yè) MTBE 量 : 43, 2 2 1 0 1 0 k gM = = 3 0 5 5 5 . 5 6 k g h7 2 0 0 h?? 根據(jù)設(shè)計要求： 成品、副成品指標： 合格品 一級品 MTBE ≥ %（ m/m） ≥ %（ m/m） 甲醇 ≤ % （ m/m） ≤ %（ m/m） 叔丁醇 ≤ % （ m/m） ≤ %（ m/m） 按合格產(chǎn)品計算：（產(chǎn)品中純 MTBE 含量為 98%） 則產(chǎn)品中含純 MTBE ,33M = 305 kg h = 299 kg h299 kg hM = = 339 .70 km ol h kg km ol? 反應器各段生成的 MTBE 的量： 反應器 B 出口的 MTBE 的量（ MTBE 精餾過程 MTBE 收率為 %） /222 9 9 4 4 .4 5 /= = 3 0 4 0 0 .4 6 k g / h0 .9 8 53 0 4 0 0 .4 6 / 3 4 4 .8 7 /8 8 .1 5 /k g hMk g hM k m o l hk g k m o l?? 根據(jù)設(shè)計要求：反應器的一段轉(zhuǎn)化率為 74％；二段轉(zhuǎn)化率 至 86％；總轉(zhuǎn)化率為 93％ 反應器 A 出口的 MTBE 的量（設(shè)計要求：反應器總轉(zhuǎn)化率≧ 93％，反應器 A 總轉(zhuǎn)化率≧ 86％，設(shè)反應器的 MTBE 收率 99%） 1 km ol h M = = km ol ? ,1M = 32 2. 14 km ol h 88 .1 5k g km ol = 28 39 6. 21 kg h? 重慶理工大學化學工藝設(shè)計 19 進入反應器 A 的異丁烯的量 進入反應器 A 的異丁烯的量 3 4 4 .8 7 k m o l hN = = 3 7 4 .5 7 k m o l h0 .9 3 0 .9 9? ,N = 3 7 4 .5 7 k m o l h 5 6 .1 1 k g k m o l = 2 1 0 1 7 .3 3 k g h? 反應器物料衡算 反應器 A 進料組成及流量 表 10 原料抽余 碳四的組成及各組分的流量 組分 分子量 質(zhì)量分數(shù)kg/kg 質(zhì)量流量kg/h 摩爾分數(shù)kmol/kmol 摩爾流量kmol/h 丙烯 丙烷 異丁烷 正丁烯 正丁烷 反丁 烯 順丁烯 正戊烷 丙二烯 1， 3丁二烯 異丁烯 水 ∑ 通過已知數(shù)據(jù)按比例計算新鮮甲醇中純甲醇流率為 表 11 工業(yè)甲醇的組成及流量： 名稱 摩爾流量kmol/h 摩爾分數(shù)kmol/kmol 質(zhì)量流量 kg/h 質(zhì)量分數(shù) kg/kg 分子量 甲醇 水 18 其他 32 工業(yè)甲醇 重慶理工大學化學工藝設(shè)計 20 表 12 通過已知數(shù)據(jù)按比例計算得混合甲醇流率為 kg/h 名稱 丙烯 丙烷 異 丁 烷 正 丁 烯 正丁烷 反丁烯 順丁烯 正戊烷 丙二烯 丁二烯 水 甲醇 其他 質(zhì)量流量 kg/h = = 2 9 7 2 .3 6 2 4 6 4 .6 7 = 5 0 7 .6 9k g h k g h k g h循 環(huán) 甲 醇 混 合 甲 醇 新 鮮 甲 醇 則醇烯比為： ： 1 滿足設(shè)計要求。 已知甲醇的流量 kg/h 純水的流量 295 kg h kg h = 294 kg h? 設(shè)計要求塔頂：甲醇含量≤ 水≤ （質(zhì)量分數(shù)）