【正文】 9 3 47 9 , 7 9 5nnn? ? ? 剩余甲醇： 1 . 0 5 0 . 8 9 9 3 4 1 . 0 5 0 . 1 % 0 . 1 4 9 6 1n n n n? ? ? ? 第二反應器醇烯比為 ，補充甲醇 : 0 .1 2 .5 0 .1 4 9 6 1 0 .1 0 0 3 9n n n? ? ? 第一反應器剩水為： % n n?? 第二反應器補充甲醇中含水為： n n? 第二反應器 n（ MTBE2） = 0 . 1 0 . 9 ( 0 . 0 0 1 2 6 0 . 0 1 2 5 ) 5 % 0 . 0 8 9 3 1 2n n n n? ? ? ? ? 總 MTBE= n（ MTBE1） + n（ MTBE2） =%n= 72 1 0 2 8 .7 3 5 /8 0 0 0 8 8 km ol h? ?? 轉(zhuǎn)化成異丁烯的質(zhì)量為 m=,又其質(zhì)量分數(shù)為 25%，所以總 C4 為2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 24 ， 初甲醇為 1 .0 5 2 8 .7 3 5 3 0 .1 7 2 /km ol h?? 對應的原料量為 8 0 .7 9 53 0 .1 7 2 3 0 .5 5 /7 9 .7 9 5 k m o l h?? 補充甲醇為 0 .1 0 0 3 9 2 8 .7 3 5 2 .8 8 5 /km o l h?? 對應的原料量為 . 88 5 2. 92 1 / k m ol h?? 由 PRO/II模擬知第一個反應器生產(chǎn)的 MTBE為 ,催化劑選用 D005系列催化專用大孔強酸性陽離子交換樹脂 ，催化劑溶脹系數(shù)取 ，密度取。 3 4V m d h???，得高 h=8m 第 二 個反 應 器， 由于 反應 量 較少 ，取 d= ，反 應器 有 效體 積為332 2 6 .0 3 1 9 / 8 0 0 01 .8 0 .5 2 28 0 0 0 0 .7 8 1 0k g h hVm?? ? ??? 39。 在本次總設計中產(chǎn)品精餾塔也是整個生產(chǎn)線的重點設備，直接 關系到最后產(chǎn)品的質(zhì)量。 2．精餾意義： MTBE是整個化工廠的主要目標產(chǎn)品，而產(chǎn)品精餾塔直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。板式塔是與填料塔具有不同特點的氣－液傳質(zhì)設備。因而本設計中選用板式塔。其主要特點是在塔板的開孔上裝有可浮動的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進入塔板上的液層進行兩相接觸。 在塔板開孔上方，安裝可浮動的閥片，浮閥可隨氣體流量的變化自動調(diào)節(jié)開度，可避免 漏液，操作彈性大，造價低，且安裝檢修方便，但對材料的抗腐蝕性能要求高。其缺點是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。泡罩塔的主要優(yōu)點是操作彈性較大，液氣比范圍大，適用于多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠；但其結構復雜、造價高、安全維修不便，氣相壓降較大。 經(jīng)過比較及結合本設計要求，選擇篩板塔。 C— 氣體符合因子（ m/s） 。 精餾塔效率 TE? 65%，實際板數(shù) 30 ??，實際進料位置 19 fN ?? 由 嚴格精餾塔進行模擬計算可得塔徑 D=1219mm，圓整到 1400mm。 其氣體通道是升氣管和泡罩，由于升氣管高出塔板，即使在氣體負荷很低時也不會發(fā)生嚴重漏液，操作彈性大，升氣管為氣液兩相提供了大 量的傳質(zhì)界2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 28 面。 Ⅲ 、泡罩塔： 泡罩塔是最早使用的板式塔，其主要構件是泡罩、升氣管及降液管。 篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過板上液層，形成氣液密切接觸到泡沫層（和噴射的液滴群）。 浮閥有盤式、條式等多種，國內(nèi)多用盤式浮閥。另一類是無降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等，工 業(yè)應用較多的是有降液管2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 27 的浮閥、篩板和泡罩塔板等。但它也有結構比 較復雜，壓降較大并且耐腐性較差的特點。結構簡單、材料耗用量少，制造和安裝容易；耐腐蝕和不易阻塞，操作方便，調(diào)節(jié)和檢修容易。通過此精餾塔將復雜的吸收液進行初步的分離，并得到目標產(chǎn)品，可謂是一舉兩 得。進精餾塔的 MTBE濃度 XF? % 總進料量為 F= kmol/h 塔操作 壓力為 塔頂 P=要求出口 MTBE含量達到 X? %,甲醇質(zhì)量分數(shù)， %≤ ， 氣相水分質(zhì)量分數(shù)， %≤ 二：生產(chǎn)流程簡介及精餾意義簡述： 1．生產(chǎn)流程簡介： 本 裝置為 共沸精餾 ，原料 從 PRO/II模擬得到的最優(yōu)進料位置 加入，在進料位置與塔上部回流液匯合后流入塔底的再沸器，回流液體在物料表面與上升氣體相接觸，進行熱質(zhì)傳遞過程。常見的、可在塔設備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解析和萃取等。 V m? ? ? 。通過調(diào)節(jié)冷卻器的冷卻水流量來控制反應器的溫度。熱管組件埋在樹脂催化劑中 ,熱管內(nèi)充裝一定量的低沸點介質(zhì) , 反應器出入口段筒體的自由空間內(nèi)填充惰性瓷球。 ( 3)床層的軸向溫度沿物流方向逐漸升高 , 不利于提高可逆放熱反應轉(zhuǎn)化率。據(jù)不完全統(tǒng)計 , 我國有 34套 MTBE工業(yè)裝置 ,生產(chǎn)能力約 ,主體反應設備大部分是采用離子交換樹脂作為催化劑的固定床外循環(huán)取熱反應器。 泵選型表 表 泵選型一覽表 型號 流量 Q hm/3 揚程H/m 效率? /% NPSHr/m 軸功率/kw 電機 泵質(zhì)量/kg 型號 功率/kw C4 原料泵 IH5032125 20 51 Y90L2 44 MTBE塔回流泵 IH5032125 20 51 Y90L2 44 甲醇塔回流泵 MPH330A 20 YB90L2 循環(huán)水泵 A 109 15 甲醇原料泵 DXL260? 3 2 180 YAg132S22 11 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 22 反應器的設計與選型 本設計一共使用了兩個固定床反應器， 主反應器 選用 熱管反應器 ，反應過程有熱量移走， 此反應器 選用 單一的絕熱 固定床 反應器。 泵的選型計算 甲醇原料泵選擇 DXL 型小流量，高揚程化工流程泵。 AP1610(第 8版 )規(guī)定石油，重化學和氣體工業(yè)用泵的運轉(zhuǎn)周期至少為 20年。 20℃ 以下的泵，要求考慮泵的冷脆現(xiàn)象，采用耐低溫材料。 ，易爆，有毒或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，如屏蔽泵，磁力驅(qū)動泵，隔膜泵等。 本設計工藝過程的熱量衡算書見 下： 以 產(chǎn)品精餾塔 T101為例，其他的見附錄 2 表 產(chǎn)品精餾塔 T101的能量衡算表： 設備 T101 物流（物流號） 進料（ 6） 塔頂出料（ 7） 塔底出料（ 8） 焓值 MkJ/hr 熱負荷 MkJ/hr （冷凝器） （再沸器） △ H=+=Q==W=0MkJ/hr ERROR=W+Q△ H= 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 20 第六章 主要設備選擇說明及計算 [7][13] 設備計算主要包括 典型設備 的 選型和非標設備 的 設計 兩個部分。 設備的熱負荷 在本次流程模擬中各設備的熱負荷已 由 PRO/II 計算得出。即： Q 反 應 = ∑ 生 成 物 ∑ 反 應 物 其中： Q—— 化學反應反應熱 。在一個封閉的體系中，各個能量之總和將維持不變，熱平衡是以物料平衡為基礎的 (前面我們已經(jīng)驗證了物料是守恒的 )，在連續(xù)生產(chǎn) 過程中我們以單位時間來計算，把裝置或過程中所發(fā)生的化學反應的熱效應、物理變化的熱效應、從外界輸入的熱量和隨反應物、反應產(chǎn)物帶出的熱量以及設備、器壁散失熱量等都考慮在內(nèi)進行計算。 物料衡算 本流程的所有過程均為連續(xù)操作過程，選擇時 間 (hr)為計算基準，分為 反應、 MTBE 共沸精餾 、 水萃取、 甲醇精餾 四部分 進行衡算。對于此反應器的醇烯比控制，由于有兩股物料，且均含有甲醇，所以需要通過模擬程序中的計算器進行計算，再將數(shù)據(jù)導入到控制器中予以控制，此處控制第二反應器中醇烯比為 。 由于過程存在液液萃取，所以在定義 NRTL方程時需要定義 VLE 和 LLE 兩個方程。 NRTL 適用領域 為 可以利用 液相活度系數(shù)的化工、石油化工極性物系 .UNIQUAC 適用領域 為 沒 有提供氣液、液液平衡數(shù)據(jù)的化工、石油化工極性物系 。甲醇回收塔塔頂?shù)募状?達到質(zhì)量分數(shù)要求（ %）后 返回甲醇原料罐循環(huán)使用，塔釜貧液經(jīng)過換熱后進入萃取塔頂部循環(huán)使用，由循環(huán)泵 P104 補充消耗掉的萃取水。再沸器及液位控制圖如下 圖 ： 圖 T101精餾塔塔頂回流比控制示意圖 圖 精餾塔溫度及塔釜液位控制方案 第五章 流程模擬與優(yōu)化 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 14 自裝置外來的混合碳四與甲醇分別進入碳四罐 V101 和甲醇罐 V102，再分別經(jīng)碳四原料泵 P102和甲醇泵 P101加壓后進入預 熱器 E101,先利用中壓蒸汽對其進行加熱， 當 MTBE 精餾塔 T1 塔釜開始出料時，將蒸汽加熱切換成物料之間的換熱，最終 將原料預熱到 45C ， 通過控制器控制醇烯比為 進入主反應器R101 進行反應，在 熱管式固定床 反應器 中異丁烯和甲醇反應生成 MTBE。 塔的溫度都是靠再沸器提供熱量實現(xiàn)的。 該反應器的 PID 圖如下： 圖 反應器的控制示意圖 精餾塔的控制參數(shù)主要是壓力、回流比、塔內(nèi)溫度、塔內(nèi)液位。此類換熱器 PID圖如下 圖 ： 圖 的控制示意圖 圖 泵 的控制示意圖 本設計中的反應器為固定床反應器，催化劑床層的溫度需要維持在一個給定值附近。經(jīng)旁路返回的液體，從泵得到的能量完全消耗在調(diào)節(jié)閥上。 圖 三塔流程分離工藝圖 控制方案的選擇 [2][3] 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 11 該流程主要包括泵、換熱器、反應器、精餾塔，下面詳細介紹 各種過程的控制方案。 轉(zhuǎn)化率：反應為 液 相反應， 異丁烯 的轉(zhuǎn)化率在 90%以上 。異丁烯自聚生成二聚物 (DTB)、 甲醇縮合成二甲醚 (DME),副產(chǎn)品叔丁醇和二聚物也具有較高的辛烷值 ,可隨同 MTBE調(diào)入汽油。 該反應為放熱反應 ,反應溫度在 40℃ ~80℃ , MTBE 的合成反應受熱力學平衡的制約 。按總平面規(guī)劃要求建設道路、綠化及相應的消防、工業(yè)及衛(wèi)生等設施。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 8 第三章 設計規(guī)模與產(chǎn)品方案 原料及產(chǎn)品規(guī)格 表 原料 組成 原料物質(zhì) 質(zhì)量分數(shù) 組成 （ Wt%） C4 餾分 異丁烷 35；正丁烷 15；異丁烯 25；正丁烯 15；順丁 烯 5；反丁烯 5 工業(yè) 甲醇 甲醇 ，水 . 設計規(guī)模和設計要求 該工 藝 規(guī)模是 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計， 共沸精餾塔 MTBE 的純度要求是質(zhì)量分數(shù)達到 %（ Wt） ，萃取塔 萃取后碳四出料中甲醇含量小于 50μ g/ g，甲醇回收塔底萃取水甲醇含量小于 500μ g/ g 以及 甲醇回收塔 塔頂循環(huán)甲醇質(zhì)量分數(shù)達到 %的要求 。該工藝屬于傳統(tǒng)工藝，技術上已 經(jīng)非常成熟， 它 適用于異丁烯濃度變化較大的 C4 原料。反應物濃度較高時 ,可把催化劑分為幾個床層 ,部分未預熱的原料由側線進入各床層之間 ,作為激冷料進一步調(diào)節(jié)汽化率與反應溫度 ,但各床層之間不設分餾塔板。Liecensing公司首先成功的 ,于 1987 年工業(yè)化。主要有以下 三種 : （ 1） 常規(guī) MTBE合成工藝 由反應、共沸蒸餾和甲醇回收三部分組成 ,使用固定床反應器 ,異丁烯和甲醇在強酸性陽離子交換樹脂存在下液相合成 MTBE。 生產(chǎn) MTBE 的幾種方法的消耗定額見下表 1。 （ 3） 美國催化蒸餾工藝 催化 蒸餾工藝是把筒式固定床反應器與蒸餾塔結合在一起 ,故一方面反應放出的熱量用于產(chǎn)物的分離 ,具有明顯的節(jié)能效果 。為解決甲醇過量所引起的 MTBE 凈化問題 ,可采用 SNAM 的二段法工藝 ,即采用兩個串聯(lián)的管式反應器。 [14] 國外工藝介紹 目前合成 MTBE國外生產(chǎn)工藝較有代表性的有 :意大利斯納姆 . 普羅蓋