【正文】 第二部分 產(chǎn)品精餾塔工藝計(jì)算 MTBE 精餾塔 （ 1） 塔徑、塔板間距 計(jì)算 通過 PRO/II 簡(jiǎn)捷塔模擬得： MINIMUM REFLUX RATIO FEED CONDITION Q FENSKE MINIMUM TRAYS 總 理論 板數(shù)是 30 塊，進(jìn)料板是第 19 塊。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足 夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。與填料塔相比較，具有效率較穩(wěn)定，檢修清理較易，液氣比適應(yīng)范圍較大的優(yōu)點(diǎn)。因此它在整個(gè)生產(chǎn)流程中起到了舉足輕重的作用。31 .2 0 .6 2 6 4V V m? ? ? 計(jì)算的 h= 反應(yīng)器的組合參數(shù) 根據(jù)反應(yīng)器操作壓力我們選擇殼體材質(zhì)為 Q235A 碳素鋼材料，公稱壓力為 1Mpa， 表 反應(yīng)器參數(shù) 公稱壓力 Mpa 公稱直徑 mm 圓筒壁厚 mm 質(zhì)量 kg/m 第一反應(yīng)器 1000 8 199 第二反應(yīng)器 800 6 119 根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)封頭進(jìn)行選型有： 表 反應(yīng)器封頭參數(shù) 封頭高度 mm 直邊高度 mm 質(zhì)量 kg 第一反應(yīng)器封頭 226 40 第二反應(yīng)器封頭 181 25 塔的設(shè)計(jì)選型 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 25 MTBE 產(chǎn)品精餾塔的設(shè)計(jì)選型 第一部分 產(chǎn)品精餾塔設(shè)計(jì)概述 塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到實(shí)際傳質(zhì)及傳熱的目的。處于負(fù)壓狀態(tài)下的低沸點(diǎn)介質(zhì)吸熱汽化 , 上升到熱管的冷端 (冷卻器 ) , 經(jīng)過冷凝后經(jīng)回流管返回到熱管 ,形成閉路循環(huán) ,從而帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。 由于反應(yīng)壓力較高 , 物料輸送泵容易發(fā)生泄漏 ,存在安全隱患 。泵的使用范圍：流量 ~ 3/mh，揚(yáng)程 15~138m，介質(zhì)溫度 — 20~400 C . 選型結(jié)果：型號(hào) MPH330A,流量 hm/3 ,揚(yáng)程 20m，轉(zhuǎn)速 2900r/min,軸功率 ,電機(jī)功率 ,電機(jī)型號(hào) YB90L2，必需汽蝕余量 4m 其它泵的選型的計(jì)算過程就不列舉，選型結(jié)果見設(shè)計(jì)圖表。為適應(yīng)三年一次大檢修的要求， AP1610(第 8版 )規(guī)定石油，重化學(xué)和氣體工業(yè)用泵的運(yùn)轉(zhuǎn)周期至少為三年。 。 物理變化的熱效應(yīng) 該部分的熱效應(yīng)就等于物理變化前后物流的焓差。 工藝工程中輸入和輸出的熱量和能量、能量或熱量的轉(zhuǎn)換是基于能量守恒定律的。而對(duì)于第二個(gè)反應(yīng)器，其本身目的就是在極高醇烯比的狀況下將第一反應(yīng)器未反應(yīng)的異丁烯反應(yīng)完全，所以補(bǔ)入了補(bǔ)充甲醇進(jìn)料。 整個(gè)系統(tǒng)主要包括甲醇、C4 組分和 C5 三種組分，整個(gè)流程模擬如下圖 所示 PRO/II 熱力學(xué)方法的初步分析 PRO/II 軟件提供多種用于流體的氣液平衡常數(shù)、液液平衡常數(shù)、焓、熵、密度和其他傳遞性能參數(shù)等熱力學(xué)計(jì)算方法，由于每種熱力學(xué)方法有一定的適用范圍，在應(yīng)用 PRO/II 解決具體問題時(shí)，選擇合適的熱力學(xué)方法是能否正確模擬工藝過程的關(guān)鍵。精餾塔液位的控制是比較簡(jiǎn)單的，主要靠測(cè)定液位信號(hào)，通過控制排出塔釜的閥門開度，形成一個(gè)回路，2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 13 達(dá)到控制液位的目的。 對(duì)于該反應(yīng)器的壓力控制，只在反應(yīng)器 的底部安裝一個(gè)設(shè)定承受壓力的安全閥，當(dāng)壓力過高時(shí)安全閥打開進(jìn)行泄壓， 使 壓力恢復(fù)到正常壓力。即用改變旁路閥開度的方法來調(diào)節(jié)實(shí)際排出量。在 80℃以下時(shí)，該反應(yīng)過程為單一、不2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 10 可逆、選擇性為 98%~99%。甲醇由于屬于極性分子，與其進(jìn)行 加成反應(yīng)生成 MTBE。 同理將甲醇精餾塔的進(jìn)料預(yù)熱到泡點(diǎn)溫度也是利用此方法?？刂品磻?yīng)壓力使反應(yīng)在沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行 ,反應(yīng)熱使部分物料汽化而使反應(yīng)溫度衡定 ,形成汽 液混相狀態(tài)。通過有關(guān)單位協(xié)作 ,先后開發(fā)出多種合成工藝。另外 ,采用上流式操作 ,可防止催化劑堆集成塊 ,減少壓力降 ,催化劑使用壽命長(zhǎng) ,副反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 4 第二章 設(shè)計(jì)依據(jù) 及技術(shù)來源 設(shè)計(jì)依據(jù) 本項(xiàng)目 是 基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于 MTBE的 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)情況分析的文獻(xiàn)，對(duì)生產(chǎn) MTBE的工藝裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的。因此 ,作為無鉛汽油添加劑的 MTBE ,在當(dāng)今社會(huì)有更深遠(yuǎn)的意義。 MTBE與汽油可以任意比例互溶而不發(fā)生分層現(xiàn)象，與汽油組分調(diào)和時(shí)，有良好的調(diào)和效應(yīng)，調(diào)和辛烷值高于其凈辛烷值。 We have used various kinds of softwares such as chemcad and THEM， we provide the specific measures of the process optimization、 energy saving and the improvement of the techniques， such as the major reactor adopts the heat pipe fixed— bed reactor in order to improve the fractional conversion and the process fully makes use of energy exchange between the material so that save the consumption of the steam。反應(yīng)原料由 C4餾分中的異丁烯及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %的甲醇組成，進(jìn)行醚化反應(yīng)，目標(biāo)產(chǎn)物甲基叔丁基醚的產(chǎn)量是 2 萬噸 /年，采用的流程是甲基叔 丁基醚常規(guī)工藝，主要由兩反三塔工藝裝置組成，通過 PRO/II 軟件對(duì)其進(jìn)行了流程模擬與計(jì)算，根據(jù)模擬計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，對(duì)流程的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型，如塔、罐、泵、管子等；并進(jìn)行物衡和熱衡計(jì)算，列出物衡表和熱衡表。 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或在網(wǎng)上發(fā)表的論文。 The procedure is taken in the mon technology which primarily contains two reactors and three towers。它的蒸汽比空氣重，可沿地面擴(kuò)散，與強(qiáng)氧化劑共存時(shí)可燃燒。我國(guó)從 2020 年開始實(shí)行汽油無鉛化并制定了新的汽油標(biāo)準(zhǔn) ,對(duì)汽油質(zhì)量提出了新的要求。 MTBE的產(chǎn)能及需求情況 國(guó)內(nèi) MTBE 真正投 入規(guī)模生產(chǎn)始于上世紀(jì) 90年代 , 尤其近幾年產(chǎn)能迅速增長(zhǎng) , 截至 2020 年年末、 2020 年年初國(guó)內(nèi) MTBE 生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能見表 。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(gè)串聯(lián)的管式反應(yīng)器。 生產(chǎn) MTBE 的幾種方法的消耗定額見下表 1。Liecensing公司首先成功的 ,于 1987 年工業(yè)化。該工藝屬于傳統(tǒng)工藝，技術(shù)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。按總平面規(guī)劃要求建設(shè)道路、綠化及相應(yīng)的消防、工業(yè)及衛(wèi)生等設(shè)施。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。 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(shè)計(jì) 11 該流程主要包括泵、換熱器、反應(yīng)器、精餾塔，下面詳細(xì)介紹 各種過程的控制方案。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(shè)計(jì)中的反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，催化劑床層的溫度需要維持在一個(gè)給定值附近。 塔的溫度都是靠再沸器提供熱量實(shí)現(xiàn)的。甲醇回收塔塔頂?shù)募状?達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?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(jìn)入萃取塔頂部循環(huán)使用，由循環(huán)泵 P104 補(bǔ)充消耗掉的萃取水。 由于過程存在液液萃取，所以在定義 NRTL方程時(shí)需要定義 VLE 和 LLE 兩個(gè)方程。 物料衡算 本流程的所有過程均為連續(xù)操作過程，選擇時(shí) 間 (hr)為計(jì)算基準(zhǔn)，分為 反應(yīng)、 MTBE 共沸精餾 、 水萃取、 甲醇精餾 四部分 進(jìn)行衡算。即： Q 反 應(yīng) = ∑ 生 成 物 ∑ 反 應(yīng) 物 其中： Q—— 化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)熱 。 本設(shè)計(jì)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(shè)備 T101 物流（物流號(hào)） 進(jìn)料（ 6） 塔頂出料（ 7） 塔底出料（ 8） 焓值 MkJ/hr 熱負(fù)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(shè)計(jì) 20 第六章 主要設(shè)備選擇說明及計(jì)算 [7][13] 設(shè)備計(jì)算主要包括 典型設(shè)備 的 選型和非標(biāo)設(shè)備 的 設(shè)計(jì) 兩個(gè)部分。 20℃ 以下的泵，要求考慮泵的冷脆現(xiàn)象，采用耐低溫材料。 泵的選型計(jì)算 甲醇原料泵選擇 DXL 型小流量，高揚(yáng)程化工流程泵。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) , 我國(guó)有 34套 MTBE工業(yè)裝置 ,生產(chǎn)能力約 ,主體反應(yīng)設(shè)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(yīng)器。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(diǎn)介質(zhì) , 反應(yīng)器出入口段筒體的自由空間內(nèi)填充惰性瓷球。 V m? ? ? 。進(jìn)精餾塔的 MTBE濃度 XF? % 總進(jìn)料量為 F= kmol/h 塔操作 壓力為 塔頂 P=要求出口 MTBE含量達(dá)到 X? %,甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %≤ ， 氣相水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %≤ 二：生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介及精餾意義簡(jiǎn)述： 1．生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介： 本 裝置為 共沸精餾 ，原料 從 PRO/II模擬得到的最優(yōu)進(jìn)料位置 加入，在進(jìn)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(jìn)行熱質(zhì)傳遞過程。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。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(yīng)用較多的是有降液管2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 27 的浮閥、篩板和泡罩塔板等。 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）。 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(fù)荷很低時(shí)也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)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(shè)計(jì) 28 面。 C— 氣體符合因子（ m/s） 。泡罩塔的主要優(yōu)點(diǎn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安全維修不便，氣相壓降較大。 在塔板開孔上方，安裝可浮動(dòng)的閥片，浮閥可隨氣體流量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，可避免 漏液，操作彈性大，造價(jià)低，且安裝檢修方便，但對(duì)材料的抗腐蝕性能要求高。因而本設(shè)計(jì)中選用板式塔。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)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。 在本次總設(shè)計(jì)中產(chǎn)品精餾塔也是整個(gè)生產(chǎn)線的重點(diǎn)設(shè)備，直接 關(guān)系到最后產(chǎn)品的質(zhì)量。 假定原料中異丁烯的物質(zhì)的量為 n 在第一個(gè)反應(yīng)器中 ，醇烯比為 有： n（ MTBE1） = 1 . 0 50 . 9 5 % 0 . 8 9 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(yīng)器醇烯比為 ，補(bǔ)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(yīng)器剩水為： % n n?? 第二反應(yīng)器補(bǔ)充甲醇中含水為： n n? 第二反應(yīng)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?jǐn)?shù)為 25%，所以總 C4 為2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 24 ， 初甲醇為 1 .0