【正文】 第二部分 產(chǎn)品精餾塔工藝計算 MTBE 精餾塔 （ 1） 塔徑、塔板間距 計算 通過 PRO/II 簡捷塔模擬得： MINIMUM REFLUX RATIO FEED CONDITION Q FENSKE MINIMUM TRAYS 總 理論 板數(shù)是 30 塊，進料板是第 19 塊。但設(shè)計良好的篩板塔仍具有足 夠的操作彈性，對易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國對篩板的應(yīng)用日益增多。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動，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。因此它在整個生產(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)對封頭進行選型有： 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)計選型 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 25 MTBE 產(chǎn)品精餾塔的設(shè)計選型 第一部分 產(chǎn)品精餾塔設(shè)計概述 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行緊密接觸，達到實際傳質(zhì)及傳熱的目的。處于負壓狀態(tài)下的低沸點介質(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，揚程 15~138m，介質(zhì)溫度 — 20~400 C . 選型結(jié)果：型號 MPH330A,流量 hm/3 ,揚程 20m，轉(zhuǎn)速 2900r/min,軸功率 ,電機功率 ,電機型號 YB90L2，必需汽蝕余量 4m 其它泵的選型的計算過程就不列舉，選型結(jié)果見設(shè)計圖表。為適應(yīng)三年一次大檢修的要求， AP1610(第 8版 )規(guī)定石油，重化學和氣體工業(yè)用泵的運轉(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。而對于第二個反應(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，所以補入了補充甲醇進料。 整個系統(tǒng)主要包括甲醇、C4 組分和 C5 三種組分，整個流程模擬如下圖 所示 PRO/II 熱力學方法的初步分析 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)等熱力學計算方法，由于每種熱力學方法有一定的適用范圍，在應(yīng)用 PRO/II 解決具體問題時，選擇合適的熱力學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單的，主要靠測定液位信號，通過控制排出塔釜的閥門開度，形成一個回路，2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 13 達到控制液位的目的。 對于該反應(yīng)器的壓力控制，只在反應(yīng)器 的底部安裝一個設(shè)定承受壓力的安全閥，當壓力過高時安全閥打開進行泄壓， 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)實際排出量。在 80℃以下時，該反應(yīng)過程為單一、不2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 10 可逆、選擇性為 98%~99%。甲醇由于屬于極性分子，與其進行 加成反應(yīng)生成 MTBE。 同理將甲醇精餾塔的進料預(yù)熱到泡點溫度也是利用此方法?？刂品磻?yīng)壓力使反應(yīng)在沸點溫度下進行 ,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 ,副反應(yīng)少等優(yōu)點。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 4 第二章 設(shè)計依據(jù) 及技術(shù)來源 設(shè)計依據(jù) 本項目 是 基于教科書上的教學案例，通過研讀大量的關(guān)于 MTBE的 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場情況分析的文獻，對生產(chǎn) MTBE的工藝裝置進行設(shè)計的。因此 ,作為無鉛汽油添加劑的 MTBE ,在當今社會有更深遠的意義。 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，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)量分數(shù)為 %的甲醇組成，進行醚化反應(yīng)，目標產(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 軟件對其進行了流程模擬與計算，根據(jù)模擬計算得到的數(shù)據(jù)，對流程的各個設(shè)備進行了設(shè)計和選型，如塔、罐、泵、管子等；并進行物衡和熱衡計算，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，可沿地面擴散，與強氧化劑共存時可燃燒。我國從 2020 年開始實行汽油無鉛化并制定了新的汽油標準 ,對汽油質(zhì)量提出了新的要求。 MTBE的產(chǎn)能及需求情況 國內(nèi) MTBE 真正投 入規(guī)模生產(chǎn)始于上世紀 90年代 , 尤其近幾年產(chǎn)能迅速增長 , 截至 2020 年年末、 2020 年年初國內(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 11 該流程主要包括泵、換熱器、反應(yīng)器、精餾塔，下面詳細介紹 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給定值附近。 塔的溫度都是靠再沸器提供熱量實現(xiàn)的。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。 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。 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(yīng)、 MTBE 共沸精餾 、 水萃取、 甲醇精餾 四部分 進行衡算。即： Q 反 應(yīng) = ∑ 生 成 物 ∑ 反 應(yīng) 物 其中： Q—— 化學反應(yīng)反應(yīng)熱 。 本設(shè)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(shè)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(shè)計 20 第六章 主要設(shè)備選擇說明及計算 [7][13] 設(shè)備計算主要包括 典型設(shè)備 的 選型和非標設(shè)備 的 設(shè)計 兩個部分。 20℃ 以下的泵，要求考慮泵的冷脆現(xiàn)象，采用耐低溫材料。 泵的選型計算 甲醇原料泵選擇 DXL 型小流量，高揚程化工流程泵。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(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。結(jié)構(gòu)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。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 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(shè)計 28 面。 C— 氣體符合因子（ m/s） 。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(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、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。因而本設(shè)計中選用板式塔。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)計中產(chǎn)品精餾塔也是整個生產(chǎn)線的重點設(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)量分數(shù)為 25%，所以總 C4 為2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 24 ， 初甲醇為 1 .0