【正文】 在某一溫度下某處的全部物料比熱容可以以平均植代替。除了作汽油添加劑外， MTBE 還是良好的反應(yīng)溶劑和試劑。 其中 MTBE 裂解制異丁烯，是高純度異丁烯的重要來(lái)源，有預(yù)測(cè)報(bào)告指出， 2021 年， 2021 年我們丁基橡膠需求量分別為 20 萬(wàn) t 和 35 萬(wàn) t，甲基丙烯酸酯分別為 35 萬(wàn) t 和 55 萬(wàn) t，聚異丁烯分別為 6 萬(wàn) g 和 10 萬(wàn) t 等。 據(jù)美國(guó) WP 報(bào)告， 2021 年全球生產(chǎn)能力以降到 萬(wàn) t/a，此后還會(huì)繼續(xù)下降，到 2021 年則 為 萬(wàn) t/a。碳四原料罐 V10丁烯 1 餾分罐 V108 以及不合格品罐 V109A/B、 V113 槽，當(dāng)冬季槽內(nèi)壓力低于 ㎏ / 2cm 或溫度低于 5℃時(shí)，則分別開啟升壓 E1 E12 E122 進(jìn)行升壓或升溫。萃取水中的甲醇得以回 收，被回收的甲醇由塔頂蒸出，經(jīng)甲醇塔冷凝器 E119 冷凝后，進(jìn)入甲醇塔回流槽 V106，冷凝液用回流泵 P109A/B，打入塔內(nèi)回流，回流量由 T104 塔靈敏板 TRC113 控制，其余部分 T/Hr，通過液面調(diào)節(jié)器 LICA109 控制，經(jīng)套管冷卻后送入甲醇儲(chǔ)罐 V102 循環(huán)使用。 T101 塔底出來(lái)膠質(zhì)殘液，殘液徑遙控閥 HV105 控制，經(jīng) E124 殘液冷卻器冷卻至 40℃以下，進(jìn)入殘液罐 V115,再經(jīng)殘液泵 P117A/B 送出界外， T101 塔頂餾出的碳四和剩余的甲醇經(jīng)一醚塔冷卻器 E107 冷卻后進(jìn)入一醚塔回流槽 V103,冷凝液用一醚塔回流泵 P105A/B 經(jīng) FRC104 控制，流量為 ，打回塔內(nèi)回流，其余部分通過液面調(diào)節(jié)器 LRCA103 與流量調(diào)節(jié)器 FRC105 串級(jí)調(diào)節(jié)。 R103 內(nèi)裝有樹脂 立方米，物料經(jīng)過床層后，氧離子濃度即可由 4ppm降至 1ppm 以下。 生產(chǎn)原理 MTBE 是由混合碳四中的異丁烯和甲醇在強(qiáng)酸性苯乙烯大孔陽(yáng)離子交換樹脂催化劑上進(jìn)行合成。 （ 3）消除著火源。 表 1 原材料規(guī)格 序號(hào) 原料名稱 控制項(xiàng)目名稱和指標(biāo) 備注 1 混合碳四原料 異丁烯含量 18～ 42％ 3C? ﹤ ％ 、 5C? ﹤ ％ ACN﹤ 20ppm 、 陽(yáng)離子﹤ 4ppm 水﹤ ％ 、 其他碳四：平衡 以 4NH? 計(jì) 2 甲醇 外觀：無(wú)色透明液體 、比重： ～ 初餾點(diǎn) 。它對(duì)于合成 MTBE 來(lái)說，相當(dāng)于增加了甲醇的比例，有利于提高 MTBE 的轉(zhuǎn)化率。這對(duì)下游設(shè)備 — 催化蒸餾塔來(lái)講，要少消耗使這部分物料汽化所需的供熱蒸汽。 廠址的選擇 MTBE 的生產(chǎn)需要充足的水源，電能，動(dòng)力，能源并且資源也要比較富足。目前主要有化工型和煉油型兩種。此法用于含異丁烯濃度變化較大的碳四原料。 在歐洲國(guó)家的基礎(chǔ)上， 1979 年我國(guó)才開始研究 MTBE 合成工業(yè)。 甲基叔丁基醚是一種高辛烷值（研究法辛烷值 115）汽油添加劑，化學(xué)含氧量較 甲醇 低得多，利于暖車和節(jié)約燃料，蒸發(fā)潛熱低，對(duì)冷啟動(dòng)有利，常用于 無(wú)鉛汽油 和低鉛油的調(diào)合。 概述 ............................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。另外， MTBE 還是一種重要化工原料，如通過裂解可制備高純異丁烯。 由于汽車的全面發(fā)展 ,所以 MTBE 的前途一片 光明。由于 MTBE 取代四乙基鉛可減少環(huán)境污染，且用途廣泛，促使 了 世界各國(guó)對(duì) MTBE 的需求量日益增加，因此世界各國(guó) 都 在尋求更先進(jìn)的方法，投資建廠生產(chǎn) MTBE。 : 該技術(shù)是將一定比例的原料送人第一反應(yīng)器中，待反應(yīng)混合物預(yù)熱至 70℃ 時(shí)，與硫酸混合，在一定溫度下將混合物送入第二反應(yīng)器中 ，最后反應(yīng)混合物進(jìn)入分離器分離有機(jī)相和酸相，在分離器中回收得到的硫可循環(huán)使用，有機(jī)相則進(jìn)入水洗塔，用 NaOH 含的循環(huán)水中和酸，生成 Na2SO4 和 H2O。 : 催化蒸餾是在催化蒸餾塔中，進(jìn)行 MTBE 的合成與產(chǎn)物的分離，這兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行。 本車間為連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，共分四個(gè)班，四班三倒的作息制度，全年生產(chǎn) 按 7200小時(shí)。另外，混相反應(yīng)器內(nèi)汽化的物料是反重慶理工大學(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 4 應(yīng)物料中沸點(diǎn)最低的輕組分。 綜述： 根據(jù)以上生產(chǎn)方法分析可知：對(duì) 于催化蒸餾法以及混相反應(yīng)蒸餾法技術(shù)最為先進(jìn)，但沒有大規(guī)模的運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)，所以存在諸多不確定因素；對(duì)于 混相床反應(yīng)器 法，即 離子交換樹脂法工業(yè)運(yùn)用最早，技術(shù)成熟，經(jīng)過改進(jìn)后能耗低，綜合經(jīng)濟(jì)合理。甲醇、 MTBE 有一定毒性，輔 助材料和鹽酸等的水溶液則有一定的腐蝕性，且系統(tǒng)操作壓力也較高。 （ 3） MTBE 在酸性三氧化二鋁存在 下，于 20℃和壓力條件下，生成異丁烯、甲醇， 根據(jù) 此 特點(diǎn)可生產(chǎn) 高純度異丁烯。 碳四原料進(jìn)入 P101 泵簽經(jīng)在線色譜 AR101 分析原料中異丁烯含量， V102 中的甲醇經(jīng)甲醇原料泵 P102A/B 抽出，經(jīng) FI111 計(jì)量后與 P101 來(lái)的碳四混合。該物料經(jīng)醚踏底出料換熱器 E104 與一醚塔 T101 底部排出物料MTBE 進(jìn)行熱交換，使之加熱到 80℃，而后進(jìn)入一醚塔預(yù)熱器 E105，用 911925Pa蒸汽加熱，用 TRC105 控制溫度為 ℃，進(jìn)入第一脫醚塔第 46 塊板。萃取水來(lái)自萃取水槽 V105，由萃取水泵 P107A/B 送入 T103 上部，水量由 FIC107 控制，碳四烴經(jīng) T103 水洗后，控制甲醇含量≤ ％，自壓排入丁烯 1餾分槽 V108， T103 底部的萃取液其中含甲醇 10％左右，去甲醇回收塔。由 MTBE 成品冷卻器 E108 來(lái)的 MTBE 成品進(jìn)入 MTBE 成品貯罐槽 V107A/B 中，由 MTBE 成品泵 P110A/B 抽出，經(jīng) FRQ119 進(jìn)行流量記錄與累計(jì)后，間斷送油品車間， 845B 罐區(qū) C104 槽以備外運(yùn)，為保證 V107A/B 槽壓力為 ～ ㎏ / 2cm ，設(shè)有一套分程調(diào)節(jié)裝置 PICA107,當(dāng)槽內(nèi)壓力低于 ㎏ / 2cm G 時(shí)， A 閥開，補(bǔ)入氮?dú)?，?dāng)壓力高于 ㎏ / 2cm 時(shí)， B 閥開，向火炬系 統(tǒng)泄壓。生產(chǎn)過程中壓力排放事故排重慶理工大學(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 12 放氣體均收集于汽液分離槽 V114 中，經(jīng)緩沖后再排入火炬系統(tǒng)，捕集液由不合格品泵抽回裝置中。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車工業(yè)隨之快速發(fā)展，在此作用下，國(guó)內(nèi)在家或者擬建 MTBE 項(xiàng)目不斷增加。 重慶理工大學(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 17 綜合分析情況 從國(guó)際來(lái)看， MTBE 在美國(guó)禁用是不爭(zhēng)的事實(shí)，其他發(fā)達(dá)國(guó)家同樣會(huì)朝著這方向 發(fā)展；但是在不發(fā)達(dá)國(guó)家，如國(guó)內(nèi)的 MTBE 的需求量在 較長(zhǎng)時(shí)間 段里還是會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。所以取循環(huán)物料的循環(huán)比為 異丁烯 的量為 x,則 x x 2 2 .1 3=8 5 .1 3 0 .8 8 5 .1 3 (1 0 .8 )?? ? ? 解得 x= h 同理可得循環(huán)物料中含 MTBE 的量為 h 含甲醇的量為 h 表 15 則反應(yīng)器一段循環(huán)物料的組成及流量： 組分 摩爾流量 kmol/h 摩爾分?jǐn)?shù) kmol/kmol 質(zhì)量流量 kg/h 質(zhì)量分?jǐn)?shù) kg/kg 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 甲醇 重慶理工大學(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 23 MTBE TBA 二 .三異丁烯 ∑ 反應(yīng)器二段出口物 料的組成及流量 到二段時(shí)異丁烯反應(yīng)轉(zhuǎn)換率達(dá)到 86% 反應(yīng)的異丁烯的量 : 85 .1 3 km ol / h 0. 86 = 73 .2 1 km ol / h? MTBE 產(chǎn)量為 : 85 .1 3 km ol / h 0. 86 0. 99 = 72 .4 8k m ol / h?? 二 .三異丁烯的產(chǎn)量為 : 2 ( 7 3 . 2 1 k m o l / h 7 2 . 4 8 k m o l / h 0 . 4 5 k m o l / h ) = 0 . 1 1 km o l / h5 剩下的異丁烯流量為 : 85 .1 3 km ol / h ( 1 0. 86 ) = 11 .9 2 km ol / h? 甲醇流量為 : km ol / h ol / h = km ol / h? 表 16 反應(yīng)器二段出口物料的組成及流量 組分 摩爾流量 kmol/h 摩爾分 數(shù) kmol/kmol 質(zhì)量流量 kg/h 質(zhì)量分?jǐn)?shù) kg/kg 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 甲醇 MTBE TBA 二 .三異丁烯 ∑ 根據(jù)設(shè)計(jì)要求循環(huán)物料的循環(huán)比控制范圍為 — 。 Cp= ∑ iiCp x? 計(jì)算平均比熱容 Cp 。 重慶理工大學(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 18 第 2 章 計(jì)算部分 物料衡算 【 1】 全車間物料衡算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求： MTBE 年產(chǎn)量為 22 萬(wàn)噸，按年工作量為 7200 小時(shí)計(jì)算， 則每小時(shí)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(jì)要求： 成品、副成品指標(biāo)： 合格品 一級(jí)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(jì)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(yīng)器各段生成的 MTBE 的量： 反應(yīng)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(jì)要求：反應(yīng)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(yīng)器 A 出口的 MTBE 的量（設(shè)計(jì)要求：反應(yīng)器總轉(zhuǎn)化率≧ 93％，反應(yīng)器 A 總轉(zhuǎn)化率≧ 86％，設(shè)反應(yīng)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(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 19 進(jìn)入反應(yīng)器 A 的異丁烯的量 進(jìn)入反應(yīng)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(yīng)器物料衡算 反應(yīng)器 A 進(jìn)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?jǐn)?shù)kg/kg 質(zhì)量流量kg/h 摩爾分?jǐn)?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(jì)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?jǐn)?shù)kmol/kmol 質(zhì)量流量 kg/h 質(zhì)量分?jǐn)?shù) kg/kg 分子量 甲醇 水 18 其他 32 工業(yè)甲醇 重慶理工大學(xué)化學(xué)工藝設(shè)計(jì) 20 表 12 通過已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算得混合甲醇流率為 kg/h 名稱