【正文】 工藝設計 24 ， 初甲醇為 1 .0 5 2 8 .7 3 5 3 0 .1 7 2 /km o l 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 8 0 . 7 9 52 . 8 8 5 2 . 9 2 1 /7 9 . 7 9 5 km o l h?? 由 PRO/II模擬知第一個反應器生產的 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。 該 反應器 能將 熱點溫度 較好的 控制在 60～ 65 ℃ 范圍之內。 甲基叔丁基醚 (M TB E)是一種重要的化工原料和汽油辛烷值改進劑 , 可由甲醇和混合 C4 中的異丁烯為原料 , 由強酸性催化劑催化合成。 ，頻率變化范圍內的性能。 ，要求過流部件采用耐磨材料，必要時軸封應該采用清潔液體沖洗。 綜合考慮上述各部分熱量，在整個體系中，熱量應滿足守恒定律，即：輸入系統(tǒng)中的能量－從系統(tǒng)輸出的能量＝系統(tǒng)中積累的能量，而在本次流程模擬中系統(tǒng)能量的積累等于物料進出焓差，輸入輸 出的能量差都體現(xiàn)于設備的熱負荷中，所以有： 進出物流焓變＝設備的熱負荷： 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 19 Q = ∑ H o u t ∑ H in 其中： Q—— 設備的熱負荷 ∑Hout —— 離開設備的各物料焓之和。 ” 因此，我們進行熱量衡算的時候可以不必考慮反應的中間過程，而只考慮始末狀態(tài)。 經過 PRO/II 模擬分析后，最終取萃取水量為 500kg/h 即可達到甲醇回收塔底萃取水甲醇含量小于 500μ g/ g 以及萃取后碳四出料中甲醇含量小于 50μ g/ g 的設計產品質量要求 。 UNIFAC 適用領域 為 任何已2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 15 知組分結構的物系 。純度 %? （ W）的 MTBE 產品由底部流出 ， 預熱完進料物流后，繼續(xù)與后續(xù)萃取塔 T2 出料進行熱量交換，將甲醇精餾塔進料 物流預熱到泡點溫度左右 ，同時 MTBE 冷卻到 60C ， 再 利用冷卻水將其冷卻至 40C 后進入 MTBE 產品罐； T1 塔頂醚后碳四及少量未反應的甲醇從 共沸精餾塔塔頂餾出，冷凝后進入回流罐，再由回流泵從碳四回流罐抽出加壓后分成兩路，一部分作為回流返回共沸精餾塔頂，另一部分去萃取塔底部，共沸塔底部熱量由再沸器提供。首先通過測定回流罐的液位，形成信號控制自動調節(jié)閥，調節(jié)塔頂甲醇的采出量。泵的 PID 圖如下 圖 所示 ： 該流程涉及的幾種換熱器：合成物料之間的換熱器、冷卻水冷卻的換熱器、蒸汽加熱的換熱器、精餾塔的再沸器和冷凝器，精餾塔的再沸器和冷凝器部分放在后面精 餾塔控制方案中作介紹。其循環(huán)結構如圖 所示： 圖 MTBE 生產過程系統(tǒng)循環(huán)結構圖 分離工藝 從反應器中出來的物流含有 MTBE、未反應的甲醇、水等物質，它們都是以液體 形式存在。 為此在生產操作中要 控制 合適的反應溫度 。 產品的質量指標 本裝置 MTBE 產品質量按照《 MTBE 企業(yè)標準》燃料級設計， 該產品指標見表。 MRD A 型用于煉油型MTBE 裝置 ,MRD B型用于石油化工型。異丁烯轉化率可達 90%～ 95% ,接近平衡轉化率。 （ 4） 美國 UOP 公司的聯(lián)合工藝 以油田氣或煉廠氣中的丁烷為原料 ,異構化反應轉化為異丁烷 ,進而脫氫生成異丁烯 ,異丁烯再與甲醇醚化反應生成 MTBE。 （ 1） 意大利 SNAM 工藝 該工藝所采用的反應器為列管式固定床 ,反應溫度 50～ 60 ℃ ,催化劑是聚苯乙烯 二乙烯苯離子交換樹脂。異戊烯的制備、苯酚的烷基化、甲酯的制備、 MTBE 羰基化、異戊二烯的制備等 ,都是用 MTBE 作為溶劑的。 由于對環(huán)境保護的更高要求 ,世界各國都對汽油提出無鉛化要求。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 ， 作為橡 膠及其它化工產品的原料。 關鍵詞： 甲基叔丁基醚、 PRO/II、流程模擬 與計算 、節(jié)能 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 2 Abstract The process of the design is technically based on various methods of production of MTBE in industry ,we have explanationed the theory、 the condition、 the selectivity and fractional conversion in the process of the reaction。 本科 畢業(yè)論文 題目 ： 2 萬噸 /年 MTBE裝置工藝設計 成績 誠信聲明 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè) 論文 ，是在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。過程還使用了 CHEMCAD、換熱器大師等多種軟件，提出了過程優(yōu)化、節(jié)能及技術改進的具體措施，如主反應器采用熱管式反應器以提高轉化率以及充分利用物料的能量交換節(jié)省蒸汽消耗量等。它不僅能有效提高汽油辛烷值，而且還能改善汽車性能，降低排氣中 CO含量，同時降低汽油生產成本。 它 具有良好的化學安定性和物理安定性，在空氣中不易生成過氧化物， 而且其 毒性很低，在生產和使用過程中，不會產生嚴重毒害人體健康的問題 。在用苯酚、多聚甲醛和二烷基胺制備鄰二烷氨基甲基苯酚中作為溶劑使用?，F(xiàn)分別介紹如下。另一方面由于反應的同時連續(xù)蒸出產品 ,可最大限度地減少逆向反應和副產品的生成。反應壓力 ～ ,溫度 40～ 80℃ ,醇烯比為 1. 0 左右 ,利用冷卻設備以外循環(huán)方式取出部分反應熱來控制反應溫度。 MRD 技術分為兩種類型 ,即 MRD A 型、 MRD B 型。 按照 8000 小時開工計算，產品流量 2500kg/h ，合。 在低溫下 ,向生成 MTBE的方向反應 ,但是 ,從反應動力來說 , 在較高的溫度下加快反應速度 ,但副反應也加快。 系統(tǒng)循環(huán)結構 在 MTBE合成反應中，由于甲醇 過量 不能完全轉化，因此 必須對反應后的物流進行分離，使甲醇同其它的組分分離出來，通過循環(huán)返回反應器，從而提高反應物的利用率。泵出口有止回閥，防止液體回流打壞泵內部葉片；泵出口有一個現(xiàn)場指示壓力表。 下面對 甲醇精餾塔控制方案敘述如下： 甲醇精餾塔 T103 塔頂冷凝器為 部分冷 凝器，需要對其回流比進行調節(jié)。 反應器外 利用 冷卻水移走反應熱， 控制反應器出口溫度 T=60C ， 產物 同補充甲醇混合后共同 進入 第二個反應器 R2 繼續(xù)醚化反應， 利用控制器控制第二反應器醇烯比為 ,反應完后物料進入共沸精餾塔 T1 分離。 WILSON 適用領域 為 極性物系的氣液過程 。 反應過程溫度 的控制 第一反應器采用 熱管式固定床 反應，目的是使反應維持在最適宜反應溫度范圍內進行， 控制反應熱點溫度不超過 60~65C ,通過 PRO/II 的模擬控制， 利用 給定冷卻水帶走的熱負荷大小來保證進第二反應器的溫度合適，在這里控制出料溫度為 60C . 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 16 萃取水的流量控制 通過 PRO/II 模擬得到的 C4 流量大小，根據(jù) 萃取塔操作料水比 來確定需要的萃取水量，操作料水比 降低有利于提高碳四產品質量 ,但是滿足了產品質量要求后 ,保持過 低的操作料水比 ,會因為后繼甲醇回收塔進料中甲醇含量較低而增加了甲醇和水的分離難度和裝置能耗 ,因此建議在滿足萃取產品質量的前提下 ,盡量提高操作料水比。 化學反應的熱效應 化學反應中的熱效應可以通過與過程有關化合物的生成熱和燃燒熱來求得，而根據(jù)蓋斯定律： “ 不管化學過程是一步完成或分步完成，其過程的熱效應是相同的。 熱量散失 計算模擬過程中該部分熱在簡化過程中被忽略不計。 ，要求過流部件采用耐腐蝕材料。 ，制造，檢驗應符合有關標準，規(guī)范 的規(guī)定。 固定床是固體催化劑顆粒 (固相 )裝填于反應器中 ,反應物 (液 相 )通過催化劑床層與其接觸進行化學反應 。為了克服這些缺點 ,將“熱管技術”與反應器結合 ,研制了合成 MTBE 的熱管反應器 , 并在江蘇泰州石油化工總廠 20 kt/aMTBE 裝置的擴能改造中應用。 反應器 設計計算 過程 反應物衡計算：反應原料物衡計算，年產 2萬噸 /年 MTBE， 假定兩反應器中異丁烯的轉化率為 90%，異丁烯和水副反應的轉化率為 5%，甲醇反應生成二甲醚的轉化率為 %。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥以及兼有氣液兩相 傳質 和傳熱的增濕、解濕等。 三：塔型選擇與依據(jù) 最常見的塔設備為板式塔和填料塔兩大類。 表 板式塔與填料塔 比較 項 目 塔 型 板式塔 填料塔 壓 力 降 壓力降一般比填料塔大 壓力降小，較適于要求壓力降小的場合 空 塔 氣 速 （生產能力） 空塔氣速小 空塔氣速大 塔 效 率 效率穩(wěn)定，大塔效率比小塔有所提高 塔徑在 Φ1400mm以下效率較高，塔徑增大，效率常下降 液 氣 比 適應范圍較大 對液體噴林量有一定要求 持 液 量 較大 較小 材 質 要 求 一般用金屬材料制作 可用非金屬耐腐蝕材料 安 裝 維 修 較容易 較困難 造 價 直徑大時一般比填料塔造價低 直徑小于 Φ800mm，一般比板式塔便宜，直徑增大，造價顯著增加 重 量 較輕 重 因為板式塔處理量大、效率高、清洗檢修方便且造價低，故工業(yè)上多采用板式塔。盤式浮閥的主要優(yōu)點是生產能力大，操作彈性較大，分離效率較高，塔板結構較泡罩塔簡單。泡罩的種類很多，國內應用較多的是圓形泡罩。 根據(jù)《 化學工程師手冊 》表 篩板 塔的塔板間距的選則， 見下表： 表 篩板塔 的塔板間距 [2] 塔徑 D （ m） 塔板間距 HT（ m） 塔徑 D （ m） 塔板間距 HT（ m） ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 》 根據(jù)塔徑確定塔板間距取 400mm，總塔板高為 46 ? ? ? 液泛速度 fu = ? ?LVVC ???? . 式中 fu — 液泛速度（ m/s） 。但泡罩塔板結構復雜，成本高，安裝檢修不便，生產能力小。 篩板塔的優(yōu)點是結構簡單，制造維修方便，造價低，相同條件下生產能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。 工業(yè)上常見的幾種的板式塔及其優(yōu)缺點： Ⅰ 、浮閥塔： 浮閥塔廣泛應用于精餾、吸收和解吸等過程。 板式塔與填料塔都是氣－液傳質過程的常用設備。操作連續(xù)的從再沸器中取出部分液體汽化產生上升蒸汽一次通過塔板，連續(xù)從塔底采出 產品， 塔頂蒸汽進入冷凝器冷凝后，部分泡點回流，其余 流入萃取塔進行萃取 。 反應器直徑一般取為 800~1200mm，在這里我們取 d=1m， 39。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設計 23 圖 熱管反應器示意圖 圖 圖 熱管反應器的單元結構 傳熱和傳質分析 反應物從進料口進入反應器 , 自上而下流過催化劑床層和熱管組件。此類反應器的缺點是 : ( 1)由于反應物料的大量返混 ,催化劑的利用率低 。 甲醇精餾塔回流泵的流量為 3/mh，泵放在地面上， 輸送高度為 ,則估算泵的壓頭為： 1 0 .8 1 .5 1 6 .2 5Hm? ? ?，選擇 MPH 型流程泵。 ，應根據(jù)爆炸區(qū)域等級，采用防暴電動機。 石油，化工裝置對泵的要求 在工業(yè)生產中，典型的泵有：進料泵，回流泵，塔 底泵，循環(huán)泵，產品泵，注入泵，排污泵，燃料泵，潤滑油泵和液封泵，根據(jù)不同的工藝要求選擇不同型號的泵是很重要的。 ∑ 生成物 —— 生成物的生成焓之和。 表 總物料衡算： 總進料 Stream Name S1 S2 S5 S11 Temperature(C) 25 25 30 30 Pressure(KG/CM2) TotalMassRate(KG/HR) 500 Vapor Mass Rate(KG/HR) n/a n/a n/a n/a Liquid Mass Rate(KG/HR) 500 Total Weight Comp. Rates IBUTANE 0 0 0 NBUTANE 0 0 0 IBUTENE 0 0 0 1BUTENE 0 0 0 C2BUTENE 0 0 0 T2BUT