【正文】 輸入有關(guān)流股的可變狀態(tài)參數(shù)和有關(guān)設(shè)計設(shè)備參數(shù)，主要是針對現(xiàn)有的工藝過程進行模擬，在結(jié)果里列出輸出要求流股的狀態(tài)及其工藝過程設(shè)備等參數(shù)。設(shè)定塔頂中戊烯的摩爾分率不大于 %，釜液中順 2丁烯的摩爾分率不大于 %。 6 1丁烯 7 異丁烯 8 異丁烷 9 正丁烷 10 戊烯 11 己烯 12 庚烯 13 辛烯 合計 物流號 組成 質(zhì)量流率kg/hr 摩爾流率kmol/hr 摩爾分數(shù) 相對揮發(fā)度α 1 甲烷 2 乙烷 3 丙烷 4 順 2丁烯 5 反 2丁烯 6 1丁烯 7 異丁烯 8 異丁烷 9 正丁烷 14166 10 戊烯 11 己烯 12 庚烯 13 辛烯 合計 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 19 設(shè)在釜液中順 2丁烯的量為 xmol,戊烯的量 ymol. 表 33 物料計算 由于多組分分離比較復(fù)雜，且考慮到各組分的相對揮發(fā)度和含量對分離結(jié)果的影響，故在此稍提高分離要求。 Tp ENN? 公式 （ 318） 式中， N—— 理論板數(shù) ET—— 塔板效率 人們建立起的有關(guān)塔板效率的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，雖然用于絕大多數(shù)的設(shè)計任務(wù)中，但他們畢竟是純經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。傳遞性質(zhì)包括：粘度、熱導(dǎo)率、表面張力、擴散系數(shù)等。 模型的選擇 根據(jù)不同的蒸餾的類型，將塔模型分為如下表 41： 表 41 塔操作模型 塔類型 模型 簡捷蒸餾 DSTWU、 Distil、 SCFrac 嚴格蒸餾 RadFrac、 MultiFrac、 PetroFrac、 RateFrac 液 液萃取 Extract C4 和 C5 分離精餾模擬選用的 塔模型為 Radfrac 嚴格法精餾模型。 (2)輸入模擬標題及單位 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 27 圖 43 標題 在 Global 菜單下出現(xiàn)的這個窗口中輸入模擬的實驗的標題 11，并選擇輸入輸出單位 METCBA。此處只截取摩爾流率。 （ 3） 輸入組分。 （ 7） 輸入塔板數(shù)，回流比，塔頂流量。 （ 11） 塔盤尺寸定義。 （ 9） 操作壓力輸入。 （ 5） 選擇物性方法。 建立精餾塔模型 （ 1)塔模型建立 圖 412 精餾塔模型 上圖為 Aspen 中 RadFace 精餾塔模型。 （ 6） FEED 進料狀態(tài) 圖 47 進料狀態(tài) 現(xiàn)在是輸入進料體系物理數(shù)據(jù)的窗口，出現(xiàn)的是 FEED 流股的情況。齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 26 Radfrac 還可以模擬正在進行化學(xué)反應(yīng)的塔，或者是有兩個液相的，且在兩個液相中有不用的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的塔。 CHAO SEA 物性方法和 GRAYSON 物性方法可以用于壓力較高的系統(tǒng)。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 24 本節(jié)小結(jié) 本小結(jié)對上述計算結(jié)果進行分析，清晰分割法考慮到組分含量和相對揮發(fā)度的差別，設(shè)定的塔頂中戊烯的摩爾分率不大于 %，釜液中 順 2丁烯的摩爾分率不大于 %，比實際分離要求高一點，主要是為下面計算提供理論板數(shù)和最小回流比的參考值，對于實際塔板數(shù)考慮到實際情況，在塔設(shè)備制造廠家和生產(chǎn)企業(yè)的協(xié)調(diào)下，塔板效率實際也就是 左右，且每層板效率都有差別，再加上一般在設(shè)計時為預(yù)防因設(shè)備，操作條件不穩(wěn)等引起的影響，在計算的總塔板數(shù)上多加 510 塊塔板，詳細計算在 做介紹。 帶入數(shù)值： ? ????iii Fx, =1q 公式 （ 35） ???????????? ???? 7 6 0 8 6 2 1 2 2 6 1 6 6 0 0 0 0 ????????? ??? q????????????? ???? 采用試差法算的θ = 1. . . . . . ??????mBDBA ADA Rxx ?????? 公式 （ 36） 2 2 7 2 6 0 8 6 2 1 3 2 6 1 7 6 0 0 0 0 ?????????????? 0 0 0 ??????????? mR 計算得 : Rm= 取 R= 則 R= 理論板計算 查吉利蘭特圖 見圖 25 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 22 則 ???? R RmRX 公式 （ 37） 由吉利蘭特關(guān)聯(lián)式： XY ?? 1( ) 公式 （ 38） ???? N NmNY 公式 （ 39） YNYN m??? 1 = 公式 （ 310） 則 N ,= 圖 31 吉利蘭特圖 簡介算法雖然誤差較大，但因簡便，所以特別適用于初步設(shè)計計算，可快速的算出理論塔板數(shù)，或粗略的尋求塔板數(shù)與回流比之間的關(guān)系。 根據(jù)產(chǎn)品的組成對系統(tǒng)內(nèi)的物料衡算見表 22。 如果生產(chǎn)工藝已經(jīng)確定時，生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備條件不能再進行改變，最優(yōu)齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 17 化的目標就是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗。 （ 6） 規(guī)定單元操作模型的設(shè)計條件及操作條件 。 不容置疑，工程套件的核心是 Aspen Plus，它可較為廣泛地運用于新工藝的開發(fā)、化工裝置設(shè)計的優(yōu)化，以及脫瓶頸的分析與改造。在 1982 年，為了使其在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)商品化，在美國隨即成立了 Aspen Tech 公司，將之稱其作 Aspen Plus。 在 MTBE 單元，異構(gòu)碳四中異丁烯與甲醇進行醚化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物進入催化蒸餾塔，塔 底得到產(chǎn)品 MTBE，塔頂?shù)氖Ｓ嗵妓慕?jīng)過甲醇回收后，甲醇循環(huán)利用，醚后碳四經(jīng)過脫碳三塔脫除碳三后一部分循環(huán)至烯烴異構(gòu)單元，另一部分進入萃取分離單元進行烷烯分離。 脫重塔系流程簡圖 圖 21 脫重塔流程模擬 脫重塔系流程簡述 原料氣經(jīng)過處理后以 90 度的蒸汽進入脫重塔，經(jīng)過塔內(nèi)精餾，控制塔底溫度 150 度左右，塔頂溫度 50 左右，完成 C4,和 C5組分的分離， C4 組分從塔頂餾出， 經(jīng)過空冷器降溫冷卻為液體，之后進入換熱器進一步降溫至 55 度左右，之后進入回流罐，流出后經(jīng)過泵一部分碳四回流至塔頂進料，另一部分經(jīng)過再經(jīng)過換熱器冷卻至 40 度流向 MTBE 單元。近幾年， “西氣東輸 ”工程自我國的實施，還作燃料使用的碳四餾分即將不合時宜，整個石化企業(yè)將會面臨著改產(chǎn)業(yè)變格局的沖擊。在大多數(shù) 煉油工業(yè) 中，碳四烷烴通常用做 汽油 添加劑，以提高油品蒸氣壓，來適應(yīng)惡劣環(huán)境和某些地區(qū)使用。 (2) 煉廠氣碳四餾分 煉廠氣中含有氫氣、六個碳原子以內(nèi)的烷烴和烯烴，是優(yōu)良的化工原料 ,煉廠氣經(jīng)過一系列流程如：壓縮、冷凝、分餾可得到碳四餾分 ,此種碳四餾分一般含有較多量的碳四烯烴，它的主要組成決定了原油的物化性質(zhì)，還決定了它的加工方法。說明本項目對于價格的變化還是有一定抗風(fēng)險能力。 丁烷的發(fā)展趨勢 隨著我國石油化工行業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的拓寬，在技術(shù)不斷革新的年代，大量的丙烷、丁烷摻入煉廠裂解裝置，大大提高了裂解三烯收率，作為優(yōu)質(zhì)裂解氣的丙烷和正丁烷是近年銷售量大、發(fā)展 較快的化學(xué)品。異丁烷作為一種新型制冷劑，幾乎不會使氣候變暖，而且有較高的冷卻效率，所以近來被開發(fā)作為冰箱 制冷劑原有冷卻劑的替代品 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 8 丁烷性質(zhì) (1) 正丁烷性質(zhì) 結(jié)構(gòu)式（ CH3） 2C=CH2，分子量 。 項 目 20xx 年 20xx 年 20xx 年 2020 年 能力，萬噸 /年 233 產(chǎn)量，萬噸 170 表觀需求量，萬噸 表面供需平衡，萬噸 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 6 圖 11 中捷石化 MTBE 出廠價格走勢 圖 12 近期國內(nèi) MTBE 出廠價格走勢 國內(nèi) MTBE 價格也一度攀升到 9800 元／噸以上，目前國內(nèi) MTBE 的銷售價格約超過 9100 元 /噸，隨著國內(nèi)、國際油價的上漲，作為汽油調(diào)和必需品的 MTBE也有上漲的空間。 表 12 我國 MTBE 供需預(yù)測 MTBE 發(fā)展預(yù)測 由于政府的不斷努力， 20xx 年我國已基本實現(xiàn)汽油的無鉛化，北京、上海等幾大城市已經(jīng)先后出現(xiàn)地方性法規(guī)，限制低標號汽油的使用，因此在汽油配方中使用 MTBE 作為抗爆劑已是大勢所趨。隨著一些新建煉油廠的 MTBE 生產(chǎn)裝置投產(chǎn)，我國現(xiàn)有 MTBE 生產(chǎn)裝置增加到 38套，總能力達 234 萬噸／年。而高純度的異丁烯的用途也越加廣泛，用量增加迅速。 C △ H (298K) KJ/mol (液 ) （氣） 密度 kg/m3(20176。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(chǎn)成本。 針對 C4 與 C5 氣體 的分離塔研究，經(jīng)過物料衡算通過 Aspen Plus 軟件設(shè)計計算塔的各種參數(shù)，換熱器的參數(shù)并選擇合適的設(shè)備。 近年來，隨著碳四餾分利用的研發(fā)深入和不斷發(fā)展，對催化裂化碳四餾分綜合利用烯烴后的剩余烷烴餾分進行正、異丁烷分離，以提高碳四組分的化工利用是解決碳四出路的又一新途徑。設(shè)計針對市場對 MTBE 的 巨大 需求，對裂解氣進行處理，分離 C4 與 C5 組分，為后面生產(chǎn) MTBE 提供原料，順帶副產(chǎn)品正丁烷和異丁烷等。 MTBE 的化學(xué)性質(zhì) 表 11 MTBE 的化學(xué)性質(zhì) 性質(zhì) 數(shù)據(jù) 性質(zhì) 數(shù)據(jù) 分子式 CH4OC4H 水在 MTBE 中的溶解度 (20176。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(chǎn)成本。 3） 異丁烯水合可以合成叔丁醇；異丁烯氧化可以生成甲基丙烯醛，甲基丙烯醛氧化生成甲基丙烯酸，再和甲醇酯化生成甲基丙烯酸甲酯；異丁烯和甲醛反應(yīng)生成異戊橡膠的單體異戊二烯等 。 國內(nèi) MTBE 產(chǎn)品主要用于提高汽油的辛烷值。在華東地區(qū)常州化工區(qū)有意新建 30 萬噸 MTBE裝置、蘇州市也打算新建一套 5 萬噸 /年的 MTBE 裝置，寧波大榭開發(fā)區(qū)將新建 5萬噸 /年的 MTBE 裝置。以這種共氧化法生產(chǎn)的叔丁醇在全球產(chǎn)量中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，共氧化法生產(chǎn) 1,4丁二醇是目前生產(chǎn)成本相對較低的一種可靠方法。與金屬無反應(yīng)。在這個時間分析段中，受國際政治形勢和原油供求關(guān)系影響，原油價格波動劇烈，從而帶液化氣等上游產(chǎn)品價格上漲，其價格利潤空間基本是穩(wěn)中有升。美國碳四餾分（大約有 95％ ）來自煉廠氣，西歐和日本所用的碳四餾分中來自煉廠氣與裂解的量大致相當(dāng)，中國的碳四利用情況類似于西歐和日本。催化裂化碳四餾分中的第二大組分丁烷仍作為燃料燒掉。 由此可見，碳四餾分的綜合利用利用在我國會有很大的開發(fā)前景。 精餾是指 把液體混合物進行多次部分汽化，同時又把產(chǎn)生的蒸汽多次部