【正文】 根據(jù)《 化學(xué)工程師手冊(cè) 》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(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，安裝檢修不便，生產(chǎn)能力小。泡罩的種類很多，國內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。 篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價(jià)低，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。盤式浮閥的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，分離效率較高，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡單。 工業(yè)上常見的幾種的板式塔及其優(yōu)缺點(diǎn)： Ⅰ 、浮閥塔： 浮閥塔廣泛應(yīng)用于精餾、吸收和解吸等過程。 表 板式塔與填料塔 比較 項(xiàng) 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(chǎn)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(yīng)范圍較大 對(duì)液體噴林量有一定要求 持 液 量 較大 較小 材 質(zhì) 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(jià) 直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低 直徑小于 Φ800mm，一般比板式塔便宜，直徑增大，造價(jià)顯著增加 重 量 較輕 重 因?yàn)榘迨剿幚砹看?、效率高、清洗檢修方便且造價(jià)低，故工業(yè)上多采用板式塔。 板式塔與填料塔都是氣－液傳質(zhì)過程的常用設(shè)備。 三：塔型選擇與依據(jù) 最常見的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。操作連續(xù)的從再沸器中取出部分液體汽化產(chǎn)生上升蒸汽一次通過塔板，連續(xù)從塔底采出 產(chǎn)品， 塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝后，部分泡點(diǎn)回流，其余 流入萃取塔進(jìn)行萃取 。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(zhì) 和傳熱的增濕、解濕等。 反應(yīng)器直徑一般取為 800~1200mm，在這里我們?nèi)?d=1m， 39。 反應(yīng)器 設(shè)計(jì)計(jì)算 過程 反應(yīng)物衡計(jì)算：反應(yīng)原料物衡計(jì)算，年產(chǎn) 2萬噸 /年 MTBE， 假定兩反應(yīng)器中異丁烯的轉(zhuǎn)化率為 90%，異丁烯和水副反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為 5%，甲醇反應(yīng)生成二甲醚的轉(zhuǎn)化率為 %。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 23 圖 熱管反應(yīng)器示意圖 圖 圖 熱管反應(yīng)器的單元結(jié)構(gòu) 傳熱和傳質(zhì)分析 反應(yīng)物從進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)器 , 自上而下流過催化劑床層和熱管組件。為了克服這些缺點(diǎn) ,將“熱管技術(shù)”與反應(yīng)器結(jié)合 ,研制了合成 MTBE 的熱管反應(yīng)器 , 并在江蘇泰州石油化工總廠 20 kt/aMTBE 裝置的擴(kuò)能改造中應(yīng)用。此類反應(yīng)器的缺點(diǎn)是 : ( 1)由于反應(yīng)物料的大量返混 ,催化劑的利用率低 。 固定床是固體催化劑顆粒 (固相 )裝填于反應(yīng)器中 ,反應(yīng)物 (液 相 )通過催化劑床層與其接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 。 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。 ，制造，檢驗(yàn)應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范 的規(guī)定。 ，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級(jí)，采用防暴電動(dòng)機(jī)。 ，要求過流部件采用耐腐蝕材料。 石油，化工裝置對(duì)泵的要求 在工業(yè)生產(chǎn)中，典型的泵有：進(jìn)料泵，回流泵，塔 底泵，循環(huán)泵，產(chǎn)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(hào)的泵是很重要的。 熱量散失 計(jì)算模擬過程中該部分熱在簡化過程中被忽略不計(jì)。 ∑ 生成物 —— 生成物的生成焓之和。 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng) 化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)可以通過與過程有關(guān)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(xué)過程是一步完成或分步完成，其過程的熱效應(yīng)是相同的。 表 總物料衡算： 總進(jìn)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 T2BUTENE 0 0 0 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 17 MA 0 0 H2O 0 500 進(jìn)料總計(jì) 總出料 Stream Name S10 S12 S13 S14 S19 Temperature(C) 40 Pressure(KG/CM2) TotalMassRate(KG/HR) VaporMassRate(KG/HR) n/a n/a n/a n/a LiquidMassRate(KG/HR) n/a TotalWeight Comp. Rates IBUTANE NBUTANE IBUTENE 1BUTENE C2BUTENE T2BUTENE MA H2O TBA DME MTBE 出料總計(jì) 設(shè)備的物料衡算見附錄 1 熱量衡算 物料平衡計(jì)算之后，我們還需要根據(jù)各階段 的物料量，進(jìn)行熱平衡計(jì)算，熱量平衡計(jì)算可以為生產(chǎn)過程提供熱能的供需量、如換熱器的換熱面積、熱介質(zhì)或冷介質(zhì)的消耗量、設(shè)備能量消耗等，從而可以求得原材料、燃料和能量的消耗定額，計(jì)算成本和經(jīng)濟(jì)效益、通過熱量或能量平衡計(jì)算，可從各個(gè)環(huán)節(jié)找2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 18 出不合理的消耗，以此作為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗的重要手段。 反應(yīng)過程溫度 的控制 第一反應(yīng)器采用 熱管式固定床 反應(yīng)，目的是使反應(yīng)維持在最適宜反應(yīng)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行， 控制反應(yīng)熱點(diǎn)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(fù)荷大小來保證進(jìn)第二反應(yīng)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(shè)計(jì) 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(chǎn)品質(zhì)量 ,但是滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求后 ,保持過 低的操作料水比 ,會(huì)因?yàn)楹罄^甲醇回收塔進(jìn)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(chǎn)品質(zhì)量的前提下 ,盡量提高操作料水比。 圖 反應(yīng)過程物料配比的控制 對(duì)于 MTBE 反應(yīng)過程，由于其主反應(yīng) 是一個(gè)可逆過程，為了保證最大程度的提高異丁烯的轉(zhuǎn)化率，就得適合的提高醇烯比，一般設(shè)置進(jìn)料配比中醇烯比為（針對(duì)第一反應(yīng)器）。 WILSON 適用領(lǐng)域 為 極性物系的氣液過程 。 工藝流程圖 PFD見附錄。 反應(yīng)器外 利用 冷卻水移走反應(yīng)熱， 控制反應(yīng)器出口溫度 T=60C ， 產(chǎn)物 同補(bǔ)充甲醇混合后共同 進(jìn)入 第二個(gè)反應(yīng)器 R2 繼續(xù)醚化反應(yīng)， 利用控制器控制第二反應(yīng)器醇烯比為 ,反應(yīng)完后物料進(jìn)入共沸精餾塔 T1 分離。一般塔的穩(wěn)定主要靠測定靈敏板溫度，靈敏板溫度穩(wěn)定說明精餾塔的溫度比較穩(wěn)定。 下面對(duì) 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(duì)其回流比進(jìn)行調(diào)節(jié)。 對(duì)于第一個(gè)反應(yīng)器， 通過測定床層的溫度形成信號(hào)輸入控制器，控制器調(diào)節(jié) 是 利用冷卻水移走部分熱量 的方式來調(diào)節(jié)床層溫度。泵出口有止回閥，防止液體回流打壞泵內(nèi)部葉片；泵出口有一個(gè)現(xiàn)場指示壓力表。 ．泵的控制方案 本設(shè)計(jì)中選用的泵均為 臥式化工流程 離心泵，對(duì)于泵設(shè)備主要是控制流量。 系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu) 在 MTBE合成反應(yīng)中，由于甲醇 過量 不能完全轉(zhuǎn)化，因此 必須對(duì)反應(yīng)后的物流進(jìn)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(yīng)器，從而提高反應(yīng)物的利用率。 副反應(yīng)方程式 : 反應(yīng)條件 本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度 T=400C— 800C，反應(yīng)壓力 P=，一段反應(yīng) 在 熱管固定床 下進(jìn)行 ，二段反應(yīng)在絕熱固定床下進(jìn)行 。 在低溫下 ,向生成 MTBE的方向反應(yīng) ,但是 ,從反應(yīng)動(dòng)力來說 , 在較高的溫度下加快反應(yīng)速度 ,但副反應(yīng)也加快。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 9 第四章 過程 技術(shù)分析 反應(yīng)原理 在所選擇的工藝條件下 ,原料 C4中的異丁烯和工業(yè)甲醇 經(jīng)預(yù)熱 混合 后 通過催化劑床層并反應(yīng)生成 MTBE。 按照 8000 小時(shí)開工計(jì)算，產(chǎn)品流量 2500kg/h ，合。 [15] 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 7 主反應(yīng)裝置采取 熱管 式 固定床 反應(yīng)器的形式，相對(duì)于傳統(tǒng)的多段絕熱固定床反應(yīng)器而言， 更為 有效地控制反應(yīng)器的溫度 ,獲得較佳的軸向溫度分布，更有利于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高。 MRD 技術(shù)分為兩種類型 ,即 MRD A 型、 MRD B 型。 （ 3） 混相床反應(yīng)蒸餾 MTBE合成工藝 這是由齊魯石化公司研究院、北京石油設(shè)計(jì)院和上海高橋石化公司煉油廠聯(lián)合開發(fā)的 ,1992 年 3 月通過中國石化總公司的技術(shù)鑒定。反應(yīng)壓力 ～ ,溫度 40～ 80℃ ,醇烯比為 1. 0 左右 ,利用冷卻設(shè)備以外循環(huán)方式取出部分反應(yīng)熱來控制反應(yīng)溫度。 表 生產(chǎn) MTBE的幾種方法的消 耗定額 (以每噸 MTBE計(jì) ）2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 5 表 國外 MTBE主要生產(chǎn)特點(diǎn) 國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)狀況 我國自 20世紀(jì) 70年代末開始 MTBE合成技術(shù)的研究和開發(fā) ,第一套生產(chǎn)裝置2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 6 于 1983年在齊魯石化公司橡膠廠投產(chǎn) ,規(guī)模為 t/ a 。另一方面由于反應(yīng)的同時(shí)連續(xù)蒸出產(chǎn)品 ,可最大限度地減少逆向反應(yīng)和副產(chǎn)品的生成。西德許爾斯 (HULS) 工藝是此工藝的代表。現(xiàn)分別介紹如下。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 3 表 國內(nèi) MTBE 生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能 表 0508年 MTBE 擴(kuò)建裝置統(tǒng)計(jì) 由上知 MTBE應(yīng)用前景廣闊，因此對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究很有必要。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。新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定含氧量不低于 2. 0 % ,這對(duì)全世界的煉油行業(yè)都產(chǎn)生了巨大沖擊 ,為了適應(yīng)清潔汽油的生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的需要 , 由 FCC 聯(lián)產(chǎn) MTBE 和 TAME 等醚類汽油穩(wěn)定 劑的生產(chǎn)技術(shù)得到了很大發(fā)展 ,MTBE 等醚類產(chǎn)品是當(dāng)代較理想的汽油穩(wěn)定劑 ,近期內(nèi)尚無其它產(chǎn)品可以取代。 它 具有良好的化學(xué)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(chǎn)和使用過程中，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重毒害人體健康的問題 。 MTBE 的 工業(yè)上的質(zhì)量 純度 要求一般 約為97%~%，分子式為： 3 3 3()CH O CH 。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(shí)降低汽油生產(chǎn)成本。 Process simulation and calculation is carried out with the simulation software of PRO/II。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(shù)改進(jìn)的具體措施，如主反應(yīng)器采用熱管式反應(yīng)器以提高轉(zhuǎn)化率以及充分利用物料的能量交換節(jié)省蒸汽消耗量等。 特此聲明。 本科 畢業(yè)論文 題目 ： 2 萬噸 /年 MTBE裝置工藝設(shè)計(jì) 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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。 論文作者簽名： 丁路 日 期： 2020 年 6 月 3 日