【正文】 C— 氣體符合因子（ m/s） 。 精餾塔效率 TE? 65%，實(shí)際板數(shù) 30 ??，實(shí)際進(jìn)料位置 19 fN ?? 由 嚴(yán)格精餾塔進(jìn)行模擬計算可得塔徑 D=1219mm，圓整到 1400mm。 經(jīng)過比較及結(jié)合本設(shè)計要求，選擇篩板塔。 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(fù)荷很低時也不會發(fā)生嚴(yán)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。泡罩塔的主要優(yōu)點(diǎn)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。 Ⅲ 、泡罩塔： 泡罩塔是最早使用的板式塔，其主要構(gòu)件是泡罩、升氣管及降液管。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。 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）。 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。 浮閥有盤式、條式等多種，國內(nèi)多用盤式浮閥。其主要特點(diǎn)是在塔板的開孔上裝有可浮動的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上的液層進(jìn)行兩相接觸。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。因而本設(shè)計中選用板式塔。但它也有結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜，壓降較大并且耐腐性較差的特點(diǎn)。板式塔是與填料塔具有不同特點(diǎn)的氣－液傳質(zhì)設(shè)備。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。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。通過此精餾塔將復(fù)雜的吸收液進(jìn)行初步的分離，并得到目標(biāo)產(chǎn)品，可謂是一舉兩 得。 2．精餾意義： MTBE是整個化工廠的主要目標(biāo)產(chǎn)品，而產(chǎn)品精餾塔直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。進(jìn)精餾塔的 MTBE濃度 XF? % 總進(jìn)料量為 F= kmol/h 塔操作 壓力為 塔頂 P=要求出口 MTBE含量達(dá)到 X? %,甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %≤ ， 氣相水分質(zhì)量分?jǐn)?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(jìn)料位置 加入，在進(jìn)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(jìn)行熱質(zhì)傳遞過程。 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(diǎn)設(shè)備，直接 關(guān)系到最后產(chǎn)品的質(zhì)量。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解析和萃取等。 3 216 .3 4V m d h???，得高 h=8m 第 二 個反 應(yīng) 器， 由于 反應(yīng) 量 較少 ，取 d= ，反 應(yīng)器 有 效體 積為332 2 6 . 0 3 1 9 / 8 0 0 01 . 8 0 . 5 2 28 0 0 0 0 . 7 8 1 0k g h hVm?? ? ??? 39。 V m? ? ? 。 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） = 5% 99 3479 , 79 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(bǔ)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： 1 .0 59 5 % 0 .0 1 2 57 9 .7 9 5n n?? 第二反應(yīng)器補(bǔ)充甲醇中含水為： 0 .1 0 0 3 9 0 .0 0 1 2 67 9 .7 9 5n 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 10 28 .7 35 /80 00 88 kmol h? ?? 轉(zhuǎn)化成異丁烯的質(zhì)量為 m=,又其質(zhì)量分?jǐn)?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 5 2 8 .7 3 5 3 0 .1 7 2 /km o l h?? 對應(yīng)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(bǔ)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(yīng)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(yīng)器生產(chǎn)的 MTBE為 ,催化劑選用 D005系列催化專用大孔強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂 ，催化劑溶脹系數(shù)取 ，密度取。通過調(diào)節(jié)冷卻器的冷卻水流量來控制反應(yīng)器的溫度。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量經(jīng)熱管壁傳遞給熱管內(nèi)部的介質(zhì)。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(diǎn)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。 該 反應(yīng)器 能將 熱點(diǎn)溫度 較好的 控制在 60～ 65 ℃ 范圍之內(nèi)。 ( 3)床層的軸向溫度沿物流方向逐漸升高 , 不利于提高可逆放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。 ( 2)物料大量外循環(huán) ,消耗較高 。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。 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(jìn)劑 , 可由甲醇和混合 C4 中的異丁烯為原料 , 由強(qiáng)酸性催化劑催化合成。 泵選型表 表 泵選型一覽表 型號 流量 Q hm/3 揚(yáng)程H/m 效率? /% NPSHr/m 軸功率/kw 電機(jī) 泵質(zhì)量/kg 型號 功率/kw C4 原料泵 IH5032125 20 51 Y90L2 44 MTBE塔回流泵 IH5032125 20 51 Y90L2 44 甲醇塔回流泵 MPH330A 20 YB90L2 循環(huán)水泵 A 109 15 甲醇原料泵 DXL260? 3 2 180 YAg132S22 11 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 22 反應(yīng)器的設(shè)計與選型 本設(shè)計一共使用了兩個固定床反應(yīng)器， 主反應(yīng)器 選用 熱管反應(yīng)器 ，反應(yīng)過程有熱量移走， 此反應(yīng)器 選用 單一的絕熱 固定床 反應(yīng)器。 MPH 型流程泵為小流量高揚(yáng)程流量泵，適用于石油化工、化學(xué)工業(yè)及其他部門輸送石油及其產(chǎn)品，也可用來輸送清水和沸水。 泵的選型計算 甲醇原料泵選擇 DXL 型小流量，高揚(yáng)程化工流程泵。 ，頻率變化范圍內(nèi)的性能。 AP1610(第 8版 )規(guī)定石油，重化學(xué)和氣體工業(yè)用泵的運(yùn)轉(zhuǎn)周期至少為 20年。 ，泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期一般不應(yīng)小于8000h。 20℃ 以下的泵，要求考慮泵的冷脆現(xiàn)象，采用耐低溫材料。 ，要求過流部件采用耐磨材料，必要時軸封應(yīng)該采用清潔液體沖洗。 ，易爆，有毒或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，如屏蔽泵，磁力驅(qū)動泵，隔膜泵等。 ，揚(yáng)程，壓力，溫度，汽蝕余量的工藝參數(shù)要求。 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(jìn)料（ 6） 塔頂出料（ 7） 塔底出料（ 8） 焓值 MkJ/hr 熱負(fù)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(biāo)設(shè)備 的 設(shè)計 兩個部分。 綜合考慮上述各部分熱量，在整個體系中，熱量應(yīng)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(jìn)出焓差，輸入輸 出的能量差都體現(xiàn)于設(shè)備的熱負(fù)荷中，所以有： 進(jìn)出物流焓變＝設(shè)備的熱負(fù)荷： 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 19 Q = ∑ H o u t ∑ H in 其中： Q—— 設(shè)備的熱負(fù)荷 ∑Hout —— 離開設(shè)備的各物料焓之和。 設(shè)備的熱負(fù)荷 在本次流程模擬中各設(shè)備的熱負(fù)荷已 由 PRO/II 計算得出。 ∑ 反應(yīng)物 —— 反應(yīng)物的生成焓之和。即： Q 反 應(yīng) = ∑ 生 成 物 ∑ 反 應(yīng) 物 其中： Q—— 化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)熱 。 ” 因此，我們進(jìn)行熱量衡算的時候可以不必考慮反應(yīng)的中間過程，而只考慮始末狀態(tài)。在一個封閉的體系中，各個能量之總和將維持不變，熱平衡是以物料平衡為基礎(chǔ)的 (前面我們已經(jīng)驗(yàn)證了物料是守恒的 )，在連續(xù)生產(chǎn) 過程中我們以單位時間來計算，把裝置或過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、物理變化的熱效應(yīng)、從外界輸入的熱量和隨反應(yīng)物、反應(yīng)產(chǎn)物帶出的熱量以及設(shè)備、器壁散失熱量等都考慮在內(nèi)進(jìn)行計算。因此，進(jìn)行熱量衡算是工廠規(guī)劃必要的前提。 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(zhǔn)，分為 反應(yīng)、 MTBE 共沸精餾 、 水萃取、 甲醇精餾 四部分 進(jìn)行衡算。 經(jīng)過 PRO/II 模擬分析后，最終取萃取水量為 500kg/h 即可達(dá)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(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量要求 。對于此反應(yīng)器的醇烯比控制，由于有兩股物料，且均含有甲醇，所以需要通過模擬程序中的計算器進(jìn)行計算，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到控制器中予以控制，此處控制第二反應(yīng)器中醇烯比為 。為了在模擬過程中反映此過程，我們需要對進(jìn)料進(jìn)行控制，而不是 人 為的通過手算的方法調(diào)節(jié)進(jìn)料。 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。 UNIFAC 適用領(lǐng)域 為 任何已2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 15 知組分結(jié)構(gòu)的物系 。 NRTL 適用領(lǐng)域 為 可以利用 液相活度系數(shù)的化工、石油化工極性物系 .UNIQUAC 適用領(lǐng)域 為 沒 有提供氣液、液液平衡數(shù)據(jù)的化工、石油化工極性物系 。 PRO/II模擬與 計算 [1] 該工藝流程模擬計算采用的是 PRO/II 模擬軟件。甲醇回收塔塔頂?shù)募状?達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?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(jìn)入萃取塔頂部循環(huán)使用，由循環(huán)泵 P104 補(bǔ)充消耗掉的萃取水。純度 %? （ W）的 MTBE 產(chǎn)品由底部流出 ， 預(yù)熱完進(jìn)料物流后，繼續(xù)與后續(xù)萃取塔 T2 出料進(jìn)行熱量交換，將甲醇精餾塔進(jìn)料 物流預(yù)熱到泡點(diǎn)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(jìn)入 MTBE 產(chǎn)品罐； T1 塔頂醚后碳四及少量未反應(yīng)的甲醇從 共沸精餾塔塔頂餾出，冷凝后進(jìn)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。再沸器及液位控制圖如下 圖 ： 圖 T101精餾塔塔頂回流比控制示意圖 圖 精餾塔溫度及塔釜液位控制方案 第五章 流程模擬與優(yōu)化 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 14 自裝置外來的混合碳四與甲醇分別進(jìn)入碳四罐 V101 和甲醇罐 V102，再分別經(jīng)碳四原料泵 P102和甲醇泵 P101加壓后進(jìn)入預(yù) 熱器 E101,先利用中壓蒸汽對其進(jìn)行加熱， 當(dāng) MTBE 精餾塔 T1 塔釜開始出料時，將蒸汽加熱切換成物料之間的換熱，最終 將原料預(yù)熱到 45C ， 通過控制器控制醇烯比為 進(jìn)入主反應(yīng)器R101 進(jìn)行反應(yīng)，在 熱管式固定床 反應(yīng)器 中異丁烯和甲醇反應(yīng)生成 MTBE。本系統(tǒng)通過測定靈敏板溫度，形成信號，控制蒸汽流量，形成閉路控制系統(tǒng)。 塔的溫度都是靠再沸器提供熱量實(shí)現(xiàn)的。首先通過測定回流罐的液位，形成信號控制自動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)塔頂甲醇的采出量。 該反應(yīng)器的 PID圖如下： 圖 反應(yīng)器的控制示意圖 精餾塔的控制參數(shù)主要是壓力、回流比、塔內(nèi)溫度、塔內(nèi)液位。 對于第二個反應(yīng)器，通過 PRO/II 模擬知床層維持絕熱固定床反應(yīng)的溫度在合成 MTBE 適宜反應(yīng)2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 12 溫度范圍內(nèi) （ 60~6