【正文】 .............. 35 精餾塔物料平衡 ............................................................................................. 35 精餾塔各部分溫度的計算 .............................................................................. 36 回流比和理論塔板數(shù) ..................................................................................... 40 進料位置的計算 ............................................................................................. 42 精餾塔全塔熱平衡 ......................................................................................... 42 精餾塔塔徑和塔高的計算 .............................................................................. 43 萃取塔計算 ............................................................................................................. 45 萃取塔理論級數(shù)的確定 ................................................................................. 45 萃取塔塔徑的計算 ......................................................................................... 46 萃取塔塔高的計算 ......................................................................................... 52 換熱器的計算 .......................................................................................................... 54 泵的計算 ................................................................................................................. 55 進口阻力 ........................................................................................................ 55 76 4 mm? ? 出 口 鋼 管 阻 力 .............................................................................. 56 技術(shù)經(jīng)濟核算 .......................................................................................................... 58 第 1 章 緒論 概述 甲基叔丁基醚（ MTBE）是一種高辛烷值汽油添加劑，用 MTBE 取代四乙基鉛可減少環(huán)境污染。裂解得到的聚合級異丁烯，供丁烯橡膠使用。將 MTBE 進行分解，所得的異丁烯只需要進行經(jīng)過簡單蒸餾及洗滌，即可得到 ％的高純度異丁烯。在我國也有著廣泛的開發(fā)前景。 1973 年意大利第一套 10 萬噸 /年的 MTBE工業(yè)裝置投產(chǎn)后，作為新興汽油添加劑， MTBE 引起了各國石油化學(xué)界的普遍重視，其產(chǎn)量每年以 54％的速度增長。 1979 年我國才開始研究 MTBE 合成工業(yè)。制備 MTBE的原料異丁烯的技術(shù)發(fā)展呈多樣化的趨勢，用一種異丁烷制異丁烯的技術(shù)生產(chǎn) MTBE極為理想。離子交換樹脂是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。第一套采用催化蒸餾新工藝的 4 萬噸 /年 MTBE 工業(yè)裝置建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國生產(chǎn)工藝水平達到 80 年代 國際先進水平。由于 MTBE 取代四乙基鉛可減少環(huán)境污染，且用途廣泛，促使世界各國對 MTBE 的需求量日益增加，因此世界各國在尋求更先進的方法，投資建廠生產(chǎn) MTBE。目前合成 MTBE 的方法主要有 :離子交換樹脂法 硫酸法 催化蒸餾法。硫酸具有腐蝕性，因此本設(shè)計是采用離子交換樹脂法。 由于位于松花江畔，水源充足，所以設(shè)計的車間建設(shè)在松花江畔，且既靠近豐滿水電站又臨熱電廠及動力廠，能源充足，且資源也較富足。所用的甲醇原料來自吉化化肥廠生產(chǎn)的甲醇，為 MTBE 的 生產(chǎn)奠定了雄厚的基礎(chǔ)。 設(shè)計地區(qū)的自然條件 吉林市自然條件如下： 平均氣壓 最高溫度 ℃ 最低溫度 38℃ 平均相對濕度 71％ 最大凍土深度 10cm 最大降雪量 420mm 平均風(fēng)速 松花江水溫 15℃ 最高水溫 25℃ 車間組成及結(jié)構(gòu) 本廠包括生產(chǎn)車間和輔助車間。 本車間為連續(xù)自動化生產(chǎn)，共分四個班，四班三倒的作息制度，全年生產(chǎn) 7200小時。 工藝說明 原材料規(guī)格 本裝置以吉化煉油廠液化氣分離車間催化裂解碳四（含異丁烯 18％）和本廠丁 3 二烯抽提車間抽余碳四 (含異丁烯 ％ )兩者以 ： 1（重量比）混合為碳四原料。64～ ℃ 、蒸餾量≥ ％ 游離酸：≤ ％ 、 游離堿≤ ％ 水≤ ％、 酸值（ koH mg/g）≤ 蒸餾殘渣≤ ％ 以 HAC 計 以 3NH 計 3 堿液 NaoH 含量≥ 6％ 4 鹽酸溶液 HCL 含量≥ 12％ 5 觸媒 外觀：灰白球狀、孔容： ～ 交換當(dāng)量 :～ 當(dāng)量 /g 干樹脂 膨脹比： ～ 、強度： 99％ 比表面 。閃點低于環(huán)境溫度，其蒸氣與空氣在不正常操作情況下。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。 （ 2）格局空氣和氧化劑，設(shè)備要密閉，采用氮封，水封等是可燃物與氧氣隔絕。 （ 4）防火勢和爆炸波的擴展和蔓延，不形成新的燃燒 條件。 產(chǎn)品性質(zhì) 【 3】 MTBE 物理性質(zhì) 表 5 MTBE 物理性質(zhì) 常 數(shù) 名 稱 單位 數(shù)據(jù) 沸 點 ℃ 5 冰 點 ℃ — 閃 點 ℃ 生成自由能 （ Gf298） 液 相 KJ/mol — 氣 相 自 燃 點 ℃ 460 爆 炸 范 圍 空氣 vol％ ～ 液 體 比 重（ ℃） 臨 界 壓 力 amt 溶 解 度 20℃在 100g 水中 溶醚 g 20℃在 100g 醚中溶水 燃 燒 熱 KJ/㎏ 蒸 發(fā) 潛 熱 KJ/㎏ 液 體 熱 容 KJ/㎏ K 折 光 指 數(shù)（ 20℃） 絕對熵 298S 液 相 KJ/mol 氣 相 生成熱 0298H?? 液 相 KJ/mol — 氣 相 MTBE 化學(xué)性質(zhì) MTBE 化學(xué)性質(zhì)如下： （ 1） MTBE 與氧氣或空氣接觸時，不能形成爆炸性過氧化物。 （ 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，由此性質(zhì)可生成高純度異丁烯。 （ 5） MTBE 在 230～ 280℃，在有催化劑存在下與空氣氧化可以生成異戊二烯。 主反應(yīng)方程式 : 6 CH3 CH3 ? ? CH3 ? C ? 2CH +CH3 OH ? CH3 ? C ? O ? CH3 ? CH3 3 6 .4 2 /H KJ m ol? ? ? 副反應(yīng)方程式 : CH3 CH3 ? ? CH3 ? C ? 2CH + 2HO? CH3 ? C ? O ? CH3 （ TBA） ? CH3 3 4 .9 8 /H KJ m ol? ? ? 選擇工藝參數(shù)，必須綜合考慮動力學(xué)和熱力學(xué)因素，采用外循環(huán)冷卻絕熱式固定床反應(yīng)器，采用水萃取法回收過量甲醇后，以蒸餾方式使甲醇 —— 水分離，甲醇循環(huán)使用。來自 836罐區(qū)的混合碳四原料 經(jīng) FRQ109進行流量記錄與累積后進入碳四原料儲罐 V101， V101 液面通過 LICA101 液面調(diào)節(jié)器保持穩(wěn)定，來自 845B 區(qū)的工業(yè)甲醇經(jīng) FRQ110 進行流量記錄與累積后進入甲醇儲罐 V102，其液面由 LIA115 進行液面指示與報警，當(dāng)槽內(nèi)壓力過 后開啟水噴淋降溫。 碳四原料進入 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 計量后與 P101 來的碳四混合。 5℃，冷卻后的物料進入保護反應(yīng)器 R103A/B，以脫除原料的金 7 屬陽離子。 脫除陽離子的新鮮物料由 R103 出來后，與第一醚化反應(yīng)器 R101A/B 一段循環(huán)物料混合一起進 入原料換熱器 E101，在 E101 中由 TRC101 表調(diào)節(jié)蒸汽加熱或循環(huán)水冷卻，控制出口溫度為 55℃，然后進入 R101A/B 的一段，原料中的異丁烯與甲醇在接觸媒床層進行反應(yīng)。 由二段流出的物料，溫度為 ℃，壓力為 ，經(jīng)一器二段循環(huán)泵P104A/B 抽出，視情況一部分經(jīng)一器二段經(jīng)循環(huán)冷卻器 E101 冷卻后，循環(huán)回到二段上部，循環(huán)量由 FRC103 控制，冷卻溫度由 TRC103 控制為 69℃，另一部分物料則通過一器二段出口冷卻器 E103 冷卻溫度由 TRC104 控制為 69℃之后進入 R101B(A),即一器三段中，三段操作條件：出口壓力： ，出口溫度： ℃ . 當(dāng)物料經(jīng)過三段床層反應(yīng)后，異丁烯轉(zhuǎn)化率達 93％，當(dāng)一段或二段觸媒嚴(yán)重失活時， A 與 B 互換。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 進行熱交換，使之加熱到 80℃，而后進入一醚塔預(yù)熱器 E105，用 911925Pa蒸汽加熱，用 TRC105 控制溫度為 ℃，進入第一脫醚塔第 46 塊板。當(dāng)發(fā)現(xiàn) MTBE 成品中膠質(zhì)超過指標(biāo)時， T101 塔可改由第二塊板側(cè)線采出 MTBE 成品。 T101 塔頂?shù)膲毫νㄟ^壓力調(diào)節(jié)器 PRC103 進行控制，一般情況下用冷凝器的冷 8 卻水量調(diào)節(jié)控制塔壓力，當(dāng)不凝氣增加而用冷卻水量無法控制塔頂壓力時，則開啟手動遙控閥 HICA 101,將不凝氣體排放至火炬系統(tǒng)。萃取相界面和壓力分別由 LICA106 和 PRC106 控制。萃取水來自萃取水槽 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。 T104 塔的熱量由 3 2kg cm 蒸汽加熱的甲醇塔再沸器 E108 供給，蒸汽量由 FRC126 控制。 V106 槽的不凝氣通過帶有夾套冷卻的放空管排出大氣。大部分萃取水循環(huán)至萃取系統(tǒng)。由 MTBE 成品冷卻器 E108 來的 MTBE 成品進 入 MTBE 成品貯罐槽 V107A/B 中，由 MTBE 成品泵 P110A/B 抽出，經(jīng) FRQ119 進行流量記錄與累計后，間斷送油品車間， 845B 罐區(qū) C104 槽以備外運，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， A 閥開，補入氮氣，當(dāng)壓力高于 ㎏ / 2cm 時， B 閥開，向火炬系統(tǒng)泄壓。各生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品，可根據(jù)物料組成情況分別收集與 V108A/B， V113 槽中，之后再適時的一不合格品泵 P112A/B 或 P101A/B 送有關(guān)設(shè)備進 行處理。 E120 液面由 LIC111 控制，壓力由 PRC101 控制； E121液面由 LIC112 控制，壓力由 PRC108 控制； E122 液面由 LIC113 控制，壓力由 PRC109控制 .為了收集蒸汽冷凝液，裝置內(nèi)設(shè)有低壓水膨脹槽 V11230 ㎏ / 2cm 蒸汽凝水和 9 ㎏ / 2cm 蒸汽凝水收集