年產(chǎn)5.5萬噸MTBE裝置工藝設(shè)計(jì)

摘 要本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 5.5 萬噸 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì)，主要完成了甲基叔丁基醚的物料衡算和熱量衡算、精餾塔、塔頂冷凝器、塔底再沸器和泵等輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。查閱了化工設(shè)計(jì)概論 、 化工原理課程設(shè)計(jì) 、 化工熱力學(xué) 、 化工原理 、 分離工程等資料。設(shè)計(jì)并繪制了甲基叔丁基醚的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備平面布置圖及局部管道布置圖。在軟件設(shè)計(jì)計(jì)算中運(yùn)用了 Aspen Plus 模擬流程，完成了簡(jiǎn)捷計(jì)算、嚴(yán)格計(jì)算。在精餾塔設(shè)備計(jì)算中，通過 Aspen 模擬可知，理論塔板數(shù) 38 塊（除冷凝器與再沸器），進(jìn)料位置為第 10 塊板，回流比為 7。甲基叔丁基醚塔結(jié)果均在要求范圍內(nèi)，能都達(dá)到設(shè)計(jì)的分離要求，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)鍵詞：甲基叔丁基醚；精餾；工藝設(shè)計(jì)IAbstractThe design for process design of annual 55000 tons with MTBE device ,mainly to complete the material balance of methyl tert-butyl ether and heat balance ,distillation tower ,overhead condenser ,tower bottom reboiler design and calculation of the pump and other auxiliary equipment .Refer to “Introduction to Chemical Engineering Design”, “Course Design of Principles of Chemical Industry”,“Chemical Engineering Thermodynamics”,“Principles of Chemical Industry”“Separation Engineering”data.Design ang drwn the process flow diagram ,equipment layout ,equipment layout ang piping layout with the control points of MTBE.In the software design and calculation using Aspen Plus simulation process ,completed the simple calculation ,rigorous calculation .In the calculation of the distillation column equipment,through the Aspen simulation ,the number of theoretical plates 38(except for the condenser and reboiler ),feed location for the tenth plates ,reflux ratio is 7.Methyl tert-butyl ether column results in the required range ,can meet the requirement of the design of separation ,completed the design task .Keywords :methyl tert-butyl ether ;distillation ;process design目 錄摘 要 -IAbstract-II第一篇 設(shè)計(jì)說明書 -1第 1 章 概述 -21.1 MTBE 生產(chǎn)的歷史前景的沿革 -31.2 廠址的選擇及設(shè)計(jì)地區(qū)的自然條件車間的組成 -41.2.1 廠址選擇 -41.2.2 設(shè)計(jì)地區(qū)的自然條件 -41.2.3 車間組成 -41.2.4 車間狀況 -41.2.5 設(shè)備布置 -4第 2 章 工藝說明 -52.1 原材料規(guī)格 -52.2 原材料及動(dòng)力消耗定量 -52.3 副產(chǎn)品規(guī)格 -62.4 安全標(biāo)準(zhǔn) -62.4.1 防火、防爆等級(jí)和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) -62.4.2 生產(chǎn)的材料、半成品及成品的爆炸范圍及衛(wèi)生安全濃度 -62.5 產(chǎn)品性質(zhì) -72.5.1 MTBE 物理性質(zhì) -72.5.2 MTBE 化學(xué)性質(zhì) -82.5.3 MTBE 生產(chǎn)原理 -82.5.4 MTBE 生理化學(xué)性質(zhì) -92.5.5 MTBE 主要用途 -92.6 生產(chǎn)工序及工藝流程敘述 3 -92.7 異?，F(xiàn)象及處理方法 -122.8 三廢及處理 -13第二篇 設(shè)計(jì)計(jì)算書 -15第 1 章 物料衡算 -161.1 全車間物料衡算 -161.2 反應(yīng)器物料衡算 -171.2.1 反應(yīng)器 A 進(jìn)料組成及流量 -171.2.2 反應(yīng)器二段出口物料的組成及流量 -201.2.3 反應(yīng)器三段出口物料組成及流量 -221.3 MTBE 精餾塔物料衡算 -231.4 萃取塔物料衡算 -251.5 回收塔物料衡算 -28第 2 章 熱量衡算 -292.1 一器一段循環(huán)冷卻器 E0103 熱量衡算 4 -29I2.2 反應(yīng)器一段熱量衡算 -312.3 T0101 塔底出料換熱器 E0107 的熱量衡算 -322.4 T0101 進(jìn)料換熱器熱量衡算 -342.5 T0101 熱量衡算 -342.6 E0109 熱量衡算 -36第 3 章 精餾塔的計(jì)算 5 -393.1 物性參數(shù)計(jì)算 -393.1.1 溫度壓力確定 -393.1.2 平均相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算 -393.1.3 平均密度計(jì)算 -403.1.4 液相平均表面張力計(jì)算 -403.1.5 液相平均粘度計(jì)算 -403.2 氣液負(fù)荷計(jì)算 -413.3 精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算 -413.3.1 塔徑的計(jì)算和選擇 -413.3.2 溢流裝置 -433.3.3 塔板布置 -453.3.4 開孔數(shù) n 與開孔率 -453.4 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 -463.4.1 氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?-463.4.2 霧沫夾帶 的驗(yàn)算 -47Ve3.4.3 漏液驗(yàn)算 -483.4.4 液泛驗(yàn)算 -493.5 塔板負(fù)荷性能圖 -503.5.1 霧沫夾帶線 -503.5.2 液泛線 -513.5.3 液相負(fù)荷上限線 -523.5.4 漏液線 -523.5.5 液相負(fù)荷下限線 -533.6 塔體高度計(jì)算 -553.6.1 塔頂封頭 -553.6.2 塔的頂部空間高度 -553.6.3 塔的底部空間高度 -553.6.4 進(jìn)料板處板間距 -553.6.5 人孔 -553.6.6 裙座 -553.6.7 塔總體高度 -56第 4 章 塔頂冷凝器計(jì)算 -564.1 冷凝器的設(shè)計(jì) -564.1.1 確定流體流動(dòng)空間 -564.1.2 計(jì)算平均傳熱溫差 -57II4.1.3 估算傳熱面積 -574.1.4 傳熱管工藝結(jié)構(gòu)尺寸 -574.2 換熱器核算 -584.3 塔底再沸器選型 -614.3.1 平均傳熱溫差 -614.3.2 估算傳熱面積 -61第 5 章 塔進(jìn)料泵的選型計(jì)算 -615.1 泵的初選 -615.2 管路阻力系數(shù)計(jì)算 -625.3 進(jìn)料泵的最終選型 -63第 6 章 塔接管的選型 -65第 7 章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算 -66第 8 章 環(huán)境保護(hù) -688.1 編制依據(jù) -688.2 執(zhí)行的有關(guān)法規(guī)及規(guī)定 -688.3 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) -688.4 排放標(biāo)準(zhǔn) -688.5 環(huán)保措施 -688.5.1 環(huán)境影響因素 -688.5.2 施工期環(huán)境影響分析 -69結(jié) 論 -71參考文獻(xiàn) -72附錄 設(shè)備一覽表 -73致謝 -750第 一 篇 設(shè) 計(jì) 說 明 書1第 1 章 概 述甲基叔丁基醚， 英 文 縮 寫 為 MTBE（ methyl tert-butyl ether） ， 溶 點(diǎn) -109 ， 沸 點(diǎn) 55.2 ， 是 一 種 無 色 、 透 明 、 高 辛 烷 值 的 液 體 ， 具 有 醚 樣 氣 味 ， 是生 產(chǎn) 無 鉛 、 高 辛 烷 值 、 含 氧 汽 油 的 理 想 調(diào) 合 組 份 ， 作 為 汽 油 添 加 劑 已 經(jīng) 在 全 世 界范 圍 內(nèi) 普 遍 使 用 。 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 。 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(chǎn) 品 的 原 料 。 MTBE 是 含 氧 量 為 18.2%的 有 機(jī) 醚 類 。 它 的 蒸 汽 比 空 氣 重 ， 可 沿 地 面 擴(kuò) 散 ， 與強(qiáng) 氧 化 劑 共 存 時(shí) 可 燃 燒 。 MTBE 的 工 業(yè) 上 的 質(zhì) 量 純 度 要 求 一 般 約 為97%99.5%， 分 子 式 為 ： 。甲 基 叔 丁 基 醚 這 種 汽 油 添 加 劑 的 辛 烷 值 是33()CHO115， 化 學(xué) 含 氧 量 較 甲 醇 低 得 多 ， 利 于 暖 車 和 節(jié) 約 燃 料 ， 蒸 發(fā) 潛 熱 低 ， 對(duì) 冷 啟 動(dòng)有 利 。 MTBE 與 汽 油 可 以 任 意 比 例 互 溶 而 不 發(fā) 生 分 層 現(xiàn) 象 ， 與 汽 油 組 分 調(diào) 和 時(shí) ， 有良 好 的 調(diào) 和 效 應(yīng) ， 調(diào) 和 辛 烷 值 高 于 其 凈 辛 烷 值 。 MTBE 含 氧 量 相 對(duì) 較 高 ， 能 夠 顯著 改 善 汽 車 尾 氣 排 放 。 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 。 由于對(duì)環(huán)境保護(hù)的更高要求,世界各國(guó)都對(duì)汽油提出無鉛化要求。在二十世紀(jì)九十年代,美歐各國(guó)通過立法制定了清潔汽油標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)從 2001 年開始實(shí)行汽油無鉛化并制定了新的汽油標(biāo)準(zhǔn),對(duì)汽油質(zhì)量提出了新的要求。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。但是，MTBE 極易溶解于水中，主要由于地下和地上汽油貯罐的泄漏，美國(guó)在地下飲用水體中越來越多地發(fā)現(xiàn)了 MTBE。MTBE 即使?jié)舛群艿鸵矔?huì)造致水質(zhì)惡臭，美國(guó)環(huán)保局已將 MTBE 列為人類可能的致癌物質(zhì)。而 MTBE 的生產(chǎn)狀況還取決于甲醇、丁烷和汽油的價(jià)格。如果甲醇價(jià)格迅速降至達(dá)不到再投資經(jīng)濟(jì)性丁烷價(jià)格降到與汽油關(guān)系保持原水平，汽油價(jià)格在全球范圍大幅度提高，則到 2000 年全球 MTBE 用量將從 18.49Mt/a 增長(zhǎng)到 20.86Mt/a，主要增長(zhǎng)在遠(yuǎn)東。如果甲醇價(jià)格緩慢下降，丁烷價(jià)格略高于通常水平，歐洲和遠(yuǎn)東的汽油價(jià)格基本保持現(xiàn)有水平，則對(duì)歐洲 MTBE 的使用將產(chǎn)生不利影響，在遠(yuǎn)東市場(chǎng)亦將受到抑制。如果甲醇和丁烷的價(jià)格使生產(chǎn)MTBE 不具競(jìng)爭(zhēng)力，則更多的 MTBE 裝置將進(jìn)行調(diào)整，有些可能不得不停產(chǎn)?？偟膩碚f，MTBE 市場(chǎng)在 100 年內(nèi)將保持穩(wěn)定，總增長(zhǎng)率比早期預(yù)計(jì)的低。但而美國(guó)的需用量則略有下降。對(duì)于 MTBE 在燃料中作為充氧劑(oxygenate)的禁令可能從建議實(shí)施的日期延緩一到兩年。美國(guó)參議院環(huán)境與公共事務(wù)委員會(huì)表決從 2004 年全面禁止使用 MTBE 年上半年美國(guó)開始使用乙醇代替 MTBE 作為充氧劑，MTBE 需用量2比 2000 年同期約下降 2%，或每天 1-1.2 萬桶。截至 2006 年，世界汽油用 MTBE 的年產(chǎn)能力仍約 2100×104t，在禁用 MTBE 的呼聲日益高漲的情況下，MTBE 裝置本身的生存將受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。1.1 MTBE 生 產(chǎn) 的 歷 史 前 景 的 沿 革自 1970 年 Raycher 發(fā)現(xiàn)醇和烯烴醚化反應(yīng)后的數(shù)十年間，其有關(guān)文摘指導(dǎo)極少，但卻有大量的專利指導(dǎo)了甲基叔丁基醚。1973 年意大利第一套 10 萬噸/年的MTBE 工業(yè)裝置投產(chǎn)后，MTBE 作為新興汽油添加劑，引起了各國(guó)石油化學(xué)界的普遍重視，其產(chǎn)量每年以 54的速度增長(zhǎng)。MTBE 工業(yè)是當(dāng)今極有前途的新興工業(yè)之一 1 。1979 年我國(guó)才開始研究 MTBE 合成工業(yè)。1983 年我國(guó)第一套 500 萬噸/年化工型MTBE 工業(yè)裝置建成后，增長(zhǎng)的速度較快，已形成一定規(guī)模的生產(chǎn)能力。制備 MTBE的原料異丁烯的技術(shù)發(fā)展呈多樣化的趨勢(shì)，用一種異丁烷制異丁烯的技術(shù)生產(chǎn) MTBE極為理想?？偸章蔬_(dá) 95.意大利 snan 公司研發(fā)了直鏈丁烯異構(gòu)制異丁烯的新方法，MTBE 增加 80.MTBE 生產(chǎn)工藝普遍采用用酸性的離子交換樹脂合成 MTBE，用 MeoH和 在液相 70100下通過酸性的離子交換樹脂在填充床內(nèi)進(jìn)行。離子交換樹脂4iC是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。用硫酸作催化劑合成 MTBE 的工藝也不是很理想。催化劑蒸餾是當(dāng)今 MTBE 醚化工藝的發(fā)展方向，世界公認(rèn)的 MTBE 生產(chǎn)技術(shù)元老意大利斯拉姆公司的 Paret Giancalo 等人對(duì)新技術(shù)作了改進(jìn)，采用六塊塔盤的泡罩踏，將催化劑支撐體系設(shè)計(jì)的更為合理。1987 年底用于甲醇和異丁烯摩爾為簡(jiǎn)化。在相同條件下，該工藝能耗為非催化劑蒸餾的 60，催化更為簡(jiǎn)化，催化蒸餾新工藝在高純度異戊烯、異丙苯、二甲醚工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。我國(guó)繼齊魯 5500 噸/年 MTBE 裝置投產(chǎn)后，上海燕山、吉化、浙江、撫順等MTBE 工業(yè)裝置相繼投產(chǎn)。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(guó)生產(chǎn)工藝水平達(dá)到 80 年代國(guó)際先進(jìn)水平。設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)要求，設(shè)計(jì)年產(chǎn) 5.5 萬噸 MTBE 的生產(chǎn)工藝。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(guó)對(duì) MTBE的需求量日益增加，因此世界各國(guó)在尋求更先進(jìn)的方法。投資建廠生產(chǎn) MTBE。由此可見，建設(shè)項(xiàng)目具有十分重要的意義。目前合成 MTBE 的方法主要有:1、離子交換樹脂法 2、硫酸法 3、催化蒸餾法。目前催化蒸餾法最先進(jìn)，但遠(yuǎn)沒有廣泛應(yīng)用。硫酸具有腐蝕性，因此本設(shè)計(jì)是采用離子交換樹脂法。此法工業(yè)應(yīng)用最早，技術(shù)上比較成熟，采用一器一塔流程，能耗低，經(jīng)濟(jì)合算。3由于位于松花江畔，水源充足，所以設(shè)計(jì)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(dòng)力廠，能源充足，且資源也較富足。本設(shè)計(jì)裝置所用的原料由吉化 104 廠丁二烯抽取。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)。1.2 廠 址 的 選 擇 及 設(shè) 計(jì) 地 區(qū) 的 自 然 條 件 車 間 的 組 成1.2.1 廠 址 選 擇本廠建于吉林市鐵東，其原因是水電充足。1.2.2 設(shè) 計(jì) 地 區(qū) 的 自 然 條 件吉林市自然條件如下：平均氣壓 755.66mmHg最高溫度 36.6最低溫度-38平均相對(duì)濕度 71最大凍土深度 7.4×10cm最大降雪量 420mm平均風(fēng)速 2.7m/s松花江水溫 15最高水溫 251.2.3 車 間 組 成包括生產(chǎn)車間和輔助車間。輔助車間包括：辦公室、工藝組、設(shè)備組、化工班、機(jī)修。1.2.4 車 間 狀 況占地面積 0.58 公頃1.2.5 設(shè) 備 布 置由于生產(chǎn)無賴哦易燃易爆，主要設(shè)備露天布置，考慮到吉林地區(qū)冬季溫度較低，而且時(shí)間較長(zhǎng)的氣候狀況，泵集中安裝在室內(nèi)，反應(yīng)器及塔并排安裝，冷凝器及換熱器安裝在二樓和三樓上控，調(diào)節(jié)儀表安裝在控制室。4第 2 章 工 藝 說 明2.1 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）和本廠丁二烯抽提車間抽余 (含異丁烯 34.1)兩者以 51.326：1（重量比）混合為碳4C四原料 2 。序號(hào) 原料名稱 控制項(xiàng)目名稱和指標(biāo) 備注1 混合碳四原 料異丁烯含量 18420.8 、 0.5 3C5ACN20ppm 、 陽離子4ppm水0.03 、 其他碳四：平衡以 計(jì)4NH2 甲醇外觀：無色透明液體 、比重：0.7910.792初餾點(diǎn);6465.5 、蒸餾量99.2游離酸：0.002 、 游離堿0.005水0.05、 酸值（koH mg/g）0.035蒸餾殘?jiān)?.002以 HAC 計(jì)以 計(jì)3NH3 堿液 NaoH 含量64 鹽酸溶液 HCL 含量125 觸媒外觀：灰白球狀、孔容：0.250.29ml/g交換當(dāng)量:4.24.8mg 當(dāng)量/g 干樹脂膨脹比：1.31.75、強(qiáng)度：99比表面;1315 、粒度：10602/mg目2.2 原 材 料 及 動(dòng) 力 消 耗 定 量以生產(chǎn) 1 噸 98.7MTBE 計(jì)1.原料5序號(hào) 原料名稱 規(guī)格 單位 設(shè)計(jì)消耗定 額 備注1 碳四 異丁烯含25.22 噸 2.672 甲醇 一級(jí)工業(yè)品 千克 3852.輔助材料序號(hào) 原料名稱 規(guī)格 單位 設(shè)計(jì)消耗定 額 備注1 觸媒 干燥工業(yè)品 千克 0.52 氫氧化鈉 6 千克 43 鹽酸 12 千克 122.3 副 產(chǎn) 品 規(guī) 格以每生產(chǎn) 1 噸 98.7MTBE 計(jì)，副產(chǎn)品丁烯-1、殘液餾分的數(shù)量如下：序號(hào) 名稱 規(guī)格 單位 設(shè)計(jì)定額1 丁烯-1丁烯-1 41、 18.44C異丁烯0.4、甲醇0.15MTBE0.5T 19.072 殘液餾分 MTBE98.7 Kg 102.4 安 全 標(biāo) 準(zhǔn)2.4.1 防 火 、 防 爆 等 級(jí) 和 衛(wèi) 生 標(biāo) 準(zhǔn)根據(jù)生產(chǎn)所用原料，中間產(chǎn)品和成品的性質(zhì)，對(duì)生產(chǎn)各部分的防火防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：序號(hào) 地點(diǎn) 防火等級(jí) 防爆等級(jí) 避雷等級(jí)1 裝置區(qū) 甲級(jí) 2Q級(jí) 二類2 泵房 甲級(jí) 級(jí) 二類3 中間罐區(qū) 甲級(jí) 2級(jí) 二類2.4.2 生 產(chǎn) 的 材 料 、 半 成 品 及 成 品 的 爆 炸 范 圍 及 衛(wèi) 生 安 全 濃 度6爆炸極限 爆炸極限序號(hào) 名 稱 閃點(diǎn) 自燃點(diǎn)上 限 下 限空氣中允許濃度 mg/L4iC1 碳三組分 66.7 455510 11 2 0.52 碳四組分 4080455 12 2 0.13 碳五組分 40 6.9 1.254 甲 醇 12 433 36.5 5.5 0.055 MTBE 26.7 8.4 1.6 0.352.5 產(chǎn) 品 性 質(zhì)2.5.1 MTBE 物 理 性 質(zhì)常 數(shù) 名 稱 單位 數(shù)據(jù)沸 點(diǎn) 55.2冰 點(diǎn) 108.6閃 點(diǎn) 26.7液 相 119.90生成自由能（Gf298） 氣 相 KJ/mol 535.30自 燃 點(diǎn) 460爆 炸 范 圍 空氣 vol 1.68.4液 體 比 重（d15.56） 0.746臨 界 壓 力 amt 33.8520在 100g 水中溶醚4.89溶 解 度 20在 100g 醚中溶水g 1.5燃 燒 熱 KJ/ 35.1079蒸 發(fā) 潛 熱 KJ/ 321.1776液 體 熱 容 KJ/ 2.1328折 光 指 數(shù)（20） 1.36897液 相 265.1806絕對(duì)熵 298S氣 相 KJ/mol 357.6446液 相生成熱 0298H氣 相 KJ/mol313.39912.5.2 MTBE 化 學(xué) 性 質(zhì)（1）MTBE 與氧氣或空氣接觸時(shí)，不能形成爆炸性過氧化物。（2）MTBE 與強(qiáng)無機(jī)酸相接觸，則會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，生成異丁烯、甲醇及烴類。（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。（4）MTBE 與甲醛在陽離子樹脂上于 140反應(yīng)生成異戊二烯、甲醇。（5）MTBE 在 230280，在有催化劑存在下與空氣氧化可以生成異戊二烯。2.5.3 MTBE 生 產(chǎn) 原 理MTBE 是由混合碳四中的異丁烯和甲醇在強(qiáng)酸性苯乙烯大孔陽離子交換樹脂催化劑上進(jìn)行合成。主反應(yīng)方程式: 3CH3CH - C= + -OH - C-O- （MTBE）32333 3CH36.42/HKJmol副反應(yīng)方程式: 3C3CH -C= + -C-O- （TBA） 3H2O33834.98/HKJmol選擇工藝參數(shù)，必須綜合考慮動(dòng)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。2.5.4 MTBE 生 理 化 學(xué) 性 質(zhì)（1）MTBE 蒸汽吸入以及 MTBE 對(duì)眼睛的刺激作用相當(dāng)于無鉛汽油的水平，MTBE被皮膚吸收后的作用相當(dāng)于乙醇的刺激程度。（2）麻醉程度：MTBE 是一種較弱的麻醉劑，對(duì)人類麻醉性程度高于無鉛汽油。（3）新陳代謝作用：被吸入人體的 MTBE 在最初 1 小時(shí)有 75被呼出，相當(dāng)于揮發(fā)性碳?xì)浠衔锏某潭取?.5.5 MTBE 主 要 用 途（1）MTBE 是良好的無鉛高辛烷值汽油添加劑。（2）MTBE 是油質(zhì)、膠質(zhì)、油漆、芳烴以及粘合劑的良好溶劑。（3）MTBE 是醚解可制的高純度異丁烯，從而將后者進(jìn)一步加工成異戊橡膠或聚異丁烯橡膠。2.6 生 產(chǎn) 工 序 及 工 藝 流 程 敘 述 3本車間分為反應(yīng)、精餾、回收三個(gè)工序?；旌咸妓脑辖?jīng) FRQ0101 進(jìn)行流量記錄與累積后進(jìn)入碳四原料儲(chǔ)罐 V0101，V0101 液面通過 LRCA0101 液面調(diào)節(jié)器保持穩(wěn)定，工業(yè)甲醇經(jīng) FRQ0102 進(jìn)行流量記錄與累積后進(jìn)入甲醇儲(chǔ)罐 V0102，其液面由LRCA0102 進(jìn)行液面指示與報(bào)警，當(dāng)槽內(nèi)壓力過 2389.03Pa 后開啟水噴淋降溫。由P108A/B 泵來的回收甲醇，也進(jìn)入 V0102 槽，V0101 罐中的碳四經(jīng)原料泵 P0101A 抽出，由 FRC101 控制流量 8.922T/Hr 與 P0102A/B 甲醇泵來的甲醇接觸，醇烯比1.051.2：1 進(jìn)入 X101 混合器混合。碳四原料進(jìn)入 P0101 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 P0102A/B 抽出，經(jīng) FI111 計(jì)量后與 P0101 來的碳四混合。 碳四原料、甲醇經(jīng) X101 混合后進(jìn)入原料冷卻器 E123，以12的冷凍鹽冷卻，出口溫度由 TIC102 控制在 25±5，冷卻后的物料進(jìn)入保護(hù)反應(yīng)器 R103A/B，以脫除原料的金屬陽離子。R103 內(nèi)裝有樹脂 3.85 立方米，物料經(jīng)過床層后，氧離子濃度即可由 4ppm 降至 1ppm 以下。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(jìn)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(jìn)入 R101A/B 的一段，原料中的異丁烯與甲醇在接觸媒床層進(jìn)行反應(yīng)。一段一器操作條件：壓力：1570537.5Pa，9入口溫度：55，出口溫度 76.43，充分利用熱能和控制 轉(zhuǎn)化率 74，一段一04iC器反應(yīng)終了后，由一段一器循環(huán)泵 P103A/B 抽出部分物料，循環(huán)到原料換熱器E101，循環(huán)量由 FRC102 控制循環(huán)比為 0.8，其余部分進(jìn)入一段二器繼續(xù)反應(yīng)。由二段流出的物料，溫度為 71.7，壓力為 1530007.5Pa，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(jìn)入 R101B(A),即一器三段中，三段操作條件：出口壓力：1530007.5Pa，出口溫度：71.7. 當(dāng)物料經(jīng)過三段床層反應(yīng)后，異丁烯轉(zhuǎn)化率達(dá) 93，當(dāng)一段或二段觸媒嚴(yán)重失活時(shí)，A 與 B 互換。由反應(yīng)器 R101A/B 流出的物料通過調(diào)節(jié)器 PRC102 維持第一醚化反應(yīng)器系統(tǒng)壓力和出口物料平衡。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(jìn)行熱交換，使之加熱到 80，而后進(jìn)入一醚塔預(yù)熱器 E105，用 911925Pa 蒸汽加熱，用 TRC105 控制溫度為 89.8，進(jìn)入第一脫醚塔第 46 塊板。T101 塔的熱量，根據(jù)處理物料的不同分別用 30/ 蒸汽或 9/ 蒸汽通過一醚塔底再沸器2cm2cE106 加熱供給，通過 TRC106 控制 35 塊板溫度為 156，塔底獲得純度為 98.7以上的產(chǎn)品 MTBE，塔底排出物料由 LICA 控制，保持液面穩(wěn)定的前提下，經(jīng)一醚塔底出料換熱器 E104 與進(jìn)料換熱后，其溫度由 159.7降至 60，然后經(jīng) MTBE 成品冷卻器 E108 冷卻至 40以下，進(jìn)入 MTBE 成品儲(chǔ)罐 V107A/B。當(dāng)發(fā)現(xiàn) MTBE 成品中膠質(zhì)超過指標(biāo)時(shí)，T101 塔可改由第二塊板側(cè)線采出 MTBE 成品。T101 塔底出來膠質(zhì)殘液，殘液徑遙控閥 HV105 控制，經(jīng) E124 殘液冷卻器冷卻至 40以下，進(jìn)入殘液罐 V115,再經(jīng)殘液泵 P117A/B 送出界外，T101 塔頂餾出的 烴和剩余的甲醇經(jīng)一醚塔冷卻器4CE107 冷卻后進(jìn)入一醚塔回流槽 V103,冷凝液用一醚塔回流泵 P105A/B 經(jīng) FRC104 控制，流量為 8.918T/Hr，打回塔內(nèi)回流，其余部分通過液面調(diào)節(jié)器 LRCA103 與流量調(diào)節(jié)器 FRC105 串級(jí)調(diào)節(jié)。T101 塔頂?shù)膲毫νㄟ^壓力調(diào)節(jié)器 PRC103 進(jìn)行控制，一般情況下用冷凝器的冷卻水量調(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(shí)，則開啟手動(dòng)遙控閥 HICA 101,將不凝氣體排放至火炬系統(tǒng)。一醚塔操作條件：進(jìn)料 塔頂 塔底壓力12.1/ 2cm（1226032.5Pa ）12.0/ 2cm（1215900Pa）12.6/ 2cm（1276695Pa）溫度 89.8 80.4 159.7回流 1.2010比來自 V103 回流槽的物料，經(jīng)萃取塔進(jìn)料冷卻器 E109 冷卻到 2540，然后進(jìn)入萃取塔 T103 下部，萃取水由塔上部引入，丁烯-1 餾分由塔頂流出，萃取液由塔底流出。萃取相界面和壓力分別由 LICA106 和 PRC106 控制。T103 為篩板塔，萃取液為連續(xù)相。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0.15，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。T103 塔操作條件：操作溫度 2540操作壓力 45.2/ 2cm（405300526890Pa）液面控制 50烴水重量比 1.64.4來自 T103 底含 615甲醇的萃取液，經(jīng)萃取水換熱器 E116 與來自甲醇回收塔 T104 底的甲醇，塔釜夜 2.64T/Hr(103.3)熱交換，被加熱到 75.5之后，在甲醇塔進(jìn)料預(yù)熱器 E117 中由 TIC111 控制被 9/ 蒸汽加熱到 96.4后，進(jìn)入甲醇2cm回收塔 T104 回收甲醇。T104 塔的熱量由 3/ 2cm蒸汽加熱的甲醇塔再沸器 E108 供給，蒸汽量由FRC126 控制。萃取水中的甲醇得以回收，被回收的甲醇由塔頂蒸出，經(jīng)甲醇塔冷凝器 E119 冷凝后，進(jìn)入甲醇塔回流槽 V106，冷凝液用回流泵 P109A/B，打入塔內(nèi)回流，回流量由 T104 塔靈敏板 TRC113 控制，其余部分 0.265 T/Hr，通過液面調(diào)節(jié)器LICA109 控制，經(jīng)套管冷卻后送入甲醇儲(chǔ)罐 V102 循環(huán)使用。V106 槽的不凝氣通過帶有夾套冷卻的放空管排出大氣。T104 塔底含甲醇0.5的釜水.再由液面調(diào)節(jié)器LICA108 抽出，在萃取水換熱器 E116 回收熱量后，再經(jīng)萃取水冷卻器 E115 冷卻到40，而后進(jìn)入萃取水槽 V105.為防止萃取塔和甲醇回收系統(tǒng)有害雜質(zhì)的積累，故通過 LICA107 連續(xù)定量的排出少部分萃取水至下水道。大部分萃取水循環(huán)至萃取系統(tǒng)。為了補(bǔ)充萃取水的不足，由 FIC108 控制連續(xù)補(bǔ)充脫鹽水 0.272 T/Hr.T104 塔操作條件：進(jìn)料 塔頂 塔釜溫度（） 96 67.4 103.3壓力（Pa） 常壓回流比 5當(dāng)稀甲醇儲(chǔ)槽 V110 中的甲醇需要進(jìn)行提純精制時(shí)，則可以利用稀甲醇泵 P102將稀甲醇送至萃取水換熱器 E116 入口與萃取塔底來的萃取液按一定比例一同送甲醇回收塔進(jìn)行回收。由 MTBE 成品冷卻器 E108 來的 MTBE 成品進(jìn)入 MTBE 成品貯罐槽11V107A/B 中，由 MTBE 成品泵 P110A/B 抽出，經(jīng) FRQ119 進(jìn)行流量記錄與累計(jì)后，間斷送油品車間，845B 罐區(qū) C104 槽以備外運(yùn)，為保證 V107A/B 槽壓力為 0.31.0/，設(shè)有一套分程調(diào)節(jié)裝置 PICA107,當(dāng)槽內(nèi)壓力低于 0.3/ 時(shí)，A 閥開，補(bǔ)2cm 2cm入氮?dú)猓?dāng)壓力高于 1.0/ 時(shí)，B 閥開，向火炬系統(tǒng)泄壓。2cm來自萃取塔 T103 頂?shù)暮细穸∠?1 餾分自壓進(jìn)入丁烯-1 餾分槽 V108 中，在此緩沖脫水，廢水排入化污系統(tǒng)，丁烯-1 餾分則由丁烯-1 餾分泵 P110A/B 抽出，經(jīng)FRQ118 進(jìn)行流量記錄與累積之后，再經(jīng)在線色譜儀 AR102 分析后，去氧化脫氫車間丁烯抽提工段，多余部分由 LICA110 在保持 V108 槽液面穩(wěn)定的前提下，送往成品車間 805 罐區(qū)，丁烯抽提停車時(shí)，則全部送 805 罐區(qū)。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(shí)的一不合格品泵 P112A/B 或 P101A/B 送有關(guān)設(shè)備進(jìn)行處理。碳四原料罐 V101、丁烯-1 餾分罐 V108 以及不合格品罐 V109A/B、V113槽，當(dāng)冬季槽內(nèi)壓力低于 0.3/ 或溫度低于 5時(shí)，則分別開啟升壓2cmE120、E121、E122 進(jìn)行升壓或升溫。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/ 蒸汽凝2cm水和 9/cm 2蒸汽凝水收集與 V112 中，在 V112 中閃蒸罐 3/ cm2飽和蒸汽，閃蒸罐的 3/ cm2飽和蒸汽部分利用于用氣設(shè)備的熱源以及綜合樓氣源，部分經(jīng)減壓到1.0/ cm2，飽和蒸汽在用作熱源。V112 槽的壓力保持在 2.903.10/ cm2。當(dāng)壓力高于 3.20/ cm2時(shí)，B 閥開，多余氣體排出界區(qū)。V112 閃蒸后的 3/ cm2蒸汽凝水，由 LIC114 控制液面，冬季做采暖，夏季全部送出界區(qū)。生產(chǎn)過程中壓力排放事故排放氣體均收集于汽液分離槽 V114 中，經(jīng)緩沖后再排入火炬系統(tǒng)，捕集液由不合格品泵抽回裝置中。生產(chǎn)中使用的工業(yè)品離子交換樹脂購入后為含水鈉型，因此在加入反應(yīng)器前需要進(jìn)行活化處理，以使其轉(zhuǎn)化為氫型，又離子交換樹脂在使用一段時(shí)間后，由于原料中微量陽離子的存在，致使其活性逐漸降低，也需進(jìn)行再生處理，故裝置中設(shè)有樹脂再生反應(yīng)器 R104 和樹脂裝卸噴射器，以及脫鹽水升壓泵 P115。2.7 異 常 現(xiàn) 象 及 處 理 方 法現(xiàn)象 原因 處理方法反應(yīng)壓力過高（低） 調(diào)節(jié)閥不好使進(jìn)料量大或小走旁路，修調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)進(jìn)料量反應(yīng)溫度低 進(jìn)料溫度低 2.循環(huán)比大3.樹脂失活調(diào)整進(jìn)料溫度、調(diào)整循環(huán)比、再生和更換樹脂12反應(yīng)溫度高 1.進(jìn)料溫度高 調(diào)整進(jìn)料溫度、調(diào)循環(huán)比塔頂重組分多 原料重組分多 2.釜溫高3.頂溫高 4.回流小降低進(jìn)料溫度、減少蒸汽量、降低回流液溫度、增大回流塔頂輕組分多 1.原料輕組分多 2.進(jìn)料溫度低 3. 釜溫低 4.回流量大提高進(jìn)料口位置、提高進(jìn)料溫度、加大蒸汽量、減少回流塔壓增大 1.操作溫度高 2. 原料輕組分多 3.塔負(fù)荷大 4.不凝氣多維持操作溫度、控制輕組分含量、降低負(fù)荷。 、排不凝氣塔液泛 1.負(fù)荷大 2. 釜溫高 3.升溫速度太快降低負(fù)荷、減少蒸汽量、緩慢升溫塔頂溫度高或低 1.回流量小或大 2.回流溫度高或低 3.塔壓高或低調(diào)回流比、調(diào)冷卻水量、調(diào)塔壓力塔壓降低 1.釜溫低 2.放空閥未關(guān)3.放空閥漏 4.冷凝水量大增加蒸汽量、關(guān)放空閥、檢修塔釜溫度高或低 1.蒸汽量大或小 2.回流量小或大調(diào)整氣量、調(diào)回流量萃取液中甲醇含量高 1.萃取水量小 2.界面地3.萃取水中甲醇含量高調(diào)水量、調(diào)界面、調(diào)T104 塔操作萃取液中帶水 1.操作溫度高 2.界面高 調(diào)溫度40、降低界面萃取液中帶碳四 1.萃取水量大 2.操作溫度高調(diào)溫度40回收甲醇中水含量高 1.塔底溫度高 2.回流量小減少蒸汽量、增大回流量T104 塔底甲醇含水量高 釜溫低 加大蒸汽量泵不上量 1.液中有氣 2.過濾器堵3.安裝不合理切換、清洗、重新安裝丁烯-1 餾分不合理 1.甲醇含量高 2.異丁烯含量高 3.MTBE 含量高調(diào) T103 塔操作、調(diào) R101異丁烯轉(zhuǎn)化率、調(diào) T101塔操作132.8 三 廢 及 處 理三廢：廢水、廢氣、廢渣。數(shù)量 數(shù)量序號(hào) 名稱 規(guī)格正常 T/H 最大T/H排放點(diǎn) 備注1 含醇廢水 甲醇0.50.272 V105 排化污水池2 酸堿廢水 PH 510 18 V104 排化污水池3 化驗(yàn)室廢水 PH 510 0.6 排化污水池4 含油廢水 油烴10ppm3 20 輻射水池 排化污水池5 廢氣 2.8/H V106 排大氣6 殘液 MTBE98.735.0/H T10114第 二 篇 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 書15第 1 章 物 料 衡 算1.1 全 車 間 物 料 衡 算根據(jù)設(shè)計(jì)要求：MTBE 年產(chǎn)量為 5.5 萬噸，按年工作量為 7200 小時(shí)計(jì)算，則每小時(shí)產(chǎn)工業(yè) MTBE 量:43,5.10kgM=768.9h2h根據(jù)設(shè)計(jì)要求：成品、副成品指標(biāo)： 合格品 一級(jí)品MTBE 98.0%（m/m） 98.5%（m/m）甲醇 0.6% （m/m） 0.4%（m/m）叔丁醇 0.7% （m/m） 0.5%（m/m）按合格產(chǎn)品計(jì)算：（產(chǎn)品中純 MTBE 含量為 99.5%）則產(chǎn)品中含純 MTBE,3M=768.9kgh0.5=76.0kgh2mol.15l反 應(yīng) 器 各 段 生 成 的 MTBE 的 量 ：反應(yīng)器 B 出口的 MTBE 的量（MTBE 精餾過程 MTBE 收率為 99%） 2760./76.4/9kghkgh2.4/8.10/815moll根據(jù)設(shè)計(jì)要求：反應(yīng)器的一段轉(zhuǎn)化率為 80；二段轉(zhuǎn)化率 至 90；總轉(zhuǎn)化率為 96反應(yīng)器 A 出口的 MTBE 的量（設(shè)計(jì)要求：反應(yīng)器總轉(zhuǎn)化率96，反應(yīng)器 A 總轉(zhuǎn)化率80，設(shè)反應(yīng)器的 MTBE 收率 99%）187.0kmolh.8096M=73.2kmolh,3.2l.15g64.85g進(jìn)入反應(yīng)器 A 的異丁烯的量87