工藝流程設(shè)計(jì)

1、第 1 章 緒論1.1 項(xiàng)目建設(shè)意義 .3.1.1.1 MTBE 生產(chǎn)背景以及前景.3.1.2 工藝簡(jiǎn)介.3.1.2.1 原材料組成 . 3.1.2.2 副產(chǎn)品組成 .4.1.2.3 安全標(biāo)準(zhǔn) .4.1.2.4 產(chǎn)品物理、化學(xué)性質(zhì) . 6.1.2.5 生產(chǎn)工序及工藝流程 . 7.1.2.6 生產(chǎn)控制一覽表 .1.0.1.2.7 三廢及處理 .1.1.第 2 章 計(jì)算部分2.1 物料衡算.1.1.2.1.1 全車(chē)間物料衡算 .1.1.2.1.2 反應(yīng)器物料衡算 .1.2.2.1.3 精餾塔物料衡算 .1.9.2.1.4 萃取塔物料衡算 .2.0.2.1.5 回收塔物料衡算 .2.2.2.2 熱量

2、衡算.2.4.2.2.1 冷卻器 E101 熱量衡算.24.2.2.2 反應(yīng)段熱量衡算 .2.5.2.2.3 換熱器 E104 的熱量衡算 .26.2.2.4 T101 進(jìn)料換熱器熱量衡算 .272.2.5 T101 熱量衡算.282.2.6 E108 熱量衡算.292.3.1 R101 各段出口溫度的計(jì)算 .322.3.2 R101 各段密度的計(jì)算.34目錄112.3 反應(yīng)器的計(jì)算.3.2.2.3.3 催化劑用量和床層高度的計(jì)算 .3.62.3.4 反應(yīng)器直徑的計(jì)算 .3.62.4 精餾塔衡算 .3.9.2.4.1 精餾塔物料平衡 .3.9.2.4.2 精餾塔各部分溫度的計(jì)算 .3.9.2.

3、4.3 回流比和理論塔板數(shù)的確定 .4.4.2.4.4 進(jìn)料位置的計(jì)算 .4.5.2.4.5 精餾塔全塔熱平衡 .4.6.2.4.6 精餾塔塔高塔徑的計(jì)算 . 4.7.2.5.1 萃取塔理論級(jí)數(shù)的確定2.5.2 萃取塔塔徑的計(jì)算 .5.0.2.5.3 萃取塔塔高的計(jì)算 .5.6.第 1 章 緒論1.1 項(xiàng)目建設(shè)意義甲基叔丁基醚（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。MTBE也是一種不腐蝕、低污染、成本低的碳四分離新手段。裂解得到的聚合級(jí)異 丁烯，供丁烯橡膠使用。 含異丁烯0.5以下的直鏈丁烯用作丁烯氧化脫氨制丁二烯的原料。 將MTBE進(jìn)行分解，所得的異丁烯

4、只需要進(jìn)行經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單蒸餾及洗滌，即可得到99.5的高純度異丁烯。MTBE作為新興的重要的化工產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用在法國(guó)、意大利、加拿大等國(guó) 家。在我國(guó)也有著廣泛的開(kāi)發(fā)前景。1.1.1 MTBE 生產(chǎn)背景以及前景生產(chǎn)情況自20世紀(jì)70年代MTBE工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，在美國(guó)和西歐掀起了建設(shè)MTBE裝置的 熱潮，MTBE由2.5 萃取塔計(jì)算.4.9.4.9.2.6 換熱器的計(jì)算.5.9.2.7 泵的計(jì)算 .5.9.2.7.1 進(jìn)口阻力.6.0.2.7.2 出口阻力.6.1.2.8 工藝流程圖 .錯(cuò).誤!.未定義書(shū)簽此一躍而成新興的大噸位石化產(chǎn)品，產(chǎn)年均增長(zhǎng)率為2.1%，增長(zhǎng)最快的地區(qū)是亞洲和拉美。截至1999

5、年國(guó)共有MTBE生產(chǎn)裝置48套，合計(jì)生產(chǎn)能力為1091萬(wàn)噸/年。 其中生產(chǎn)能力最大的前5家公司分別是：Lyondell、Huntsman、Valero、Texas、ExxonMobil， 合計(jì)生產(chǎn)能力為538萬(wàn)噸/年，占國(guó)內(nèi)總生產(chǎn)能力的493%。 截至2003年， 西歐共有38套MTBE生產(chǎn)裝置， 合計(jì)生產(chǎn)能412萬(wàn)噸/年。 最大的MTBE生產(chǎn)商為L(zhǎng)yondell公司。截至2001年，亞洲（不包括中東）共有MTBE生產(chǎn)裝置46套，合計(jì)生產(chǎn)能力為328萬(wàn)噸/年， 總產(chǎn)量達(dá)260萬(wàn)噸。 中東MTBE生產(chǎn)能力增長(zhǎng)迅速， 已由1995年的259萬(wàn)噸/年增長(zhǎng)到2000年的412萬(wàn)噸/ 年，年均增長(zhǎng)率約為

6、10%。需求情況美國(guó)是世界上MTBE的第一生產(chǎn)和使用大戶。1999年，由于發(fā)現(xiàn)地下水受到 了汽油儲(chǔ)罐等設(shè)施泄漏的微量MTBE的污染，美國(guó)加利尼亞州率先宣布禁用MTBE作汽油添加劑。隨后，由于摻混了MTBE的汽油儲(chǔ)罐泄漏而造成地下水污染的事件也在美國(guó)其他一 些州出現(xiàn)，這些州也開(kāi)始追究和責(zé)備MTBE的使用。也可以得出結(jié)論：今后美國(guó)MTBE生產(chǎn) 和使用的縮減是確定無(wú)疑的。1.1.2 車(chē)間組成及結(jié)構(gòu)本廠包括生產(chǎn)車(chē)間和輔助車(chē)間。輔助車(chē)間包括：辦公室、工藝組、設(shè)備組、化工班、 機(jī)修。本車(chē)間為連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)， 共分四個(gè)班， 四班三倒的作息制度， 全年生產(chǎn)24*300小時(shí)。1.1.3 設(shè)備布置由于生產(chǎn)易燃易爆

7、，所以主要設(shè)備露天布置，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。1.2 工藝簡(jiǎn)介1.2.1 原材料組成本裝置以吉化煉油廠液化氣分離車(chē)間催化裂解碳四（含異丁烯18%）和本廠丁二烯抽提車(chē)間抽余碳四（含異丁烯34.1%）兩者以51.326：1（重量比）混合為碳四原料。表1原材料組成序號(hào)原料名稱(chēng)控制項(xiàng)目名稱(chēng)和指標(biāo)備注異丁烯含量1842%以NH4計(jì)1混合碳四原料C30.8%、C50.5%ACN20ppm、陽(yáng)離子 98.7%Kg101.2.3 安全標(biāo)準(zhǔn)123.1 安全與衛(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:表3防爆等級(jí)

8、和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)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)Q2級(jí)二類(lèi)2泵房甲級(jí)Q2級(jí)二類(lèi)3中間罐區(qū)甲級(jí)Q2級(jí)二類(lèi)1.2.3.2 物料爆炸范圍及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)表4物料爆炸范圍及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)名稱(chēng)閃點(diǎn)C自燃點(diǎn)C爆炸極限上限爆炸極限下限空氣中允許4-濃度mg/L1碳三組分66.74555101120.52碳四組分一40一4551220.1803碳五組分406.91.254甲 醇1243336.55.50.055MTBE26.78.41.60.351.2.3.3 安全措施本裝置安全特點(diǎn)：原料碳四、甲醇、副產(chǎn)品丁烯-1餾分以及成品MTBE等都是易燃易爆介質(zhì)。閃點(diǎn)低于 環(huán)境溫度，其蒸氣與空氣在不正常操作情況下。如誤操

9、作，設(shè)備拆卸檢修等均有可能形成 爆炸性混合物。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。詳細(xì)舉措：（1）控制可燃物質(zhì)，文明生產(chǎn)，消除跑、冒、滴、漏，防可燃物質(zhì)外流。（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。（3）消除著火源。（4）防火勢(shì)和爆炸波的擴(kuò)展和蔓延，不形成新的燃燒條件。(5)提高安全技術(shù)，加強(qiáng)安全管理。124 產(chǎn)品物理、化學(xué)性質(zhì)1.2.4.1 MTBE 物理性質(zhì)表5 MTBE物理性質(zhì)常數(shù)名稱(chēng)單位數(shù)據(jù)沸占八、C55.2冰占八、C108.6閃占八、C26.7生成自由能液相119.90(Gf298)氣相KJ/mo

10、l535.30自 燃點(diǎn)C460爆 炸范圍空氣vol%1.68.4液 體比重(d15.56C)0.746臨 界壓力amt33.85溶 解度20C在100g水中溶醚g4.8920C在100g醚中溶水1.5燃 燒熱KJ/kg35.1079-M-*蒸八、發(fā)潛熱八、KJ/kk321.1776液 體熱容KJ/kkK2.1328折 光指數(shù)(20C)1.3689絕對(duì)熵液相265.1806S298氣相KJ/mol357.6446生成熱液相一H298氣相KJ/mol313.39911.2.4.2 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(shí)，不能形成爆炸性過(guò)氧化物。(2)MTBE與強(qiáng)無(wú)

11、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(lèi)。(3)MTBE在酸性三氧化二鋁存在下，于20C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(yáng)離子樹(shù)脂上于140C反應(yīng)生成異戊二烯、甲醇。(5)MTBE在230280C,在有催化劑存在下與空氣氧化可以生成異戊二烯。1.2.4.3 反應(yīng)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(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑上 進(jìn)行合成。主反應(yīng)方程式CH3ICH CH(MTBE H -36.4KJ(副反應(yīng)方程式CH2IIC CH31.2.5 生產(chǎn)工序及工藝流程本車(chē)間分為反應(yīng)、精餾、回收三個(gè)工序。來(lái)自1#罐區(qū)的混合碳四原

12、料經(jīng)FRQ101進(jìn)行流量記錄與累積后進(jìn)入碳四原料儲(chǔ)罐V101,V101液面通過(guò)LICA101液面調(diào)節(jié)器保持穩(wěn)定，來(lái)自2#罐區(qū)的工業(yè)甲醇經(jīng)FRQ102進(jìn)行流量記錄與累積后進(jìn)入甲醇儲(chǔ)罐V102，其液面由LICA101進(jìn)行液面指示與報(bào)警，當(dāng)槽內(nèi)壓力過(guò)2389.03Pa后開(kāi)啟水噴淋降溫。由P108A/B泵來(lái)的回收甲醇，也進(jìn)入V102槽，V101罐中的碳四經(jīng)原料泵P101A抽出，由FRC101控制流 量8.922T/Hr與P102A/B甲醇泵來(lái)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P1

13、02A/B抽出，經(jīng)FI101計(jì)量后與P101來(lái)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E102,以一12C的冷凍鹽冷卻，出口溫度由TIC101控制在255C,冷卻后的物料進(jìn)入保護(hù)反應(yīng)器R102A/B，以脫除原料的金屬陽(yáng)離子。R102內(nèi)裝有樹(shù)脂3.85立方米，物料經(jīng)過(guò)床層后，氧離子濃度即可由4ppm降至1ppm以下。脫除陽(yáng)離子的新鮮物料由R102出來(lái)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55C,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

14、操作條件：壓力：1570537.5Pa,入口溫度：55C，出口溫度76.43C,充分 利用熱能和控制碳四轉(zhuǎn)化率74%，段一器反應(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FRC101控制循環(huán)比為0.8，其余部分進(jìn)入一 器二段繼續(xù)反應(yīng)。CH2IICF30H CH3 C % 0CH2CH3CH3CH 3由二段流出的物料，溫度為71.7C,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FRC102控制，冷卻溫度由TRC102控制為69C,另一部分物料則通過(guò)一器二

15、段出口冷卻器E103冷卻溫度由TRC103控制為69C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：71.7C.當(dāng)物料經(jīng)過(guò)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(guò)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80C，而后進(jìn)入一醚塔預(yù)熱器E105,用911925Pa蒸汽加熱，用TRC104控制溫度為89.8C,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

16、不同分別用30kg cm2蒸汽或9kg cm2蒸汽通過(guò) 一醚塔底再沸器E106加熱供給，通過(guò)TRC105控制35塊板溫度為156C，塔底獲得純度為98.7%以上的產(chǎn)品MTBE,塔底排出物料由LICA103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159.7C降至60C，然后經(jīng)MTBE成品冷卻器E108冷卻至40C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(guò)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(lái)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40C以下，進(jìn)入殘液罐V115,再經(jīng)殘液泵

17、P117A/B送出界外，T101塔頂餾出的碳四和剩余 的甲醇經(jīng)一醚塔冷卻器E107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(guò)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^(guò)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(wú)法控制塔頂壓力時(shí)，則 開(kāi) 啟 手 動(dòng) 遙 控 閥H I C A101,將不凝氣體排放至火炬系統(tǒng)。表6醚塔操作條件：進(jìn)料塔頂塔底壓力212.1 kg/Cm(1226032.5Pa)212.0kk/cm

18、(1215900Pa)212.6kg/cm(1276695Pa)溫度898C80.4C159.7C回流1.20比來(lái)自V103回流槽的物料，經(jīng)萃取塔進(jìn)料冷卻器E109冷卻到2540C,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(lái)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W0.15%，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。表

19、7 T103塔操作條件:操作溫度25C40C操作壓力245.2 kk/cm(405300526890Pa)液面控制50%烴水重量比1.64.4來(lái)自T103底含615%甲醇的萃取液，經(jīng)萃取水換熱器E116與來(lái)自甲醇回收塔T104底的甲醇，塔釜夜2.64T/Hr（103.3C）熱交換，被加熱到75.5C之后，在甲醇塔進(jìn)料預(yù)熱器E117中由TIC111控制被9kg cm2蒸汽加熱到96.4C后，進(jìn)入甲醇回收塔T104回收甲醇。T104塔的熱量由3kg cm2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

20、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(guò)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(guò)帶有夾套冷卻的放空管排出大氣。T104塔底含甲醇w0.5%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40C，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(guò)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FIC10

21、8控制連續(xù)補(bǔ)充脫鹽水0.272 T/Hr.表7T104塔操作條件：進(jìn)料塔頂塔釜溫度（C）9667.4103.3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(lái)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(lái)的MTBE成品進(jìn)入MTBE成品貯罐槽V107A/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(chē)間，845B罐區(qū)C1042槽以備外運(yùn)，為保證V107A/B槽壓力為0.31.0 kg /cm，設(shè)有一套分程調(diào)節(jié)裝置PICA10

22、7,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)2冬季槽內(nèi)壓力低于0.3kg/cm或溫度低于5C時(shí)，則分別開(kāi)啟升壓E120 E121、E122進(jìn)行2 2當(dāng)槽內(nèi)壓力低于0.3 kk /cmG時(shí)，A閥開(kāi)，補(bǔ)入氮?dú)?，?dāng)壓力高于1.0 kk /cm時(shí)，B閥開(kāi),向火炬系統(tǒng)泄壓。來(lái)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

23、與累積之后，再經(jīng)在線色譜儀AR102分析后，去氧化脫氫車(chē)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(chē)間805罐區(qū)，丁烯抽提停車(chē)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，2裝置內(nèi)設(shè)有低壓水膨脹槽V11230 kk/cm蒸汽凝水和92 2 2kk /cm蒸汽凝水收集與V112中，在V112中閃蒸罐3 kk /cm飽和蒸汽，閃蒸罐

24、的3 kk /cm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1.02kk/cm，飽和蒸汽在用作熱源。2V112槽的壓力保持在2.903.10 kk /cm。當(dāng)壓力高于3.202 2k/cm時(shí)，B閥開(kāi)，多余氣體排出界區(qū)。V112閃蒸后的3kk/cm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(guò)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(shù)脂購(gòu)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(shù)脂在使用一段時(shí)間后，由于原料中微量陽(yáng)離

25、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(shù)脂再生反應(yīng)器R104和樹(shù)脂裝卸噴射器，以及脫鹽水升壓泵P115。1.2.6 生產(chǎn)控制一覽表表8生產(chǎn)控制一覽表序號(hào)取樣點(diǎn)分析方法控制指標(biāo)1異丁烯含量1842%C30.8%、C5除金屬陽(yáng)離子為比0.5%ACN20ppm陽(yáng)離子 4ppm、水碳四原料罐色法其余為色譜法0.03%2甲醇罐氣相色譜法按GB-338-76工業(yè)一級(jí)品要求3異丁烯W0.4% 甲醇W0.15%MTBE0. 5%丁烯-1餾分罐氣相色譜法4保護(hù)反應(yīng)器口陽(yáng)離子1ppm水w0.03%5E101出口氣相色譜法6R103入口氣相色譜法7R101內(nèi)氣相色譜法8R101A出口氣相色譜法

26、9R101B出口氣相色譜法10T101入口氣相色譜法甲醇、C498.5%(m/m)98.0%(m/m)0.6%(m/m)叔丁醇w0.7%(m/m)w0.5%(m/m)按合格產(chǎn)品計(jì)算：(產(chǎn)品中純MTBE含量為98%則產(chǎn)品中含純MTBEM3=6944.45kg. h 0.98=6805.56kg h-6805.56kg/h _M3=77.20kmol.h88.15kg kmol2.1.1.2 反應(yīng)器各段 MTBE 的含量：反應(yīng)器B出口的MTBE的量(MTBE精餾過(guò)程MTBE收率為M2，=6805.56kg h6909.2 kg/h88.15 kg /kmol78.38kmol / h根據(jù)設(shè)計(jì)要求：

27、反應(yīng)器的一段轉(zhuǎn)化率為74%;二段轉(zhuǎn)化率反應(yīng)器A出口的MTBE的量(設(shè)計(jì)要求： 反應(yīng)器總轉(zhuǎn)化率仝 仝86%，設(shè)反應(yīng)器的MTBE收率99%)至86% ;總轉(zhuǎn)化率為93%93%，反應(yīng)器A總轉(zhuǎn)化率M1=78.38kmol h0.930.990.86=73.21kmoL hM1,=73.21kmol h 88.15kg . kmol = 6453.46kg h2.1.1.3 進(jìn)入反應(yīng)器 A 的異丁烯的量進(jìn)入反應(yīng)器A的異丁烯的量“ 78.38kmol htN=85.13kmol . h0.93 0.99N=85.133kmol. h 56.11kg kmol =4776.69kg h2.1.2 反應(yīng)器物料

28、衡算2.1.2.1 反應(yīng)器 A 進(jìn)料組成及流量組分分子量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg質(zhì)量流量kg/h摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmol摩爾流量kmol/h丙烯42.080.004687.120.00612.07丙烷44.100.0069130.690.00892.96異丁烷58.120.22194202.810.215472.31正丁烯56.110.30805833.550.3096103.97正丁烷58.120.06181170.500.059920.14表10原料抽余碳四的組成及各組分的流量98.5%)0.985=6909.20kg hM2反丁烯56.110.08631634.530.086729.13順丁

29、烯56.110.0515975.410.051817.38正戊烷72.150.001222.730.00090.32丙二烯40.070.001732.200.00250.801，3-丁 二烯54.090.003668.180.00381.26異丁烯56.110.25224776.690.253585.13水18.000.00035.680.00090.321.000018940.091.0000335.79通過(guò)已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算新鮮甲醇中純甲醇流率為2464.67kg/h表11工業(yè)甲醇的組成及流量:名稱(chēng)摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分子量kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg甲醇7

30、6.920.99842464.670.999032.04水0.110.00141.970.000818其他0.020.00020.500.000232工業(yè)甲醇77.051.00002467.141.0000表12通過(guò)已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算得混合甲醇流率為3013.88 kg/h丙 丙 異 正 正 反 順 正 丙 丁其名稱(chēng)烯 烷 丁 丁 丁 丁 丁 戊 二 二 水 甲醇 他烷烯烷烯烯烷烯烯質(zhì)量0.20.311.415.93.14.42.60.00.10.12.32972.30.5流3762866609960量kg/循環(huán)甲醇=混合甲醇口新鮮甲醇=2972.36kg.h- 2464.67kg.h=507

31、.69kg.；h則醇烯比為：1.09:1滿足設(shè)計(jì)要求。表13反應(yīng)器A進(jìn)料組成及流量（醇烯混合物的組成及流量）組分摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg丙烯2.080.004887.350.0040丙烷2.970.0069131.060.0060異丁烷72.510.16894214.270.1920正丁烯104.250.24285849.470.2664正丁烷20.190.04701173.680.0535反丁烯29.210.06801638.990.0747順丁烯17.430.0406978.070.0446正戊烷0.320.000722.790.00

32、10丙一烯0.810.001932.300.00151,3-丁 二烯1.260.002968.370.0031異丁烯85.130.19834776.690.2176水0.450.00108.070.0004甲醇92.770.21602972.360.1354其他0.020.00000.500.0000429.401.000021953.971.0000其他雜質(zhì)含量可忽略不計(jì)2.1.2.2 反應(yīng)器一段反應(yīng)產(chǎn)物及循環(huán)物料的組成及流量:主反應(yīng)方程式CH2IICF30H % C CH3址0 C也:C.MTBE H皿副反應(yīng)方程式CH2CH3IIIH 2。CH3C CH3CH3O CHCH32.5異丁烯-

33、二三異丁烯已知異丁烯生成MTBE的選擇性為99%，甲醇生成MTBE的選擇性為100%.一段反應(yīng)轉(zhuǎn)換率為74%,反應(yīng)的異丁烯為：85.13kmol/h 0.74=63.00kmol/hMTBE產(chǎn)量為：85.13kmol/h 0.74 0.99=62.37kmol / h由于生成1mol的TBA需要1mol的水，所以生成TBA的量為0.45kmol/h生成二.三異丁烯的量為 ：|(63.00kmol /h62.37kmol /h0.45kmol /h)=0.07kmol / h剩余異丁烯流量為：85.13kmol/h (1O.74)=22.13kmol /h剩余甲醇流量為：92.77kmol/h

34、62.37kmol/ h=30.40kmol / h表14反應(yīng)器一段出口反應(yīng)產(chǎn)物的組成及流量：組分摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg丙烯2.080.005787.350.0040丙烷2.970.0081131.060.0060異丁烷72.510.19794214.270.1921正丁烯104.250.28455849.470.2666正丁烷20.190.05511173.680.0535反丁烯29.210.07971638.990.0747順丁烯17.430.0476978.070.0446正戊烷0.320.000922.790.0010丙二烯0.

35、810.002232.300.00151，3-丁 二烯1.260.003468.370.0031異丁烯22.130.06041241.710.0566甲醇30.400.0830974.020.0444CH3(TBA) H -34.98設(shè)循環(huán)循環(huán)物料中含異丁烯的量為X,則X = X 22.1385.13 0.8 = 85.13 (1 0.8)同理可得循環(huán)物料中含MTBE的量為49.90kmoL h含甲醇的量為24.32kmol.巾表15則反應(yīng)器一段循環(huán)物料的組成及流量:組分摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg丙烯1.660.005769.880.004

36、0丙烷2.380.0081104.850.0060異丁烷58.010.19793371.420.1921正丁烯83.400.28454679.580.2666正丁烷16.150.0551938.940.0535反丁烯23.370.07971311.190.0747順丁烯13.940.0476782.460.0446正戊烷0.260.000918.230.0010丙二烯0.650.002225.840.00151,3-丁 二烯1.010.003454.700.0031異丁烯17.700.0604993.370.0566甲醇24.320.0830779.220.0444MTBE49.900.170

37、24398.340.2506TBA0.360.001226.680.0015二.三異丁烯0.060.00027.860.0004293.171.000017562.561.0000MTBE62.370.17025497.920.2506TBA0.450.001233.350.0015三異丁烯0.070.00029.820.0004366.381.000021943.351.0000根據(jù)設(shè)計(jì)要求循環(huán)物料的循環(huán)比控制范圍為0.55.0o所以取循環(huán)物料的循環(huán)比為08解得x= 17.70kmol. h2.1.2.3 反應(yīng)器二段出口物料的組成及流量到二段時(shí)異丁烯反應(yīng)轉(zhuǎn)換率達(dá)到86%反應(yīng)的異丁烯的量：85

38、.13kmol/h 0.86=73.21kmol/hMTBE產(chǎn)量為：85.13kmol/h 0.86 0.99=72.48kmol/h2二.二異丁烯的產(chǎn)量為：(73.21kmol / h72.48kmol / h0.45kmol / h)=0.11kmol /h5剩下的異丁烯流量為：85.13kmol/h (10.86)=11.92kmol /h甲醇流量為：92.77kmol/h 72.48kmol / h=20.29kmol / h表16反應(yīng)器二段出口物料的組成及流量組分摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg丙烯2.080.005887.350.00

39、40丙烷2.970.0083131.060.0060異丁烷72.510.20354214.270.1920正丁烯104.250.29265849.470.2665正丁烷20.190.05671173.680.0535反丁烯29.210.08201638.990.0747順丁烯17.430.0489978.070.0446正戊烷0.320.000922.790.0010丙二烯0.810.002332.300.00151，3-丁 二烯1.260.003568.370.0031異丁烯11.920.0335668.830.0305甲醇20.290.0569650.090.0296MTBE72.480.

40、20346389.110.2910TBA0.450.001333.350.0015二.三異丁烯0.110.000315.430.0007356.281.000021953.161.0000根據(jù)設(shè)計(jì)要求循環(huán)物料的循環(huán)比控制范圍為0.85.0。所以取循環(huán)物料的循環(huán)比為0.8,設(shè)循環(huán)循環(huán)物料中含異丁烯的量為x,則x_ x 11.9285.13 0.8= 85.13 (1 0.8)同理可得循環(huán)物料中含MTBE的量為57.98kmoL h表17則反應(yīng)器二段循環(huán)物料的組成及流量:組分摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg丙烯1.660.005869.880.004

41、0解得x= 9.54kmoL h丙烷2.380.0083104.850.0060異丁烷58.010.20353371.420.1920正丁烯83.400.29264679.580.2665正丁烷16.150.0567938.940.0535反丁烯23.370.08201311.190.0747順丁烯13.940.0489782.460.0446正戊烷0.260.000918.230.0010丙二烯0.650.002325.840.00151，3-丁 二烯1.010.003554.700.0031異丁烯9.540.0335535.060.0305甲醇16.230.0569520.070.0296

42、MTBE57.980.20345111.20.2910TBA0.360.001326.680.0015二三異丁烯0.090.000312.340.0007285.021.000017562.531.00002.124 反應(yīng)器三段出口物料組成及流量到三段時(shí)異丁烯反應(yīng)轉(zhuǎn)換率達(dá)到93%反應(yīng)的異丁烯的量85.13kmol/ h 0.93=79.17kmol/hMTBE產(chǎn)量為85.13kmol/h 0.93 0.99=78.38kmol/h二三異丁烯的產(chǎn)量為：2(79.17kmol/ h 78.38kmol/h 0.45kmol / h)=0.14kmol / h剩下的異丁烯流量為85.13kmol /

43、h(10.93)=5.96kmol /h甲醇流量為92.77kmol / h 78.38kmol/ h=14.39kmol/ h表18反應(yīng)器三段出口物料組成及流量：組分摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)kmol/hkmol/kmolkg/hkg/kg丙烯2.080.005987.350.0040丙烷2.970.0085131.060.0060異丁烷72.510.20704214.270.1920正丁烯104.250.29765849.470.2664正丁烷20.190.05761173.680.0535反丁烯29.210.08341638.990.0747順丁烯17.430.0498978.07

44、0.0446正戊烷0.320.000922.790.0010丙二烯0.810.002332.300.00151,3-丁 二烯1.260.003668.370.0031異丁烯5.960.0170334.420.0152甲醇14.390.0411461.060.0210MTBE78.380.22376909.200.3147TBA0.450.001333.350.0015二.三異丁烯0.140.000419.640.0009350.351.000021954.021.00002.1.3 精餾塔物料衡算根據(jù)設(shè)計(jì)要求：塔底甲醇0.003(wt), 二三異丁烯w0.005(wt,MTBE精餾過(guò)程MTBE

45、收率為98.5%,未反應(yīng)的異丁烯全部從塔頂餾出，TBA與二三異丁烯存在于成品MTBE中，塔底MTBE的量為：6909.20kg / h 0.9856805.56 kg / h塔底成品MTBE的量為：6805.56kg / h 0.986944.45 kg / h塔底甲醇的量為：6944.45kg / h 0.003 20.83 kg /h塔底二.三異丁烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：19.64/6944.45.78=0.0028(滿足設(shè)計(jì)要求)塔頂MTBE的量為：6909.20 kg / h 6805.56 kg/h 103.64 kg / h塔頂甲醇的量為：461.06 kg/h 20.83 kg/h 44

46、0.23 kg/h已知精餾塔進(jìn)料組成和流量為反應(yīng)器出口物料的組成和流量表19對(duì)精餾塔進(jìn)行物料衡算列表如下:質(zhì)量質(zhì)量分質(zhì)量進(jìn)料分?jǐn)?shù)餾出液數(shù)釜液分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kg/hkg/kgkg/hkg/kgkg/hkg/kg丙烯87.350.004087.350.00580.000.0000丙烷131.060.0060131.060.00870.000.0000異丁烷4214.270.19204214.270.27960.000.0000正丁烯5849.470.26645849.470.38800.000.0000正丁烷1173.680.05351173.680.07790.000.0000反丁烯1638.990.

47、07471638.990.10870.000.0000順丁烯978.070.0446978.070.06490.000.0000正戊烷22.790.001022.790.00150.000.0000丙一烯32.300.001532.300.002110.000.00001, 3-丁 二烯68.370.003168.370.00450.000.0000異丁烯334.420.0152334.420.02220.000.0000甲醇461.060.0210440.230.02920.830.0030MTBE6909.200.3147103.640.00696805.560.98932TBA33.35

48、0.00150.000.000033.350.0048二三異丁19.640.000919.640.0029烯0.000.000021954.021.000015074.641.00006879.381.0000表20 MTBE精餾塔組分表：進(jìn)料摩爾分?jǐn)?shù)餾出液摩爾分?jǐn)?shù)釜液摩爾分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kmol/hkmol/kmolkmol/hkmol/kmolkmol/hkmol/kmol丙烯2.080.00592.080.00760.000.0000丙烷2.970.00852.970.01090.000.0000異丁烷72.510.207072.510.26670.000.0000正丁烯104.250.2976

49、104.250.38340.000.0000正丁烷20.190.057620.190.07430.000.0000反丁烯29.210.083429.210.10740.000.0000順丁烯17.430.049817.430.06410.000.0000正戊烷0.320.00090.320.00120.000.0000丙二烯0.810.00230.810.00300.000.00001,3-丁 二烯1.260.00361.260.00460.000.0000異丁烯5.960.01705.960.02190.000.0000甲醇14.390.041113.740.05050.650.0083MT

50、BE78.380.22371.180.004377.200.9842TBA0.450.00130.000.00000.450.0057二三異丁烯0.140.00040.000.00000.140.0018350.351.0000271.911.000078.441.00002.1.4 萃取塔物料衡算根據(jù)已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算得，萃取塔萃取水流量為2956.12kg/h萃取水組成為：水和甲醇。已知甲醇的流量12.33 kg/h純水的流量2956.12kg . h 12.33kg h=2943.79kg h設(shè)計(jì)要求塔頂：甲醇含量w0.0004水w0.0003（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）表21萃取塔進(jìn)料的物料組成及流量

51、為:質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kg/hkg/kgkmol/hkmol/kmol丙烯87.350.00482.080.0048丙烷131.060.00732.970.0068異丁烷4214.270.233772.510.1664正丁烯5849.470.3244104.250.2392正丁烷1173.680.065120.190.0463反丁烯1638.990.090929.210.0670順丁烯978.070.054217.430.0400正戊烷22.790.00130.320.0007丙一烯32.300.00180.810.00191,3-丁 二烯68.370.00381.260.0

52、029異丁烯334.420.01855.960.0137甲醇452.560.025114.120.0324MTBE103.640.00581.180.0027水2943.790.1633163.540.375218030.761.0000435.831.0000根據(jù)已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算得:塔頂出料總量為13277.17 kg/h塔頂含甲醇：13277.17 kg/h0.0004=5.31kg/h塔頂含水量：13277.17 kg/h0.0004=5.31kg/h塔底含甲醇量：452.56 kg/h - 5.31kg/h=448.58kg/h塔底含水量：2943.79 kg/h - 3.98kg/

53、h=2939.81kg/h表22萃取塔塔釜出料的流量及組成:質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kg/hkg/kgkmol/hkmol/kmol丙烯0.230.00010.010.0001丙烷0.370.00010.010.0001異丁烷11.460.00330.200.0011正丁烯15.920.00460.280.0016正丁烷3.180.00090.050.0003反丁烯4.460.00130.080.0004順丁烯2.660.00080.050.0003正戊烷0.060.00000.000.0000丙一烯0.100.00000.000.00001,3-丁 二烯0.190.00010.0

54、00.0000異丁烯0.000.00000.000.0000甲醇448.580.130914.000.0787MTBE0.000.00000.000.0000水2939.810.8578163.270.91753427.021.0000177.951.0000表23萃取塔塔頂出料的流量及組成：質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kg/hkg/kgkmol/hkmol/kmol丙烯87.120.00602.070.0080丙烷130.690.00892.960.0115異丁烷4202.10.287772.310.2803正丁烯5833.550.3994103.970.4030正丁烷1170.50

55、0.080120.140.0781反丁烯1634.530.111929.130.1129順丁烯975.410.066817.380.0674正戊烷22.730.00160.320.0012丙一烯32.20.00220.810.00311,3-丁 一烯68.180.00471.260.0049異丁烯334.420.02295.960.0231甲醇5.310.00040.20.0008MTBE103.640.00711.180.0046水3.980.00030.270.001014604.361.0000257.961.00002.1.5 回收塔物料衡算回收塔設(shè)計(jì)要求：塔釜甲醇含量 0.5%表24

56、回收塔進(jìn)料組成及流量：質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾流量摩爾分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kg/hkg/kgkmol/hkmol/kmol丙烯0.230.00010.010.0001丙烷0.370.00010.010.0001異丁烷11.460.00330.200.0011正丁烯15.920.00460.280.0016正丁烷3.180.00090.050.0003反丁烯4.460.00130.080.0004順丁烯2.660.00080.050.0003正戊烷0.060.00000.000.0000丙一烯0.100.00000.000.00001,3-丁 二烯0.190.00010.000.0000異丁烯0.000.000

57、00.000.0000甲醇448.580.130914.000.0787MTBE0.000.00000.000.0000水2939.810.8578163.270.91753427.021.0000177.951.0000根據(jù)已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算得：塔底甲醇含量為12.33 kg/h塔頂甲醇含量為448.58 kg/h -12.33=436.25kg/h根據(jù)已知數(shù)據(jù)按比例計(jì)算得：塔頂水含量為0.42 kg/h表25回收塔組分表:進(jìn)料塔頂塔釜質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)名稱(chēng)kg/hkg/kgkg/hkg/kgkg/hkg/kg丙烯0.230.00010.230.00050.00

58、0.0000丙烷0.370.00010.370.00080.000.0000異丁烷11.460.003311.460.02410.000.0000正丁烯15.920.004615.920.03350.000.0000正丁烷3.180.00093.180.00670.000.0000反丁烯4.460.00134.460.00940.000.0000順丁烯2.660.00082.660.00560.000.0000正戊烷0.060.00000.060.00010.000.0000丙一烯0.100.00000.100.00020.000.00001 , 3-丁 二烯0.190.00010.190.0

59、0040.000.0000甲醇448.580.1309436.250.917812.330.0042水2939.810.85780.420.00092939.390.99583427.021.0000475.31.00002951.721.00002.2 熱量衡算以下計(jì)算是以25C為基準(zhǔn)計(jì)算。在某一溫度下某處的全部物料比熱容可以以平均植 代替。其計(jì)算方法如下：1查出該溫度下的所有組分的比熱容。02同已查出25C下的比熱容分別取平均值。3通過(guò)公式Cp=刀CPiXi計(jì)算平均比熱容Cp。2.2.1 冷卻器 E-101 熱量衡算一器一段循環(huán)冷卻器E-101的簡(jiǎn)圖如下：iQ3Q1 Q2設(shè)計(jì)要求E-101

60、物料出口溫度為550C原料帶進(jìn)的熱量為：Q1=G1Cp1=21953.97 kg., h 2.4491kJ kg (100C 250C)= 806512.02 kJ h回流液帶進(jìn)的熱量為：Q2=G2CP2t2=21953.97 kg h 0.8 2.6763KJ kg0c (7625)c=2397220.72 kJ h混合液帶出的熱量為：Q3=G3CP3上3=21953.97kg h 1.8 2.5624kJ kgc (5525)c=3037762.05kJ h由熱量守衡原則：Q=Q3- (Q,Q2)所以水蒸汽帶進(jìn)的熱量為：Q=Q3Q2Q,=1447053.35kJh查得9kg/cm2的水蒸汽