20萬噸固定床FCC輕汽油醚化裝置設計

遼寧石油化工大學畢業(yè)設計（論文）用紙本文主要通過對國內外催化輕汽油醚化的各種工藝技術的研究，總結出FCC汽油經(jīng)過醚化反應，汽油輕餾分中的活性烯轉化為醚，可使辛烷值提高2～3個單位。由于FCC汽油輕餾分中烯烴約占總汽油中烯烴的90％，因此將活性烯轉化為醚后，烯烴的質量分數(shù)減少約23％，改善安定性。辛烷值的提高也減少了體系調和高辛烷值汽油對重整汽油的需要量，從而降低了汽油中芳烴的質量分數(shù)，并增加汽油的氧含量，是提高催化汽油質量的有效途徑之一。以國內幾家催化裂化輕汽油醚化工藝技術和國外幾家催化裂化汽油醚化工藝技術為研究對象，分析了各種工藝技術的流程及工藝特點。重點研究了催化輕汽油的選擇加氫技術和醚化反應技術，并詳細計算了20萬噸/年催化裂化汽油的醚化裝置設計的過程。重點研究了催化輕汽油的選擇加氫、醚化反應和異構化技術，通過分析論證，總結出最佳的催化裂化輕汽油醚化工藝流程。從工程設計方面重點探討催化裂化汽油輕餾分醚化工藝中流程和設備選型方面的問題。主要包括分餾塔、加氫反應器、醚化反應器的裝置設計。本設計采用固定床及兩臺反應器串聯(lián)的工藝流程，過程簡單，操作平穩(wěn)，投資少，可大大改善了催化裂化汽油的質量。關鍵詞:催化裂化輕汽油；醚化；裝置設計；工藝流程Throughthedomesticandinternationalcatalyticlightgasolineetherificationofallkindsoftechnologyresearch,summarizestheFCCpaperFCCgasolinelightdistillatesetherificationchangeistoimprovethequalityofgasoline,meetstherequirementsofenvironmentalprotectionidealprocess.TheFCCgasolinelightfractionsoftheactiveeneintotheether,canmakeoctaneNumbersincreasedby2to3unit.DuetotheFCCgasolinelightolefinsinthefractionoftotalgasolineolefins90%,willthereforepropyleneactivityintotheether,olefinsqualityscore23%reduction,improvethestability.Theimprovementofoctaneratingalsoreducehighoctanevaluetoattunetoreformingthegasolinedemand,soastoreducethemassfractionofaromaticsingasoline.Onthechoiceofcatalyticlightgasolinehydrogenationtechnologyandetherificationreactiontechnology,anddetailedcalculation200000tons/yearFCCgasolineetherificationdevicedesignprocess.Onthechoiceofcatalyticlightgasolinehydrogenation,etherificationreactionandisomerizationtechnology,throughtheanalysis,summedupthebestofcatalyticcrackinglightgasolineetherificationprocessflow.FromengineeringdesignaspectsdiscussestheFCCgasolinelightdistillatesetherificationprocessflowandtheequipmentselectionproblem.Includingthedesignoffractionationtower,hydrogenationreactors,etherificationreactordevice.Thisdesignusesaseriesoffixedbedandtworeactorprocess,theprocessissimple,smoothoperation,lessinvestment,cangreatlyimprovethequalityoftheFCCgasoline.Keywords:catalyticcrackinglightgasoline;etherification;devicedesign;process目錄摘要 1Abstract 21文獻綜述 41.1車用汽油質量現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 41.1.1汽車尾氣對環(huán)境的影響 41.1.2車用汽油性質與尾氣排放的關系 41.1.3歐美車用汽油標準的現(xiàn)狀 41.1.4中國車用汽油標準的現(xiàn)狀與趨勢 41.2催化裂化汽油降烯烴技術 41.2.1催化裂化汽油中硫的存在形態(tài)與分布規(guī)律 41.2.2催化裂化汽油中烯烴的分布規(guī)律 41.3催化裂化輕汽油醚化技術原理 41.3.1催化裂化輕汽油醚化主要反應 41.3.2反應條件對醚化反應的影響 41.3.3提高醚化反應轉化率的途徑 41.3.4醚化催化劑與影響醚化催化劑壽命的因素 41.4催化裂化汽油選擇性加氫脫二烯烴技術 41.4.1催化裂化汽油選擇性加氫反應 41.4.2催化裂化汽油選擇性加氫催化劑 41.5催化裂化輕汽油醚化技術 41.5.1國外技術 41.5.2國內的技術 42設計說明 42.1項目概括 42.2設計依據(jù) 42.3產品對比 42.4原料與催化劑 42.4.1主要原料 42.4.2催化劑 43工藝設計與計算 43.1概述 43.2工藝計算 43.2.1分餾塔的設計 43.2.2塔板流動性能的校核 43.2.3塔板負荷性能圖 43.2.4選擇性加氫反應器的設計 43.2.5醚化反應器的設計 43.3工藝流程簡述 44設備選型 44.1設備選型原則 44.2關鍵設備選擇 44.3設備維修 44.3.1設備維修方案 44.3.2維修人員要求 44.3.3維修人員職責 45安全與環(huán)境保護 45.1消防設計 45.1.1危險性物質(甲醇)概述及其物化性質 45.1.2事故發(fā)生的可能性及危險性分析 45.1.3消防安全措施 45.1.4消防系統(tǒng) 45.2生產安全 45.2.1裝置設計中采用以下保護措施 45.2.2勞動安全衛(wèi)生 45.2.3安全系統(tǒng)設計準則 45.2.4安全系統(tǒng)的設置 45.2.5工業(yè)衛(wèi)生 46概算 46.1投資估算 46.1.1投資估算編織說明 46.1.2設備費用 46.1.3項目投資和投資估算 46.1.4相關費用計算說明 46.2社會效益評價 4總結 4參考文獻 4致謝 41.1車用汽油質量現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.1.1汽車尾氣對環(huán)境的影響現(xiàn)代燃料汽車的排放主要有NOX、HC、CO、PM、硫化物、金屬化合物（鉛、錳類）、有機化合物（醛、酮、酸）、CO2和水?？紤]到當前燃料中隊金屬化合物加入量的嚴格限制，檢測和控制技術的水平，以及污染對人類、自然界產生危害認識條件的制約，許多國家列為需要用法律控制的污染排放物為NOX、HC、CO和PM。雖然CO2是地球“溫室效應”的元兇之一，也已引起人們的極大重視，但目前還沒有列入法定污染排放物范圍。（1）一氧化碳CO是含碳燃料不完全燃燒的產物，大氣中90%的CO來自機動車廢氣。它極易與血液中的血紅蛋白結合，結合速度比氧氣快250倍，在極低濃度時就能使人或動物遭到缺氧性傷害。輕者眩暈，頭疼，重者腦細胞受到永久性損傷，甚至窒息死亡。CO還會引起胎兒生長受損和智力低下，對心臟病、貧血和呼吸道疾病傷害性大。（2）氮氧化合物NOX是N2和O2在發(fā)動機高溫、高壓下的燃燒產物排放到大氣中形成的，主要是NO和NO2。NOX具有腐蝕性和生理刺激作用尤其是刺激眼睛和護膝系統(tǒng)，引發(fā)支氣管和肺部等疾病。汽車尾氣中的NOX與某些低分子烴類排入大氣，在紫外線作用下發(fā)生化學反應，生成臭氧(O3)，形成光化學煙霧，對人體和植物有害。（3）碳氫化合物碳氫化合物汽車尾氣中的碳氫化合物是燃料沒有燃燒或不完全燃燒的產物，它容易在太陽光下產生光化學煙霧，在一定的濃度下對植物和動物有直接毒性，對人體有致癌作用。（4）顆粒物PM是一種黑色煙怠狀顆粒，由不完全燃燒產生的顆粒和燃燒中硫生成的SO2、SO3顆粒組成。PM以顆粒為核心，其上吸附和聚集了許多化合物，可長期懸浮于空氣中，其中許多化合物是致癌物質，嚴重危害人體健康。各種柴油車的試用是造成PM的主要原因，而汽油車一般不會產生PM。（5）二氧化碳CO2是燃料燃燒的主要產物沒事尾氣的主要成分。CO2盡管無毒，但作為一種溫室效應氣體，卻是地球變暖的原因之一。CO2排放量正在成為下一個受控目標[1]。1.1.2車用汽油性質與尾氣排放的關系燃燒產生的乙烯、丙烯、丁烯是廢氣的主要組分，而C5和C5以上的烯烴只是一少部分。支鏈的烷烴被發(fā)現(xiàn)是形成丙烯和丁烯的主要來源，而直鏈的烷烴傾向于構成乙烯。用直鏈的烷烴取代支鏈的，烯烴含量將增加，但是廢氣的反應活性沒有變化。廢氣中的甲苯和多芳烴的含量和他們在燃料中的濃度線性相關，而苯明顯的來自燃料中的苯以及多烷基芳烴的去烷基化[2]。汽油中的烯烴在汽車的進油系統(tǒng)、噴嘴、汽缸內易形成焦質和沉淀，使發(fā)動機效率下降，有害物質排放量增加；同時，烯烴進入大氣層會形成臭氧，燃燒生成物中會形成有害的二烯烴。1.1.3歐美車用汽油標準的現(xiàn)狀美國的汽油標準：美國目前關于汽油的標準有美國材料與試驗協(xié)會的D4814－2003、美國22州新配方汽油標準、加州CaRFG3標準。在這三類汽油規(guī)格標準中以ASTM標準最寬松，加州標準最嚴格，其限值變化最大的是硫含量。ASTMD4814-2003要求硫含量不大于1000μg/g，對苯含量、烯烴含量和芳烴含量則沒有加以限制。美國加州現(xiàn)行汽油質量指標執(zhí)行硫含量不大于15μg/g，苯含量不大于0.7%，烯烴含量不大于4.0%，芳烴含量不大于22%，蒸氣壓不高于48.3kPa的標準?，F(xiàn)行的加州汽油標準比2006年執(zhí)行的聯(lián)邦標準還嚴格。美國聯(lián)邦汽油標準將于2006年開始執(zhí)行硫含量不大于30μg/g，苯含量不大于1%，烯烴含量不大于10%，芳烴含量不大于25～30%，蒸氣壓不大于51.7kPa的具體指標，從而進一步經(jīng)濟合理的降低汽車污染物排放。歐洲的汽油標準：EN228汽油質量標準是歐洲統(tǒng)一實施的汽油標準。EN228標準主要由兩部分組成,第一部分限定了密度、辛烷值以及硫含量、苯含量等指標的最大值。第二部分根據(jù)氣候和季節(jié)將汽油的揮發(fā)性劃分成不同的等級分別執(zhí)行。由于歐洲國家較多，具體情況差別較大，因此歐洲一些先進國家在滿足歐洲統(tǒng)一法規(guī)的大前提下，又制定了符合自己國情的實施標準。為了進一步降低汽車污染物的排放，EN228-2002汽油質量標準（與歐Ⅲ排放法規(guī)相對應），將汽油硫含量降到150μg/g、芳烴含量降到42%、要求苯含量不大于1.0%，鉛含量不大于5mg/L，并對各種氧化物的含量加以限制。2005年，歐洲將開始執(zhí)行歐Ⅳ排放標準，將清潔汽油中的硫含量降為50μg/g，芳烴、苯、烯烴含量分別降為35%、1.0%和18%。2007年10月1日起推行無硫汽油，使硫含量低于10μg/g，并于2009年1月1日開始強制執(zhí)行此指標。1.1.4中國車用汽油標準的現(xiàn)狀與趨勢我國車用汽油普遍存在烯烴含量高、硫含量高、安定性差等性能缺陷，其質量不能滿足新標準的要求，這已成為煉化企業(yè)面臨的主要難題。車用汽油中催化裂化汽油所占比例高達80%，其特點是烯烴含量較高，所含烯烴體積分數(shù)為40%～60%，且主要為C5～C6烯烴。隨著環(huán)境保護要求的日益嚴格與技術發(fā)展的需求，自2000年以來，我國陸續(xù)發(fā)布了GB18351-2001《車用乙醇汽油》、GB18351-2004《車用乙醇汽油》、GB17930-2006《車用汽油》三個國家標準，并稱車用汽油兩大標準。新標準中夏季蒸汽壓由不大于74kpa升級為不大于72kpa；硫含量由不大于500ppm升級為不大于150ppm。苯含量由不大于2.5%(體積分數(shù))升級為不大于1.0%(體積分數(shù))，烯烴含量不大于35%(體積分數(shù))升級為不大于30%(體積分數(shù))，考慮到我國國情和煉油工業(yè)現(xiàn)狀，該項指標仍然落后于歐Ⅲ(不大于18%)。錳含量不大于0.018g/l升級為不大于0.016g/l[3]?？傮w來看，清潔汽油發(fā)展的趨勢是低硫、低芳烴、低烯烴、低飽和蒸氣壓和較高的辛烷值。降低FCC汽油中烯烴含量的主要方法有：加氫、采用降烯烴的催化裂化催化劑或助劑以及輕汽油醚化技術等。加氫方法的缺點主要是耗氫量大，辛烷值損失較大；采用降烯烴催化裂化催化劑或助劑有一定的效果，但降烯烴的效果受到一定的限制；采用輕汽油醚化技術，是在酸性催化劑的作用下，使輕汽油餾分中的C5叔烯烴(2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯)及部分C6叔烯烴與甲醇反應生成甲基叔戊基醚(TAME)、甲基叔己基醚等醚類化合物[4]。該技術可以提高汽油的辛烷值，降低汽油中的烯烴含量，增加汽油中的含氧量，促進汽油的完全燃燒，從而有效地降低汽車尾氣中有害物質的排放量。因此，為了滿足生產清潔汽油的要求而合理利用FCC汽油中的活性烯烴組分，將其醚化成高辛烷值的含氧醚類物質是目前的趨勢。1.2催化裂化汽油降烯烴技術1.2.1催化裂化汽油中硫的存在形態(tài)與分布規(guī)律催化裂化汽油中硫的存在形態(tài)主要有硫醇類，二硫化物及硫醚類，苯硫酚類，噻吩類，四氫噻吩類和苯并噻吩類。硫醇硫和二硫化物硫的含量較少，二者之和占總硫含量的15％左右；硫醚硫含量中等，占總硫含量的25％左右；噻吩類硫的含量最多，占總硫含量的60％以上，采用氣相色譜能將FCC汽油中噻吩及其衍生物細分為多達20多種[5]。分析表明：90％的硫都集中在占65％的100℃以上的汽油餾分中，且近9O％的硫化物都是噻吩類化合物。將國內兩種FCC汽油進行了實沸點切割，測定了各窄餾分的硫含量、族組成和硫化物類型分布，結果表明噻吩硫占50％～60％，二硫化物占5％～6％，硫醚占25％～30％，硫醇占10％～13％。硫醚和硫醇主要集中在小于100℃的餾分中，二硫化物主要集中在70～100的餾分中，噻吩主要集中在大于100℃的餾分中。1.2.2催化裂化汽油中烯烴的分布規(guī)律目前，我國車用汽油仍以催化裂化汽油為主，高達78.9％，F(xiàn)CC汽油中烯烴體積分數(shù)為45％～50％，有的煉廠高達70％，遠高于世界燃料規(guī)范的汽油Ⅱ(烯烴體積分數(shù)≯20％)、Ⅲ類標準(烯烴體積分數(shù)≯l0％)[6]。表1-1我國FCC汽油典型的組成(％)項目C4C5C6C7C8C9C10C11≥C12合計烷烴0.817.037.285.824.943.542.022.551.3936.48烯烴3.5010.669.267.654.942.500510.6139.02環(huán)烷烴1.352.171.671.870.671.418.34芳香烴0.351.634.415.043.5916.16合計4.3117.6918.2217.2715.9612.957.794.31.39100.00我國FCC汽油典型的組成分析見上表1-1?？煽闯觯篊4、C5烯烴含量為14.16％。這些烯烴可以用來生產醚類產品。C6～C8的烯烴含量為21.85％。其中60％的異構烯烴可用來生產相應的醚類產品[7]。因此，輕汽油醚化即可提高汽油的氧含量和辛烷值。又能降低烯烴含量。一般說來烯烴含量能降低15～25個百分點[8]。1.3催化裂化輕汽油醚化技術原理1.3.1催化裂化輕汽油醚化主要反應催化裂化汽油含有C4～C11多種，低碳叔碳烯烴容易與甲醇進行醚化反應，生成醚類化合物。但隨著碳數(shù)的增加，叔碳烯烴含量逐漸降低，C8以上叔碳烯烴含量較少，其總量在0.3%以下。在70℃前催化輕汽油組分，主要含C5和C6組分，其中C5組分油2個叔碳烯烴，C6組分油8個叔碳烯烴[9]。其典型反應如下。(1)C5叔碳烯烴醚化反應生成甲基叔戊基醚：(2)C6叔碳烯烴醚化反應生成甲基叔己基醚：1.3.2反應條件對醚化反應的影響醚化反應條件包括醇烯比、空速、反應壓力、反應溫度?；钚韵N的轉化率是確定反應條件的主要依據(jù)。醇烯比過低時，不利于反應；過高不僅會使副產品二甲醚和水增多，造成甲醇的浪費，而且甲醇在催化劑活性中心周尉濃度增加，由于甲醇的質子作用使得醚化反應由普通的酸(H+)催化轉變?yōu)樘厥獾乃?CH3OH2+)催化，使得反應活性降低，醚收率減少[10]?？账龠^高原料反應不完全，烯烴轉化率下降；過低則增加催化劑用量，設備投資增大一般選在3～4h-1。由于催化裂化輕汽油中的輕餾分易揮發(fā)，影響醚收率，所以需要根據(jù)物性與溫度的關系來確定反應壓力，保證反應物在液相中進行。醚化反應是可逆的放熱反應，溫度低有利于反應，而動力學則要求高溫，所以反應溫度必存在一個最佳值，最佳反應溫度一般為70℃[11]。1.3.3提高醚化反應轉化率的途徑影響醚化反應轉化率的因索主要有溫度、醇烯比、空速、壓力。選擇合適的反應條件以提高醚化反應的轉化率[12]。（1）溫度的影響在所選擇的溫度范圍內，3個餾分的醚化反應轉化率均隨溫度的升高而增加，達到最高值后又隨溫度的升高而下降。這是因為醚化反應是可逆的放熱反應，動力學和熱力學雙重作用造成了溫度的最佳值,最佳溫度一般為70℃。（2）醇烯比的影響隨著醇烯比(摩爾比)的增大，3個餾分的醚化反應轉化率均先增加，達到一最大值后又逐漸下降。這可能是由于隨著過剩甲醇增多，甲醇在催化劑活性中心周圍濃度增加，甲醇的質子化作用使得醚化反應由普通的酸(H+)催化轉變?yōu)樘厥獾乃?CH3OH2+)催化，因而反應活性降低，反應速率降低，醚化反應轉化率下降。最佳烯醇比一般為1.1：1。（3）空速的影響隨著空速增大醚化反應轉化率下降。這是由于空速增大，物料與催化劑接觸時間變短之故。考慮到實際工業(yè)生產中空速不宜太低和選擇性加氫的效果，空速應選擇在3h-1左右為宜。（4）壓力的影響由于催化裂化輕汽油中的輕餾分易揮發(fā),影響醚收率,所以需要根據(jù)物性與溫度的關系來確定反應壓力,保證反應物在液相中進行[13]。1.3.4醚化催化劑與影響醚化催化劑壽命的因素醚化反應是在酸性條件下進行的，反應可分均相和非均相反應。均相反應可采用硫酸、磷酸、氫氟酸、雜多酸及其鹽類，以及苯磺酸、烷基苯磺酸、聚苯乙烯磺化物。均相反應具有腐蝕設備，產物分離復雜，對于烯烴混合物尤其是非支鏈烯烴和環(huán)烯烴轉化困難等缺點，因此在工業(yè)生產均采用非均相反應。非均相反應可用離子交換樹脂，固載雜多酸和沸石分子篩等催化劑[14]。離子交換樹脂為強酸性大孔陽離子交換樹脂，在較緩和的條件下活性烯烴的轉化率可達85％～100％，C5活性烯烴的轉化率為30％～60％。其缺點是熱穩(wěn)定性差，樹脂表面積碳失活后無法燒焦再生。催化裂化汽油中含有的少量共軛二烯烴，在醚化條件下易發(fā)生聚合反應，堵塞催化劑孔道，致使催化劑失活。為了延長催化劑壽命，開發(fā)出臨氫醚化三功能(二烯烴加氫、單烯烴雙鍵異構及醚化)催化劑和相應的臨氫醚化工藝。自行研制的HE-3三功能催化劑是以大孔強酸性陽離子交換樹脂為載體，負載貴金屬而成。HE-3催化劑的醚化反應活性與作為載體的陽離子交換樹脂催化劑相當，但由于該催化劑具有烯烴雙鍵異構化功能，在反應過程中部分非叔碳烯烴轉化為叔碳烯烴，因而醚收率略高于大孔強酸性陽離子交換樹脂[15]。另外一種很有發(fā)展?jié)摿Φ拿鸦呋瘎┦枪梯d雜多酸催化劑。長春應用化學研究所利用雜多酸的特殊性質，將其固載在活性碳或膨脹土上，進行氣相合成醚類的實驗結果表明，固載雜多酸催化劑在不同溫度下的催化活性均大于分子篩和離子交換樹脂，對甲基叔丁基醚的選擇性可100％。沸石分子篩催化劑在較高的溫度下有很好的選擇性，對醇烯比靈敏度低，無酸的流失，可反復再生，還可抑制烯烴二聚。常用的有X-、Y-、L-、沸石、蒙脫土、ZSM-5及ZSM-11等。1.4催化裂化汽油選擇性加氫脫二烯烴技術1.4.1催化裂化汽油選擇性加氫反應催化裂化產生的輕質烴中含有烷烴、烯烴以及二烯烴、炔烴等高度不飽和烴，烯烴是石油化工過程的基本原料，但二烯烴、炔烴對后續(xù)反應所用的催化劑影響很大，會引發(fā)副反應或在酸性條件下發(fā)生齊聚反應生成膠質，膠質吸附在催化劑上會堵塞催化劑孔道，覆蓋催化劑的活性中心，造成催化劑失活。同時二烯烴，尤其是共軛二烯烴，是烴類中最易氧化的烴，并且它對催化裂化汽油中烯烴的氧化有引發(fā)劑的作用，從而加速了催化裂化汽油的氧化，導致催化裂化汽油或催化裂解汽油的誘導期變短。因此在對輕質烴類進一步加工之前，需要脫除其中的二烯烴、炔烴[16]。提高汽油的質量標準已成為石油化工領域中的重要課題。不飽和烯烴超標是目前國產汽油面臨的主要問題之一。為了解決此類問題，一般采用以下三種技術方案：醚化；芳構化；異構化。這三種技術方案都需要把二烯選擇性加氫為有反應活性的單烯烴。由于炔烴和二烯烴在催化劑上比單烯烴更容易吸附，因而炔烴和二烯烴加氫生成單烯烴在熱力學上是有利的。采用選擇性加氫工藝不但可以很好的脫除二烯烴和炔烴等雜質，還可以保留活性單稀，是一種經(jīng)濟有效的手段。1.4.2催化裂化汽油選擇性加氫催化劑Neste公司采用負載金屬鈀的氧化鋁作為選擇性加氫催化劑，能使二烯烴含量從1％～3％降到0.05％～0.1％。法國石油研究院開發(fā)的選擇性加氫工藝可將二烯烴轉變?yōu)橄N，所用的耐硫型催化劑選擇性高，異構化活性高，容易再生，容許最高硫含量為200μg/g。美國CDTECH公司的技術是將FCC輕汽油切割與二烯烴選擇性加氫同時在一催化蒸餾塔中進行，其采用的催化劑是UnitedCatalystsInc生產的氧化鋁球體上含有0.34％(質量分數(shù))的Pd氧化物催化劑。二烯烴的加氫率為100％，非活性烯烴3-甲基-1-丁烯異構化為活性烯烴的異構化率高。撫順石油學院、石油大學研制的選擇性加氫催化劑是一種載有貴金屬的大孔強酸性陽離子交換樹脂。該催化劑具有加氫、醚化和異構化3種功能。其中石油大學開發(fā)的多功能催化劑在蘭州石化研究院的輕汽油醚化中試裝置上取得了較好的應用結果。該多功能催化劑在促進醚化反應的同時將輕汽油中的雙烯烴加氫飽和，使部分非活性烯烴異構化為活性烯烴，叔烯烴醚化為醚類化合物[17]。1.5催化裂化輕汽油醚化技術1.5.1國外技術（1）Snamprogetti的工藝圖1-1DEF工藝流程圖1——選擇性加氫反應器2——醚化反應器3——脫戊烷塔4——WCTRTAME合成器5——戊烷、戊烯分離塔6——SISP骨架異構化Snamprogetti公司開發(fā)的DET工藝，該工藝主要特點是通過醚化反應將C5～C7活性烯烴轉化為相應的甲基醚，同時采用烯烴骨架異構化工藝將非活性的戊烯轉化為活性烯烴，并進一步醚化。DET工藝采用沸點為32～100℃的FCC輕汽油為原料。為了減少膠質的生成，首先對原料進行選擇性加氫以除去二烯烴，然后送入醚化反應器。異戊烯及C6和C7活性烯烴部分轉化為相應的醚。由于原料以C5餾分為主，故醚化反應器的反應條件應使異戊烯轉化率達到熱力學平衡，反應后的混合物進入脫戊烷塔。脫戊烷塔塔底產品為不含甲醇的C6～C8烴和醚類混合物，塔頂產品為C5與甲醇的共沸物，其中30％是FCC輕汽油原料中所含異戊烯以及非活性的戊烯和烷烴[18]。脫戊烷塔塔頂產品與一定量的甲醇混合后進入由TAME反應器、骨架異構化反應器和烷烴分離塔組成的系統(tǒng)。其中TAME合成采用水冷卻管式反應器，對剩余的異戊烯進行醚化生成TAME。含有TAME、戊烯和戊烷的醚化產品經(jīng)分離后，TAME和脫戊烷塔塔底產品構成最終醚化產品。戊烷與戊烯進入烷烴分離塔，通過MPP選擇性氣相吸附工藝分離為戊烷和戊烯。分離出的戊烷并入脫戊烷塔產品中，戊烯進入骨架異構化反應器，反應后回到TAME反應器繼續(xù)進行醚化反應。經(jīng)過DET工藝處理后，F(xiàn)CC輕汽油中烯烴質量分數(shù)從49.7％降至20.9％，雷德蒸氣壓下降24.45kPa，辛烷值提高3.42個單位。（2）Neste公司的NExTAME工藝Neste工程公司開發(fā)的FCC輕汽油中C5～C7烯烴醚化工藝，見圖1-2，即NExTAME工藝于1995年5月在芬蘭實現(xiàn)工業(yè)化。該工藝主要由選擇性加氫反應器、預反應器、精餾塔和側線反應器組成，特點是采用精餾塔和側線反應器來提高原料中活性烯烴的轉化率。預反應器和側線反應器都使用強酸性陽離子交換樹脂為催化劑。FCC輕汽油原料經(jīng)選擇性加氫把二烯烴轉化為單烯烴后進入預反應器進行反應，然后送入精餾塔分餾。預反應器為固定床反應器，有23臺，大部分C5～C7活性烯烴在此反應器中轉化成醚類化合物[19]。圖1-2NExTAME工藝流程圖1——預反應器2——蒸餾塔3——側線反應器該工藝的關鍵是精餾塔和側線反應器，用側線反應器來提高原料的轉化率。該工藝利用輕烴和甲醇形成的共沸物，嚴格控制精餾塔的操作條件，僅C4和少量與C4共沸的甲醇從精餾塔塔頂餾出，甲醇單程轉化率達99％，不需要甲醇回收設施。從精餾塔側線將未反應的烴和甲醇采出，并引入側線反應器進一步進行醚化反應，反應物再返回精餾塔。精餾塔塔底和塔頂餾出物相混合即得醚化輕汽油。經(jīng)預反應器和側線反應器之后，C5，C6，C7活性烯烴的轉化率分別為90％，40％～60％，20％～40％。醚化輕汽油中TAME的質量分數(shù)為16％，較重的醚類(THxME，THpME)的質量分數(shù)為7％，甲醇的質量分數(shù)為0.1％。與FCC汽油相比，醚化輕汽油辛烷值提高2～3個單位，F(xiàn)CC輕汽油的雷德蒸氣壓下降6kPa。輕餾分通過裝有金屬硅酸鹽催化劑的醚化反應器，進一步進行醚化反應，最終得到含醚汽油，產品溴價降低l6個單位。另外，捷克專利CS277124透露了一種由含有C5～C7叔碳烯烴的裂解輕汽油或催化裂化輕汽油，經(jīng)選擇性加氫，再與甲醇進行醚化反應，制備甲基叔烷基醚的新工藝。醚產品中含有l(wèi)6％的TAME，辛烷值RON95.8，MON82。（3）Mobil工藝和捷克專利Mobil公司開發(fā)的醚化工藝將過量的低級醇與含有叔碳烯烴的輕汽油混合，在第一段醚化反應器中與酸性催化劑接觸，使叔碳烯烴醚化，得到含有叔烷基醚的輕汽油。這種含醚輕汽油分為輕、重兩個餾分，輕餾分為含有低級醇和C5以下的烴類，重餾分為醚和C5以上的烴類[20]。1.5.2國內的技術（1）蘭州石化公司的醚化工藝圖1-3蘭州石化公司FCC輕汽油醚化工藝流程圖1——FCC輕汽油切割蒸餾塔2——固定床加氫醚化反應器3——固定床反應器4——醚化催化蒸餾塔中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化研究院與中國石油大學(北京)合作，在中國石油天然氣股份有限公司的資助下，開展了輕汽油醚化技術的開發(fā)。其中中國石油大學(北京)研究醚化機理、催化劑及原料處理工藝；中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化研究院開發(fā)醚化工藝及催化精餾技術，開展中試研究。FCC全餾分汽油經(jīng)裝有CY700高效填料的分離塔分離后，切割出75℃前的輕汽油組分作為醚化工藝的原料。采用中國石油大學(北京)開發(fā)的多功能催化劑進行輕汽油加氫醚化反應。該催化劑為負載Pd的樹脂催化劑，在臨氫條件下，具有催化雙烯烴選擇性加氫、雙鍵異構與甲醇醚化反應3種功能。加氫醚化后的輕汽油先在固定床預反應器中反應，然后經(jīng)催化精餾工藝進行深度醚化。該催化精餾塔的精餾段和提餾段裝填規(guī)整金屬絲網(wǎng)填料，中部反應段裝填波紋板狀的規(guī)整填料型樹脂化劑。從催化精餾塔塔頂蒸出甲醇和未反應的輕組分，塔底采出醚化產物。其中C5叔烯烴和C6叔烯烴的轉化率分別達到了90％和60％以上。深度醚化后的輕汽油與重汽油摻混，總的烯烴體積分數(shù)由42.4％降至29.6％，辛烷值提高2.2個單位[22]。（2）齊魯石化公司的醚化工藝圖1-4齊魯石化公司FCC輕汽油醚化工藝流程1——常壓塔2——水洗塔3——選擇性加氫反應器4——預反應器5——催化蒸餾塔6——甲醇萃取塔7——甲醇回收塔中國石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院在1998-1999年進行了FCC輕汽油醚化工藝的開發(fā)，并通過了中國石油化工集團公司組織的中試鑒定。該工藝采用了在MTBE生產中成功應用的MP-Ⅲ型散裝式催化精餾技術，技術指標達到國際先進水平。將FCC汽油送入精餾塔，塔底重汽油餾分進入調和系統(tǒng)，從塔頂?shù)玫降姆悬c低于75℃的輕汽油餾分作為醚化原料。醚化反應后，叔戊烯轉化率大于92％TAME選擇性大于98％；叔己烯轉化率大于40％，THxME選擇性大于98％。（3）撫順石化公司的醚化工藝20世紀80年代初，撫順石油學院與撫順石化公司石油一廠合作對FCC輕汽油醚化工藝進行了系統(tǒng)研究。1994年撫順石化公司石油一廠建立了國內第一套FCC輕汽油醚化工業(yè)化裝置，處理量為250kt/a。以初餾點約為75℃的輕汽油為原料，采用S54大孔強酸性陽離子交換樹脂為催化劑進行醚化反應。醚化后FCC汽油烯烴含量降低，辛烷值可提高2～3個單位。但限于工藝技術狀況及受催化劑等多種因素的影響，該裝置未能實現(xiàn)長期穩(wěn)定生產。2000年5月，撫順石化公司石油一廠使用撫順石油學院開發(fā)研制的FCC輕汽油臨氫醚化工藝與催化劑，在自主開發(fā)的中試醚化裝置上進行了4000h以上的催化劑壽命試驗，取得了較好的效果,并于2002年4月通過中國石油天然氣股份有限公司的技術鑒定[21]。該工藝的主要特點是在臨氫醚化反應器內進行二烯烴選擇性加氫和臨氫條件下的醚化反應。醚化后的FCC輕汽油的烯烴含量降低9.6個百分點，汽油的辛烷值提高1個單位。2.1項目概括20萬噸/年固定床FCC汽油醚化裝置設計，以來自某煉油廠的催化裂化汽油、甲醇和氫氣為原料，催化裂化汽油醚化裝置工藝流程包括全餾分汽油選擇性加氫脫二烯烴、催化裂化汽油分餾與醚化三部分組成。選擇加氫反應采用HR-845催化劑，醚化采用丹東化工三廠生產的D005強酸性陽離子交換樹脂，盡量采取可行的措施減少系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，并對排出的污染物提出合理的治理方案。與新配方汽油相比,我國汽油存在的主要問題是辛烷值低、烯烴含量高、氧含量低。由于催化裂化汽油約占我國汽油的80%,因此要提高我國汽油質量必須首先改善催化裂化汽油質量，催化裂化輕汽油醚化是實現(xiàn)上述的目的有效途徑。催化裂化輕汽油中的叔碳烯烴轉化為相應的醚類,既可以提高汽油的辛烷值,增加含氧量,又可以降低蒸氣壓,降低烯烴含量,提高安定性,因而對于提高汽油質量非常有利。我國的催化裂化汽油按辛烷值主要分兩大類,一類催化裂化汽油的研究法,辛烷值為87-89,距90#汽油相差1-2單位,另一類催化裂化汽油的研究法,辛烷值為91左右,距93#汽油相差1-2單位。采用催化裂化輕汽油醚化工藝恰好可以彌補催化裂化汽油辛烷值的不足。延長催化劑壽命和提高叔碳烯烴轉化率是制約催化裂化輕汽油醚化工藝發(fā)展的主要問題。隨著新配方汽油的出現(xiàn)和含氧汽油的出現(xiàn)，減少汽油中污染物排放的研究正在蓬勃發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)達國家相應推出了各自油品的質量規(guī)格和優(yōu)化生產技術。其中，美國提出的汽油無鉛，無金屬，使用苯含量小于1%,含氧量大于2%，代表了21世紀汽油質量新趨勢。醚類化合物作為一種可有效提到汽油辛烷值的含氧化合物，以其與汽油的相溶性好，可以任意比例與汽油相溶而不發(fā)生分離的特點經(jīng)常用于改善汽油辛烷值，目前用于改善汽油辛烷值的醚類化合物有MTBE，TAME（甲基叔戊基醚），ETBE（乙基叔丁基醚）以及以FCC輕汽油為原料的混合醚（或燃燒醚）。2.2設計依據(jù)（1）指導教師所發(fā)放的設計任務書；（2）《化工建設項目可行性研究報告內容和深度的規(guī)定》（1992年12月28日化工部發(fā)布）及有關專業(yè)的國家標準；（3）《石油化工應用》、《化工原理》；（4）國家經(jīng)濟、建筑等相關政策。2.3產品對比汽油醚化前后分析數(shù)據(jù)見下表2-1。表2-1醚化前后汽油分析數(shù)據(jù)分析項目醚化前醚化后研究法辛烷值90.593.1抗暴指數(shù)86.186.9硫含量/%0.0090.007汽油組成/%烷烴/%29.3428.74環(huán)烷烴/%11.9611.72芳烴/%14.9014.59烯烴/%41.1726.52苯/%0.040.04甲苯/%2.572.52醚類/%015.76誘導期/min6908102.4原料與催化劑2.4.1主要原料原料是來自某煉油廠的催化裂化汽油，氫氣和甲醇，它們的性質見表2-2、表2-3、表2-4及表2-5。表2-2催化裂化汽油的性質項目數(shù)據(jù)流量/（t·h-1）174相對密度0.71硫/(μg﹒g-1)195硫醇硫/(μg﹒g-1)61烯烴/%（體積分數(shù)）28二烯烴/（l2g·100g-1）0.84RVP（冬季/夏季）/kPa82/-RON/MON90.3/80.4膠質/(mg.100mL-1)2.8氨/(μg﹒g-1)32餾程（ASTMD86）/℃初餾點3010%4650%8590%155終餾點190表2-3催化裂化輕汽油的性質項目數(shù)據(jù)密度/kg.m-3660動力黏度/mPa.S0.2236硫含量/μg·g-125硫醇硫/μg·g-13餾程/℃初餾點10%30%50%70%90%終餾點25.931.336.542.256.269.580.2平均分子量/（kg/kmol）62.02占全餾分質量分數(shù)0.3042表2-4催化裂化重汽油的性質項目催化裂化汽油密度/kg.m-3734動力黏度/mPa.S0.3884硫含量/μg·g-1269.3硫醇硫/μg·g-186.5餾程/℃初餾點10%50%90%終餾點7885.5116163.5193平均分子量/（kg/kmol）115.91占全餾分質量分數(shù)0.6958表2-5甲醇的性質熔點（℃）-97.8飽和蒸汽壓（kpa）13.33(21.2℃)沸點（0.1Mpa，℃）64.7閃點（℃）12.22臨界壓力（MPa）8.09臨界溫度（℃）239.5自然點（℃）463.89爆炸極限%(V/V)6.0~36.5相對密度(水=1)0.7915燃燒熱（kJ/mol）725.76相對蒸氣密度（空氣=1）1.11折光率(n20D)1.32922.4.2催化劑目前，醚化催化劑大多采用強酸性陽離子交換樹脂，離子交換樹脂為磺酸型苯乙烯、二乙烯基苯共聚物的強酸性陽離子交換樹脂，具有醚化活性高、選擇性高等特點。在較緩和的條件下，C4活性烯烴的醚化轉化率可達95％～100％，C5活性烯烴的醚化轉化率為70％。主要牌號有Amberlyst15(美國)、D72（南開大學）、S型（北京特種樹脂廠）及D005型（丹東化工三廠）等。工業(yè)上常用Hβ沸石催化劑，采用Hβ沸石催化劑，在溫度6℃、壓力0.8MPa、空速1h-1、醇烯比1．0的反應條件下，叔碳烯烴的轉化率可達55.32％。本設計選用D005強酸性陽離子交換樹脂及HR-845催化劑，其性質見下表2-6、表2-7。表2-6D005強酸性陽離子交換樹脂的性質項目數(shù)據(jù)交換容積／[mmol(H+).g-1(干基)]4.75比表面積／(m2.g-1)48.92堆密度／(g.mL-1)0.56孔容／(mL.g-1)0.36平均孔徑／mn23.8粒度(0.3-1.2)≥95表2-7選擇性加氫催化劑的性質催化劑名稱HR-845化學組成Mo-Ni顆粒直徑/mm2~4比表面積/m2·g-1140孔體積/cm3·g-10.4自然裝填密度/g·cm-3~0.84密相裝填密度/g·cm-3~0.88抗壓強度/MPa≥1.553.1概述本設計是催化輕汽油醚化裝置，根據(jù)分餾塔在本工藝中的作用，選擇板式塔較適宜。板式塔中，工業(yè)應用較多的是由降液管的浮閥、篩板和泡罩塔板等。其中泡罩塔是工業(yè)上運用較早的精餾設備，技術較為成熟，但是也存在著諸多的缺點，如結構復雜，造價高，操作維修不便等因素。篩板塔結構簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產能力較大；氣體分散均勻傳質效率較高。但篩孔易堵塞，不宜處理易結焦、黏度大的物料。浮閥塔盤是在泡罩塔盤和篩孔塔盤的基礎上發(fā)展起來的，它吸收了兩種塔盤的優(yōu)點。其結構特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。氣體從浮閥周邊水平地進入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動，自行調節(jié)。浮閥的類型很多，國內常用的有F1型、V-4型及T型等，其中以F1型浮閥應用最為普遍。浮閥塔板的優(yōu)點是結構簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高。但其缺點是處理易結焦、高黏度的物料時，閥片易與塔板黏結；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。泡罩塔、篩板塔及浮閥塔在各方面的比較如下：（1）在造價上，篩板塔的造價為泡罩塔的60%，浮閥塔的造價為泡罩塔的80%；（2）處理能力上，篩板塔比泡罩塔大20%-40%，浮閥塔比泡罩塔大30%；（3）兩種類型板效率均較泡罩塔的板效率高15%；（4）在塔板壓降上，兩種類型均比泡罩塔的低30%；（5）兩種類型的塔的安裝都較容易，清洗方便；在國內的使用結果中，對黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)浮閥塔也能正常操作。隨著制造業(yè)的發(fā)展，在越來越多的處理能力大，分離效率高的塔設備應用與精餾工藝中，由于浮閥具有生產能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點，且加工方便，故有關浮閥塔的研究開發(fā)遠較其它型式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。由于浮閥塔運用于精餾的工藝較為有利且可行，根據(jù)上面的比較和所給物料的性質，經(jīng)過比較初步?jīng)Q定采用浮閥塔。3.2工藝計算3.2.1分餾塔的設計已知原料液的處理量20萬t/a，組成為0.3042（輕組分A的質量分數(shù)，下同），要求塔頂餾出液的組成為0.68，塔釜液的組成為0.08，且，，相對揮發(fā)度，泡點進料。其它工藝參數(shù)見下表3-1。表3-1分餾塔的部分工藝參數(shù)項目操作壓力/MPa操作溫度/℃黏度μ/cp平均密度/kg.m-3塔頂0.2575.60.2236660進料0.496(進料板)0.3234718塔釜0.31430.39730（1）塔板數(shù)的確定催化汽油屬于復雜的混合物，為了方便設計，故把其視為理想物系，并將其簡化為二元物系，即理想化為輕、重兩種組分：輕組分的摩爾質量MA=62.02kg/kmol重組分的摩爾質量MB=115.91kg/kmolXF=XD=XW=原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量由My=∑χiMiMF=0.4496×62.02+(1-0.4496)×115.91=91.68kg/kmolMD=0.7989×62.02+(1-0.7989)×115.91=72.86kg/kmolMW=0.1398×62.02+(1-0.1398)×115.91=108.38kg/kmoleq\o\ac(○,1)物料衡算原料液處理量F=D+W=259.710.7989D+0.1398W=259.71×0.4496解得：D=122.07kmol/hW=137.64kmol/heq\o\ac(○,2)求最小回流比及操作回流比泡點進料q=1,Xq=XF=0.4496相平衡方程：y=故最小回流比為：取操作回流比為：R=1.1Rmin=1.1×1.180≈1.3eq\o\ac(○,3)求精餾塔的氣相、液相負荷精餾段液相摩爾流量：L=RD=1.3×122.07=158.69kmol/h精餾段氣相摩爾流量：V=(R+1)D=(1.3+1)×122.07=280.76kmol/h提餾段液相摩爾流量：L′=L+F=158.69+259.71=418.40kmol/h提餾段氣相摩爾流量：V′=V=280.76kmol/heq\o\ac(○,4)求操作線方程精餾段操作線方程為：提餾段操作線方程為：eq\o\ac(○,5)逐板計算法求取理論塔板，代入式(3)求得，將代入精餾段方程，求得，依此類推，當時，換用提餾段方程，直到，將計算結果列入下表3-2中。求解結果為：總理論板層數(shù)：NT=6（包括再沸器）進料板位置：NF=9eq\o\ac(○,6)實際板層數(shù)的求取根據(jù)生產實際或經(jīng)驗公式估算塔總板效率,取浮閥塔效率ET=0.67。精餾段實際板層數(shù)：N精=6/0.67=8.96≈9塊提餾段實際板層數(shù)：N提=9/0.67=13.43≈14塊表3-2理論塔板數(shù)的確定塔板數(shù)氣相組分液相組分塔板數(shù)氣相組分液相組分10.80.67681990.5692510.40895020.7298380.585817100.5409170.38152830.6784030.524814110.5000530.34369040.6439250.486338120.4436670.29454850.6221780.462993130.3704360.23551160.6089840.449161140.2824580.17088070.6008400.440746150.1861450.10694380.5882990.427963（2）塔徑的選取eq\o\ac(○,1)最大允許空氣速度以最上層塔板、塔頂產品及塔頂回流分別作物料平衡和能量守恒，見下圖。圖3-1物料衡算示意圖RD+VV=D1+VLQUOTED1=(R+1)DQUOTEt1=75.6℃t2=73.3℃解得：VV=0.0065kmol/hVL=0.24kmol/heq\o\ac(○,2)適宜的操作氣速Wa根據(jù)條件選定系統(tǒng)系數(shù)Ka=0.97，安全系數(shù)K=0.82。Wa=0.1820.970.82=0.15m2eq\o\ac(○,3)氣相空間截面積FaFa=0.24/0.15=1.6m2eq\o\ac(○,4)計算降液管內液體流速VdVd(1)=0.170.970.82=0.135m/sVd(2)=7.9810-30.820.97=0.123m/s按規(guī)定應選Vd=0.123m/seq\o\ac(○,5)計算降液管面積FdFd(1)=0.0065/0.123=0.528m2Fd(2)=0.111.6=0.176m2按規(guī)定應選0.176m2eq\o\ac(○,6)塔截面積Ft和塔徑DeFt=1.6+0.176=1.776m2按規(guī)定取塔徑1500mm采用的塔截面積F及空塔氣速W為：F=0.785D2=1.77m2W=0.24/1.77=0.14m/s塔徑圓整后的降液管面積：Fd=1.77/1.776=1m2（3）塔高的計算根據(jù)資料選定：塔頂空間高度Hd=1.5m進料段高度Hf=2.0m塔底空間高度Hb=1.5m則塔體高度為：H=1.5+(23-2)0.6+2.0+1.5=17.6m（4）浮閥數(shù)及其排列方式為保證塔板在制造﹑安裝過程中的強度和剛度要求，取塔板的材料為碳鋼，壁厚為3mm。參考塔板結構參數(shù)的系列化標準，可以得到降液管及溢流堰尺寸：溢流裝置計算：塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，各項計算如下：堰長：取溢流堰高度：由,選用平直堰，堰上液層高度由計算，近似取，則取板上清液層高度，故。弓形降液管寬度和截面積由，查參考文獻得：依公式驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設計合理。降液管底隙高度hO:,其中根據(jù)經(jīng)驗取值，取，則且，故降液管底隙高度設計合理。選用凹形受液盤，取深度（5）浮閥數(shù)選取型浮閥，重型，閥孔直徑，初選閥孔動能因子，計算閥孔氣速：浮閥個數(shù)：（6）浮閥排列方式通過計算及實際試排確定塔盤的浮閥數(shù)n，在試排浮閥時，要考慮塔盤的各區(qū)布置。取塔板上液體進﹑出口安定區(qū)寬度，邊緣區(qū)寬度，有效傳質區(qū)由下式計算：開孔所占面積。選擇錯排方式，其孔心距t可由以下方法估算（見下圖）由開孔區(qū)內閥孔所占面積分數(shù)解得：根據(jù)估算提供的孔心距t進行布孔，并按實際可能的情況進行調整來確定浮閥的實際個數(shù)n，按進行布孔，實際排閥數(shù)，并重新計算塔板的以下參數(shù)：閥孔氣速：動能因子：塔板開孔率：圖3-2開孔區(qū)內開孔所占面積圖3-3塔板浮閥排列3.2.2塔板流動性能的校核（1）液沫夾帶量校核為控制液沫夾帶量過大，應控制泛點，浮閥塔泛點率由以下兩式計算：式中由塔板上氣相密度及塔板間距查參考文獻得系數(shù)，催化汽油屬于中等起泡沫物系，根據(jù)文獻查相應數(shù)據(jù)得，塔板上液體流道長及液流面積分別為：故：或所得液泛點率均小于0.8，故不會產生過量的液沫夾帶。（2）塔板阻力計算干板阻力：臨界孔速因閥孔氣速大于其臨界閥孔氣速，故應在浮閥全開狀態(tài)下計算干板阻力：塔板清夜層阻力：（3）降液管液泛校核降液管中清液層高度由式計算，式中為流體流過降液管底隙的阻力，其阻力為：浮閥塔板上液面落差一般較小可以忽略，于是降液管內清液層的高度為：取降液管中泡沫層相對密度，則可求降液管中泡沫層的高度為：而，故不會發(fā)生降液管液泛。（4）液體在降液管內停留時間應保證液體在降液管內的時間大于，才能保證液體所夾帶氣體釋出。故所夾帶氣體可以釋放出來。（5）嚴重漏液校核當閥孔的動能，因子低于5時，將會發(fā)生嚴重漏液，故漏液點的孔速可取的相應孔流氣速：穩(wěn)定系數(shù)：故不會發(fā)生嚴重漏液。3.2.3塔板負荷性能圖（1）過量液沫夾帶線關系式在前面已知物系性質及塔盤的結構尺寸，同時給定泛點率時，即可表示出氣﹑液相之間的關系。根據(jù)前面液沫夾帶的校核，選擇表達式為：令，則上式可整理為：化簡得：上式為一線性方程，有兩點即可確定。當時，。當時，。由此兩點作過量液沫夾帶線。（2）液相下限線關系式對于平直堰，其堰上液頭高度必須大于，取，即可確定液相流量的下限線。取，代入，求得的值：可見該線為垂直軸的直線，記為。（3）嚴重漏液線關系式因動能因子時會發(fā)生嚴重漏液，故取，計算相應氣相流量：，式中所以以上為常數(shù)表達式，為一平行軸的直線，即漏液線，也稱之為氣相下限線，記為。（4）液相上限線關系式取時降液的最大流量為：可見，該線為一平行軸的直線，記為④。（5）降液管液泛線關系式當塔降液管內泡沫層上升至上一層塔板時，即發(fā)生了降液管液泛。根據(jù)降液管液泛的條件，得以下降液管液泛工況下的關系。顯然，為了避免降液管液泛的發(fā)生，應使，將上式中，，均表示為的函數(shù)關系，整理即可獲得表示液管液泛的關系式。在前面的核算中可知，由表面張力影響所致的阻力中所占的比例很小，在整理中可忽略，使關系式得到簡化：式中將代入上式中整理可得：將給定的條件或設計確定的數(shù)據(jù)代入上式整理得：由上式計算降液管液泛線上的點（見表3-3）。表3-3降液管液泛線數(shù)據(jù)Lh（m3/h）102030405060Vh（m3/h）8226.88061.57894.37714.97518.47300.0由表3-3中的數(shù)據(jù)作出降液管的液泛線，記為⑤。將以上的①﹑②﹑③﹑④﹑⑤五條線標繪在同一直角坐標系中，塔板的負荷性能圖如圖3-4所示。將設計點標繪在圖中如D點所示，由原點O及D作直線OD。操作線交嚴重漏液線③與A，液沫夾帶線①于B，由此可見，該塔板操作負荷的上下限受嚴重漏液線③及液沫夾帶線①的控制。分別從圖中A﹑B兩點讀得氣相流量的下限及上限，并求得該塔的操作彈性。操作彈性圖3-4塔板負荷性能圖（6）塔板設計結果由負荷性能圖可知，設計點在負荷性能圖中的位置比較適中，有較好的操作彈性和適宜的裕度，其他性能滿足要求，所以本設計較為合理。3.2.4選擇性加氫反應器的設計輕汽油的量為8894.0202kg/h，空速為3h-1催化劑的用量：有效系數(shù)取0.8，則：設高徑比：，查得標準橢圓封頭體積為0.131D3反應器的容積：故：3.2.5醚化反應器的設計本設計采用兩個反應器，且兩個反應器大小相同輕汽油的量為8894.0202kg/h，空速為0.8h-1，甲醇的量為1334.1030kg/h催化劑的用量：有效系數(shù)取0.8，則：設高徑比：，查得標準橢圓封頭體積為0.131D3,反應器的容積：故：3.3工藝流程簡述圖圖3-5醚化流程示意圖4.1設備選型原則設備選型應遵循的原則如下。（1）生產上適用―所選購的設備應與本企業(yè)擴大生產規(guī)?；蜷_發(fā)新產品等需求相適應。

（2）技術上先進―在滿足生產需要的前提下，要求其性能指標保持先進水平，以利提高產品質量和延長其技術壽命。

（3）經(jīng)濟上合理―一即要求設備價格合理，在使用過程中能耗、維護費用低，并且回收期較短。

設備選型首先應考慮的是生產上適用，只有生產上適用的設備才能發(fā)揮其投資效果；其次是技術上先進，技術上先進必須以生產適用為前提，以獲得最大經(jīng)濟效益為目的；最后，把生產上適用、技術上先進與經(jīng)濟上合理統(tǒng)一起來。一般情況下，技術先進與經(jīng)濟合理是統(tǒng)一的。因為技術一上先進的設備不僅具有高的生產效率，而且生產的產品也是高質量的。但是，有時兩者也是矛盾的。例如，某臺設備效率較高，但可能能源消耗量很大，或者設備的零部件磨損很快，所以，根據(jù)總的經(jīng)濟效益來衡量就不一定適宜。有些設備技術上很先進，自動化程度很高，適合于大批量連續(xù)生產，但在生產批量不大的情況下使用，往往負荷不足，不能充分發(fā)揮設備的能力，而且這類設備通常價格很高，維持費用大，從總的經(jīng)濟效益來看是不合算的，因而也是不可取的。4.2關鍵設備選擇關鍵設備選擇見下表4-1。表4-1主要設備匯總設備類型尺寸數(shù)量（臺）分餾塔D=1.50mH=17.6m1選擇性加氫反應器D=1.03mH=8.24m1醚化反應器D=1.67mH=13.4m2容器2換熱器5離心泵8靜態(tài)混合器2合計214.3設備維修4.3.1設備維修方案維修體制一般分為四種：（1）事后維修這是最早期的維修方式，即出了故障再修，不壞不修。（2）預防維修這是以檢查為基礎的維修，利用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術對設備進行預測，有針對性地對故障隱患加以排除，從而避免和減少停機損失，分定期維修和預知維修兩種方式。（3）改善維修改善維修是不斷地利用先進的工藝方法和技術，改正設備的某些缺陷和先天不足，提高設備的先進性、可靠性及維修性，提高設備的利用率。（4）維修預防維修預防實際就是可維修性設計，提倡在設計階段就認真考慮設備的可靠性和維修性問題。從設計、生產上提高設備素質，從根本上防止故障和事故的發(fā)生，減少和避免維修。4.3.2維修人員要求（1）具有良好的工作作風和心理素質本工廠的許多設備都是采用數(shù)控技術，設備比較復雜，設備要求精度也比較高，因此設備維修的技術性很強，維修人員必須具有勤奮好學，刻苦鉆研的精神，并養(yǎng)成多觀察、多動手、多分析、多記錄、多總結的良好習慣，以不斷積累經(jīng)驗提高維修水平。另外維修人員還應具有良好的心理素質，不要被困難嚇倒，要知難而進，膽大而心細。（2）具有豐富的知識檢驗儀器維修人員的知識面要求比較廣，特別是隨著現(xiàn)代化儀器設備的精密度、復雜性的提高，要求知識面越來越廣，且逐漸加深。（3）維修人員的基本技能eq\o\ac(○,1)熟練的焊接技術：熟練的焊接一般指能根據(jù)不同焊接對象靈活使用焊接工具和焊接方法。保證既不損壞元件，又使焊點焊牢、光滑，不出現(xiàn)虛焊。eq\o\ac(○,2)能靈活運用各種故障的檢查方法：儀器設備故障的原因和損壞的程序干差萬別。修理時，為了查找故障，可以用不同的方法，采用不同的檢查程序，以盡快找出故障的根本原因為目標，就同醫(yī)生診斷和治療疾病一樣，實際檢修時，修理者的工作經(jīng)驗、學識水平和靈活采用檢查方法的能力等，將起決定性的影響，能力越強，效率越高。該項能力的提高絲毫離不開實踐，應在實際工作中仔細觀察，認