設(shè)計源文件3說明書附錄

目錄第一 物料衡 物料衡算的意 物料衡算遵循的原 物料衡 總物料衡 碳四原料分離工 MTBE合成與精制工 異丁烯的與提純工 醚后碳四分離工 第二 能量衡 能量衡算的意 能量衡算的原 能量衡 碳四原料的分離工 MTBE合成與精制工 異丁烯的與提純工 醚后碳四分離工 第三 能量集成與節(jié)能技 概 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計任 工藝流 物料流股提 夾點的確 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè) 實際換熱網(wǎng) 節(jié)能技 分隔壁萃取精餾 中間再沸器的使 分離過程中的水循環(huán)系 控制節(jié) 第四 設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè) 塔設(shè)備選 概 塔設(shè)備的選型原 塔設(shè)備選型結(jié) 換熱器選 概 選型原 選型結(jié) 泵的選 泵的選型要 泵的選型計 泵選型結(jié) 管道選 管道選型的依 管道選型的方 管道選型結(jié) MTBE裂解反應(yīng)器設(shè) 催化 工藝條件的確 反應(yīng)器尺寸的計 第五 物料性 總 主要物料 甲 異丁 第一 物物 的意算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，確定原材料消耗，確定生產(chǎn)過程的損耗量，對現(xiàn)有 物 遵循的原物料成的變化。進行物料時，必須先確定的體系。對一般體系，均可用如下

C4的分離。現(xiàn)對整個流程和四個工段進行物料。本工藝項目的系統(tǒng)總物 結(jié)果如下表1-3-1及表1-3-2所示表1-3- 流入系統(tǒng)物料匯41440000100Mole6Mass表1-3- 流出系統(tǒng)物料匯---45110010100MoleMass121-3-34400000MoleMass---Mass000000000000N-000000N-0000000000000000000000000000000000000MTBE表1-3- MTBE合成反應(yīng)器物料平00MoleMassMassN-N-00表1-3- 催化精餾塔物料平7770000Mole6Mass(Mass00N-00N-000000000000000表1-3- 甲醇萃取塔物料平C-74440000MoleMassMass000N-000N-00000000000000000000000MTBE表1-3- MTBE精制塔塔物料平7010MoleMassMassN-N-MTBE表1-3- MTBE裂解反應(yīng)器物料平R003-R004-511MoleMassMassN-00N-00000000表1-3- 異丁烯脫重塔物料平54010MoleMassMassN-000N-000000000000000000000表1-3- 甲醇水洗塔物料平44441010MoleMassMass000N-000000N-00000000000000000000000000000000000表1-3- 甲醇回收塔物料平4000MoleMassMass0000N-0000N-000000000000000000000表1-3- 異丁烯脫水塔物料平-711010MoleMassMass000N-0000N-000000000000000000000000000000000表1-3- 脫異丁烷塔物料平3B2-000MoleMass---Mass0000N-0N-00000000000000000 表1-3- 正丁烯精制塔物料平3B3-3B3-3B3-44000MoleMass---Mass0000N-000N-000000000000000000000表1-3- 加氫反應(yīng)器物料平3B4-3B4-3B4-401MoleMass--Mass00000N-0000N-0000000000000000000000表1-3- 正丁烷精制塔物料平3--55000MoleMass---Mass000N-000N-0000000000000000000第二 能能 的意在進行全廠熱量時，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由機械能轉(zhuǎn)換、化能 的原工程依據(jù)化工設(shè)計中關(guān)于熱量的基本思想和要求遵循基與實際工藝相結(jié)合的原則，并進行了該熱量書的編制。其中一個主要依據(jù)是能量平QinQoutQinQoutQl

QWHout-其中，Q——設(shè)備的熱負荷;W表2-3- 分隔壁塔熱量平4400000MoleMass-----表2-3- 熱負荷Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q--MTBE2-3- MTBE00MoleMass--表2-3- 熱負荷--Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q---表2-3- 催化精餾塔熱量平7770000Mole6Mass------表2-3- 熱負荷Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q--表2-3- 甲醇萃取塔熱量平C-74440000MoleMass------表2-3- 熱負荷00Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q0--0MTBE表2-3- MTBE精制塔塔熱量平7010MoleMass-----表2-3- 熱負荷Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q--MTBE表2-3- MTBE裂解反應(yīng)器熱量平R003-R004-511MoleMass--表2-3- 熱負荷Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q--表2-3- 異丁烯脫重塔熱量平54010MoleMass-----表2-3- 熱負荷Heat 2-3-21Q--表2-3- 甲醇水洗塔熱量平44441010MoleMass------表2-3- 熱負荷00Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q--表2-3- 甲醇回收塔熱量平4000MoleMassQQ-------表2-3- 熱負荷Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q--2.3.4.5表2-3- 異丁烯脫水塔熱量平-711010MoleMass-----表2-3- 熱負荷Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽表2-3- 脫異丁烷塔熱量平3B2-000MoleMass-----表2-3- 熱負荷--Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q---表2-3- 正丁烯精制塔熱量平3B3-3B3-3B3-44000MoleMass-----表2-3- 熱負荷--Heat 表2-3- 熱量平衡計算一覽Q---表2-3- 加氫反應(yīng)器熱量平3B4-3B4-3B4-401MoleMass----表2-3- 熱負荷--Heat QQ---表2-3- 熱量平衡計算一覽Q---表2-3- 正丁烷精制塔熱量平3--55000MoleMass-----表2-3- 熱負荷--Heat 42第三 1E4作為一個工廠來說，運行成本非常重要，而公用工程的消耗是很重要的一部分。通過換熱流程的設(shè)計和換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化盡可能地進行內(nèi)部熱量的集成和能量的最大化利用，減少公用工程的消耗，這對節(jié)約成本起到了關(guān)鍵的作用。在工廠的初步設(shè)計階段我們利用ASPENENERGYYZERV7.3進行C4C4C4C4MTBE合成裂解聯(lián)合開環(huán)工藝，MTBE合成采用固定床3-3-1MTBEMTBE裂只進行一次水洗甲醇。脫重塔塔釜底分離出大部分甲醇可直接回用到MTBE合C4萃取甲醇和異丁烯水洗甲醇經(jīng)過同一個甲醇回收塔精餾，精餾甲醇回用到MTBE合成裝置。甲醇回收塔塔釜出水可循環(huán)利用，和補充新鮮水圖3-2- 催化裂解C4抽提工圖3-2- MTBE合成段及分離工圖3-2- MTBE裂解段及異丁烯分離工3-2-1度度MTBEI9器MTBE精制塔冷--器MTBEMTBE40器MTBE2-MTBE器器由ASPENNEERGYYZERV7.3可得到單位時間總費用和dTmin關(guān)456圖3-2- 3-2-53-2-63-2-4dTmin=8.5℃時，單位時間總費用最小。表3-2- 本工廠既定的換熱目標(biāo)的參數(shù)匯HeatingCooling1-2s&tube費用目標(biāo)值（CapitalMinimumforOperatingS利用ASPENANERGYYZERV7.3的推薦設(shè)計功能直接采用內(nèi)嵌的化工界公用工程消耗費用經(jīng)驗以及換熱器購置費用與換熱面積的經(jīng)驗（其中換熱器為10%的回報率，設(shè)備5年對本廠的換熱網(wǎng)絡(luò)進行理3-2-7表3-2- 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)與目標(biāo)換熱網(wǎng)絡(luò)之間的百分比Cost%of%ofOperatingNumberofCapitalNumberofs表3-2- 公用工程消Cost%ofLPMPHP能量分析器給出的最優(yōu)換熱網(wǎng)絡(luò)是以為基準(zhǔn)的所以在考慮了國內(nèi)實際情況從組合曲線可以發(fā)現(xiàn)，抽提車間的能耗較大，而且與其他車間沒有足3-2-8為車間的圖3-2- 抽提車間組合曲線3-2-8容易看出，車間內(nèi)部也沒有足夠的熱集成空間，所以只能3-2-9低壓蒸汽中壓蒸汽

MTBE

冷卻水冷凍鹽水

MTBE

換熱路線圖3-2- 工藝流程熱集成示意MTBEMTBE精制塔塔釜液和甲醇水洗塔萃余劑進行換熱，塔釜達到換熱要求324kW59.9℃。MTBE97.4℃，之后再和甲醇回收塔異丁烯脫重塔的塔釜液(49℃)換熱，溫1149kW。，MTBEMTBE裂解反應(yīng)。MTBE664kW；MTBE裂解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需提供1910kw能量。對此，為達到能量的有效利用MTBE合成反應(yīng)放，ASPEN冷物流熱物流冷公用工程熱公用工程3-10ASPENANERGYYZERV7.3得到進一步的優(yōu)化，節(jié)省了操作費用。34.17%，同時又表3-3- 兩種工藝的負荷比冷凝器冷凝器再沸器再沸器00表3-3- 使用中間再沸器前后催化精餾塔比較塔頂冷凝器負荷塔底再沸器負荷中間再沸器負荷0218.4kg/hr左右。表3- 水用量對用水量99.98%，極大程度上達29.3MW第四 （浙江大學(xué)）SULPAK軟件進行填料塔的設(shè)計，再利用SW6-1998V6.0軟件（大學(xué)，進行填料塔的強度校核。表4-1-1800mm分離效率高，塔徑1.5m較直徑800mm低大（圖冊圖4-1- 催化精餾圖4-1- 催化精餾塔汽液流動數(shù)據(jù)圖4-1- 催化精餾塔容量數(shù)據(jù)表4-1- 催化精餾塔機械設(shè)計參數(shù)項 結(jié)設(shè)計壓力最高工作壓力7設(shè)計溫度最高工作溫度壁厚直邊段質(zhì)量筒體長度內(nèi)徑壁厚質(zhì)量內(nèi)徑外徑厚度內(nèi)徑壁厚長度螺栓腐蝕余量螺栓小徑選取值裙座附件附件總質(zhì)量塔體自振周期設(shè)計風(fēng)壓值7總高度空塔總質(zhì)量MTBE圖4-1- MTBE精制塔輪廓圖4-1-5MTBE4-1-6MTBE表4-1- MTBE精制塔塔機械設(shè)計參數(shù)設(shè)計壓力1設(shè)計溫度最高工作溫度壁厚6直邊段質(zhì)量筒體長度內(nèi)徑壁厚6質(zhì)量內(nèi)徑外徑厚度螺栓腐蝕余量2螺栓小徑選取值裙座附件附件總質(zhì)量料厚度設(shè)計風(fēng)壓值7總高度空塔總質(zhì)量圖4-1- 甲醇回收塔輪廓圖4-1- 甲醇回收塔汽液流動數(shù)據(jù)圖4-1- 甲醇回收塔汽液流動數(shù)據(jù)圖4-1- 甲醇回收塔汽液流動數(shù)據(jù)圖4-1- 甲醇回收塔塔容量數(shù)據(jù)4-1-4設(shè)計壓力1最高工作壓力設(shè)計溫度最高工作溫度壁厚直邊段質(zhì)量筒體長度內(nèi)徑壁厚質(zhì)量內(nèi)徑外徑厚度螺栓腐蝕余量1螺栓小徑選取值附件附件總質(zhì)量料厚度塔體自振周期設(shè)計風(fēng)壓值7總高度空塔總質(zhì)量圖4-1- 甲醇水洗塔輪廓圖4-3- 甲醇水洗塔汽液流動數(shù)據(jù)圖4-1- 甲醇水洗塔容量數(shù)據(jù)4-1-5項 結(jié)設(shè)計壓力最高工作壓力4設(shè)計溫度最高工作溫度壁厚6直邊段質(zhì)量長度內(nèi)徑壁厚6質(zhì)量內(nèi)徑外徑厚度螺栓腐蝕余量1螺栓小徑選取值附件附件總質(zhì)量料厚度塔體自振周期設(shè)計風(fēng)壓值7總高度空塔總質(zhì)量圖4-1-13圖4-1-14圖4-1- 異丁烯脫水塔容量數(shù)據(jù)4-1-6設(shè)計壓力最高工作壓力1設(shè)計溫度5最高工作溫度0壁厚6直邊段質(zhì)量長度內(nèi)徑壁厚6質(zhì)量內(nèi)徑外徑厚度5螺栓腐蝕余量1螺栓小徑選取值附件附件總質(zhì)量料厚度塔體自振周期1設(shè)計風(fēng)壓值7總高度空塔總質(zhì)量圖4-1- 異丁烯脫重塔輪廓圖4-1- 異丁烯脫重塔汽液流動數(shù)據(jù)圖4-1- 異丁烯脫重塔容量數(shù)據(jù)4-1-7設(shè)計壓力最高工作壓力設(shè)計溫度最高工作溫度壁厚8直邊段質(zhì)量長度內(nèi)徑壁厚質(zhì)量內(nèi)徑外徑厚度8螺栓腐蝕余量1螺栓小徑選取值附件附件總質(zhì)量料厚度塔體自振周期設(shè)計風(fēng)壓值7總高度空塔總質(zhì)量AspenHFTSGB150-GB151-1998《管殼式換熱器》對模擬的結(jié)果進行圓整和結(jié)①固定管板式換熱器當(dāng)冷熱流體溫差不大時，可采用固定管板式換熱器，易或檢修，殼程必須走潔凈且不易結(jié)垢的流體。當(dāng)兩流體溫差較大時，可采②U形管式換熱器這種換熱器殼程易于，但管子，損壞管子冷凍鹽:用于異丁烯脫水塔冷凝器。進口溫度為-15℃，1bar20℃，1bar（125℃（175℃（225℃①換熱管內(nèi)徑：為了使傳熱效果好些，通常選用ф19mm垢的物料（如立式熱虹吸式再沸器，為方便，采用外徑ф25mm或ф38mm1.25～1.5表4-2- 管子直徑與管心管子直徑1～2。系數(shù)增加，但流動阻力相對較大。正方形排布，排布的管數(shù)較少，但方便。454520～35%的裕量。表4-2- 折流板間———————————C4原料預(yù)熱器BEM700-0.4/0.2-163-15/19-1I。A A 2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM686-AspenS&AspenS&DrawingDWC-1冷凝器。選擇固定管板式換熱器。管 20.4℃。殼程為分隔壁塔塔頂物料，最高工作溫度為34℃。材料均選擇CS。列型號為BEM2400-0.3/0.1-14-15/19-1I。AA2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM387-DrawingDWC-再沸器。選擇固定管板式換熱器。管中壓蒸汽，最高工作溫度為BEM900-0.1/0.2-349-2/19-1II。AADrawingAspenS&TubeSettingBEM889-DWC-2分隔壁塔側(cè)線精餾段頂部蒸35℃。殼30℃。材料均選擇BEM400-0.5/0.3-53-6/19-2Ⅰ。A325222A325222PulingLength2Bolts2BoltsDrawingAspenS&TubeSettingBEM387-C4C4，最高工作溫度為35℃。殼100℃100℃CS。列管BEM600-0.2/0.3-232-2.5/19-8Ⅰ。AAAspen &TubeSettingBEM540-Drawing 最高工作溫度為120℃。殼 結(jié)果如下，型號為BEM500-0.8/0.3-20-1.5/19-1Ⅰ。AAAspenS&TubeSettingBEM438- 度為175℃殼 結(jié)果如下，型號為BEM1200-0.1/0.3-1283-4.5/19-1II。A A AspenS&TubeSettingnBEM1143-4267DrawingMTBE精制塔冷凝器。選擇固定管板式換熱器。管冷卻水，最高工作溫25℃。殼MTBE55℃。材料均選擇BEM400-0.3-17-2/19-2Ⅰ。AAPulingLength2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM387-DrawingMTBE塔底熱交換器。選擇固定管板式換熱器。管 液最高工作溫度為76℃殼 材料均選擇CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與采用焊接。最后設(shè)計結(jié)果如下，型號為BEM400-0.5/0.4-24-4.5/19-1Ⅱ。A291222S1A291222S1Aspen &TubeSettingBEM257-Drawing催化精餾塔中間再沸器。選擇固定管板式換熱器。管中壓蒸汽，最高工175℃129℃。材料CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與封頭BEM1300-0.3-1306-2.5/19-1Ⅱ。AADrawingAspenS&TubeSettingBEM1219-裂解氣熱交換器Ⅰ。選擇固定管板式換熱器。管MTBE190℃100℃。材料CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與封頭BEM400-0.6/0.3-4-1.5/19-1Ⅱ。AAAspen &TubeSettingBEM205-Drawing裂解氣熱交換器Ⅱ。選擇固定管板式換熱器。管I160℃105℃。CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與BEM400-0.6/0.3-1455-6/19-1II。A291222A291222 PulingLength2Bolts2BoltsDrawingAspenS&TubeSettingBEM257-甲醇回收塔再沸器。選擇固定管板式換熱器。管中壓蒸汽，最高工作溫175℃。殼經(jīng)裂解氣熱交換器IIAA PulingLength2 2 DrawingAspenS&TubeSettingBEM489- 經(jīng)裂解氣熱交換器II后的MTBE裂解產(chǎn)物，最高工作溫度為110℃。殼 材料均選擇CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與用焊接。最后設(shè)計結(jié)果如下，型號為BEM400-0.6/0.3-9-3/19-1Ⅱ。A224168A224168SDrawingAspenS&TubeSettingBEM205- 蒸汽，最高工作溫度為34℃。殼 冷卻水，最高工作溫度為28℃。材料均選擇CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與封頭管箱最后設(shè)計結(jié)果如下，型號為BEM400-0.5/0.3-17-4.5/19-1Ⅱ。A291222A291222DrawingAspenS&TubeSettingBEM257-甲醇水洗塔流出液冷卻器。選擇固定管板式換熱器。管冷卻水，最高工34℃。殼經(jīng)MTBET 最高工作溫度為65℃。殼程異丁烯脫重塔塔塔釜液，最高工作溫度為49℃。材料均選擇CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與封用焊接。最后設(shè)計結(jié)果如下，型號為BEM400-0.3/0.5-11-1.5/19-2Ⅱ。AAAspen &TubeSettingBEM337-Drawing異丁烯脫水塔再沸器。選擇固定管板式換熱器。管100℃飽和水蒸氣，BEM400-0.5/0.3-1234-2/19-1Ⅱ。AA2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM914-Drawing 器后的甲醇回收塔塔頂液，最高工作溫度為65℃。殼 的連接采用焊接。最后設(shè)計結(jié)果如下，型號為BEM650-0.3-194-6/19-1Ⅱ。A 383 A 383 S1 DrawingAspenS&TubeSettingBEM610- 擇CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱為封頭管箱，后端為與封頭管箱最后設(shè)計結(jié)果如下，型號為BEM2500-0.3-20933-6/19-2Ⅰ。1137211372Aspen &TubeSettingBEM2540-DrawingA 、①對輸送易燃易爆或貴重介質(zhì)的泵要求軸封可靠或采用無泵，如泵、磁力驅(qū)動泵、隔膜泵等；、③對安裝 區(qū)域的泵，應(yīng)根 區(qū)域等級，采用防爆電動機表4-3- 各類泵的特點及選用要；泵的備用率為泵的選型采用了化學(xué)工業(yè)制作的智能選泵軟件及其附帶的數(shù)據(jù)庫下圖4-3- 智能選泵軟件選擇界數(shù)。其中，P0301Q=1.82L/s；裝置揚程的計 為Hh

ld

，，h=25.0m；泵壓力恒定，故壓差為零，即Aspen模擬結(jié)果中查出流股物性：ρ=744.1kg/m3，μ=0.000345Pa·s；之后，代入算出雷諾數(shù)Redu1.0105；管材為無 ，取絕對粗度ε=0.10.002λ≈0.026dl Hh

20.0m

m0md 2H=25.6mQ=1.82L/s90%，4-3-2所示：表4-3- P0303泵參P03034-3-2圖4-3- P0303泵安裝尺寸

圖4-3- P0303泵工作曲線表4-3- P0101泵參圖4-3- P0101泵安裝尺4-3-4P0102圖4-3- P0102泵安裝尺寸圖4-3- P0102泵工作曲線表4-3- P0103泵參圖4-3- P0103泵安裝尺寸圖4-3- P0103泵工作曲線表4-3- P0201泵參泵數(shù)量為2圖4-3- P0201泵安裝尺寸表4-3- P0202參數(shù)圖4-3- P0202泵安裝尺寸圖4-3- P0202泵工作曲線X表4-3- P0301泵參40GDL6-4圖4-3- P0301泵安裝尺寸表4-3- P0302泵參圖4-3- P0302泵安裝尺寸圖4-3- P0302泵工作曲線4.3.2表4-3- P0304泵參圖4-3- P0304泵工作曲線《鋼制管法蘭類型與參數(shù)（II系列（GB/T9112-2000（HG20519.38-（HG20559.4-1993根據(jù)流程模擬結(jié)果可以得到各個流股流量數(shù)據(jù)再利用下面的算出所需Q Q Qm3/h；dmm20m/s。L（1.0MPa，M（1.6MPa，N（2.5MPa，P（4.0MPaMN或Ｐ級。一選用無縫碳鋼。合成車間中大流量的管道還需要選擇大管徑的焊接。X-X-1所示（其PID圖紙上的管道代號：表4-4- 裂解車間管道選型結(jié)*氣相流股用g壓力管徑壁厚454534444355重組分534346水4345434444回收甲醇83334444回收水944731713IB131313余料134344466MTBE2使用燕山研制和生產(chǎn)的YL-I型MTBE裂解催化（固體酸催3mm（2反應(yīng)溫 反應(yīng)壓 空間速 1.5～7.0h-R004-R004- 5511Mole Mass VolumeFlow --Mass N-00N-0000000000

H3C

O

C

副反應(yīng)

O

2C

CC

C

L>100dp

r-275000exp38500 式 r——MTBE反應(yīng)速率，mol/(kgh)R——8.314J/(molK)mm

WX 0式

A 式 T=463K，P=5bar，F(xiàn)=82.545×103mol/h，X=0.96 096 12.46551-XW82545096dX 催化劑密度ρ=774.23kg/m3V Q=（-195℃K=2522A 25278比表面積=A/Vb=717.98/5.51=130.3圓柱型管子比表面積=（πdh）/(πd2h/4)=4/d=130.3d=0.032m32mmΦ32×3mm，則床層總管長6m反應(yīng)管的排管采用正三角形，列管間距t=1.368do，do

第五 物料性MSDS（注：MSDSMaterialSafetyDataSheet，即化學(xué)品安全說明書，亦可Methyl木用，引起病變；可致代射性酸。急性：短時大量吸；燃爆前5OSHA200ppm