毕业设计（论文）-年产5万吨甲基叔丁基醚生产工艺设计.doc

摘 要本设计是年产10万吨甲基叔丁基醚装置生产工艺设计，主要以反应工段为工艺设计对象，在借鉴了国内外成熟的mtbe生产工艺和技术的基础上，结合了吉林市地区的自然及其地理条件，按任务要求生产量设计本工艺流程。由于我国目前是世界上汽油消耗量相当大而且用量正在大量增加的国家，而采用甲基叔丁基醚作为汽油添加剂，有提高汽油烷值和汽油燃烧效率、减少co和其他有害物(如臭氧、苯、丁二烯等)的排放等优点，因此建设此项目具有重要意义。我们采用的合成工艺是由混合碳四中的异丁烯和甲醇在强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂催化剂上进行反应最终合成mtbe。此次设计采用的技术虽不是业内最先进的，但是就我们目前的实际状况来讲是最成熟的。我们会坚持不懈地努力改进mtbe的生产工艺，望各位评委见谅。关键词：甲基叔丁基醚 异丁烯 甲醇目录摘要第 1 章 绪论11.1 概述11.1.1 mtbe生产历史和生产前景11.1.2 设计依据11.1.3厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成及人员21.2 工艺说明21.2.1 原材料规格21.2.2 副产品规格31.2.3 安全标准31.2.4 产品性质41.2.5 生产工序及工艺流程叙述61.2.6 生产控制一览表101.2.7 三废及处理10第 2 章 计算部分122.1 物料衡算122.1.1 全车间物料衡算122.1.2 反应器物料衡算132.1.3 mtbe精馏塔物料衡算192.1.4 萃取塔物料衡算202.1.5 回收塔物料衡算222.2 热量衡算232.2.1 一器一段循环冷却器e-101热量衡算242.2.2 一器一段热量衡算242.2.3 t101b塔底出料换热器e104的热量衡算262.2.4 t101进料换热器热量衡算262.2.5 t101热量衡算（包括t101b塔底再沸器e106，t101a塔顶冷凝器e107）272.2.6 e108热量衡算282.3 反映器部分的计算312.3.1 r101各段出口温度的计算312.3.2 r101各段密度的计算322.3.3 催化剂用量和床层高度的计算332.3.4 反应器直径的计算342.4 精馏塔的计算362.4.1 精馏塔物料平衡362.4.2 精馏塔各部分温度的计算372.4.3 回流比和理论塔板数372.4.4 进料位置的计算372.4.5 精馏塔全塔热平衡372.4.6 精馏塔塔径和塔高的计算372.5 萃取塔计算372.5.1 萃取塔理论级数的确定372.5.2 萃取塔塔径的计算372.5.3 萃取塔塔高的计算372.6 换热器的计算372.7 泵的计算372.7.1 进口阻力372.7.2 372.8 技术经济核算37- iii -第 1 章 绪论1.1 概述甲基叔丁基醚（mtbe）是一种高辛烷值汽油添加剂，用mtbe取代四乙基铅可减少环境污染。mtbe也是一种不腐蚀、低污染、成本低的碳四分离新手段。裂解得到的聚合级异丁烯，供丁烯橡胶使用。含异丁烯0.5以下的直链丁烯用作丁烯氧化脱氨制丁二烯的原料。将mtbe进行分解，所得的异丁烯只需要进行经过简单蒸馏及洗涤，即可得到99.5的高纯度异丁烯。mtbe作为新兴的重要的化工产品，已广泛应用在法国、意大利、加拿大等国家。在我国也有着广泛的开发前景。1.1.1 mtbe生产历史和生产前景自1970 年raycher发现醇和烯烃醚化反应后的数十年间，有关文摘指导极少，但却有大量的专利指导了甲基叔丁基醚。1973年意大利第一套10万吨/年的mtbe工业装置投产后，作为新兴汽油添加剂，mtbe引起了各国石油化学界的普遍重视，其产量每年以54的速度增长。mtbe工业是当今极有前途的新兴工业之一。1979年我国才开始研究mtbe合成工业。1983年我国第一套500万吨/年化工型mtbe工业装置建成后，增长的速度较快，已形成一定规模的生产能力。制备mtbe的原料异丁烯的技术发展呈多样化的趋势，用一种异丁烷制异丁烯的技术生产mtbe极为理想。总收率达95.mtbe生产工艺普遍采用用酸性的离子交换树脂合成mtbe，用meoh和异丁烯在液相70100下通过酸性的离子交换树脂在填充床内进行。离子交换树脂是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。我国继齐鲁5500吨/年mtbe装置投产后，上海燕山、吉化、浙江、抚顺等mtbe工业装置相继投产。第一套采用催化蒸馏新工艺的4万吨/年mtbe工业装置建成投产，标志着我国生产工艺水平达到80年代国际先进水平。现在的中国石油吉林分公司的mtbe生产水平已达到5万吨/年.1.1.2 设计依据【12】根据要求，设计年产10万吨mtbe的生产工艺。由于mtbe取代四乙基铅可减少环境污染，且用途广泛，促使世界各国对mtbe的需求量日益增加，因此世界各国在寻求更先进的方法，投资建厂生产mtbe。由此可见，建设项目具有十分重要的意义。目前合成mtbe的方法主要有:1、离子交换树脂法2、硫酸法3、催化蒸馏法。目前催化蒸馏法最先进，但远没有广泛应用。硫酸具有腐蚀性，因此本设计是采用离子交换树脂法。此法工业应用最早，技术上比较成熟，采用一器一塔流程，能耗低，经济合算。由于位于松花江畔，水源充足，所以设计的车间建设在松花江畔，且既靠近丰满水电站又临热电厂及动力厂，能源充足，且资源也较富足。本设计装置所用的原料由吉化104厂丁二烯抽取。所用的甲醇原料来自吉化化肥厂生产的甲醇，为mtbe的 生产奠定了雄厚的基础。1.1.3厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成及人员1.1.3.1厂址选择本厂建于吉林市铁东，其原因是水电充足。1.1.3.2设计地区的自然条件吉林市自然条件如下：平均气压755.66mmhg 最高温度36.6 最低温度-38平均相对湿度71最大冻土深度7.410cm 最大降雪量420mm平均风速2.7m/s松花江水温15 最高水温251.1.3.3车间组成及结构本厂包括生产车间和辅助车间。辅助车间包括：办公室、工艺组、设备组、化工班、机修。本车间为连续自动化生产，共分四个班，四班三倒的作息制度，全年生产7200小时。1.1.3.4设备布置由于生产无赖哦易燃易爆，主要设备露天布置，考虑到吉林地区冬季温度较低，而且时间较长的气候状况，泵集中安装在室内，反应器及塔并排安装，冷凝器及换热器安装在二楼和三楼上控，调节仪表安装在控制室。1.2 工艺说明1.2.1 原材料规格本装置以吉化炼油厂液化气分离车间催化裂解碳四（含异丁烯18）和本厂丁二烯抽提车间抽余碳四 (含异丁烯34.1)两者以51.326：1（重量比）混合为碳四原料。表1 原材料规格序号原料名称控制项目名称和指标备注1混合碳四原料异丁烯含量18420.8 、 0.5acn20ppm 、 阳离子4ppm水0.03 、 其他碳四：平衡以计2甲醇外观：无色透明液体 、比重：0.7910.792初馏点;6465.5 、蒸馏量99.2游离酸：0.002 、 游离碱0.005水0.05、 酸值（koh mg/g）0.035蒸馏残渣0.002以hac计以计3碱液naoh含量64盐酸溶液hcl含量125触媒外观：灰白球状、孔容：0.250.29ml/g交换当量:4.24.8mg当量/g干树脂膨胀比：1.31.75、强度：99比表面;1315、粒度：1060目1.2.2 副产品规格表2 副产品规格序号名称规格单位设计定额1丁烯-1丁烯-141、18.4异丁烯0.4、甲醇0.15mtbe0.5t19.072残液馏分mtbe98.7kg101.2.3 安全标准【3】1.2.3.1 防火、防爆等级和卫生标准根据生产所用原料，中间产品和成品的性质，对生产各部分的防火防爆标准规定如下：表3 防爆等级和卫生标准序号地点防火等级防爆等级避雷等级1装置区甲级级二类2泵房甲级级二类3中间罐区甲级级二类1.2.3.2 材料及成品的爆炸范围及卫生安全浓度表4材料及成品的爆炸范围及卫生安全浓度序号名 称闪点自燃点爆炸极限爆炸极限空气中允许浓度mg/l上 限下 限1碳三组分66.74555101120.52碳四组分40804551220.13碳五组分406.91.254甲 醇1243336.55.50.055mtbe26.78.41.60.351.2.3.3 安全措施本装置安全特点：原料碳四、甲醇、副产品丁烯-1馏分以及成品mtbe等都是易燃易爆介质。闪点低于环境温度，其蒸气与空气在不正常操作情况下。如误操作，设备拆卸检修等均有可能形成爆炸性混合物。甲醇、mtbe有一定毒性，辅助材料和盐酸等的水溶液则有一定的腐蚀性，且系统操作压力也较高。具体措施：（1）控制可燃物质，文明生产，消除跑、冒、滴、漏，防可燃物质外流。（2）格局空气和氧化剂，设备要密闭，采用氮封，水封等是可燃物与氧气隔绝。（3）消除着火源。（4）防火势和爆炸波的扩展和蔓延，不形成新的燃烧条件。（5）提高安全技术，加强安全管理。1.2.4 产品性质【3】1.2.4.1 mtbe物理性质表5 mtbe物理性质常 数 名 称单位数据沸 点55.2冰 点108.6闪 点26.7生成自由能（gf298）液 相kj/mol119.90气 相535.30自 燃 点460爆 炸 范 围空气vol1.68.4液 体 比 重（d15.56）0.746临 界 压 力amt33.85溶 解 度20在100g水中溶醚g4.8920在100g醚中溶水1.5燃 烧 热kj/35.1079蒸 发 潜 热kj/321.1776液 体 热 容kj/k2.1328折 光 指 数（20）1.3689绝对熵液 相kj/mol265.1806气 相357.6446生成热液 相kj/mol313.3991气 相1.2.4.2 mtbe化学性质mtbe化学性质如下：（1）mtbe与氧气或空气接触时，不能形成爆炸性过氧化物。（2）mtbe与强无机酸相接触，则会发生分解反应，生成异丁烯、甲醇及烃类。（3）mtbe在酸性三氧化二铝存在下，于20和压力条件下，生成异丁烯、甲醇，由此性质可生成高纯度异丁烯。（4）mtbe与甲醛在阳离子树脂上于140反应生成异戊二烯、甲醇。（5）mtbe在230280，在有催化剂存在下与空气氧化可以生成异戊二烯。1.2.4.3 生产原理mtbe是由混合碳四中的异丁烯和甲醇在强酸性苯乙烯大孔阳离子交换树脂催化剂上进行合成。主反应方程式: +副反应方程式: + （tba） 选择工艺参数，必须综合考虑动力学和热力学因素，采用外循环冷却绝热式固定床反应器，采用水萃取法回收过量甲醇后，以蒸馏方式使甲醇水分离，甲醇循环使用。1.2.5 生产工序及工艺流程叙述本车间分为反应、精馏、回收三个工序。来自836#罐区的混合碳四原料经frq109进行流量记录与累积后进入碳四原料储罐v101，v101液面通过lica101液面调节器保持稳定，来自845b区的工业甲醇经frq110进行流量记录与累积后进入甲醇储罐v102，其液面由lia115进行液面指示与报警，当槽内压力过2389.03pa后开启水喷淋降温。由p108a/b泵来的回收甲醇，也进入v102槽，v101罐中的碳四经原料泵p101a抽出，由frc101控制流量8.922t/hr与p102a/b甲醇泵来的甲醇接触，醇烯比1.051.2：1进入x101混合器混合。 碳四原料进入p101泵签经在线色谱ar101分析原料中异丁烯含量，v102中的甲醇经甲醇原料泵p102a/b抽出，经fi111计量后与p101来的碳四混合。碳四原料、甲醇经x101混合后进入原料冷却器e123，以12的冷冻盐冷却，出口温度由tic102控制在255，冷却后的物料进入保护反应器r103a/b，以脱除原料的金属阳离子。r103内装有树脂3.85立方米，物料经过床层后，氧离子浓度即可由4ppm降至1ppm以下。脱除阳离子的新鲜物料由r103出来后，与第一醚化反应器r101a/b一段循环物料混合一起进入原料换热器e101，在e101中由trc101表调节蒸汽加热或循环水冷却，控制出口温度为55，然后进入r101a/b的一段，原料中的异丁烯与甲醇在接触媒床层进行反应。 一段一器操作条件：压力：1570537.5pa，入口温度：55，出口温度76.43，充分利用热能和控制碳四转化率74，一段一器反应终了后，由一段一器循环泵p103a/b抽出部分物料，循环到原料换热器e101，循环量由frc102控制循环比为0.8，其余部分进入一段二器继续反应。 由二段流出的物料，温度为71.7，压力为1530007.5pa，经一器二段循环泵p104a/b抽出，视情况一部分经一器二段经循环冷却器e101冷却后，循环回到二段上部，循环量由frc103控制，冷却温度由trc103控制为69，另一部分物料则通过一器二段出口冷却器e103冷却温度由trc104控制为69之后进入r101b(a),即一器三段中，三段操作条件：出口压力：1530007.5pa，出口温度：71.7. 当物料经过三段床层反应后，异丁烯转化率达93，当一段或二段触媒严重失活时，a与b互换。 由反应器r101a/b流出的物料通过调节器prc102维持第一醚化反应器系统压力和出口物料平衡。该物料经醚踏底出料换热器e104与一醚塔t101底部排出物料mtbe进行热交换，使之加热到80，而后进入一醚塔预热器e105，用911925pa蒸汽加热，用trc105控制温度为89.8，进入第一脱醚塔第46块板。 t101塔的热量，根据处理物料的不同分别用30蒸汽或9 蒸汽通过一醚塔底再沸器e106加热供给，通过trc106控制35块板温度为156，塔底获得纯度为98.7以上的产品mtbe，塔底排出物料由lica控制，保持液面稳定的前提下，经一醚塔底出料换热器e104与进料换热后，其温度由159.7降至60，然后经mtbe成品冷却器e108冷却至40以下，进入mtbe成品储罐v107a/b。当发现mtbe成品中胶质超过指标时，t101塔可改由第二块板侧线采出mtbe成品。t101塔底出来胶质残液，残液径遥控阀hv105控制，经e124残液冷却器冷却至40以下，进入残液罐v115,再经残液泵p117a/b送出界外，t101塔顶馏出的碳四和剩余的甲醇经一醚塔冷却器e107冷却后进入一醚塔回流槽v103,冷凝液用一醚塔回流泵p105a/b经frc104控制，流量为8.918t/hr，打回塔内回流，其余部分通过液面调节器lrca103与流量调节器frc105串级调节。 t101塔顶的压力通过压力调节器prc103进行控制，一般情况下用冷凝器的冷却水量调节控制塔压力，当不凝气增加而用冷却水量无法控制塔顶压力时，则开启手动遥控阀hica 101,将不凝气体排放至火炬系统。表6 一醚塔操作条件：进料塔顶塔底压力12.1/（1226032.5pa）12.0/（1215900pa）12.6/（1276695pa）温度89.880.4159.7回流比1.20来自v103回流槽的物料，经萃取塔进料冷却器e109冷却到2540，然后进入萃取塔t103下部，萃取水由塔上部引入，丁烯-1馏分由塔顶流出，萃取液由塔底流出。萃取相界面和压力分别由lica106和prc106控制。t103为筛板塔，萃取液为连续相。萃取水来自萃取水槽v105，由萃取水泵p107a/b送入t103上部，水量由fic107控制，碳四烃经t103水洗后，控制甲醇含量0.15，自压排入丁烯-1馏分槽v108，t103底部的萃取液其中含甲醇10左右，去甲醇回收塔。表7 t103塔操作条件：操作温度2540操作压力45.2/（405300526890pa）液面控制50烃水重量比1.64.4来自t103底含615甲醇的萃取液，经萃取水换热器e116与来自甲醇回收塔t104底的甲醇，塔釜夜2.64t/hr(103.3)热交换，被加热到75.5之后，在甲醇塔进料预热器e117中由tic111控制被9蒸汽加热到96.4后，进入甲醇回收塔t104回收甲醇。t104塔的热量由3蒸汽加热的甲醇塔再沸器e108供给，蒸汽量由frc126控制。萃取水中的甲醇得以回收，被回收的甲醇由塔顶蒸出，经甲醇塔冷凝器e119冷凝后，进入甲醇塔回流槽v106，冷凝液用回流泵p109a/b，打入塔内回流，回流量由t104塔灵敏板trc113控制，其余部分0.265 t/hr，通过液面调节器lica109控制，经套管冷却后送入甲醇储罐v102循环使用。v106槽的不凝气通过带有夹套冷却的放空管排出大气。t104塔底含甲醇0.5的釜水.再由液面调节器lica108抽出，在萃取水换热器e116回收热量后，再经萃取水冷却器e115冷却到40，而后进入萃取水槽v105.为防止萃取塔和甲醇回收系统有害杂质的积累，故通过lica107连续定量的排出少部分萃取水至下水道。大部分萃取水循环至萃取系统。为了补充萃取水的不足，由fic108控制连续补充脱盐水0.272 t/hr.表7 t104塔操作条件：进料塔顶塔釜温度（）9667.4103.3压力（pa）常压回流比5当稀甲醇储槽v110中的甲醇需要进行提纯精制时，则可以利用稀甲醇泵p102将稀甲醇送至萃取水换热器e116入口与萃取塔底来的萃取液按一定比例一同送甲醇回收塔进行回收。由mtbe成品冷却器e108来的mtbe成品进入mtbe成品贮罐槽v107a/b中，由mtbe成品泵p110a/b抽出，经frq119进行流量记录与累计后，间断送油品车间，845b罐区c104槽以备外运，为保证v107a/b槽压力为0.31.0/，设有一套分程调节装置pica107,当槽内压力低于0.3/g时，a阀开，补入氮气，当压力高于1.0/时，b阀开，向火炬系统泄压。来自萃取塔t103顶的合格丁烯-1馏分自压进入丁烯-1馏分槽v108中，在此缓冲脱水，废水排入化污系统，丁烯-1馏分则由丁烯-1馏分泵p110a/b抽出，经frq118进行流量记录与累积之后，再经在线色谱仪ar102分析后，去氧化脱氢车间丁烯抽提工段，多余部分由lica110在保持v108槽液面稳定的前提下，送往成品车间805罐区，丁烯抽提停车时，则全部送805罐区。各生产工序中产生的不合格产品，可根据物料组成情况分别收集与v108a/b，v113槽中，之后再适时的一不合格品泵p112a/b或p101a/b送有关设备进行处理。碳四原料罐v101、丁烯-1馏分罐v108以及不合格品罐v109a/b、v113槽，当冬季槽内压力低于0.3/或温度低于5时，则分别开启升压e120、e121、e122进行升压或升温。e120液面由lic111控制，压力由prc101控制；e121液面由lic112控制，压力由prc108控制；e122液面由lic113控制，压力由prc109控制.为了收集蒸汽冷凝液，装置内设有低压水膨胀槽v11230/蒸汽凝水和9/蒸汽凝水收集与v112中，在v112中闪蒸罐3/饱和蒸汽，闪蒸罐的3/饱和蒸汽部分利用于用气设备的热源以及综合楼气源，部分经减压到1.0/，饱和蒸汽在用作热源。v112槽的压力保持在2.903.10/。当压力高于3.20/时，b阀开，多余气体排出界区。v112闪蒸后的3/蒸汽凝水，由lic114控制液面，冬季做采暖，夏季全部送出界区。生产过程中压力排放事故排放气体均收集于汽液分离槽v114中，经缓冲后再排入火炬系统，捕集液由不合格品泵抽回装置中。生产中使用的工业品离子交换树脂购入后为含水钠型，因此在加入反应器前需要进行活化处理，以使其转化为氢型，又离子交换树脂在使用一段时间后，由于原料中微量阳离子的存在，致使其活性逐渐降低，也需进行再生处理，故装置中设有树脂再生反应器r104和树脂装卸喷射器，以及脱盐水升压泵p115。1.2.6 生产控制一览表表8生产控制一览表序号取样点分析方法控制指标1碳四原料罐除金属阳离子为化学或比色法，其余为色谱法异丁烯含量18420.8 、 0.5 acn20ppm 阳离子4ppm、水0.03 2甲醇罐气相色谱法按gb-338-76工业一级品要求3丁烯-1馏分罐气相色谱法异丁烯0.4甲醇0.15mtbe0. 54保护反应器口阳离子1ppm 水0.035e101出口气相色谱法6r103入口气相色谱法7r101内气相色谱法8r101a出口气相色谱法9r101b出口气相色谱法10t101入口气相色谱法甲醇、0.111t101内气相色谱法12v105排污甲醇含量0.513r104入口化学分析法hcl含量2414r104出口化学分析法naoh含量261.2.7 三废及处理表9三废及处理序号名称规格数量数量排放点备注正常t/h最大t/h1含醇废水甲醇0.50.272v105排化污水池2酸碱废水ph 51018v104排化污水池3化验室废水ph 5100.6排化污水池4含油废水油烃10ppm320辐射水池排化污水池5废气2.8/hv106排大气6残液mtbe98.735.0/ht101第 2 章 计算部分2.1 物料衡算【1】2.1.1 全车间物料衡算2.1.1.1根据设计要求：mtbe年产量为5万吨，按年工作量为7200小时计算，则每小时产工业mtbe量:根据设计要求：成品、副成品指标： 合格品 一级品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）按合格产品计算：（产品中纯mtbe含量为98%）则产品中含纯mtbe2.1.1.2反应器各段生成的mtbe的量：反应器b出口的mtbe的量（mtbe精馏过程mtbe收率为98.5%） 根据设计要求：反应器的一段转化率为74；二段转化率 至86；总转化率为93反应器a出口的mtbe的量（设计要求：反应器总转化率93，反应器a总转化率86，设反应器的mtbe收率99%）2.1.1.3进入反应器a的异丁烯的量进入反应器a的异丁烯的量2.1.2 反应器物料衡算2.1.2.1 反应器a进料组成及流量表10 原料抽余碳四的组成及各组分的流量组分分子量质量分数kg/kg质量流量kg/h摩尔分数kmol/kmol摩尔流量kmol/h丙烯42.080.004687.120.00612.07丙烷44.100.0069130.690.00892.96异丁烷58.120.22194202.810.215472.31正丁烯56.110.30805833.550.3096103.97正丁烷58.120.06181170.500.059920.14反丁烯56.110.08631634.530.086729.13顺丁烯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异丁烯56.110.25224776.690.253585.13水18.000.00035.680.00090.321.000018940.091.0000335.79通过已知数据按比例计算新鲜甲醇中纯甲醇流率为2464.67表11 工业甲醇的组成及流量：名称摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg分子量甲醇76.920.99842464.670.999032.04水0.110.00141.970.000818其他0.020.00020.500.000232工业甲醇77.051.00002467.141.0000表12 通过已知数据按比例计算得混合甲醇流率为3013.88 kg/h名称丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯丁二烯水甲醇其他质量流量kg/h0.230.3711.4615.923.184.462.660.060.100.192.392972.360.50则醇烯比为：1.09：1 满足设计要求。表13 反应器a进料组成及流量（醇烯混合物的组成及流量）组分摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg丙烯2.080.004887.350.0040丙烷2.970.0069131.060.0060异丁烷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顺丁烯17.430.0406978.070.0446正戊烷0.320.000722.790.0010丙二烯0.810.001932.300.00151，3-丁二烯1.260.002968.370.0031异丁烯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其他杂质含量可忽略不计2.1.2.2 反应器一段反应产物及循环物料的组成及流量：主反应方程式: +副反应方程式: +2.5 异丁烯二.三异丁烯已知异丁烯生成mtbe的选择性为99%，甲醇生成mtbe的选择性为100%.一段反应转换率为74%，反应的异丁烯为: mtbe产量为: 由于生成1的tba需要1的水，所以生成tba的量为 0.45生成二.三异丁烯的量为 ：剩下的异丁烯流量为:剩下的甲醇流量为 : 表14 反应器一段出口反应产物的组成及流量：组分摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg丙烯2.080.005787.350.0040丙烷2.970.0081131.060.0060异丁烷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顺丁烯17.430.0476978.070.0446正戊烷0.320.000922.790.0010丙二烯0.810.002232.300.00151，3-丁二烯1.260.003468.370.0031异丁烯22.130.06041241.710.0566甲醇30.400.0830974.020.0444mtbe62.370.17025497.920.2506tba0.450.001233.350.0015二.三异丁烯0.070.00029.820.0004366.381.000021943.351.0000根据设计要求循环物料的循环比控制范围为0.55.0。所以取循环物料的循环比为0.8.设循环循环物料中含异丁烯的量为x,则 解得x= 17.70同理可得循环物料中含mtbe的量为49.90 含甲醇的量为24.32表15 则反应器一段循环物料的组成及流量：组分摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg丙烯1.660.005769.880.0040丙烷2.380.0081104.850.0060异丁烷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顺丁烯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异丁烯17.700.0604993.370.0566甲醇24.320.0830779.220.0444mtbe49.900.17024398.340.2506tba0.360.001226.680.0015二.三异丁烯0.060.00027.860.0004293.171.000017562.561.00002.1.2.3 反应器二段出口物料的组成及流量到二段时异丁烯反应转换率达到86%反应的异丁烯的量: mtbe产量为: 二.三异丁烯的产量为 : 剩下的异丁烯流量为 : 甲醇流量为: 表16 反应器二段出口物料的组成及流量组分摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg丙烯2.080.005887.350.0040丙烷2.970.0083131.060.0060异丁烷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顺丁烯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异丁烯11.920.0335668.830.0305甲醇20.290.0569650.090.0296mtbe72.480.20346389.110.2910tba0.450.001333.350.0015二.三异丁烯0.110.000315.430.0007356.281.000021953.161.0000根据设计要求循环物料的循环比控制范围为0.85.0。所以取循环物料的循环比为0.8,设循环循环物料中含异丁烯的量为x,则 解得x= 9.54同理可得循环物料中含mtbe的量为57.98含甲醇的量为表17 则反应器二段循环物料的组成及流量：组分摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg丙烯1.660.005869.880.0040丙烷2.380.0083104.850.0060异丁烷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顺丁烯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异丁烯9.540.0335535.060.0305甲醇16.230.0569520.070.0296mtbe57.980.20345111.20.2910tba0.360.001326.680.0015二.三异丁烯0.090.000312.340.0007285.021.000017562.531.00002.1.2.4 反应器三段出口物料组成及流量到三段时异丁烯反应转换率达到93%反应的异丁烯的量 mtbe产量为 二.三异丁烯的产量为 ： 剩下的异丁烯流量为 甲醇流量为 表18 反应器三段出口物料组成及流量：组分摩尔流量kmol/h摩尔分数kmol/kmol质量流量kg/h质量分数kg/kg丙烯2.080.005987.350.0040丙烷2.970.0085131.060.0060异丁烷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顺丁烯17.430.0498978.070.0446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异丁烯5.960.0170334.420.0152甲醇14.390.0411461.060.0210mtbe78.380.22376909.200.3147tba0.450.001333.350.0015二.三异丁烯0.140.000419.640.0009350.351.000021954.021.00002.1.3 mtbe精馏塔物料衡算根据设计要求：塔底甲醇 0.003 （wt），二.三异丁烯 0.005 （wt，mtbe精馏过程mtbe收率为98.5%，未反应的异丁烯全部从塔顶馏出，tba与二.三异丁烯存在于成品mtbe中，塔底mtbe的量为：塔底成品mtbe的量为：塔底甲醇的量为 ：塔底二.三异丁烯的质量分数为：19.64/6944.45.78=0.0028 （满足设计要求）塔顶mtbe的量为：塔顶甲醇的量为：已知精馏塔进料组成和流量为反应器出口物料的组成和流量表19 对精馏塔进行物料衡算列表如下：名称进料kg/h质量分数kg/kg馏出液kg/h质量分数kg/kg釜液kg/h质量分数kg/kg丙烯87.350.004087.350.00580.000.0000丙烷131.060.0060131.060.00870.000.0000异丁烷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1638.990.07471638.990.10870.000.0000顺丁烯978.070.0446978.070.06490.000.0000正戊烷22.790.001022.790.00150.000.0000丙二烯32.300.001532.300.002110.000.00001，3-丁二烯68.370.003168.370.00450.000.0000异丁烯334.420.0152334.420.02220.000.0000甲醇461.060.0210440.230.02920.830.0030mtbe6909.200.3147103.640.00696805.560.98932tba33.350.00150.000.000033.350.0048二.三异丁烯19.640.00090.000.000019.640.002921954.021.000015074.641.000