50000吨MTBE计算说明书

吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 1 目录 摘 要 3 Abstract 4 1 物料衡算 5 1 1 全车间的物料衡算 5 1 2 R 101 物料衡算 5 1 3 产品精馏塔物料衡算 7 1 4 萃取塔物料衡算 8 1 5 甲醇回收塔物料衡算 9 2 能量衡算 10 2 1 基础数据 10 2 2 E 101 热量衡算11 2 3R 101 热量衡算 12 2 4 E 104 热量衡算 13 2 5 E 105 热量衡算 14 2 6 T 0101 热量衡算 14 2 7 E 108 热量衡算 16 3 反应器工艺设计 17 3 1 反应器一段 17 3 2 反应器二段物料衡算表 18 3 3 反应器三段物料衡算 19 3 4 反应器各段热量衡算 19 3 4 1 基础数据 19 3 4 2R 101 一段热量衡算 19 3 4 3R 101 二段热量衡算 20 3 4 4R 101 三段热量衡算 20 3 5 反应器各段的密度的计算 20 3 5 1 R 101 一段平均密度 21 3 5 2 R 101 二段平均密度 22 3 5 3 R 101 三段平均密度 22 3 6 催化剂用量及床层高度的设计计算 23 3 6 1 基础数据和公式 23 3 6 2 催化剂各段的填充体积 23 3 6 3 反应器直径的确定 23 3 6 4 反应器高度的计算 27 4 精馏塔的工艺设计 28 4 1 物料平衡 28 4 2 各部分温度的计算 28 4 2 1 物性参考的计算 28 4 2 2 各部分温度的计算 30 4 3 回流比和理论塔板数 32 4 3 1 回流比的计算 32 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 2 4 3 2 最小回流比的计算 33 4 3 3 最小理论板数 34 4 4 进料位置 35 4 5 塔高和塔径的计算 35 4 6 气液负荷计算 37 5 设备计算及选型 39 5 1 换热器的设计计算 39 5 1 1 基本条件及数据 39 5 1 2 设计方案 39 5 1 3 物性数据 39 5 1 4 计算总传热系数 40 5 1 5 计算传热面积 41 5 1 6 工艺结构尺寸 41 5 2 换热器的校核 43 5 2 1 热量校核 43 5 2 2 换热器的流动阻力校核 45 5 3 泵的选型 46 5 4 进口管路阻力 47 5 5 出口管路阻力计算 48 5 6 全管路阻力计算 49 6 经济分析 51 6 1 流动资金的估算 51 6 2 成本估算 51 6 3 税金和利润 52 7 结论 54 参考文献 55 附录 56 附表 1 56 附表 2 57 附表 3 59 附表 4 61 附表 5 63 附表 6 65 附录 67 泡点温度计算程序框图 67 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 3 摘摘 要要 化学工业在我国发展十分迅速 MTBE 作为汽油添加剂 主要作用是提高汽 油的辛烷值 是大宗化工产品中很重要的产品 本设计是依据本学院即化学与 制药工程学院下达的任务书 模拟中国石油吉林石化公司有机合成厂原有的 MTBE 装置的工艺过程设计而成的 本装置为年产 5 万吨甲基叔丁基醚装置 以吉化 104 厂抽余碳四及工业甲 醇为原料 合成 MTBE 本装置年生产时间 7200 小时 平均生产 1 吨 MTBE 需要 原料混合碳四 1 4373 吨 工业甲醇 379 1 千克 甲醇过量 醇烯比 1 1 1 本设计主要是设备的工艺设计计算 物料衡算 热量衡算 工艺参数的选定 设备的结构设计 工艺尺寸的计算 辅助设备的选型 工艺流程图的绘制等内 容 关键词 物料衡算 热量衡算 设备工艺设计 工艺流程图 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 4 Abstract Chemical industry in China is developing very quickly MTBE is gasoline additive the main function is to improve the octane of the gasoline it is the important product in the commodity chemicals The design is based on the college namely school of chemical and pharmaceutical engineering of project simulation in petrochina jilin petrochemical company organic synthesis of the original MTBE device designed process This device for 50000 tons of methyl ether device p tertbutyl calix JiHua 104 with the carbon and industrial raw materials for four methanol synthesis MTBE The annual production time 7200 hours device Average production 1 ton to smoke more carbon materials MTBE four plus 1 4373 tons Isobutylene industrial methanol conversion 379 1 kilograms propylene glycol methanol excessive than 1 1 1 The design is design calculation of mainly equipment process including the material balance calculations heat balance calculations process parameter selection equipment structure design process of the size of the calculation auxiliary equipment selection process flow diagram of the draw etc Key word material balance calculations heat balance calculation process equipment design process flow diagram 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 5 1 物料衡算物料衡算 1 1 全车间的物料衡算全车间的物料衡算 每小时 MTBE 的量hkgM 44 6944 7200 1050000 3 hkmolM 78 78 15 88 44 6944 表 1 产品指标 等级 名称 合格品 m m 一级品 m m MTBE 0 98 7 98 甲醇 6 0 0 3 叔丁醇 7 0 5 0 反应器生成的纯 MTBE 的量 hkgP 16 6854987 0 44 6944 hkmolP 76 7715 88 16 6854 进入反应器的异丁烯的量 hkmolM 34 79 99 0 99 0 76 77 hkgM 91 445010 5634 79 进入反应器的甲醇的量 醇烯比 1 1 1 hkmolN 27 871 134 79 hkgN 26 279604 3227 87 1 2 R 101 物料衡算物料衡算 原料进入反应器的摩尔流量和质量流量 异丁烯进料量hkghkmolM 90 4450 34 79 再由各物质的组成和摩尔质量可分别算得各物质摩尔流量和质量流量 正丁烯为例 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 6 正丁烯的进料量hkghkmolx x 96 2969 94 52 34 79 30 96 44 1 原料甲醇的甲醇含量为 99 2 纯甲醇摩尔流量hkghkmolN 26 2796 7 87 原料甲醇中水的含量为 0 8 水的流量hkghkmolx x 67 12 7 0 27 87 8 0 2 99 1 1 已知 总反应总转化率为 99 异丁烯选则性为 99 甲醇进料量hkghkmolhkmolN 26 2796 27 871 1 34 79 表 2 原料组成 名称进料量摩尔分数质量分数摩尔质量 kmol hKg h m m Kg kmol 异丁烯 79 34 4450 91 28 14 32 36 56 10 1 丁烯 52 94 2969 96 18 77 21 59 56 10 丁二烯 0 19 10 48 0 07 0 08 54 00 正丁烷 33 16 1923 18 11 76 13 98 58 00 碳三 0 14 6 29 0 05 0 05 44 00 碳五 0 02 1 05 0 01 0 01 72 00 2 丁烯 28 23 1583 98 10 01 11 52 56 10 甲醇 87 27 2796 26 30 95 20 33 32 04 水 0 70 12 67 0 25 0 09 18 00 合计 281 99 13754 78 异丁烯的总转化量 hkmolhkmol 99 7292 0 34 79 hkghkmol 44 408710 56 99 72 转化为 MTBE 所需异丁烯的量 hkmolhkmol 26 7299 0 99 72 hkghkmol 79 405310 56 26 72 生成 TBA 的反应方程式 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 7 CH2 C CH3 CH3 H2OH3CCOH CH3 CH3 0 7kmol h 的 H2O 可生成 0 7kmol h 的 TBA 所以转化为 TBA 所需异丁烯的量 0 7mol h 生成副产物所需异丁烯的量 hkmol 79 0 99 0 1 34 79 转化为二三异丁烯所需异丁烯的量 hkghkmol 04 5 09 0 7 079 0 生成 MTBE 的反应方程式 CH2 C CH3 CH3 H3CCOCH3 CH3 CH3 CH3OH 生成 MTBE 量为hkghkmol 97 6369 26 7292 0 99 0 34 79 生成叔丁醇的摩尔流量hkmol 7 0 叔丁醇的质量流量 hkg 87 51747 0 生成二三异丁烯的量hkmol 0036 0 5 2 09 0 hkghkmol 04 5140 0036 0 剩余异丁烯的量 hkghkmol 92 357 38 6 92 0 1 34 79 反应掉的甲醇的量 因为甲醇与异丁烯按 1 1 反应 所以甲醇用量和异丁烯 用量相同 即反应掉的甲醇的量为hkmol 26 7299 0 92 0 34 79 剩余甲醇流量 hkghkmol 92 480 01 1526 7227 87 水全部反应生成叔丁醇 计算结果见附表 1 反应器物料衡算表 1 3 产品精馏塔物料衡算产品精馏塔物料衡算 要求 MTBE 产品含量98 7 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 8 塔底甲醇0 6 m m 二三异丁烯0 5 m m MTBE 精馏过程 MTBE 收率为 98 5 MTBE 精馏过程 MTBE 损失为 0 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 塔釜 MTBE 的量hkghkmol 64 6854 76 77 5 01 99 0 99 0 34 79 塔底成品 MTBE 的量hkg 03 6959 985 0 64 6854 塔底甲醇的量hkmolhkg 65 0 88 20 3 003 6959 塔底二 三异丁烯的量 07 0 03 6959 04 5 塔顶 MTBE 的量hkg 27 32 5 064 6854 塔顶甲醇的量hkghkmol 84 283 86 8 65 0 99 0 99 0 34 7927 87 计算结果见附表 2 产品 MTBE 精馏塔物料衡算表 1 4 萃取塔物料衡算萃取塔物料衡算 设计要求塔顶 甲醇含量0 04 质量分数 水0 03 质量分数 异丁烯 MTBE 塔顶采出 塔釜残液中碳四占进料的 0 1 萃取塔萃取水流量hkg 2100 萃取水由水和甲醇组成 甲醇的流量hkg 84 283 纯水的流量hkmolhkg 90 100 16 181684 2832100 塔顶含甲醇量hkghkmolhkmol 419 1 044 0 5 0 89 8 04 0 02 0 19 6568 419 1 hkg hkg 塔釜含甲醇量hkghkmolhkmol 46 282 82 8 995 0 86 8 塔顶含水量hkghkmol 82 1 10 0 1 090 100 03 0 027 0 19 6568 82 1 hkg hkg 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 9 塔釜含水量hkghkmolhkmol 38 1814 8 100999 0 9 100 塔顶总出料量 hkg 19 6568999 0 27 3298 1583 05 1 29 6 18 192348 1096 296932 44 82 1 419 1 塔釜总出料量 hkg 41 2103001 0 27 3298 1583 05 1 29 6 18 192348 1096 296932 44 18999 0 90 10046 282 其他碳四组分计算举例 塔顶正丁烯的流量hkghkmol 96 2966 89 52999 0 94 52 塔釜正丁烯的流量hkghkmol 97 2 053 0 001 0 94 52 计算结果见附表 3 萃取塔物料衡算表 1 5 甲醇回收塔物料衡算甲醇回收塔物料衡算 回收塔设计要求 塔釜甲醇含量0 5 塔顶含甲醇量hkghkmol 22 277 65 8 981 0 82 8 2 99 3 99 22 27763 3 22 277 塔顶含水量hkghkmol 63 2 2 0002 0 8 100 塔底循环甲醇量 8 82x0 019 0 17kmol h 5 37kg h 符合工艺要求 5 0 29 0 37 5 16 1861 37 5 塔釜含水量 hkghkmol 77 1810 6 100998 0 8 100 计算结果见附表 4 甲醇回收塔物料衡算表 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 10 2 能量衡算能量衡算 2 1 基础数据基础数据 根据进出热量平衡 即 Q进 Q出 进行热量衡算 1 tCGQ P 与 25 下的平均比热 J g P C 物料质量 kg G t 25 t 各组分质量百分率 wt 100 1 CpxC iPi x 以下计算是以 25 为基准计算 再某一温度下某处的全部物料比热容可以 以平均值代替 1 查出该温度下的所有组分的比热容 2 已查出 25 下的比热容分别取平均值 3 通过公式计算平均比热容 iPiPi xCC Pi C 各温度下的平均比热容见表 3 Pi C 表 3 个温度下的平均比热容 单位 kJ kg Pi C 组分10 35 49 55 60 76 78 6 80 89 8 异丁烯2 393 6 2 501 9 2 520 1 2 53975 612 2 2 519 7 2 626 3 2 684 5 1 丁烯2 562 4 2 739 4 2 748 7 2 82033 048 9 3 076 7 3 101 2 3 101 2 丁二烯2 259 8 2 383 7 2 403 8 2 42152 491 2 2 498 6 2 540 8 2 556 2 正丁烷2 365 1 2 475 4 2 489 2 2 50072 613 4 2 631 3 3 138 2 2 677 1 碳三2 612 2 2 847 1 2 899 8 2 94483 136 1 3 155 7 3 172 9 3 324 5 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 11 碳五2 329 1 2 417 4 2 432 5 2 44602 494 9 2 499 7 2 503 9 2 536 3 2 丁烯2 205 4 2 308 4 2 326 7 2 34222 402 5 2 408 5 2 413 5 2 663 8 异丁烷2 443 3 2 587 4 2 617 1 3 14242 745 7 2 756 2 2 765 3 2 839 7 甲醇2 461 0 2 534 0 2 584 1 2 608 3 2 62892 707 6 2 715 4 2 722 3 2 775 2 MTBE2 137 0 2 203 6 2 231 8 2 25532 335 2 2 216 8 2 354 9 2 395 3 叔丁醇2 672 0 2 706 6 2 722 3 2 73542 782 7 2 786 2 2 794 6 2 819 7 水4 184 8 4 196 3 4 177 3 4 17934 183 4 4 185 6 4 186 8 4 193 3 平均2 445 7 2 214 5 2 586 9 2 564 8 2 31012 687 1 2 834 4 2 618 2 2 788 6 2 2 E 101 热量衡算热量衡算 E 101 热量衡算框图见图 1 图 1 E0101 热量衡算框图 参考生产数据 E 101 物料出口温度为 55 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 12 原料带进的热量为 hkJtCGQ p 90 529173 2510 5648 2 78 13754 1111 回流液带进的热量 hkJtCGQ p 15 1507987 2576 6871 2 78 137548 08 0 2212 混合液带出的热量 hkJtCGQ p 03 1905026 2555 6871 2 78 137548 08 1 2313 热量平衡 即 Q进 Q出 所以水蒸汽带进的热量 hkJQQQQ 79 92621215 150798790 52917303 1905026 213 查得 9kg cm 的水蒸汽的汽化潜热为 v 2038 10kj kg 3 所需水蒸汽的量 hkg V Q G 45 454 10 2038 78 926212 4 2 3R 101 热量衡算热量衡算 R 101 热量衡算见框图 2 图 2 R0101 热量衡算框图 反应温度规定为 60 333K 表 4 物料系数 系数abc 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 13 名称 异丁烯17 33472 288x10 21 1504x10 4 甲醇 9 84760 09670 MTBE 14 96710 19810 2 ppp 242 42 cT 22 45420 08851 1504 10 d CabTCC TTT 生成物 反应物 14 9671 9 8476 17 3347 0 1981 0 0967 1 288 10 T 1 1504 10 T 333 298 298 333 42 298 9000 22 45420 08851 1504 10 9000785 897977 2613401 1999 9209 84 38497 13 436 72 p HHC dT TTdT Kcal Kmol KJKmol MTBE qKJKg MTBE 2 4 E 104 热量衡算热量衡算 E 104 热量衡算见框图 3 图 3 E0104 的热量衡算框图 T 101B 塔釜出料与 T 101A 塔顶进料换热 已知 T 101B 塔釜出料温度为 159 7 降为 60 进料带入的热量 Q1 1111 13760 66 2 5869 4925 854338 83 p QGCtkJ h 塔底出料带走的热量 Q2 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 14 2 222 6989 16 2 5248 159 725 2376947 34 p QGCtkJ h 塔底出料带走的热量 Q3 hkJtCGQ p 38 557740 2560 3101 2 16 6898 333 3 塔进料带入的热量 hkJtCGQ p 80 1981548 2580 6182 2 66 13760 414 4 12 Q Q Q854338 832345999 13231286 17 入 0 2Q 640067 99Q 入损失 hkJQQQQ 17 317935799 64006780 198154838 557740 43 损失出 2 5 E 105 热量衡算热量衡算 T 101 进料经 E 105 由 80 升温至 89 8 hkJtCGQ p 80 1981548 2580 6182 2 66 13760 1111 hkJtCGQ p 88 2486568 25 8 89 7886 2 66 13760 222 2 hkJQQQ 08 50502080 198154888 2486568 12 所需 9kg cm 的水蒸汽的量 m 3 hkg 79 247 10 2038 08 505020 2 6 T 0101 热量衡算热量衡算 T 0101 热量衡算见框图 4 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 15 图 4 T0101 热量衡算框图 规定回流比为 1 2 T 101 进料经 E 105 有 80 升温至 89 8 E 107 热量衡算 塔顶采出量 6855 37kg h hkJ tCGtCGQ VpVmVpVVV 28 2725434 25 8 89 7886 2 2 237 6855 12 1 hkJ tCGtCGQ NpNNNpNNN 39 2291397 25 6 78 8344 2 2 237 6855 12 1 hkJQQ hkJQQ NM NR 27 1041544 2 2 1 12 1249853 2 2 2 1 塔底出料带走热量kJ h2345999 10QQ 2W hkJQ 88 2486568 进 hkJ QQQQQ RWVB 38 1335011 88 248656912 124985310 234599928 272534 进 所需 9kg cm 的水蒸汽的量 3 hkg v Q m B B 03 655 1 2038 38 1335011 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 16 hkJ QQQ VNC 89 434036 39 229139728 2725434 冷却水的进口温度为 25 出口温度为 35 25 水的比热容为 4 170 35 水的比热容为 4 1785kJ kg kJ kg P 平均比热容为 1763 4 2 1785 4 1740 4 1CkgkJC o p hkg tC Q m px C C 86 10392 2535 1763 4 89 434036 2 7 E 108 热量衡算热量衡算 E 108 热量衡算见框图 5 图 5 E0108 热量衡算图 MTBE 成品经 E0108 由 60 冷却至 35 hkJtCGQ p 75 152759 2535 2145 2 16 6898 333 3 hkJtCGQ p 38 557740 2560 3101 2 16 6898 232 2 hkJQQQ 63 40498075 15275938 557740 321 冷却水进口温度为 25 出口温度为 35 hkgm 11 9697 2535 1763 4 63 404980 水 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 17 3 反应器工艺设计反应器工艺设计 3 1 反应器一段反应器一段 已知 一段反应转化率为 65 异丁烯选择性为 99 循环比 0 8 剩下的异丁烯的量hkghkmol 84 1557 77 27 65 0 1 34 79 设循环中的异丁烯 xkmol h hkghkmolx xx 32 1246 22 22 8 1 77 27 8 0 进入一段异丁烯的量 hkghkmol 52 5697 56 10122 2234 79 转化的异丁烯的量 hkghkmol 13 2893 57 5165 0 34 79 转化为 TBA 所需异丁烯的量 因为 1molTBA 1molH O 加黑色这段水的转化率为 100 2 0 7kmol h 的 H O 可生成 0 7kmol h 的 TBA 2 所以转化为 TBA 所需异丁烯的量hkghkmol 27 39 7 0 转化为二三异丁烯所需异丁烯的量 生成副产物所需异丁烯的量hkghkmol 32 44 79 0 99 0 1 34 79 转化为二三异丁烯所需异丁烯hkghkmol 05 5 09 0 7 079 0 生成 MTBE 的量hkghkmol 52 4500 06 5199 0 65 0 34 79 叔丁醇的量51 80kg h0 7kmol h 生成二三异丁烯的量hkghkmol 05 5 036 0 09 0 5 2 但用掉甲醇用量与异丁烯用量相同 hkghkmol 46 2864 06 5199 0 65 0 79 34 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 18 剩余甲醇流量 hkghkmol 17 1160 21 3606 5127 87 设循环中的甲醇 X kmol h hkghkmolx xx 20 928 97 28 18 0 21 36 8 0 设循环中 MTBE 的 xkmol h hkghkmol 75 3600 85 4006 518 0 循环中叔丁醇的量 hkghkmol 44 44 56 0 7 08 0 循环中二三异丁烯的量 hkghkmol 06 4 029 0 036 0 8 0 计算结果见附表 5 1 反应器一段物料衡算表 3 2 反应器二段物料衡算表反应器二段物料衡算表 二段转化率为 85 异丁烯选择性为 99 剩下异丁烯的量hkghkmol 65 667 90 11 85 0 1 34 79 设循环中的异丁烯 xkmol h hkghkmolx xx 07 534 52 9 8 1 90 11 8 0 进入二段异丁烯的量hkg 2047 40534 071513 33 转化的异丁烯的量hkghkmol 19 890 87 15 65 082 0 34 79 二段生成 MTBE 量hkghkmol 95 1384 71 1599 0 65 0 82 0 34 79 设循环中 MTBE 的 xkmol h hkghkmolx xx 57 4719 54 53 8 1 26 3771 15 8 0 反应掉的甲醇的量 甲醇用量和异丁烯用量相同 反应掉甲醇的量hkghkmol 47 508 87 15 65 0 82 0 27 87 剩余甲醇流量hkmolhkg 34 20 70 65147 50817 1160 设循环中的甲醇 xkmol h hkghkmolx x 70 520 27 16 8 1 34 20 8 0 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 19 二段生成二三异丁烯的量 hkghkmol 82 8 063 0 5 2 01 0 65 0 82 0 34 79 转化为叔丁醇的量为 0kmol h 计算结果见附表 5 2 反应器二段物料衡算表 3 3 反应器三段物料衡算反应器三段物料衡算 三段反应转化率为 92 异丁烯选择性 99 剩下异丁烯的量 hkghkmol 99 355 35 6 92 0 1 34 79 剩余甲醇流量 hkghkmol 44 457 28 1492 0 34 7927 87 生成 MTBE 的量 hkghkmol 97 6369 26 7299 0 92 0 34 79 三段二三异丁烯的出料量 hkghkmol 11 3 02 0 5 2 01 0 85 0 92 0 34 79 转化为叔丁醇的量为 0kmol h 计算结果见附表 5 3 反应器三段物料衡算表 3 4 反应器各段热量衡算反应器各段热量衡算 3 4 1 基础数据基础数据 1 各温度下的物料比热均为 2 6631J g 计 2 冷却水入口温度为 25 出口温度为 35 3 处理量为 21746 27kg h 4 反应热取 38559 76kJ mol 5 令各段循环物料相等或相近 3 4 2R 101 一段热量衡算一段热量衡算 hkJtCGQ p 51 658983 2535 8 16631 2 21 13747 进 进 hkJMTBEmQQ 34 196886106 5176 38559 生 反 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 20 hkJQQQ 86 262784434 196886151 658983 反进出 C CG Q t tCGQ P P o 88 6425 21 137478 16631 2 86 2627844 25 25 出 出 出 出出出 3 4 3R 101 二段热量衡算二段热量衡算 hkJtCGQ p 53 1976950 2555 8 16631 2 21 13747 进 进 hkJMTBEmQQ 32 61193887 1576 38559 生 反 hkJQQQ 85 258888832 61193853 1976950 反进出 C CG Q t tCGQ P P o 29 6425 21 137478 16631 2 85 2588888 25 25 出 出 出 出出出 3 4 4R 101 三段热量衡算三段热量衡算 hkJtCGQ p 23 2108747 2557 8 16631 221 13747 进 进 hkJMTBEmQQ 19 21415355 5 76 38559 生 反 hkJQQQ 42 232290019 21415323 2108747 反进出 C CG Q t tCGQ P P o 25 6025 21 137478 16631 2 42 2322900 25 25 出 出 出 出出出 3 5 反应器各段的密度的计算反应器各段的密度的计算 R 101 一段进口温度 35 出口温度为 64 39 R 101 二段进口温度 55 出口温度为 67 25 R 101 三段进口温度 57 出口温度为 60 50 各温度下物料密度 g cm 见 表 5 由内插法求得 3 以 60 25 异丁烯为例 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 21 33 6 539 5396 0 5443 0 5725 60 5472 0 5443 0 5557 mkgmtx x 表 5 物料在不同温度下的密度 温度 名称 35 55 57 60 25 64 29 64 88 异丁烯 0 57490 54720 54430 53960 53370 5329 1 丁烯 0 60470 57880 57610 57170 56630 5655 丁二烯 0 59950 57410 57120 56650 56350 5627 正丁烷 0 56180 53710 53450 53030 52500 5243 碳三 0 48630 44410 43940 43180 42230 4209 碳五 0 78630 76350 76110 75720 75230 7516 2 丁烯 0 57540 54860 54570 54100 53510 5343 甲醇 0 78890 76680 76450 76080 75610 7554 MTBE0 72460 70270 70050 69690 69250 6918 叔丁醇 0 77780 75490 75210 74750 74190 7410 水 0 99400 98570 98470 98310 98110 9808 3 5 1 R 101 一段平均密度一段平均密度 在温度为 35 下混合溶液的平均密度 33 00 624 624 0 60 1 9940 0 051 0 7778 0 17 0 7246 0 56 14 7889 0 06 15 5754 0 53 11 7863 0 0076 0 4863 0 046 0 5618 0 99 13 5995 0 076 0 6047 0 61 21 5749 0 89 221 mkgmtp p x P m i i m 在温度为 64 39 下混合溶液的平均密度 33 09 600 600 0 666 1 7410 0 37 0 6918 0 76 32 7554 0 45 8 5343 0 53 11 7516 0 0076 0 4209 0 046 0 5243 0 01 14 5627 0 076 0 5655 0 64 21 5329 0 02 111 mkgmtp p x P m i i m 一段平均密度 3 04 612 2 00 62409 600 mkg 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 22 3 5 2 R 101 二段平均密度二段平均密度 在温度为 55 下混合溶液的平均密度 33 74 616 616 0 6214 1 7549 0 38 0 7027 0 26 37 7668 0 80 6 5486 0 52 11 7635 0 0076 0 4441 0 046 0 5371 0 99 13 5741 0 076 0 5788 0 61 21 5472 0 27 8 1 mkgmtp p x P m i i m 在温度为 67 25 下混合溶液的平均密度 33 04 609 609 0 642 1 7419 0 37 0 6925 0 83 42 7561 0 73 4 5351 0 52 11 7523 0 0076 0 4223 0 046 0 5250 0 99 13 5635 0 076 0 5663 0 61 21 5337 0 85 4 1 mkgmtp p x P m i i m 二段平均密度 3 89 612 2 74 61604 609 mkg 3 5 3 R 101 三段平均密度三段平均密度 在温度 57 下混合溶液的平均密度 33 03 619 619 0 615 1 7521 0 38 0 7005 0 81 42 7645 0 73 4 5457 0 50 11 7611 0 0076 0 4394 0 046 0 5345 0 96 13 5712 0 076 0 5761 0 55 21 5443 0 84 4 1 mkgmtp p x P m i i m 在温度为 63 42 下混合溶液的平均密度 33 76 617 617 0 619 1 7475 0 37 0 6969 0 34 46 7608 0 33 3 5410 0 50 11 7572 0 0076 0 4318 0 046 0 5303 0 99 13 5665 0 076 0 5717 0 60 21 5396 0 59 2 1 mkgmtp p x P m i i m 三段平均密度 3 40 618 2 76 61703 619 mkg 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 23 3 6 催化剂用量及床层高度的设计计算催化剂用量及床层高度的设计计算 3 6 1 基础数据和公式基础数据和公式 1 处理量为 13747 21kg h 2 计算催化剂填充体积公式 V V 物料体积流率 m h R V S V 3 3 计算床层高度公式 H T 2 785 0 d VR 3 6 2 催化剂各段的填充体积催化剂各段的填充体积 hm P G V m 46 22 04 612 21 13747 3 1 1 1 hm P G V m 43 22 89 612 21 13747 3 2 2 2 hm P G V m 25 22 76 617 21 13747 3 3 3 3 3 6 3 反应器直径的确定反应器直径的确定 选取 3 7 10m s 3 催化剂床层截面积 2 3 1 1 687 1 107 33600 46 22 m n V A 2 3 2 2 684 1 107 33600 43 22 m n V A 2 3 3 3 671 1 107 33600 25 22 m n V A 反应器直径由公式 D A4 m A D466 1 14 3 687 1 44 1 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 24 m A D465 1 14 3 684 1 44 2 m A D459 1 14 3 671 1 44 3 反应器直径圆整为 D 1 5m 校核空塔速度 hm hm hm A V V A D A A D 59 123 69 122 71 12 4 14 3 5 1 46 22 1 4 4 2 2 选取 0 001m s 催化剂床层截面积 2 3 2 2 2 1 18 6 001 0 3600 25 22 23 6 001 03600 43 22 24 6 001 0 3600 46 22 mA mA mA 反应器直径由公式 D A4 0 3 81 2 4 82 2 4 82 2 4 3 3 2 2 1 1 D A D A D A D 反应器直径圆整为 D 3 6m 校核空塔速度 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 25 hm hm hm A V V A D A A D 588 33 591 3 2 596 3 4 14 3 82 2 46 22 1 4 4 2 2 选取 0 002m s 催化剂床层截面积 2 3 2 2 2 1 09 3 002 03600 25 22 12 3 002 03600 43 22 12 3 002 03600 46 22 mA mA mA 反应器直径由公式 D A4 0 2 98 1 4 99 1 4 99 1 4 3 3 2 2 1 1 D A D A D A D 反应器直径圆整为 D 2 6m 校核空塔速度 hm hm hm A V V A D A A D 23 7 3 22 7 2 22 7 4 14 3 99 1 46 22 1 4 4 2 2 相比较 D 1 5m 校核较好 故取 3 7 10m s 3 由 D 计算 V H 其中 RT 2 785 0 d V H S V V R T V R 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 26 反应器一段 S 10h时 V 1 m D V H m S V V hmVhkgG R T V R 27 1 5 114 3 25 2 44 25 2 46 22 21 13747 22 3 1 3 11 反应器一段 S 6h时 V 1 m D R H m S V V T V R 12 2 5 114 3 474 34 74 3 6 46 22 22 3 2 反应器二段 S 10h时 V 1 m D R H m S V V T V R 27 1 5 114 3 4243 2 4 243 2 10 43 22 22 3 2 反应器二段 S 6h时 V 1 m D R H mV T R 12 2 5 114 3 474 3 4 74 3 6 43 22 22 3 反应器三段 S 10h时 V 1 m D R H mV T R 26 1 5 114 3 4225 2 4 225 2 10 25 22 22 3 反应器三段 S 6h时 V 1 m D R H mV T R 10 2 5 114 3 4708 3 4 708 3 6 25 22 22 3 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 27 表 6 各段的计算结果 项目 段层 G kg h V m3 h VR m3 SV 6 VR m3 SV 10 HT D 2 0m SV 6 HT D 2 0m SV 10 第一 段 m 13747 2 1 22 463 742 242 121 27 第二 段 m 13747 2 1 22 433 742 242 121 27 第三 段 m 13747 2 1 22 253 712 232 101 26 3 6 4 反应器高度的计算反应器高度的计算 1 石英砂高度 1m 2 催化剂床层高度 mmmm8 326 1 27 1 27 1 3 床层和石英砂缝隙高度 5m 4 其他和封头高 3 5m 反应器总高 H mmmmm3 135 358 31 S 10h时合理 V 1 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 28 4 精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计 4 1 物料平衡物料平衡 已知 塔顶压力 P 0 5886Mpa 全塔压降P 29 4Kpa 饱和液进料 q 1 分离要求 塔底产品 MTBE 含量 98 7 塔底甲醇含量 0 3 未反应的甲醇回收水含量 0 8 精馏塔的进量及进料组成与反应器出口物料相同 本节在物料衡算章节已计算 根据分离要求 用清晰分割法 轻关键组分为甲醇 重关键组分为 MTBE 各物料流量如下 轻关键组分甲醇的量hkghkmol 84 283 86 8 塔底重关键组分中甲醇的量hkghkmol 88 20 65 0 塔顶出料总质量流量hkg 37 6855 MTBE 塔顶流量hkghkmol 27 32 37 0 MTBE 塔底流量hkghkmol 37 6820 37 77 塔底总质量流量hkg 16 6898 4 2 各部分温度的计算各部分温度的计算 4 2 1 物性参考的计算物性参考的计算 采用溶解度方程 2 1 ln RT V r L I l i 其中 组分的活度系数 1 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 29 组分之间液态摩尔体积 cm g mol l i V 3 i 组分溶解度参数 2 1 15 298 l i V ii V R H 溶解体积平均溶解度参数 i i 组分 i 的体积分数 l i i l ii i VX VX 组分 i 的汽化焓 cal g mol V i H R 气体常数 8 314cal g mol T 绝对温度 K 查得各组分的就可以算得各组分的活度系数 l i V i H 下面进料中以 MTBE 为例计算其活度系数 用临界温度计算 MTBE 的分子密度 0 67889g cm 8 89 3 63 1 88 15 129 84 10 1000678 89 1000 M Vmmol gJH 6686 313 3 2 1 6 2 1 45 13923 1084 129 314 8 15 29815 88669 313 15 298 mJ V R H l i V i 所以活度系数为 2 exp MTBE i MTBE RT V 求得总组分的就可以求得 MTBE 吉林化工学院学士学位毕业设计计算说明书 30 4 2 2 各部分温度的计算各部分温度的计算 查出各组分安托因常数 exp TCBAP 1 进料温度的计算 已知 各组分的活度系数 压力为 P 0 593Mpa 泡点 q 1 c 再由 hk i i i i i i i k k y k y x P P k MTBE 为重关键组分 泡点计算源程序见附录 设初值为 80 进料温度为 t 88 5 F 计算结果见表 8 表 7 物料的安托因常数