醚化装置丁烯-1车间工艺设计毕业论文.doc

醚化装置丁烯-1车间工艺设计毕业论文目录摘要IAbstractII1.绪论11.1.背景及目的11.2.国内外研究现状11.2.1. 丁烯-1的主要性质11.2.2.丁烯-1的应用11.2.3.主要生产工艺31.3.主要设计任务及研究思路51.3.1.主要设计任务51.3.2.研究方法52.工艺方案及工艺流程62.1.工艺方案评选62.2.工艺流程简述73.工艺计算83.1.物料衡算83.1.1.水洗塔83.1.2.甲醇回收塔113.1.3.脱轻组分塔143.1.3.1.泡点计算143.1.3.2.脱轻组分塔物料衡算153.1.4.丁烯-1精馏塔173.1.4.1.丁烯-1车间物料平衡223.2.能量衡算243.2.1.甲醇回收塔243.2.1.1.冷凝器的热负荷243.2.1.2.塔釜再沸器的热负荷243.2.2.脱轻组分塔253.2.2.1.塔顶全凝器的热负荷253.2.2.2.塔釜再沸器的热负荷263.2.3.丁烯-1精馏塔273.2.3.1.塔顶全凝器热负荷273.2.3.2.塔釜再沸器热负荷283.2.4.丁烯-1车间能量平衡284.主要设备选型及计算284.1.水洗塔284.1.1.塔径294.1.2.塔高计算304.1.3.各接管尺寸的确定324.1.3.1.进料管324.2.甲醇回收塔334.2.1.设备的选型334.2.1.1.浮阀塔的特点334.2.2.塔板数的确定334.2.2.1.回流比334.2.2.2.理论塔板数的确定344.2.2.3.全塔效率的估算（Oconenell法）354.2.3.精馏段与提馏段体积流量的计算364.2.3.1.精馏段364.2.3.2.提馏段384.2.4.主题尺寸的计算394.2.4.1.塔径的计算394.2.4.2.塔高的计算414.2.4.3.塔板结构尺寸的确定414.2.5.流体力学验算444.2.5.1.气体通过浮阀塔板的压力降444.2.5.2.漏液验算444.2.5.3.液泛验算454.2.5.4.雾沫夹带验算454.2.5.5.操作负荷性能图454.2.6.各接管尺寸的确定494.3.脱轻组分塔504.3.1.塔板数的确定504.3.2.塔的尺寸计算524.3.2.1.精馏段与提馏段体积流量的计算524.3.2.2.塔径的计算544.3.2.3.塔高的计算574.3.3.操作负荷性能图594.3.4.各接管尺寸的确定604.4.丁烯-1精馏塔614.4.1.塔板数的确定614.4.2.塔的尺寸计算634.4.2.1.精馏段与提馏段体积流量的计算634.4.2.2.塔径的计算654.4.2.3.塔高计算674.4.3.操作负荷性能图684.4.4.塔的各接管尺寸的确定694.5.附属设备的选型与计算714.5.1.回流冷凝器714.5.2.再沸器724.5.3.管壳式换热器的选型734.5.4.换热器的计算744.5.5.泵的选型764.5.5.1.泵的类型764.5.5.2.选型765.设计评述77谢辞78参考文献79醚化装置丁烯-1车间工艺设计1. 绪论1.1. 背景及目的近年来，随着我国原油加工能力的迅速提高和乙烯产量的不断增加，作为石化副产的碳四资源也在不断扩大。而目前我国对碳四在化工方面的利用率只有10%左右，美国、日本和西欧等工业发达国家碳四烃的利用率已达到了60%90%，可见我国碳四的化工利用率远远落后于发达国家的水平，尤其是丁烯-1的化工利用率极低，除了少量作为共聚单体和制备甲乙酮外，其余很大部分作为燃料烧掉。随着我国天然气工业的迅速发展和己烯-1等高碳-烯烃在树脂中的成功应用，作为共聚单体的丁烯-1面临着严峻挑战。如何充分合理利用低丁烯-1资源，生产国内继续的戊醛、戊醇、异壬醇、异癸醇等高附加值的产品，提高企业经济效益，已经成为人们关注的焦点。为此，本文着重介绍了从混合碳四中分离丁烯-1的主要工艺方法、工艺流程的设计以及相关的工艺计算和设备计算。1.2. 国内外研究现状1.2.1. 丁烯-1的主要性质丁烯-1，无色气体，蒸汽压为189.48kPa/10，闪点-80，熔点-185.3，沸点-6.3，不溶于水，微溶于苯，微溶于乙醇、乙醚， 相对密度(水=1)0.67，相对密度(空气=1)1.93，常温下性质稳定，危险标记 4(易燃气体);有毒，人体吸入后有轻度麻醉和刺激作用，并可引起窒息。易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。若遇高热，可发生聚合反应，放出大量热量而引起容器破裂和爆炸事故。与氧化剂接触会猛烈反应。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳。1.2.2. 丁烯-1的应用 、用共聚单体3丁烯-1用作LLDPE和HDPE的共聚单体，使共聚物的抗撕裂强度、抗冲击强度、使用寿命等性能得以改进。作为LLDPE的工具单体时，其平均含量约在8%10%；用作HDPE的共聚单体时，其平均含量为1%2%。当前我国因原料来源问题，主要仍以丁烯-1为共聚单体的产品。而世界上多少发达国家已采用较高级的-烯烃共聚单体如己烯-1和辛烯-1替代丁烯-1生产LLDPE和HDPE树脂，目前全球丁烯-1作为共聚单体的比例已降到30%以下，用高碳-烯烃代替丁烯-1生产高性能树脂产品已成为发展趋势。 、生产聚丁烯-1树脂2由丁烯- 1聚合而成的聚丁烯- 1是一种热塑性树脂。该产品为半透明、无色、无臭固体, 分子结构规整, 其耐化学性、耐老化性和电绝缘性均与聚丙烯相近。它的突出优点是抗蠕变性、耐环境应力开裂和抗冲击性能优于聚乙烯, 因此最主要的用途是作管材, 如供水管、热水管、工业用管和建筑物用管等。在薄膜、包装方面的应用正日益扩展。国外对聚丁烯- 1的研究较多, 目前已有很多国家生产出高全同结构、高结晶度的聚丁烯- 1塑料产品, 其生产工艺和催化体系与合成聚丙烯(PP)相似。国内对聚丁烯- 1的研究单位主要有青岛化工学院和中山大学, 其生产工艺仍处于实验阶段, 未见工业化报道。从环保和未来住宅建筑用水趋势而言, 使用聚丁烯- 1 管是大势所趋。因此利用丁烯资源生产聚丁烯- 1既可解决碳四的综合利用问题, 又可生产出国内短缺的产品, 从资源的有效利用及经济效益等方面考虑都是可行的。 、生产仲丁醇/甲乙酮5甲乙酮不仅是重要的精细化工原料和中间体, 还是一种性能优良的有机溶剂, 广泛应用于涂料、炼油、染料、医药工业、润滑油脱蜡、磁带、印刷油墨等领域。甲乙酮的生产方法主要有一步法和两步法。一步法为丁烯- 1在催化剂溶液中直接与氧反应生成甲乙酮。两步法为丁烯- 1先水合生成仲丁醇, 然后脱氢再生成甲乙酮。目前世界上甲乙酮的生产主要采用两步法。抚顺石油化工研究院成功开发出拥有自主知识产权的甲乙酮生产技术, 并得到工业应用, 极大地促进了我国甲乙酮的发展, 改变了我国甲乙酮产品依赖进口的被动局面。 、合成戊醛及衍生物通过氢甲酰化反应合成正戊醛是提高丁烯-1资源综合利用的一条有效途径。合成的戊醛是国内紧缺的精细化学品, 广泛用于生产香料、异癸醇等化工中间体。目前国内除少量戊醛来源于天然原料、杂醇油副产的分离精制外, 大部分产品依赖进口, 纯度99%的正戊醛价格为57 万元/ t。而戊醛经加氢生成的正戊醇和氧化生成的正戊酸用于医药、农药中间体、溶剂、涂料及润滑油添加剂等领域, 价格也不低于2. 5万元/ t 国内每年要进口数千吨。因此, 采用丁烯- 1氢甲酰化制戊醛具有巨大的市场前景和发展潜力。、 生产高级增塑剂醇丁烯- 1二聚、三聚或四聚是烯烃齐聚反应的一个主要分支, 其主要产物为异辛烯、异十二烯和异十六烯等产品。以异辛烯和异十二烯为原料, 利用氢甲酰化及醛加氢反应, 可制备出高级增塑剂的原料- 异壬醇和异十三醇。同时丁烯-1直接通过氢甲酰化反应合成正戊醛, 再经缩合及加氢反应得到异癸醇, 它是生产高级增塑剂的主要原料。目前我国增塑剂的原料醇品种只有丁醇、己醇及辛醇等分子量较小的低碳醇, 其产品的耐高温性、耐老化性较差, 且挥发性较高, 易从PVC 表面析出, 在环境中累积, 危害人类健康。而对于耐高温类型的异壬醇酯( DINP)、异癸醇酯( DPHP)及异构十三醇酯( DTDP) 类产品的生产尚属空白, 主要依靠进口。DINP、DPHP、DTDP 与邻苯二甲酸二辛酯( DOP)相比, 具有挥发性低、耐热性和耐肥皂水萃取性好、迁移性小等优点, 广泛应用于汽车工业、电缆工业及新型防水建材等特殊的应用领域,是一种具有发展前景的产品。1.2.3. 主要生产工艺目前，国内外几种主要的生产工艺：、德国Kruup Uhde技术5该技术以吗啉和N-甲基吗啉混合物作为萃取剂进行萃取，其特点是对丁烯的选择性高，溶解性较好，由于采用的萃取剂中不含水，因此不会在C4组分中混入水，方便后续工艺，产品收率可达95%。目前，已在国内3套甲乙酮装置中应用，效果较好。该方法流程简单，设备台数少，由热油作加热介质，空冷器作冷却设备，几乎不消耗低压蒸汽和循环水，能耗较低。、日本瑞翁工艺又称GPD工艺，其特点是在原有DMF萃取精馏法抽提丁二烯的工艺技术（GPB）的基础上，将GBP工艺中第一萃取精馏塔改为新型萃取精馏塔，改变其部分操作条件，使抽余C4中的丁二烯的含量可降至2050ppm，因而在丁烯-1生产装置无需再进行加氢处理。经萃取精馏塔抽提丁二烯之后的抽余C4，如通过MTBE或其他异丁烯分离装置，使其中的异丁烯含量低于0.3%，然后只需经过两个精馏塔就可以获得丁烯-1产品。该技术通过两次萃取精馏：一次萃取精馏分离丁烯馏分和丁烷馏分；二次萃取精馏得高纯度丁烯-1产品。 、日本石油化工公司的NPC技术日本石油化工公司开发的4塔蒸馏系列组成回收丁烯-1系统，其中前两个塔串联操作，从塔顶除去C4中的异丁烷。以前两塔的塔底出料为原料回收丁烯-1，纯度大于99%，回收率达96%，但由于丁烯-1与正丁烷的相对挥发度仅差1.10，因此需要140多块理论塔板的精馏塔。分离丁烯与丁烷要求塔的理论板数高，而且浮阀塔的效率不高；高效填料塔分离效果好，丁烯-1的纯度可达99.8%，而且能耗低。、UOP分离技术UOP公司提出利用物理方法分离混合C4，以制取高纯度丁烯-1的工艺流程。方案一：将混合C4加氢脱除丁二烯后，采用Sorbutene工艺，用带旋转阀的模拟移动床生产丁烯-1，所用的吸附剂为X型或Y型的结晶硅铝酸沸石分子筛，产品丁烯-1的纯度大于97.7%，回收率达88%。该工艺流程简单，能耗低，但丁烯-1回收率低。方案二：将醚化后的C4用吸附分离烯烃和烷烃的FLEX工艺及丁烯异构化工艺相结合生产丁烯-1.方案三：将醚化后C4中的丁烯-2二聚或三聚，生产高纯度丁烯-1，纯度达99.2%，回收率达96%。、烟台大学的萃取精馏工艺该工艺以甲乙酮和N-甲基吗啉混合物做萃取剂，对丁烯的选择性较高，溶解性好。目前已在国内一套甲乙酮装置中应用，效果较好，可得到纯度大于98%的丁烯-1产品。但萃取剂的选择性比吗啉和N-甲基吗啉差一些，要达到相同的萃取效果，设备的处理能力要大些。而且，甲乙酮的沸点较低，C4中携带的甲乙酮较多，导致萃取剂消耗量增大。、齐鲁石化的两段精馏工艺该工艺的原料C4、甲醇按一定摩尔比通过阳离子交换树脂床层，其中异丁烯与甲醇发生反应生成MTBE。醚化后的碳四用普通精馏方法精制丁烯-1，即可得到纯度达99.6%的丁烯-1产品。该工艺流程简单，对环境无污染，但分离丁烯-1塔板数目过多，回流比过大，能耗较高，产品损失也较大，故多用于乙烯裂解C4中的丁烯-1分离。1.3. 主要设计任务及研究思路1.3.1. 主要设计任务醚化装置的任务是通过脱硫、加氢反应、醚化反应，用普通精馏和超级精馏方法从炼厂碳四及抽余碳四原料获得MTBE产品、高纯度丁烯-1产品。副产品是含正丁烷、异丁烷的剩余碳四。该设计的主要任务是醚化丁烯-1车间的甲醇回收系统和丁烯-1超级精馏部分：甲醇水洗回收：含甲醇的醚后碳四进入甲醇水洗塔下部，与上部来的萃取水在塔内逆向进行液液萃取，水洗后得到甲醇含量小于50ppmwt的醚后碳四去丁烯-1超级精馏系统。塔釜的富甲醇水进甲醇回收塔进行精馏回收甲醇，塔顶得到的甲醇返回甲醇进料罐。塔釜的水溶液作为萃取水循环使用。丁烯-1超级精馏：水洗后的醚后碳四进入脱轻组分塔，经过超级精馏，将进料中的轻组分异丁烷脱除，塔顶的轻组分物料去轻组分线，进轻组分罐。塔釜的物料进入脱重组分，经过超级精馏，将进料中的重组分正丁烷，在塔顶得到丁烯-1产品，进丁烯-1产品中间罐。塔釜的重组分物料去重组分线，进重组分罐。1.3.2. 研究方法绪论部分主要是对设计题目的背景及目的作一下简要介绍，然后通过查阅文献资料了解国内外丁烯-1研究及生产现状，再对目前国内外应用较成熟的生产工艺流程作以介绍，并简要介绍了丁烯-1的主要性质及用途。第二部分分析国内已有的丁烯-1生产工艺的优缺点，经过分析对比，确定一条经济合理的丁烯-1生产工艺方案，并对整个工艺流程作详细介绍。第三部分是本次设计的一大重点即详细介绍丁烯-1车间的物料衡算、能量衡算。第四部分对该工艺中的主要设备进行选型及计算，以及对可能存在的问题提出一些解决办法。2. 工艺方案及工艺流程2.1. 工艺方案评选丁烯-1的生产工艺路线有多种，不同的原料所对应的工艺路线也不相同。随着研究、设计、生产的深入，丁烯-1产品的工艺路线不断地完善和优化，使得丁烯-1产品的质量和经济效益在不断提高。丁烯-1产品的生产工艺路线主要分为两大类：混合C4分离方法和化学合成方法（乙烯二聚法）。、混合C4分离方法4目前丁烯-1的生产主要以混合C4分离方法为主，混合C4一般来源是乙烯装置，其中含有丁烷、丁二烯、丁烯-1、丁烯-2、异丁烯等组分，这些组分的沸点相差很小。丁烯-1与异丁烯、丁二烯的相对挥发度差别极小，采用简单蒸馏方法难以有效分离。可采用超级精馏的方法进行分离，能量消耗大，在双烯烃存在下难以进行精馏操作。生产丁烯-1的难点在于如何脱除丁二烯和异丁烯。目前C4馏分的分离方法有：分子筛吸附法、萃取精馏法、化学反应分离法。目前，各生产装置普遍采用的是化学反应分离法。即利用化学反应将C4馏分中的丁二烯、异丁烯脱除，再利用精密精馏把比丁烯-1轻或重的C4分离掉，得到高纯度的丁烯-1产品。脱除丁二烯的方法除萃取精馏外还有加氢法及二者的组合。脱除异丁烯的方法有：异丁烯与甲醇醚化反应法、异丁烯水合反应法、异丁烯二聚的叠合反应法、异丁烯的聚合反应法（生成中、低分子聚丁烯）以及两种反应的组合。、化学合成方法化学合成方法即乙烯二聚法，反应方程式为： 主反应：C2H4+ C2H4 C4H8 副反应：C4H8+ C2H4 C6H12化学合成生产丁烯-1采用Zegler-Netta型系列催化剂。乙烯二聚法的缺点是成本高，因此为了节约乙烯资源，同时也为了合理利用资源，该设计选择混合C4分离方法生产丁烯-1。目前，国内以混合C4分离生产丁烯-1的装置中，均是以化学反应脱除丁二烯和异丁烯，只存在原料的不同和引进的技术和差异。该设计选用加氢和催化精馏脱除丁二烯和异丁烯，再利用超级精馏分离得高纯度丁烯-1产品。2.2. 工艺流程简述工艺流程图：图2.1 工艺流程图流程说明：本流程采用加氢、反应精馏深度醚化与超级精馏相结合的方法制备高纯度丁烯-1.即在加氢单元采用加氢除去丁二烯，在反应精馏单元，将来自MTBE装置的醚化剩余C4与甲醇进一步深度醚化出去异丁烯，此法比二聚法脱除异丁烯能耗低、设备少。最后通过两级超级精馏脱除轻组分和重组分后得到高纯度丁烯-1产品。工艺流程：抽余碳四经过预热器预热与新鲜甲醇混合后进入醚化反应器，通过深度醚化进一步脱除残余异丁烯以达到丁烯-1产品的规格要求。醚化反应器底部出来的物流去MTBE提纯工段进行提纯，反应器顶部出来的混合碳四及未反应的甲醇进入反应精馏塔脱除过量丁二烯至满足丁烯-1产品规格要求。至此，混合碳四中的异丁烯与丁二烯含量已达到丁烯-1产品规格要求。反应精馏塔顶出来的混合碳四一部分回流，其余部分由塔底进入甲醇水洗塔，与上部来的萃取水进行逆向液液萃取，塔底得到富甲醇溶液。富甲醇再经过预热器加热到泡点温度后进入甲醇回收塔，用普通精馏的方法进行分离，得到的甲醇产品经过冷凝换热一部分作回流，另一部分送至醚化反应器。回收塔底得萃取水返回水洗塔循环使用。从水洗塔顶部出来的碳四经过预热器加热到泡点温度后进入脱轻组分塔，脱除丙烷、异丁烷等轻组分。然后塔顶产物经过冷凝去轻组分罐，塔釜物料再泵送至丁烯-1精馏塔。在丁烯-1精馏塔中通过超精密精馏获得高纯度丁烯-1产品，产品从塔顶采出，经过换热一部分回流，另一部分经过进一步冷却去丁烯-1产品罐。塔釜出来的剩余混合碳四去重组分线。3. 工艺计算3.1. 物料衡算3.1.1. 水洗塔水洗塔进料组成如表3.1所示表3.1 原料组成组分分子量流量（kg/h）组成(i)（wt%）摩尔流量（kmol/h）摩尔分数x(i)碳三44.01470.891.070.01123正丁烷58.13419.47.947.210.07565异丁烷1559.029.5126.820.2814丁烯-156.1081644.132.1229.300.3074异丁烯4.00.080.0710.0007449反-2-丁烯798.515.1114.230.1493顺-2-丁烯649.312.2911.570.12141,3-丁二烯54.0920.238ppm0.00370.00003882碳五72.150.238ppm0.002770.00002906甲醇32.04156.12.954.870.05109水18.0161.40.030.07770.0008152二甲醚（DME）46.074.00.080.08680.0009107总计5283.210095.31251.0000根据物料性质，选择萃取操作条件：p=0.9MPa，塔内平均温度t=40。料水比为甲醇-混合C4：水=3:1（体积比），水相为连续相，分离要求塔顶产品中甲醇含量小于0.006%（质量）。塔顶：甲醇以外组分质量流量：5280.7-155.8=5124.9kg/h总质量流量： 甲醇的质量流量：5125.20.00006=0.3kg/h两相物性数据如下连续相：水 分散相：C4混合物 表3.2 40时，各物质的粘度，密度及表面张力14物质名称动力粘度/mPas密度/kgm-3表面张力/mNm-1丙烷0.082466.85.268正丁烷0.155555.810.29异丁烷0.118531.38.498丁烯-10.13556910.43异丁烯0.12656810.30反-2-丁烯0.18358011.22顺-2-丁烯0.21259812.021,3-丁二烯0.13159511.11戊烷0.199605.513.85甲醇0.439783.519.67水0.653992.269.63二甲醚0.131628.79.546 算得进料液的密度为 界面张力 分散相体积流量： 连续相体积流量： 甲醇与水混溶，其余各组分在水中的溶解度可由下式算得 式中，x为质量浓度，温度的单位：K代入数据算得各组分的溶解度，结果如表3.3表3.3 各组分在水中的溶解度15物质ABCDx丙烷-5554.90491569802207.9-1.4733.41110-5正丁烷-1160.148732991460.39-0.314843.98510-5异丁烯-566.908318039218.49-0.129163.2210-5丁烯-1-2991.5526840301193.7-0.8291119.3510-5异丁烯-919.438226306364.67-0.2503817.5910-51,3-丁二烯-2062.555458998816.4-0.542762.32410-5由此可以算出水洗塔底部流出物中各物质的流量，kg/h，如表3.4所示表3.4 水洗塔底各组分的流量物质丙烷正丁烷异丁烷丁烯-1异丁烯顺-2-丁烯流量0.40.10.10.60.00.1物质反-2-丁烯丁二烯戊烷甲醇水二甲醚流量0.10.00.0156.13125.20.7水洗塔顶物料组成，kg/h，如表3.5所示表3.5 水洗塔顶流出物的物料组成项目质量流量，kg/h质量分数，%摩尔流量，kmol/h摩尔分数丙烷46.60.911.060.0117正丁烷419.38.187.210.0797异丁烷1558.930.4226.820.2967丁烯-11643.532.0729.290.324异丁烯4.00.080.070.0008顺-2-丁烯649.212.6711.570.128反-2-丁烯798.415.5814.230.15741,3-丁二烯0.239ppm0.00370.000041戊烷0.239ppm0.00280.000031甲醇0.358.5ppm0.00940.0001水1.00.020.0550.0006二甲醚3.30.060.0870.001总计5124.9100.0090.40791.0003.1.2. 甲醇回收塔进料状态：进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。加热方式：间接蒸汽加热由于甲醇水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压其中塔顶压力为1.01325105Pa塔底压力为1.01325105+N（265530）Pa 表3.6 水-甲醇体系平衡数据xyt/xyt/xyt/0.0000.000100.0 0.1500.51784.4 0.7000.87069.3 续表3.60.0200.13496.4 0.2000.57981.7 0.8000.91567.5 0.0400.23093.5 0.3000.66578.0 0.9000.95866.0 0.0600.30491.2 0.4000.72975.3 0.9500.97965.0 0.0800.36589.3 0.5000.77973.1 1.0001.00064.5 0.1000.41887.7 0.6000.82571.2 可得t-x-y图 图3.1 水-甲醇体系t-x-y图 甲醇产品规格表3.7 甲醇产品组成组分质量流量，kg/h质量分数，%摩尔流量，kmol/h摩尔分数甲醇155.899.744.860.9955水0.40.260.0220.0045总计156.21004.8821.0000甲醇精馏塔进料组成，如表3.8所示表3.8 甲醇回收塔进料组成组分质量流量，kg/h质量分数，%摩尔流量，kmol/h摩尔分数甲醇156.10.04764.8720.0273水3125.20.9524173.4680.9727总计3281.31.0000178.341.0000根据物料守恒塔底物料组成如表3.9所示表3.9 回收塔底物料组成组分质量流量，kg/h质量分数，%摩尔流量，kmol/h摩尔分数甲醇0.30.00010.010.000057水3124.80.9999174.450.999943总计3125.11.0000174.461.0000进料物流的平均摩尔质量为 同理可得 表3.10 原料液、馏出液与釜残液的流量和组成名称进料液馏出液釜残液f/mol4.8724.860.012(摩尔分数)/%0.02730.99550.000054摩尔质量18.45131.97618.017续表3.10沸点温度t/95.364.799.783.1.3. 脱轻组分塔甲醇水洗塔塔顶出料为轻组分精馏塔的进料，其组成如表3.53.1.3.1. 泡点计算泡点进料，压力为0.6MPa，试差计算进料泡点温度如表3.11表3.11 泡点温度试差结果温度假设值/64405053511.3660.75290.97671.0441.001所以，进料泡点温度为51，该温度下的相平衡常数如表3.12表3.12 51下各组分的相平衡常数物质名称丙烷正丁烷异丁烷丁烯-1异丁烯顺-2-丁烯2.8630.8441.1511.0171.0370.763物质名称反-2-丁烯1,3-丁二烯戊烷甲醇水二甲醚0.8210.9690.2730.9620.02161.853轻组分塔主要是分离比丁烯-1轻的组分，以丁烯-1为重关键组分，则各物质相对挥发度可以用下式表示 表3.13 51时各组分的相对挥发度物质名称丙烷正丁烷异丁烷丁烯-1异丁烯顺-2-丁烯i2.8150.8301.1321.0001.0200.750物质名称反-2-丁烯丁二烯戊烷甲醇水二甲醚i0.8070.9530.2680.9460.0211.8223.1.3.2. 脱轻组分塔物料衡算异丁烷为轻关键组分，假定为清晰分割，即 , ，由于异丁烯和丁二烯与丁烯-1相对挥发度相近并且异丁烯和丁二烯含量很少，已符合丁烯-1产品规格要求，所以异丁烯和丁二烯在分离时全部进入塔底产品。则根据物料衡算可以得出塔顶及塔釜组成如表3.14所示。表3.14（a） 物料衡算结果编号组分进料fi馏出液di釜液wi1丙烷1.061.0602正丁烷7.2107.213异丁烷26.8226.82-0.0006W0.0006W4丁烯-129.290.09D29.29-0.09D5异丁烯0.0700.076顺-2-丁烯11.57011.577反-2-丁烯14.23014.2381,3-丁二烯0.003700.00379戊烷0.002800.002810甲醇0.009400.009411水0.05500.05512二甲醚0.0870.087090.4079DW解D和W完成物料衡算如下表3.14(b)表3.14（b） 物料衡算结果编号组分进料fi馏出液di釜液wi1丙烷1.061.0602正丁烷7.2107.213异丁烷26.8226.780.036续表3.14(b)4丁烯-129.292.7526.545异丁烯0.0700.076顺-2-丁烯11.57011.577反-2-丁烯14.23014.2381,3-丁二烯0.003700.00379戊烷0.002800.002810甲醇0.009400.009411水0.05500.05512二甲醚0.0870.087090.407930.697959.71由芬斯克公式计算最小理论板数 带入上式得 核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液中丙烷和二甲醚的含量 同理可计算出组分2,6,7,9,10,11在馏出液中的含量 可见，除关键组分以外的所有组分按清晰分割是合理的3.1.4. 丁烯-1精馏塔其进料组成如下表表3.15 丁烯-1精馏塔进料组成物质名称质量流量kg/h质量分数w摩尔流量kmol/h摩尔分数编号正丁烷419.10.12467.210.12071异丁烷2.10.00060.0360.00062丁烯-11489.10.442726.540.44453异丁烯4.00.00120.070.00124顺-2-丁烯649.20.19311.570.19385续表3.15反-2-丁烯798.40.237414.230.238361,3-丁二烯0.20.000060.00370.000067戊烷0.20.000060.00280.000058甲醇0.30.000090.00940.000169水1.00.00030.0550.00092103363.51.00059.711.000泡点进料，由前面的计算可知，泡点温度为60.7，压力为0.686MPa丁烯-1精馏塔主要是分离丁烯-1和重组分，以丁烯-1为轻关键组分，正丁烷为重关键组分，各组分的平衡常数和相对挥发度如表3.16和表3.17.表3.16 泡点进料的平衡常数K物质名称正丁烷异丁烷丁烯-1异丁烯顺-2-丁烯0.94021.26141.12631.14750.8566物质名称反-2-丁烯1,3-丁二烯戊烷甲醇水0.91811.07690.31880.91850.0296表3.17 进料温度下的相对挥发度物质名称正丁烷异丁烷丁烯-1异丁烯顺-2-丁烯1.0001.3421.1981.220.911物质名称反-2-丁烯1,3-丁二烯戊烷甲醇水0.9761.1450.3390.9770.031假定各组分满足清晰分割，则有 ， ， 虽然1,3-丁二烯的相对挥发度介于轻重关键组分之间，但是其含量已满足丁烯-1产品规格要求，所以1,3-丁二烯也满足清晰分割。根据物料衡算可以得出表3.18（a） 第二超级精馏塔物料衡算编号组分名称进料fi馏出液di釜液wi1正丁烷7.210.0014D7.21-0.0014D2异丁烷0.0360.0360续表3.15(a)3丁烯-126.5426.57-0.036W0.036W4异丁烯0.070.0705顺-2-丁烯11.57011.576反-2-丁烯14.23014.2371,3-丁二烯0.00370.003708戊烷0.002800.00289甲醇0.009400.009410水0.05500.05559.71DW解D和W完成物料衡算如下表表3.18（b） 第二超级精馏塔物料衡算结果编号组分名称进料fi馏出液di釜液wi1正丁烷7.210.0367.1752异丁烷0.0360.03603丁烯-126.5425.231.2374异丁烯0.070.0705顺-2-丁烯11.57011.576反-2-丁烯14.23014.2371,3-丁二烯0.00370.003708戊烷0.002800.00289甲醇0.009400.009410水0.05500.05559.7125.375734.2792由芬斯克方程计算最少理论板数 带入数据求得 核实清晰分割的假设是否合理，计算组分2,4,7在釜液中的含量 , , 同理可得，组分5,6,8,9,10在馏出液中的含量 可见，组分2,4,5,7,8,9,10按清晰分割是合理的，组分6按清晰分割略有误差应进行试差。将d6的第一次计算值作为初值重新做物料衡算：表3.19（a） 试差计算结果编号组分名称进料fi馏出液di釜液wi1正丁烷7.210.0014D7.21-0.0014D2异丁烷0.0360.03603丁烯-126.5426.54-0.036W0.036W4异丁烯0.070.0705顺-2-丁烯11.57011.576反-2-丁烯14.230.023514.2371,3-丁二烯0.00370.003708戊烷0.002800.00289甲醇0.009400.009410水0.05500.05559.71DW解D和W完成物料衡算如下表3.19（b） 试差计算结果编号组分名称进料fi馏出液di釜液wi1正丁烷7.210.03577.17432异丁烷0.0360.03603丁烯-126.5425.311.234异丁烯0.070.0705顺-2-丁烯11.57011.576反-2-丁烯14.230.02314.2171,3-丁二烯0.00370.003708戊烷0.002800.00289甲醇0.009400.009410水0.05500.05559.7125.476934.2335 解得 与初值校核基本相同，故物料分配合理3.1.4.1. 丁烯-1车间物料平衡丁烯-1车间物料衡算结果如表3.20所示表3.20 物流名称水洗塔进料丁烯-1采出重组分采出kg/h%wtkg/h%wtk