年产5.5万吨MTBE装置工艺设计

摘要本设计为年产55万吨MTBE装置工艺设计，主要完成了甲基叔丁基醚的物料衡算和热量衡算、精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器和泵等辅助设备的设计计算。查阅了化工设计概论、化工原理课程设计、化工热力学、化工原理、分离工程等资料。设计并绘制了甲基叔丁基醚的带控制点的工艺流程图、设备平面布置图及局部管道布置图。在软件设计计算中运用了ASPENPLUS模拟流程，完成了简捷计算、严格计算。在精馏塔设备计算中，通过ASPEN模拟可知，理论塔板数38块（除冷凝器与再沸器），进料位置为第10块板，回流比为7。甲基叔丁基醚塔结果均在要求范围内，能都达到设计的分离要求，完成了设计任务。关键词甲基叔丁基醚；精馏；工艺设计IABSTRACTTHEDESIGNFORPROCESSDESIGNOFANNUAL55000TONSWITHMTBEDEVICE,MAINLYTOCOMPLETETHEMATERIALBALANCEOFMETHYLTERTBUTYLETHERANDHEATBALANCE,DISTILLATIONTOWER,OVERHEADCONDENSER,TOWERBOTTOMREBOILERDESIGNANDCALCULATIONOFTHEPUMPANDOTHERAUXILIARYEQUIPMENTREFERTO“INTRODUCTIONTOCHEMICALENGINEERINGDESIGN”,“COURSEDESIGNOFPRINCIPLESOFCHEMICALINDUSTRY”,“CHEMICALENGINEERINGTHERMODYNAMICS”,“PRINCIPLESOFCHEMICALINDUSTRY”“SEPARATIONENGINEERING”DATADESIGNANGDRWNTHEPROCESSFLOWDIAGRAM,EQUIPMENTLAYOUT,EQUIPMENTLAYOUTANGPIPINGLAYOUTWITHTHECONTROLPOINTSOFMTBEINTHESOFTWAREDESIGNANDCALCULATIONUSINGASPENPLUSSIMULATIONPROCESS,COMPLETEDTHESIMPLECALCULATION,RIGOROUSCALCULATIONINTHECALCULATIONOFTHEDISTILLATIONCOLUMNEQUIPMENT,THROUGHTHEASPENSIMULATION,THENUMBEROFTHEORETICALPLATES38EXCEPTFORTHECONDENSERANDREBOILER,FEEDLOCATIONFORTHETENTHPLATES,REFLUXRATIOIS7METHYLTERTBUTYLETHERCOLUMNRESULTSINTHEREQUIREDRANGE,CANMEETTHEREQUIREMENTOFTHEDESIGNOFSEPARATION,COMPLETEDTHEDESIGNTASKKEYWORDSMETHYLTERTBUTYLETHERDISTILLATIONPROCESSDESIGN目录摘要IABSTRACTII第一篇设计说明书1第1章概述211MTBE生产的历史前景的沿革312厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成4121厂址选择4122设计地区的自然条件4123车间组成4124车间状况4125设备布置4第2章工艺说明521原材料规格522原材料及动力消耗定量523副产品规格624安全标准6241防火、防爆等级和卫生标准6242生产的材料、半成品及成品的爆炸范围及卫生安全浓度625产品性质7251MTBE物理性质7252MTBE化学性质8253MTBE生产原理8254MTBE生理化学性质9255MTBE主要用途926生产工序及工艺流程叙述3927异常现象及处理方法1228三废及处理13第二篇设计计算书15第1章物料衡算1611全车间物料衡算1612反应器物料衡算17121反应器A进料组成及流量17122反应器二段出口物料的组成及流量20123反应器三段出口物料组成及流量2213MTBE精馏塔物料衡算2314萃取塔物料衡算2515回收塔物料衡算28第2章热量衡算2921一器一段循环冷却器E0103热量衡算429I22反应器一段热量衡算3123T0101塔底出料换热器E0107的热量衡算3224T0101进料换热器热量衡算3425T0101热量衡算3426E0109热量衡算36第3章精馏塔的计算53931物性参数计算39311温度压力确定39312平均相对分子质量计算39313平均密度计算40314液相平均表面张力计算40315液相平均粘度计算4032气液负荷计算4133精馏塔塔体工艺尺寸计算41331塔径的计算和选择41332溢流装置43333塔板布置45334开孔数N与开孔率4534筛板的流体力学验算46341气体通过筛板压降相当的液柱高度46342雾沫夹带的验算47VE343漏液验算48344液泛验算4935塔板负荷性能图50351雾沫夹带线50352液泛线51353液相负荷上限线52354漏液线52355液相负荷下限线5336塔体高度计算55361塔顶封头55362塔的顶部空间高度55363塔的底部空间高度55364进料板处板间距55365人孔55366裙座55367塔总体高度56第4章塔顶冷凝器计算5641冷凝器的设计56411确定流体流动空间56412计算平均传热温差57II413估算传热面积57414传热管工艺结构尺寸5742换热器核算5843塔底再沸器选型61431平均传热温差61432估算传热面积61第5章塔进料泵的选型计算6151泵的初选6152管路阻力系数计算6253进料泵的最终选型63第6章塔接管的选型65第7章技术经济核算66第8章环境保护6881编制依据6882执行的有关法规及规定6883环境质量标准6884排放标准6885环保措施68851环境影响因素68852施工期环境影响分析69结论71参考文献72附录设备一览表73致谢750第一篇设计说明书1第1章概述甲基叔丁基醚，英文缩写为MTBE（METHYLTERTBUTYLETHER），溶点109，沸点552，是一种无色、透明、高辛烷值的液体，具有醚样气味，是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组份，作为汽油添加剂已经在全世界范围内普遍使用。它不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。另外，MTBE还是一种重要化工原料，如通过裂解可制备高纯异丁烯，作为橡胶及其它化工产品的原料。MTBE是含氧量为182的有机醚类。它的蒸汽比空气重，可沿地面扩散，与强氧化剂共存时可燃烧。MTBE的工业上的质量纯度要求一般约为97995，分子式为。甲基叔丁基醚这种汽油添加剂的辛烷值是33CHO115，化学含氧量较甲醇低得多，利于暖车和节约燃料，蒸发潜热低，对冷启动有利。MTBE与汽油可以任意比例互溶而不发生分层现象，与汽油组分调和时，有良好的调和效应，调和辛烷值高于其净辛烷值。MTBE含氧量相对较高，能够显著改善汽车尾气排放。它具有良好的化学安定性和物理安定性，在空气中不易生成过氧化物，而且其毒性很低，在生产和使用过程中，不会产生严重毒害人体健康的问题。由于对环境保护的更高要求,世界各国都对汽油提出无铅化要求。在二十世纪九十年代,美欧各国通过立法制定了清洁汽油标准。我国从2001年开始实行汽油无铅化并制定了新的汽油标准,对汽油质量提出了新的要求。新标准明确规定含氧量不低于20,这对全世界的炼油行业都产生了巨大冲击,为了适应清洁汽油的生产和环境保护的需要,由FCC联产MTBE和TAME等醚类汽油稳定剂的生产技术得到了很大发展,MTBE等醚类产品是当代较理想的汽油稳定剂,近期内尚无其它产品可以取代。但是，MTBE极易溶解于水中，主要由于地下和地上汽油贮罐的泄漏，美国在地下饮用水体中越来越多地发现了MTBE。MTBE即使浓度很低也会造致水质恶臭，美国环保局已将MTBE列为人类可能的致癌物质。而MTBE的生产状况还取决于甲醇、丁烷和汽油的价格。如果甲醇价格迅速降至达不到再投资经济性丁烷价格降到与汽油关系保持原水平，汽油价格在全球范围大幅度提高，则到2000年全球MTBE用量将从1849MT/A增长到2086MT/A，主要增长在远东。如果甲醇价格缓慢下降，丁烷价格略高于通常水平，欧洲和远东的汽油价格基本保持现有水平，则对欧洲MTBE的使用将产生不利影响，在远东市场亦将受到抑制。如果甲醇和丁烷的价格使生产MTBE不具竞争力，则更多的MTBE装置将进行调整，有些可能不得不停产。总的来说，MTBE市场在100年内将保持稳定，总增长率比早期预计的低。但而美国的需用量则略有下降。对于MTBE在燃料中作为充氧剂OXYGENATE的禁令可能从建议实施的日期延缓一到两年。美国参议院环境与公共事务委员会表决从2004年全面禁止使用MTBE年上半年美国开始使用乙醇代替MTBE作为充氧剂，MTBE需用量2比2000年同期约下降2，或每天112万桶。截至2006年，世界汽油用MTBE的年产能力仍约2100104T，在禁用MTBE的呼声日益高涨的情况下，MTBE装置本身的生存将受到严峻考验。11MTBE生产的历史前景的沿革自1970年RAYCHER发现醇和烯烃醚化反应后的数十年间，其有关文摘指导极少，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，MTBE作为新兴汽油添加剂，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一1。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意大利SNAN公司研发了直链丁烯异构制异丁烯的新方法，MTBE增加80MTBE生产工艺普遍采用用酸性的离子交换树脂合成MTBE，用MEOH和在液相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4IC是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。用硫酸作催化剂合成MTBE的工艺也不是很理想。催化剂蒸馏是当今MTBE醚化工艺的发展方向，世界公认的MTBE生产技术元老意大利斯拉姆公司的PARETGIANCALO等人对新技术作了改进，采用六块塔盘的泡罩踏，将催化剂支撑体系设计的更为合理。1987年底用于甲醇和异丁烯摩尔为简化。在相同条件下，该工艺能耗为非催化剂蒸馏的60，催化更为简化，催化蒸馏新工艺在高纯度异戊烯、异丙苯、二甲醚工业生产中推广应用。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。设计依据根据要求，设计年产55万吨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。3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。12厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成121厂址选择本厂建于吉林市铁东，其原因是水电充足。122设计地区的自然条件吉林市自然条件如下平均气压75566MMHG最高温度366最低温度38平均相对湿度71最大冻土深度7410CM最大降雪量420MM平均风速27M/S松花江水温15最高水温25123车间组成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。124车间状况占地面积058公顷125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。4第2章工艺说明21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含异丁烯341两者以513261（重量比）混合为碳4C四原料2。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184208、053C5ACN20PPM、阳离子4PPM水003、其他碳四平衡以计4NH2甲醇外观无色透明液体、比重07910792初馏点64655、蒸馏量992游离酸0002、游离碱0005水005、酸值（KOHMG/G）0035蒸馏残渣0002以HAC计以计3NH3碱液NAOH含量64盐酸溶液HCL含量125触媒外观灰白球状、孔容025029ML/G交换当量4248MG当量/G干树脂膨胀比13175、强度99比表面1315、粒度10602/MG目22原材料及动力消耗定量以生产1吨987MTBE计1原料5序号原料名称规格单位设计消耗定额备注1碳四异丁烯含2522吨2672甲醇一级工业品千克3852辅助材料序号原料名称规格单位设计消耗定额备注1触媒干燥工业品千克052氢氧化钠6千克43盐酸12千克1223副产品规格以每生产1吨987MTBE计，副产品丁烯1、残液馏分的数量如下序号名称规格单位设计定额1丁烯1丁烯141、1844C异丁烯04、甲醇015MTBE05T19072残液馏分MTBE987KG1024安全标准241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序号地点防火等级防爆等级避雷等级1装置区甲级2Q级二类2泵房甲级级二类3中间罐区甲级2级二类242生产的材料、半成品及成品的爆炸范围及卫生安全浓度6爆炸极限爆炸极限序号名称闪点自燃点上限下限空气中允许浓度MG/L4IC1碳三组分667455510112052碳四组分4080455122013碳五组分40691254甲醇12433365550055MTBE267841603525产品性质251MTBE物理性质常数名称单位数据沸点552冰点1086闪点267液相11990生成自由能（GF298）气相KJ/MOL53530自燃点460爆炸范围空气VOL1684液体比重（D1556）0746临界压力AMT338520在100G水中溶醚489溶解度20在100G醚中溶水G15燃烧热KJ/351079蒸发潜热KJ/3211776液体热容KJ/21328折光指数（20）136897液相2651806绝对熵298S气相KJ/MOL3576446液相生成热0298H气相KJ/MOL3133991252MTBE化学性质（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。253MTBE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3CH3CHCOHCO（MTBE）323333CH3642/HKJMOL副反应方程式3C3CHCCO（TBA）3H2O3383498/HKJMOL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。254MTBE生理化学性质（1）MTBE蒸汽吸入以及MTBE对眼睛的刺激作用相当于无铅汽油的水平，MTBE被皮肤吸收后的作用相当于乙醇的刺激程度。（2）麻醉程度MTBE是一种较弱的麻醉剂，对人类麻醉性程度高于无铅汽油。（3）新陈代谢作用被吸入人体的MTBE在最初1小时有75被呼出，相当于挥发性碳氢化合物的程度。255MTBE主要用途（1）MTBE是良好的无铅高辛烷值汽油添加剂。（2）MTBE是油质、胶质、油漆、芳烃以及粘合剂的良好溶剂。（3）MTBE是醚解可制的高纯度异丁烯，从而将后者进一步加工成异戊橡胶或聚异丁烯橡胶。26生产工序及工艺流程叙述3本车间分为反应、精馏、回收三个工序。混合碳四原料经FRQ0101进行流量记录与累积后进入碳四原料储罐V0101，V0101液面通过LRCA0101液面调节器保持稳定，工业甲醇经FRQ0102进行流量记录与累积后进入甲醇储罐V0102，其液面由LRCA0102进行液面指示与报警，当槽内压力过238903PA后开启水喷淋降温。由P108A/B泵来的回收甲醇，也进入V0102槽，V0101罐中的碳四经原料泵P0101A抽出，由FRC101控制流量8922T/HR与P0102A/B甲醇泵来的甲醇接触，醇烯比105121进入X101混合器混合。碳四原料进入P0101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P0102A/B抽出，经FI111计量后与P0101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385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15705375PA，9入口温度55，出口温度7643，充分利用热能和控制转化率74，一段一04IC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08，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717，压力为15300075PA，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R101BA,即一器三段中，三段操作条件出口压力15300075PA，出口温度717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898，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2CM2CE106加热供给，通过TRC106控制35块板温度为156，塔底获得纯度为987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1597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塔顶馏出的烃和剩余的甲醇经一醚塔冷却器4CE107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8918T/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HICA101,将不凝气体排放至火炬系统。一醚塔操作条件进料塔顶塔底压力121/2CM（12260325PA）120/2CM（1215900PA）126/2CM（1276695PA）温度8988041597回流12010比来自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015，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。T103塔操作条件操作温度2540操作压力452/2CM（405300526890PA）液面控制50烃水重量比1644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264T/HR1033热交换，被加热到755之后，在甲醇塔进料预热器E117中由TIC111控制被9/蒸汽加热到964后，进入甲醇2CM回收塔T104回收甲醇。T104塔的热量由3/2CM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0265T/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05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0272T/HRT104塔操作条件进料塔顶塔釜温度（）966741033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11V107A/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0310/，设有一套分程调节装置PICA107,当槽内压力低于03/时，A阀开，补2CM2CM入氮气，当压力高于10/时，B阀开，向火炬系统泄压。2CM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03/或温度低于5时，则分别开启升压2CME120、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2CM水和9/CM2蒸汽凝水收集与V112中，在V112中闪蒸罐3/CM2饱和蒸汽，闪蒸罐的3/CM2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10/CM2，饱和蒸汽在用作热源。V112槽的压力保持在290310/CM2。当压力高于320/CM2时，B阀开，多余气体排出界区。V112闪蒸后的3/CM2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。27异常现象及处理方法现象原因处理方法反应压力过高（低）调节阀不好使进料量大或小走旁路，修调节阀，调节进料量反应温度低进料温度低2循环比大3树脂失活调整进料温度、调整循环比、再生和更换树脂12反应温度高1进料温度高调整进料温度、调循环比塔顶重组分多原料重组分多2釜温高3顶温高4回流小降低进料温度、减少蒸汽量、降低回流液温度、增大回流塔顶轻组分多1原料轻组分多2进料温度低3釜温低4回流量大提高进料口位置、提高进料温度、加大蒸汽量、减少回流塔压增大1操作温度高2原料轻组分多3塔负荷大4不凝气多维持操作温度、控制轻组分含量、降低负荷。、排不凝气塔液泛1负荷大2釜温高3升温速度太快降低负荷、减少蒸汽量、缓慢升温塔顶温度高或低1回流量小或大2回流温度高或低3塔压高或低调回流比、调冷却水量、调塔压力塔压降低1釜温低2放空阀未关3放空阀漏4冷凝水量大增加蒸汽量、关放空阀、检修塔釜温度高或低1蒸汽量大或小2回流量小或大调整气量、调回流量萃取液中甲醇含量高1萃取水量小2界面地3萃取水中甲醇含量高调水量、调界面、调T104塔操作萃取液中带水1操作温度高2界面高调温度40、降低界面萃取液中带碳四1萃取水量大2操作温度高调温度40回收甲醇中水含量高1塔底温度高2回流量小减少蒸汽量、增大回流量T104塔底甲醇含水量高釜温低加大蒸汽量泵不上量1液中有气2过滤器堵3安装不合理切换、清洗、重新安装丁烯1馏分不合理1甲醇含量高2异丁烯含量高3MTBE含量高调T103塔操作、调R101异丁烯转化率、调T101塔操作1328三废及处理三废废水、废气、废渣。数量数量序号名称规格正常T/H最大T/H排放点备注1含醇废水甲醇050272V105排化污水池2酸碱废水PH51018V104排化污水池3化验室废水PH51006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28/HV106排大气6残液MTBE987350/HT10114第二篇设计计算书15第1章物料衡算11全车间物料衡算根据设计要求MTBE年产量为55万吨，按年工作量为7200小时计算，则每小时产工业MTBE量43,510KGM7689H2H根据设计要求成品、副成品指标合格品一级品MTBE980（M/M）985（M/M）甲醇06（M/M）04（M/M）叔丁醇07（M/M）05（M/M）按合格产品计算（产品中纯MTBE含量为995）则产品中含纯MTBE,3M7689KGH05760KGH2MOL15L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99）2760/764/9KGHKGH24/810/815MOLL根据设计要求反应器的一段转化率为80；二段转化率至90；总转化率为96反应器A出口的MTBE的量（设计要求反应器总转化率96，反应器A总转化率80，设反应器的MTBE收率99）1870KMOLH8096M732KMOLH,32L15G6485G进入反应器A的异丁烯的量8710KOLHN9KOLH616,N9165KMOLH61KGOL5142KGH进入反应器A的甲醇的量1/0/LML054324/3702/KOHKGOKGH12反应器物料衡算121反应器A进料组成及流量表1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420800046937900062223丙烷4410000691406900088319异丁烷581202219452444021537785正丁烯5611030806280800309611194正丁烷581200618126007006002168反丁烯561100863175962008673136顺丁烯561100515105006005181871正戊烷721500012244700009034丙二烯4007000173466000240861，3丁二烯540900036734000038136异丁烯561102522514224025359165水180000003612000090341000020390361000036151通过已知数据按比例计算新鲜甲醇中纯甲醇流率为271114KGH表2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846209984271114099903204水012000142170000818其他00200002054000023217工业甲醇847610000271385100003702KG/H14KG/H658/循环甲醇混合甲醇新鲜甲醇则醇烯比为1151满足设计要求。表3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22500048945300040丙烷322000691417900060异丁烷78070166945372701920正丁烯112200239862954602664正丁烷21750046512642900535反丁烯31460067217652800747顺丁烯18780040110539700446正戊烷03300007236300010丙二烯088000193545000151，3丁二烯13500029732600031异丁烯91650195951422402176水0530001194500004甲醇1054002253337702013544678610000238138510000其他杂质含量可忽略不计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CH3CH3323OO3CH18副反应方程式CH3CH332O33异丁烯二三异丁烯已知异丁烯生成MTBE的选择性为993，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9165KMOL/H08732KOL/HMTBE产量为91M由于生成1的TBA需要1的水，所以生成TBA的量为045OL/KOLH生成二三异丁烯的量为273KML/H728KL/H045KOL/H024KOL/H5剩下的异丁烯流量为916M183剩下的甲醇流量为L/7L/59ML/表4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22400057940700040丙烷320000811411100060异丁烷77730197645177201921正丁烯111740284162697802666正丁烷21650055012581900535反丁烯31310079617567600747顺丁烯18690047510488800446正戊烷03300008235200010丙二烯088000223528000151，3丁二烯13500034729000031异丁烯18330046610285000566甲醇32590082910441800444MTBE7281018516418200250619TBA04500011333500015二三异丁烯002400001337000043933210000247716610000根据设计要求循环物料的循环比控制范围为0550。所以取循环物料的循环比为08设循环循环物料中含异丁烯的量为X,则解得X1466X183916500KMOLH同理可得循环物料中含MTBE的量为5825L含甲醇的量为2607KOH表5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17900057752500040丙烷256000811128800060异丁烷62180197636139001921正丁烯89390284050154402666正丁烷17320055010064700535反丁烯25050079614053000747顺丁烯1495004758394000446正戊烷02600008188100010丙二烯070000222822000151，3丁二烯10800034583200031异丁烯1466004668225700566甲醇2607008288352800444MTBE58250185151347402506TBA03800012282200015二三异丁烯00500002753000043146910000190018510000122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90反应的异丁烯的量9165KMOL/H098245KMOL/H20MTBE产量为9165KMOL/H09381KMOL/H二三异丁烯的产量为2845L/9045KOL/H05KMOL/H剩下的异丁烯流量为7L/甲醇流量为1054KOL/H19KOL/H23表6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242000591017100040丙烷246000841525600060异丁烷84000204548818601920正丁烯120760294067761202665正丁烷23410057013603100535反丁烯33850082418993500747顺丁烯20210048211340200446正戊烷03500009254300010丙二烯095000233814000151，3丁二烯14600035788200031异丁烯138200337775500305甲醇2349005727526200296MTBE81910199472203702910TBA04500013333500015二三异丁烯00500003701000074107310000252371710000根据设计要求循环物料的循环比控制范围为0850。所以取循环物料的循环比为08,设循环循环物料中含异丁烯的量为X,则解得X734X91791650808KMOLH同理可得循环物料中含MTBE的量为6553L含甲醇的量为1879KOH21表7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19300060813600040丙烷277000851220300060异丁烷67190206839050601920正丁烯9660029745420302665正丁烷18720057610881300535反丁烯27080083415193100747顺丁烯1617004989071100446正戊烷02800009203400010丙二烯076000233051000151，3丁二烯11700036630500031异丁烯734002264118500305甲醇1879005786020300296MTBE65530201757764702910TBA04100013305100015二三异丁烯01000003142400007324841000019992310000123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9165KMOL/H09687KMOL/HMTBE产量为3二三异丁烯的产量为2879KOL/H873L/4L/04L/5剩下的异丁烯流量为9165KOH19637KOH甲醇流量为04ML/873L/8ML/22表8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240000571010300040丙烷374000881650500060异丁烷97870214252816501920正丁烯130610307973282802664正丁烷25320059714717100535反丁烯36620086320548900747顺丁烯21870051512268800446正戊烷03800009275100010丙二烯103000244126000151，3丁二烯15800037858800031异丁烯367000862059200152甲醇1803004255776800210MTBE87370216077016703147TBA04500013333500015二三异丁烯00640000489800009424221000026311141000013MTBE精馏塔物料衡算根据设计要求塔底甲醇0003（WT），二三异丁烯0005（WT），MTBE精馏过程MTBE收率为99，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764KG/H09760KG/H塔底成品MTBE的量为852塔底甲醇的量为582/3/23塔底二三异丁烯的质量分数为1219/77558200016（满足设计要求）塔顶MTBE的量为764KG/H760KG/H76KG/H塔顶甲醇的量为5823541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9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1010300038101030005400000000丙烷1650500063165050008900000000异丁烷528165020095281650283800000000正丁烯732828027887328280393100000000正丁烷147171005601471710078900000000反丁烯205489007822054890110200000000顺丁烯122688004681226880065800000000正戊烷27510001027510001500000000丙二烯412600016412600022000000001，3丁二烯85880003285880004600000000异丁烯2059200078205920011100000000甲醇57768002205776800310000030MTBE7677470292176770004176007009947TBA33350001300000000333500044二三异丁烯8980000300000000898000092628694100001864391100007643031000024表10MTBE精馏塔组分表名称进料KMOL/H摩尔分数KMOL/KMOL馏出液KMOL/H摩尔分数KMOL/KMOL釜液KMOL/H摩尔分数KMOL/KMOL丙烯214000572140007100000000丙烷374000883740011100000000异丁烷90870214590870269700000000正丁烯1306003082130600387600000000正丁烷25300059825300075100000000反丁烯36620086436620108700000000顺丁烯21870051621870064900000000正戊烷038000090380001300000000丙二烯1030002410300031000000001，3丁二烯158000371580004700000000异丁烯367000873670010900000000甲醇18030042618030053500000000MTBE87100205508700026862309941TBA045000110000000004500052二三异丁烯0060000100000000006000074237310000336991000086741000014萃取塔物料衡算根据已知数据按比例计算得，萃取塔萃取水流量为325173KG/H萃取水组成为水和甲醇。已知萃取水中的甲醇的量2，取甲醇的量为0425故甲醇的流量为1301KG/H纯水的流量32517KGH3012387KGH进料甲醇的流量57768KG/H1301KG/H59069KG/H设计要求塔顶甲醇含量00004水00003（质量分数）表11萃取塔进料的物料组成及流量为名称质量流量KG/H质量分数KG/KG摩尔流量KMOL/H摩尔分数KMOL/KMOL丙烯101030004621400046丙烷165050007537400072异丁烷52816500412908701757正丁烯732828033471306002525正丁烷14717100672253000489反丁烯20548900938366200708顺丁烯12268800560218700423正戊烷27510001303800007丙二烯412600019103000201，3丁二烯8588000