甲基叔丁基醚工艺设计

1、年产4.0万吨甲基叔丁基醚的工艺设计摘要：本设计是年产4.0万吨甲基叔丁基醚装置生产工艺设计，主要以精馏工段为工艺设计对象， 结合了安徽中联能源有限公司年产3.0万吨MTBE项目的基础上，按任务要求生产量设计此工艺流程。此反应采用的合成工艺是汽油经脱丙烷后的混合成分中的异丁烯与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生成MTBE。随着我国国民经济和轿车行业的发展，加上国家对无铅汽油的禁止使用，作为环保型无铅汽油主要添加剂的甲基叔丁基醚，不仅能有效的提高汽油的辛烷值和汽油燃烧效率，并且减少有害气体的排放，还可有效改善汽油的冷启动特性和加速性能，对气阻无不良影响，因此其其社会需求量与日俱

2、增。关键词：甲基叔丁基醚；异丁烯；甲醇；MTBE工艺设计Process design of an annual output of 40000 tons of methyl tert- butyl etherAbstract: The design is annual outputs of 40000 tons of methyl tart-butyl ether device production process design, mainly in the distillation process for process design; combined with the Anhui Zho

3、nglian Energy Company Limited annual production capacity of 30000 tons of MTBE project according to the task requirements, design the production process. The synthesis process of this reaction is used in gasoline by isobutene and methanol mixture components after depropanizer in strongly acidic styr

4、ene was the reaction of MTBE cation exchange resin catalyst. With the rapid development of our national economy and the car industry, together with the national ban on the use of unleaded gasoline, methyl tert butyl ether environment-friendly lead-free gasoline as main additive, not only can effecti

5、vely improve the octane number of gasoline and gasoline combustion efficiency, and reduce the emission of harmful gases, the cold start characteristics can effectively improve the gasoline and the acceleration performance, no adverse effect on the air resistance, so its social demand grow with each

6、passing day Key Words：Methyl tert-butyl ether；Isobutene ；Methanol; MTBE process design1绪论1.1MTBE概述、理化性质、应用、在中国的发展MTBE概述甲基叔丁基醚，英文缩写为MTBE（methyl tert-butyl ether），溶点-109，沸点55.2，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

7、重要化工原料，如通过裂解可制备高纯异丁烯。MTBE是含氧量为18.2%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理化性质表1-1MTBE物理性质密度 (kg/m3,20）740.6临界温度 （°C）223.9比热容 （°C）2.135蒸发热 (J/(g·K）30.10燃烧热 (MJ/kg）38.21临界压力 (MPa）3.37雷德蒸汽压 (bar）0.55折光指数 （20 °C）1.3689着火点 （°C）480空气中爆炸极限 (%V）上限15.1；下限1.6研究法辛烷值117马达法辛烷值101水在MTBE中的

8、溶解度 （20，g/100g）1.5MTBE在水中的溶解度 （20，g/100g）4.3MTBE化学性质如下：MTBE与氧气或空气接触时，不能形成爆炸性过氧化物。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。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。MTBE与甲醛在阳离子树脂上于140反应生成异戊二烯、甲醇。MTBE在230280，在有催化剂存在下与空气氧化可以生成异戊二烯。1.1.3MTBE的应用甲基叔丁基醚是目前四乙基铅的替代产品。以碳四中的异丁烯和甲醇为原料，在大孔磺酸阳离子交换树脂催化作用下生成，并经精制而成

9、。产品性能：该品有类似樟脑的气味，无色透明，在室温下，能与醇、醚、脂肪烃、芳烃、卤化溶剂等完全互溶。该品同其他甲基叔烷基醚一样，还有另一个非常重要的性能，即很强的抗自动氧化性，不易生成过氧化物。主要供炼油厂作高辛烷值汽油的调合剂，也可作石蜡、油品、香料、生物碱、树脂、橡胶的溶剂、有机合成反应剂。易燃易挥发，遇火种、热源有爆炸的危险。20世纪70年代，MTBE作为提高汽油辛烷值的汽油调和组分开始被人们注意。MTBE可以增加汽油的辛烷值，而且化学性质稳定。添加MTBE的汽油还能改善汽车的行车性能，降低尾气中一氧化碳的含量。而且燃烧效率高，可以抑制臭氧的生成。它可以替代四乙基铅作为抗暴剂，生产无铅汽

10、油。现在约有95%的MTBE用作辛烷值提高剂和汽油中含氧剂。MTBE也是制取聚合级异丁烯的重要原料。还用于甲基丙烯醛和甲基丙烯酸的生产。1.1.4、MTBE在中国的现状与发展 据C1统计数据显示，中国MTBE装置产能扩张迅速，未来五年或超千万吨，新投产的MTBE装置单套产能较大，直接生产原料亦有所改变。与此同时，中国生产高标号汽油对MTBE需求持续增加，而下游的丁基橡胶等深加工装置发展迅速，中国MTBE的产业发展日趋成熟。但需求或将难以跟上MTBE的产能扩张，未来或将显露产能过剩，不排除有大量的MTBE出口。(1)截止到2010年底产能超过600万吨，地方炼厂开工率偏低C1统计截止到2010年

11、底中国MTBE装置产能达到619.15万吨，其中三大主营炼厂（中石油、中石化和中海油）的产能为315.5万吨，地方炼厂的产能为303.65万吨。2010年的产量为398万吨，其中主营炼厂的装置开工率约在80-90%，而地方炼厂的装置开工率约在40-50%。单套装置产能超过10万吨的约有9套，最大的是盘锦和运2010年投产的单套产能20万吨/年MTBE装置，其次是燕山石化产能为15万吨/年。其余炼厂MTBE装置产能多在5万吨/年左右。（2）2011年产能扩张速度不减 2011年上半年诚恒化工（产能14.4万吨/年），安徽泰和森（产能5万吨/年），中普石油（产能5万吨/年），惠州中创（产能2.4万

12、吨/年）等炼厂的MTBE装置陆续投产。下半年盘锦和运，宁夏炼化，京博石化，胜华化工，浙江美福等炼厂有MTBE装置计划陆续投产。预计2011年中国MTBE的产能将增加百万吨以上。（3）近三年市场整体供应偏紧，大量进口资源进入中国市场 从2009年起中国的一系列成品油的政策调整，包括汽油品质升级，炼厂环节征税等使得生产汽油对MTBE的需求增长较快，从2009年起中国MTBE的进口量远大于出口，MTBE表现为净进口的产品。据海关数据显示，2009年中国MTBE的净进口数量为34.51万吨，2010年净进口数量为68.65万吨，2011年1-7月净进口数量为35.46万吨。中国生产高标号汽油对MTBE

13、需求持续增加，而下游的丁基橡胶等深加工装置发展迅速，中国MTBE的产业发展日趋成熟。但需求或将难以跟上MTBE的产能扩张，未来或将显露产能过剩，不排除有大量的MTBE出口。预计到2015年中国MTBE的产能将突破千万吨，而后期的使用新原料的装置，将解决MTBE原料瓶颈问题，预计开工率将有所上升。以70-80%的开工率计算，则生产的MTBE的数量约为700-800万吨。据C1的预测，截止到2015年中国汽油需求量将上亿吨，其中高标号的汽油以80%计算，生产高标号汽油所需的MTBE的比例按照8%计算，则生产高标号汽油所需的MTBE预计在640万吨左右；而下游化工生产丁基橡胶对MTBE的需求量在60

14、万吨左右；另外其他的医药中间体等需求约在数万吨。据此计算，到2015年对MTBE的需求量预计在700万吨左右。综上，到2015年中国MTBE或将开始显露生产过剩，届时或将有出口。 1.2 MTBE工艺设计依据、技术来源、合成工艺1.2.1 MTBE工艺设计依据本设计是根据给定的任务要求年产4.0万吨的甲基叔丁基醚。由于MTBE取代四乙基铅添加到汽油中可以减少环境污染近年来收到了更为广泛的应用。随着中国现代化的发展汽车的不断普及，汽油的需求量日益增加，也伴随着MTBE产量需求的增加，因而MTBE的工艺设计对中国现代化成产具有重要的作用。目前MTBE最先进应用最为广泛的是离子交换树脂法，此方法节约

15、能量对环境友好。所以此工艺设计采用的也是离子交换树脂法。技术来源我国自20世纪70年代末开始MTBE合成技术的研究和开发,第一套生产装置于1983年在齐鲁石化公司橡胶厂投产,规模为0.55万t/ a 。先后开展MTBE合成工艺、催化剂、反应工程研究与开发的单位有齐鲁石化公司研究院和橡胶厂、岳阳石化总厂橡胶厂、燕山石化公司、吉林化工公司、上海石化研究院、清华大学化工系、北京石油设计院、上海高桥石化公司炼油厂、洛阳炼油厂等。通过有关单位协作,先后开发出多种合成工艺。主要有以下三种:（1）常规MTBE合成工艺由反应、共沸蒸馏和甲醇回收三部分组成,使用固定床反应器,异丁烯和甲醇在强酸性阳离子交换树脂存

16、在下液相合成MTBE。反应压力0.81.47MPa ,温度4080,醇烯比为1. 0 左右,利用冷却设备以外循环方式取出部分反应热来控制反应温度。异丁烯转化率可达90%95% ,接近平衡转化率。（2）催化蒸馏法MTBE合成工艺把催化反应与分馏结合的反应蒸馏技术早已被用于酯化、水合等反应过程,而应用于大型MTBE合成过程则是美国Chem. Research &Lie censing公司首先成功的,于1987 年工业化。（3）混相床反应蒸馏MTBE合成工艺这是由齐鲁石化公司研究院、北京石油设计院和上海高桥石化公司炼油厂联合开发的,1992年3月通过中国石化总公司的技术鉴定。这一工艺的特点是

17、在反应塔内设一固定床反应段,不需任何冷却设备。控制反应压力使反应在沸点温度下进行,反应热使部分物料汽化而使反应温度衡定,形成汽- 液混相状态。反应物浓度较高时,可把催化剂分为几个床层,部分未预热的原料由侧线进入各床层之间,作为激冷料进一步调节汽化率与反应温度,但各床层之间不设分馏塔板。MRD 技术分为两种类型,即MRD -A型、MRD- B型。MRD- A 型用于炼油型MTBE装置,MRD - B型用于石油化工型。1.2.3本次设计采用的合成工艺在本次设计中我采取MTBE常规工艺装置，反应装置采取固定床反应技术，分离装置采取三塔分离形式，即由两个固定床反应器、MTBE共沸精馏塔、萃取塔和甲醇精

18、馏塔组成。该工艺属于传统工艺，技术上已经非常成熟，它适用于异丁烯浓度变化较大的C4原料。1.3 厂址选择、设备布置、部门设置 厂址选择 厂址设在安徽省来安经济开发区宁洛出口以西。具有的区位优势是能减少土地项目投资的费用。临近于南京且位于高速路口旁，原材料的采购在金陵石化路途较近，也方便产品的输出。此地人烟稀少符合化工厂的选址对附近居民危害较小、水电充足适合化工生产。经济相对欠发达人员工资费用较低。因此此地建厂费用大大的降低符合公司的长远发展。1.3.2设备布置由于产品及原料都是易燃易爆，所以所用的设备原料储罐、塔设备、反应器、换热器按要求并排安装，管道按实际设备的布置走，都是露天设计。此地的环

19、境污染较小，无酸雨因而设备建成使用时间长久。中控室健在设备不远处、方便人员巡检与维修。1.3.3 部门设置厂级领导：厂长、副厂长、总工程师管理部门：厂长办公室、生产调度室、人力资源部、生产部、计划部、技术质量部、设备管理部、财务部、安全环保部、机电仪维修管理部门、图纸档案室、化验室等生产车间：以各生产装置为单位组成一个车间，设置生产主任、副主任、技术组、安全员、材料员、班组长和生产操作人员储运系统：原材料和产品管理 设置主任、副主任、技术组、安全员、材料员、班组长和操作人员。1.4反应原理、生产工艺及流程叙述、反应原理在所选择的工艺条件下,原料C4中的异丁烯和工业甲醇经预热混合后通过催化剂床层

20、并反应生成MTBE。异丁烯与甲醇在强酸性苯乙烯系阳离子树脂催化剂的作用下, 异丁烯在叔碳位形成正碳离子, 具有较高的反应活性。甲醇由于属于极性分子，与其进行加成反应生成MTBE。主反应方程式：该反应为放热反应,反应温度在4080, MTBE 的合成反应受热力学平衡的制约。在低温下,向生成MTBE的方向反应,但是,从反应动力来说, 在较高的温度下加快反应速度,但副反应也加快。为此在生产操作中要控制合适的反应温度。在反应的条件下, 原料中所含水份与异丁烯反应生成叔丁醇(TBA)。异丁烯自聚生成二聚物(DTB)、甲醇缩合成二甲醚(DME),副产品叔丁醇和二聚物也具有较高的辛烷值,可随同MTBE调入汽

21、油。副反应方程式： (TBA)(DME) （DTB）1.4.2 生产工艺及流程叙述生产车间分为脱丙烷单元、水洗单元、醚化反应单元、脱C4单元、MTBE精制单元五个个主要的组成部分。过程中涉及到的流量、温度、压力的控制均有控制点的设置有DCS系统控制。对于原料、产品要检测的地方均设有专门的监测点，可以取样检测。（1）脱丙烷单元由于反应原料之中的异丁烯来自于液化石油汽，而液化石油汽中含有部分的丙烷、丙烯和少量的乙烯、乙烷、甲烷。这些组分对于生产产品无益处还增加副反应的发生，除去这些组分对提高产品的纯度有着重要的作用。来自于混合C4经管道进入到液化气进料缓冲罐V-200，这里可以控制液化气的流量，液

22、化气经过脱丙烷进料泵P-201将液化石油气送入到脱丙烷进料加热器E-201热到70左右从脱丙烷上部进入到脱丙烷塔T-201，再此共沸精馏，温度在65左右，轻组分丙烷、丙烯和乙烷、乙烯、甲烷从塔顶经塔顶流出，达到要求的C3组分出料到C3冷却器E-202室温输送到丙烷装置区作为燃料销售。未达到要求的组分塔顶脱丙烷冷凝器E-203脱丙烷塔顶回流罐V-201经脱丙烷塔底回流泵P-202流到脱丙烷塔，回流比为1.3.混合C4组分由塔底流出到C4冷却器E-204去后准备流到下一单元。（2）水洗单元 由于C4中含有少量的碱性气体对催化剂有毒害作用，因此设计水洗塔除去其中的碱性气体。软化自来水经过特殊处理除去

23、水中的离子，混合C4由水洗塔T-202部进入到水洗塔，软水自来水从水洗塔上部进入到水洗塔与C4充分接触吸收其中的碱性离子（、）。吸收碱性气体的水溶液有水洗泵返回到水房处理后再利用。混合C4从塔顶流出到水洗塔沉降室，气体中的水分有凝结水总线排走。混合C4等待进入下一单元。（3）醚化反应单元液化石油气的价格是甲醇的几倍，工业化生产考虑的是成本的最小化，为了让异丁烯充分的反应，此次设计的是甲醇与丁烯的之比为1.3.混合C4经泵P-203送到M-201静态混合器与自装置区经泵P-204送来的甲醇充分混合以利于后续的反应，反应物料混合物进入到E-205热到38-40左右，因为醚化反应为可逆放热反应，反应

24、温度在40-70。因此利用反应放出的热量来加速反应的进行。反应物料进入到醚化保护反应器R-201进行初步的反应，这样做的目的是因为反应的催化剂在反应器中难以更换价格昂贵，不利于催化剂的组分在这几乎被消除掉，保护了醚化反应器中的催化剂，能够使用更长的时间。初步反应物料从顶部进入到醚化反应器R-202经大孔径强酸性阳离子交换树脂作用充分的反应。此反应在催化的作用下选择性大于98%,这样的转化率达到95%。反应产物输送到下一单元。（4）脱C4单元由于反应产物中含有大量未反应的混合C4。反应混合物经原料预热器E-205热到85泡点进料输送到脱C4塔T-203，精馏段温度不超过70段经过再沸器E-205

25、加热到90。混合物经过精馏后后轻组分混合C4到塔顶冷凝器E-206凝后，一部分流到脱C4塔顶回流罐V-202混合物经脱C4塔顶回流泵P-205流到脱C4塔继续精馏，达到要求的混合C4输送到成品区当做燃料销售。塔底混合物输送到MTBE精馏单元。(5) MTBE精制单元脱C4塔底混合物中含有少量的C4为多种分精馏。混合物经原料预热器E-206加热到78气液混合进料输送到MTBE精制塔T-204，精馏段温度66，提馏段经过再沸器E-207热到83。混合物经过精馏后轻组分甲醇到塔顶冷凝器E-207后，一部分流到脱C4塔顶回流罐V-202混合物经MTBE塔顶回流泵P-206回流到MTBE精制塔继续精馏，

26、达到要求的甲醇输送到甲醇原料罐，塔底的MTBE经P-207输送到成品罐销售。2精馏塔的设计2.1精馏方案的选择与塔的选择精馏方案选择精馏是根据各组分的挥发度不同而进行的单元操作，因此粗产品中的各种丁烷和丁烯性质很相近，而且混合C4作为燃料销售没必要要求分离，因此可以看做一个组分。C4粗产品甲醇、MTBE甲醇MTBE粗产品MTBE甲醇、C4甲醇C4方案一方案二因为原料中主要有混合C4， 甲醇， MTBE三个组分所以有两种生产方案，第一种为按挥发度递减顺序采出，第二种按挥发度递增顺序采出，在基本有机化工生产中，按挥发度递减顺序采出比较常见，因各组分采出之前只需一次汽化和冷凝即可得到产品，而第二种所

27、示的方法，除最难挥发组分外，其它组分在采出前需进行多次汽化和冷凝才能得到产品，能量消耗大，并且由于物料内循环增多，使物料处理量增大，塔径也相应加大，再沸器，冷凝器的传热面积也相应加大，设备投资费用大，公用工程消耗增多，故选第一种所示的生产方案。塔的选择 塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。浮阀塔的特点：1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40

28、%，与筛板塔接近。 2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。2.2物料衡算MTBE的流量计算根据设计要求：MTBE的年产量为4.0万吨，按年工作量24×300=7200小时计算。则每小时的MTBE产量为:表2-1成品指标成品、副成品指标合

29、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） 按合格品计算则产品中含有98%的纯的MTBE。纯MTBE的产量为 MTBE共沸精馏的收率是98.5%，则出反应器MTBE的产量。由于设计要求醚化反应器的转化率的95%，MTBE收率是99%。则醚化反应器中转化为MTBE的产量为。甲醇的流量计算 由MTBE合成原理可知道1mol异丁烯与1mol甲醇反应生成1mol的MTBE。因此MTBE的产量与异丁烯的进料量相等。表2-2混合C4的组成组分分子量质量分数kg/kg摩尔分数kmol/kmol异丁烷58

30、.120.22190.2154正丁烯56.110.30800.3096正丁烷58.120.06180.0599反丁烯56.110.08630.0867顺丁烯56.110.06980.0752异丁烯56.110.25220.25351.00001.0000 因此异丁烯的进料量=66.671Kmol/h 而异丁烯的含量为25.35%可以求出总的混合C4的流量表2-3工业甲醇的组成名称摩尔分数Kmol/Kmol质量分数Kg/Kg分子量甲醇0.99840.999032.04水0.00140.000818其他0.00020.000232工业甲醇1.00001.0000 甲醇与异丁烯是1：1反应但是考虑到

31、要充分反应，甲醇要过量，设置甲醇与异丁烯之比为1.3可以求得工业甲醇的流量。甲醇的摩尔含量为99.84% 可以求出出反应器的甲醇的含量2.2.3粗产品的流量综合以上可以得出粗产品进入到精馏塔中各组分的含量。表2-4粗产品的组成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异丁烷58.120.18433255.1850.19756.008正丁烯56.110.25574516.6870.28380.497正丁烷58.120.0512905.1610.054815.574反丁烯56.110.07161264.7760.079322.542顺丁烯56.110

32、.06211097.0630.068819.552甲醇32.040.0425750.6970.082523.43MTBE88.150.33265877.0490.234666.6711.000017666.6181.0002842742.3脱C4塔的工艺计算2.3.1系统物料衡算粗产品数据生产任务 甲醇 MTBEw% 0.2518 0.4311 0.0825 0.2346成品中： MTBE纯度要求98% （1）进料的平均摩尔质量 平均分子量：=58.12×0.2518+56.11×0.4311+0.0825×32.04+0.2346×88.15 =62.

33、147(2) 进料的平均摩尔流量进料平均摩尔流量：=与前面算的总流量基本吻合。故：各组分的摩尔流量为=284.271×0.2518=71.579Kmol/h =284.271×0.4311=122.549Kmol/h=284.271×0.0825=23.452Kmol/h =284.271×0.2346=66.691Kmol/h表2-5进料组成组分分子量质量分kg/kg质量流量kg/h摩尔分数kmol/kmol摩尔流量kmol/h58.120.07164160.1710.251871.57956.110.06216876.2240.4311122.549

34、甲醇32.040.0425751.4110.082523.452MTBE88.150.33265878.8120.234666.6911.000017666.6181.000284.2712.3.2. 脱C4塔的物料衡算粗产品甲醇、MTBEC4由挥发度大小选C4为轻关键组分（L），甲醇为重关键组分（H）。(按非清晰分割) C4的塔顶流量为，塔底流量为 甲醇塔顶流量为，塔底流量为 设C4的回收率为99.6%， MTBE的收率为98%表2-6 脱C4塔物料衡算表组分进 料塔 顶塔 底Kg/hKmol/hKg/hKmol/hKg/hKmol/h0.23554160.1710.251871.5790.

35、33953393.7940.331758.3920.002315.060.00490.2590.38926876.2240.4311122.5490.66046601.1750.6682117.6460.00426.4050.00520.471甲醇0.0425751.4110.082523.4520.00010.4690.00010.01460.1106736.3830.254222.983MTBE0.33285878.8120.234666.69100000.88315878.8120.737766.691117666.6181.000284.27119995.4381176.0531665

36、6.66190.404MTBE在塔顶和塔底的分布，在非清晰分割时，组分在两产品中的分布用芬斯克全回流公式计算：而由相对挥发度求得 代入上面求出的数据、得： 化减得 由表2-4可知2.4工艺参数的计算进料温度与压力设置进料温度为85，压力为9atm，查石油化工工艺计算表各组分的相平衡常数，并计算各组分的相对挥发度列表如下:表2-7 85组分的平衡常数与挥发度甲醇MTBE0.340.322.32.510.25180.43110.08250.23460.390.370.2430.279由泡点方程方程：=0.34×0.2518+0.32×0.4311+2.3×0.0825

37、+2.51×0.2346=1.00216所以P=9atm，t=85为进口温度及压力，且为泡点进料回流罐的操作温度和压力设加料板到塔顶的压力降为0.01MPa，塔顶到回流罐的压力降为0.05MP，塔底到进料板的压力降为0.03MPa，回流罐的操作压力为1.6MPa，设回流操作温度为48，查石油化工工艺计算表此温度压力下相平衡常数及相对挥发度。表2-8 48组分的平衡常数与挥发度甲醇MTBE0.840.820.930.980.380.430.1900.430.420.2940.339根据露点方程为 代入检验.故温度、压力可以根据恩特伍德公式： (其中：原料为泡点进料，故代入式 将数据代入

38、表3-3通过试差法求的由式 代入数据得：取液化率经检验证明回流罐P=1.6MPa，T=48适宜塔顶操作温度与压力设塔顶温度为70，压力为18.2atm由石油化工工艺计算图表可查出此温压下K值故由露点方程可得 因此塔顶温度为68，压力为20.6atm塔底温度与压力设塔底温度和压力分别为94，22.1atm由石油化工工艺计算图表可查出此温压下。 各组成xi由泡点方程：得因此温度和94，压力为22.1atm适合。塔板数计算 全回流条件下，精馏塔分离能力最大，此时所需理板数最小为Nmin，由芬斯克公式：查化工原理吉利兰关联图：横坐标则查得纵坐标 求得： 塔板效率及实际塔板数 塔顶、塔底几何平均温度在8

39、1.12下，进料液各组分的液相粘度查石油化工工艺图表集表2-9 81.12下组分的液相粘度组分甲醇MTBE（mPa.s）0.080.080.2260.2470.25180.43110.08250.23460.02010.03450.01860.0579多组分系统的粘度可以用公式： 所以=0.0201+0.0345+0.0186+0.0579=0.1125由奥康内尔（OConnell）简化计算法计算总板效率对液相粘度与相对挥发度的关联式：式中 塔顶塔底平均温度下的相对挥发度，对多组分系统，应取关键组分间的相对挥发度 塔顶塔底平均温度下的液相粘度，mPa.s代入， 总板效率 故进料位置的确定代入得

40、： 解得 2.5脱C4塔热量衡算塔顶冷却器的热负荷QC查各组分在塔顶温度为70，压力为20.6atm下的焓值，回流液温度48，压力为1.6atm下的焓值。表2-10组分在70，48下的焓值组分70(气)kcal/48(气)kcal/48(液) kcal/12687661238563甲醇432256213MTBE643396325 (1)塔顶蒸汽带走热量Q3塔顶上升蒸汽 又知塔顶蒸汽组成 (2)塔顶液相回流带进塔的热量Q2回流热（3）塔顶不凝汽带走热量Q4列热平衡式：设冷凝器的热负荷为QC取热损失为4%塔底再沸器的热负荷QB表2-11 组分在进料温度85，塔底94下的焓值组分甲醇MTBE85液

41、kcal/12713953183694液 kcal/143147614923列热平衡方程式：（1）进料的新带热量Q1（2）塔底产品带出热量Q5所以:2.6脱C4塔的结构设计设操作弹性为3-4，由于精馏段板数较少，故采用提馏段与精馏段相同的结构，对塔的操作没有太大的影响。精馏段、提馏段上升、下降的汽液相负荷（1）精馏段上升蒸汽V(气相负荷)(由于饱和进料V=V)查化工热力学塔底温度下各组分的临界温度，临界压力及压缩因子及列表如下： 表2-12 脱C4塔底组分的临界参数组分 kg/m3/m358.12408.13.6480.610.00460.26744935200.002356.11419.64

42、.2460.530.00490.27494865000.004甲醇32.04324.42.2460.310.03771.2077137240.1106MTBE88.15223.93.370.220.952883.9897016930.8831平均分子量:真实气体的体积：上升蒸汽的密度：（2）精馏段下降的液相负荷精馏段下降的液相密度：精馏段下降液相的体积流量（3）提馏段上升汽相负荷由于饱和进料 （4）提馏段下降的液相负荷提馏段下降液体量：故液相体积流量：表2-13 脱C4塔的负荷总表精馏段VS m3/sLS m3/sV /m3L /m30.03420.01528277.45661.59提馏段VS

43、 m3/sLS m3/sV/m3L/m30.03420.00823277.45700.36脱C4塔工艺尺寸的计算（1）塔径的计算精馏塔的直径，可由塔内上升蒸汽的体积流量及通过塔横截面的空塔气速得，即塔径 VS-塔内上升蒸汽量m3/s u-空塔气速而计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气u。根据经验 空塔气速 -最大空塔气速m/s最大空塔气速可以依据悬浮液滴沉原理导出，其结果为C-负荷分数 -操作特小的液体表面张力mN/m负荷分数C20可由化工原理下册史密斯关联图查出其中横坐标：板间距取450mm=0.45 m 板上液层高度取0.06m 纵坐标：查得 ，查石油化工计算图表集查得各组分表面张力表2-1

44、4 脱C4塔精馏段组分的表面张力组分0.00495.40.02650.00526.80.0354甲醇0.254218.74.754MTBE0.737724.618.15则因此：取：按标准圆整：D=1.2m 则实际空塔气速（2）塔高h的计算塔顶空间2.3米塔底空间4.37米人孔数5个，用于维护与维修 H=(塔板数-2)×板间距+人孔数（人孔间距-板间距)+塔顶空间+塔底空间+裙座（5米）塔底空间：塔底第一块板到接线HB间的距离，为保证塔底产品抽出的稳定，取塔底产品停留时间为10分钟塔板设计(1)溢流装置设计选用单溢流弓形降液管，不设进口堰(D在2.3m以下用单溢流， 2.3m以上用双溢

45、流， 弓形降溢管具有较大容积，又充分利用塔板面积，不选圆形降液管)堰长取， 出口堰高: -板上液层高 -堰上液层高由弗兰西斯公式 E-液流收缩分数取值为1 -塔内液体流量(m3/h)所以：降液管的底隙高度塔内液体流量液体通过降液管底部的流速，取0.070.25.取0.1弓形降液管宽度Wd和面积 由： 可查化工原理下册得 所以： 所以：液体在降液管中停留时间： 故降液管尺寸可取液体在降液管中的流速(2)塔板布置及浮阀数目与排列计算塔板上鼓泡区面积 为边缘区宽度取0.05m 破沫区宽度取0.07m在塔板布置上采用分块式塔板以便通过人孔装拆塔板，浮阀宜选用F-1型()，浮阀排列采用等腰三角形叉排孔心

46、距t=75mm。取:阀孔动能因子F0=10求孔速每层板上阀孔数目：取48个则排间距重新核算 开孔率塔板水力学验算 (1)汽相通过塔板压降干板阻力：板上充气液层阻力引起压降(取充气系数0=0.4)液体表面张力所造成压降此项阻力小可忽略所以： 单板压降：(2)液泛 为了防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层高度不超过降液管高度一 取0.5 又因为 所以： 符合防止淹塔要求（3）雾沫夹带 当泛点率低于80%时，雾沫夹带是低于0.1液/气，则符合要求。 泛点率 板上液层流经长度： 板上液流面积： 物性常数k取1.2，查化工原理泛点负荷系数CF=0.13 泛点率 由于计算的泛点率低于80%故符合要求

47、满足。（4）漏液 前面已经求出满足防止泄漏要求2.6.5塔板的汽液相负荷性能图（1）雾沫夹带上限线 按照泛点率=50%计算： 泛点率 整理得雾沫夹带线 在操作范围内取几组数据：Lsm3/s0.001 0.005 0.01Vsm3/s0.075 0.0704 0.0647（2）液泛线 当气体和液体负荷过大时，降液管内泡沫层高度有可能升高，超过板间距，此时就会发生液泛。 液泛线 在操作范围内取几组数：Lsm3/s0.001 0.005 0.01Vsm3/s0.0076 0.0071 0.0064（3）液相负荷上限线液体流量若超过此线，在降液管中停留时间过短，泡沫液相来不及分离，造成泡沫夹带，严重时

48、造成降液管体流不下来，发生液泛，以4s为停留时间下限：（4）泄漏线以F0=5作为规定气体的最小负荷标准则（5）液相负荷下限线以how=0.028m作为规定最小液体负荷标准 而E=12.7附属设备选型计算2.7.1换热设备的选择（1）脱C4塔顶冷凝器冷水：4825 物料：7048 查化工原理， 取3500W/(m2·)冷水用量: 所以： 选固定管板式换热器JB/T 25-900-6000一台（2）脱C4塔底再沸器物料T：7090 蒸 汽：90160 查化工原理， 取3600W/(m2·)水蒸气用量: 所以： 选固定管板式换热器JB/T 25-600-4500一台（3）脱C4塔

49、进料预热器物料：4585 蒸汽：90160 查化工原理， 取3550W/(m2·) 由上面求得可知进料所带热量水蒸气用量: 选固定管板式换热器JB/T 25-600-3500一台罐的选取:（1）甲醇进料罐甲醇进料2180.05/h，按8小时进料共17440.4设原料罐t=25，查得25各物质的密度可得所以： 设置罐的存储量为60%。 选8200×15200 一台（2）混合C4进料罐混合C4进料14588.71Kg/h，按8小时进料共116709.68Kg/h混合C4的密度为所以： 设置罐的存储量为60%。 选20000×16000 一台（3）脱C4烷塔顶冷凝罐 物

50、料停留6分钟，设回流温度为48，顶： 得 选6000×4000一台2.7.3泵的选取: （1）甲醇进料泵进料口压力为21atm， 进料罐压力为15atm.设=14，=11 选200AYS150B（2）混合C4进料泵进料口压力为21atm， 进料罐压力为15atm.设=13，=9 选200AYS150A（3）脱C4塔回流泵回流罐操作压力1.6Mpa. =13.5，=10 选80AY603 MTBE精馏塔工艺计算3.1MTBE物料衡算 甲醇甲醇、MTBEMTBEMTBE精馏塔的进料组成就是脱C4塔的塔底产品及组成，由相对挥发度可知甲醇为轻组分，MTBE为重组分。（按清晰分析计算）甲醇的收

51、率为99.2%,甲醇的收率为99.6%。由此可以算出其在塔底塔顶的组成。 进料中甲醇的含量为736.383Kg/h=22.983Kmol/h MTBE的含量为5870.720Kg/h=66.599Kmol/h 塔顶采出甲醇：736.383×99.2%=730.491Kg/h=22.799Kmol/h 塔底采出甲醇：736.383 -730.491=5.892Kg/h=0.184Kmol/h 塔底采出MTBE：5870.720×99.6%=5847.237Kg/h=66.333Kmol/h 塔顶采出MTBE：5870.720-5847.237=23.483Kg/h=0.266Kmol/h由于按清晰分割计算：故 因此MTBE精馏塔塔顶流出液 塔底流出液检验塔底.塔顶产品是否合格： 塔顶甲醇= 塔底MTBE98%经检测产品指标合格表3-1 MTBE精馏塔物料衡算表组分进 料塔 顶塔 底Kg/hKmo