抽余C4烃制取高纯度异丁烯Aspen Plus模拟

抽余C4烃制取高纯度异丁烯AspenPlus模拟设计规模及设计要求

设计规模：从100kt/a抽余C4烃中制取高纯度异丁烯。产品要求：异丁烯≥99.9％C4烃组成见设计第九页表1。一、生产工艺的选择

甲基叔丁基醚裂解法制取高纯度异丁烯具有对设备无腐蚀，对环境无污染，工艺流程合理，操作条件缓和，能耗低，产品纯度高，装置规模灵活性大等优点，所以本次设计选用该方法。此次设计在MTBE合成工段采用D006树脂催化剂。该催化剂能够在高温苛刻反应条件下使用，在相同的生产规模、反应条件下，该催化剂的用量约为传统催化剂的15%，减少了反应器尺寸和装置投资成本；使用该催化剂后，装置操作平稳，催化剂不易结焦、寿命长；本装置反应器器床层温度一直保持在60℃左右，并从产品组成及异丁烯的转化率上看，该催化剂的活性维持稳定，热稳定性较好，并在长时间使用下能够保持一定的活性。因此使用使用该催化剂。

二、工艺的模拟和计算1工艺流程图的绘制

用Aspenplus绘制工艺流程图见设计第10页图2。2设备操作参数和工艺条件的确定本次设计设备操作参数和工艺条件大部分来源于设计要求和相关文献。*3典型塔设备的模拟和优化双塔精馏（1）双塔精馏和隔壁塔精馏的模拟

双塔精馏完成分离任务需要的冷凝器负荷为-1881.53kW，需要的再沸器负荷为1678.12kW。隔壁塔精馏塔冷凝器的负荷为-1088.00kW，比双塔精馏节能56.83%，再沸器的负荷为900.00kW，比双塔精馏节能52.63%。从模拟的结果来看在精馏工艺中使用了隔壁塔这种精馏塔，使得原本要分离两次的组分现只需分离一次，既能节省设备投资，又能节省能耗。隔壁精馏塔比两个常规精馏塔结构可节省25~30%的能耗。因此本次设计采用隔壁塔精馏代替双塔精馏。（2）隔壁精馏塔的优化本次设计模拟了主塔理论板数、副塔理论板数、回流比与MTBE纯度、收率的关系。得到了最佳主、副塔塔板数和回流比，分别为35块15块和133的回流比。优化原因：节能、提高转化率（部分未反应完的C4烃在隔壁塔中转化为MTBE）。（3）醚化反应器的优化

优化反应器的原因：固定床反应器是MTBE工艺技术的核心设备。虽然催化精馏反应具有节能、提高平衡转化率的独特性能，但至今该设备还不能完全独立运行，必须与固定床反应器联合运用，即串联在固定床反应器的下游。在化工型MTBE生产装置中，固定床反应器承担90%以上的反应负荷，因此研究开发高效能的固定床醚化反应器具有十分重要的意义。

设计成果：本次设计研究了醚化反应器的反应管数和反应器的长度对MTBE的转化率的影响，得到了最佳管数（970根）和反应器长度（5.1米）。

总结：用Aspen对单元设备的优化在化工过程模拟中使用广泛，能够为设计和生产提供理论依据，具有很较高的现实意义和价值。4全程模拟和数据分析（1）物性方法

因为体系中包含水、甲醇等极性物质，存在加压操作条件，故选“UNIQ-RK”物性方法，用UNIQUAC方程校正液相的非理想性，用RK方程校正气相的非理想型。（2）主要模块参数的设置本次设计模块参数的设置见设计3.3主要模块参数的设置。（3）主要塔设备模拟结果分析醚化反应器中异丁烯的转化率大于90%。异丁烯在反应精馏塔中进一步转化为MTBE，两步反应总质量转化率等于99.93%。分壁塔对MTBE的分离收率是98.3%。最终异丁烯的质量收率等于98.7%纯度大于0.999。综合所有数据（各塔转化率和分离纯度）和分析各个塔设备的模拟结果满足工艺要求和产品要求。5物料衡算和能量衡算本次设计只针对MTBE提纯工段做物料和能量衡算。因此塔设备绘图选取隔壁精馏塔。三、塔设备设计和选型本次设计只对主要塔设备，反应器，换热器做了粗略选型。四、经济核算、安全、三废处理本项目不仅采用了成熟的工艺技术，还创造性的加入了隔壁塔新型分离技术，项目根据市场发展需要以及相关产品未来市场的质量和环保等各方面的要求，做出相关的工艺技术改进，使其达到未来人类对化工产品安全、环保、可持续发展等的要求。同时设计充分考虑了生产安全，运输安全，消防和储藏安全，以及三废的处理和环保要求。五、带控制点的工艺流程图、设备图的绘制本次设计的工艺流程图的绘制选择了异丁烯精制和甲醇精馏工段。设备图绘制了提纯MTBE的隔壁塔，绘制结果详见图纸。六、本次工艺创新点1.采用隔壁精馏塔对MTBE进行提纯精制，分离能耗下降50%以上。2.本项目醚化反应器选择了反应收率高、催化剂寿命长和热利用率高的列管式反应器。其次根据不同催化剂的特性选择最佳的催化剂。3.优化裂解反应条件（主要是对温度和压强的选择），MTBE转化率超过99.44%，异丁烯的选择性达到了99.9%。通过模拟对各塔操作参数进行优化，在满足分离条件的前提下寻求最优操作参数，从而降低整个操作流程的能耗及投入。七设计收获

化工过程模拟已经成为化工设计和工业生产模拟最重要的方法。通过对工艺流程的模拟和优化有助于更加节能、环保、经济的制备高纯异丁烯。本次设计使用的工艺方法，和设备优化方法在实际工业生产中应用广泛，因此本次的设计具有一定的实际意义和参考价值。希望通过众多设计工作者的努力,优化异丁烯的生产和附属产品的生产工艺。通过本次设计熟悉了专业软件和专业知识，培养了认真严谨的工作态度，谦卑务实的学习作风，知错能改的责任感。致谢

本论文的工作是在我的导师朱玉俊老师的悉心指导与关怀下完成的。朱老师以渊博丰富的学术知识，严谨认真的治学态度、缜密活跃的学术思维以及锲而不舍的进取精神、给与我的工作极大的帮助和影响。在此，衷心感谢老师的指导与关怀。同时对参与答辩过程的老师和领导表示深深的感谢！！尊敬的各位老