年产5万吨甲基叔丁基醚生产工艺

本文格式为Word版，下载可任意编辑——年产5万吨甲基叔丁基醚生产工艺吉林化工学院学士学位毕业设计

摘要

本设计是年产10万吨甲基叔丁基醚装置生产工艺设计，主要以反应工段为工艺设计对象，在借鉴了国内外成熟的MTBE生产工艺和技术的基础上，结合了吉林市地区的自然及其地理条件，按任务要求生产量设计本工艺流程。由于我国目前是世界上汽油消耗量相当大而且用量正在大量增加的国家，而采用甲基叔丁基醚作为汽油添加剂，有提高汽油烷值和汽油燃烧效率、减少CO和其他有害物(如臭氧、苯、丁二烯等)的排放等优点，因此建设此项目具有重要意义。我们采用的合成工艺是由混合碳四中的异丁烯和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最终合成MTBE。此次设计采用的技术虽不是业内最先进的，但是就我们目前的实际状况来讲是最成熟的。我们会坚持不懈地努力改进MTBE的生产工艺，望各位评委见谅。

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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。

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，且既靠近饱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。

1.1.3厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成及人员1.1.3.1厂址选择本厂建于吉林市铁东，其原因是水电充足。1.1.3.2设计地区的自然条件吉林市自然条件如下：平均气压755.66mmHg最高温度36.6℃最低温度-38℃平均相对湿度71％

最大冻土深度7.4×10cm最大降雪量420mm平均风速2.7m/s松花江水温15℃最高水温25℃1.1.3.3车间组成及结构本厂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。

本车间为连续自动化生产，共分四个班，四班三倒的作息制度，全年生产7200小时。1.1.3.4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，调理仪表安装在控制室。

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1.2工艺说明

1.2.1原材料规格本装置以吉化炼油厂液化气分开车间催化裂解碳四（含异丁烯18％）和本厂丁二烯抽提车间抽余碳四(含异丁烯34.1％)两者以51.326：1（重量比）混合为碳四原料。表1原材料规格

序号

原料名称

控制项目名称和指标异丁烯含量18～42％

1混合碳四原料

备注

?NH4以计

C3?﹤0.8％、C5?﹤0.5％

ACN﹤20ppm、阳离子﹤4ppm水﹤0.03％、其他碳四：平衡

外观：无色透明液体、比重：0.791～0.792以HAC计初馏点;64～65.5℃、蒸馏量≥99.2％

2甲醇

游离酸：≤0.002％、游离碱≤0.005％水≤0.05％、酸值（koHmg/g）≤0.035蒸馏残渣≤0.002％

34碱液盐酸溶液NaoH含量≥6％HCL含量≥12％外观：灰白球状、孔容：0.25～0.29ml/g交换当量:4.2～4.8mg当量/g干树脂

5触媒

膨胀比：1.3～1.75、强度：99％

2m/g、粒度：10～60目比表面;13～15

以

NH3计

1.2.2副产品规格表2副产品规格

序号

名称

规格

?C4丁烯-1～41％、～18.4％

单位设计定额

1丁烯-1异丁烯≤0.4％、甲醇≤0.15％MTBE≤0.5％MTBE≥98.7％T19.072残液馏分Kg10

1.2.3安全标准

1.2.3.1防火、防爆等级和卫生标准

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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：

表3防爆等级和卫生标准

序号123地点装置区泵房中间罐区

防火等级甲级甲级甲级

防爆等级

避雷等级二类二类二类

Q?2级Q?2级Q?2级

1.2.3.2材料及成品的爆炸范围及卫生安全浓度

表4材料及成品的爆炸范围及卫生安全浓度序号12345名称碳三组分碳四组分碳五组分甲醇MTBE闪点℃—66.7—40～—80—4012—26.7自燃点℃

上限

455～510455433

11126.936.58.4下限221.255.51.6爆炸极限％

爆炸极限％

?ic4空气中允许

浓度mg/L0.50.10.050.35

1.2.3.3安全措施本装置安全特点：

原料碳四、甲醇、副产品丁烯-1馏分以及成品MTBE等都是易燃易爆介质。闪点低于环境温度，其蒸气与空气在不正常操作状况下。如误操作，设备拆卸检修等均有可能形成爆炸性混合物。甲醇、MTBE有一定毒性，辅助材料和盐酸等的水溶液则有一定的腐蚀性，且系统操作压力也较高。具体措施：

（1）控制可燃物质，文明生产，消除跑、冒、滴、漏，防可燃物质外流。（2）格局空气和氧化剂，设备要密闭，采用氮封，水封等是可燃物与氧气隔绝。（3）消除着火源。

（4）防火势和爆炸波的扩展和曼延，不形成新的燃烧条件。（5）提高安全技术，加强安全管理。

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1.2.4产品性质

1.2.4.1MTBE物理性质

表5MTBE物理性质

常数名称沸点冰点闪点生成自由能（Gf298）自燃点爆炸范围

液体比重（d15.56℃）临界压力

20℃在100g水中溶溶解度

醚

20℃在100g醚中溶水

燃烧热蒸发潜热液体热容折光指数（20℃）绝对熵

液相气相液相气相

KJ/molKJ/molKJ/㎏KJ/㎏KJ/㎏K

35.1079321.17762.13281.3689265.1806357.6446—313.3991

g液相

KJ/mol气相

℃空气vol％amt单位℃℃℃

数据55.2—108.626.7—119.90535.304601.6～8.40.74633.854.891.5S298

生成热

0??H298

1.2.4.2MTBE化学性质

MTBE化学性质如下：（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。

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（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230～280℃，在有催化剂存在下与空气氧化可以生成异戊二烯。

1.2.4.3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:

CHCH33??CH?C?CH2+CHOH?CH?C?O?CH3333?

CH

3

?H??36.42KJ/mol

副反应方程式:

CHCH33??CH?C?CH2+H2O?CH?C?O?CH（TBA）333?CH

3?H??34.98KJ/mol选择工艺参数，必需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——水分开，甲醇循环使用。

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1.2.5生产工序及工艺流程表达本车间分为反应、精馏、回收三个工序。来自836#罐区的混合碳四原料经FRQ109进行流量记录与累积后进入碳四原料储罐V101，V101液面通过LICA101液面调理器保持稳定，来自845B区的工业甲醇经FRQ110进行流量记录与累积后进入甲醇储罐V102，其液面由LIA115进行液面指示与报警，当槽内压力过2389.03Pa后开启水喷淋降温。由P108A/B泵来的回收甲醇，也进入V102槽，V101罐中的碳四经原料泵P101A抽出，由FRC101控制流量8.922T/Hr与P102A/B甲醇泵来的甲醇接触，醇烯比1.05～1.2：1进入X101混合器混合。

碳四原料进入P101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P102A/B抽出，经FI111计量后与P101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25±5℃，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3.85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表调理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：1570537.5Pa，入口温度：55℃，出口温度76.43℃，充分利用热能和控制碳四转化率74％，一段一器反应终了后，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0.8，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71.7℃，压力为1530007.5Pa，经一器二段循环泵P104A/B抽出，视状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R101B(A),即一器三段中，三段操作条件：出口压力：1530007.5Pa，出口温度：71.7℃.

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流出的物料通过调理器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89.8℃，进入第一脱醚塔第46块板。

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T101塔的热量，根据处理物料的不同分别用30kgcm2蒸汽或9kgcm2蒸汽通过一醚塔底再沸器E106加热供给，通过TRC106控制35块板温度为156℃，塔底获得纯度为98.7％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159.7℃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塔可改由其次块板侧线采出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塔顶馏出的碳四和剩余的甲醇经一醚塔冷却器E107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8.918T/Hr，打回塔内回流，其余部分通过液面调理器LRCA103与流量调理器FRC105串级调理。

T101塔顶的压力通过压力调理器PRC103进行控制，一般状况下用冷凝器的冷却水量调理控制塔压力，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。

表6一醚塔操作条件：

压力温度回流比

进料

2塔顶

2塔底

212.1㎏/cm（1226032.5Pa）12.0㎏/cm（1215900Pa）12.6㎏/cm（1276695Pa）89.8℃1.2080.4℃

159.7℃

来自V103回流槽的物料，经萃取塔进料冷却器E109冷却到25～40℃，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≤0.15％，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。

表7T103塔操作条件：

操作温度操作压力液面控制烃水重量比

25℃～40℃

4～5.2㎏/cm（405300～526890Pa）50％1.6～4.4

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2吉林化工学院学士学位毕业设计

来自T103底含6～15％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2.64T/Hr(103.3℃)热交换，被加热到75.5℃之后，在甲醇塔进料预热器E117中由TIC111控制被9kgcm2蒸汽加热到96.4℃后，进入甲醇回收塔T104回收甲醇。T104塔的热量由3kgcm2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0.265T/Hr，通过液面调理器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≤0.5％的釜水.再由液面调理器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0.272T/Hr.

表7T104塔操作条件：

温度（℃）压力（Pa）回流比

进料96

塔顶67.4常压5

塔釜103.3

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V107A/B中，由MTBE成品泵P110A/B抽出，经FRQ119进行流量记录与累计后，休止送油品车间，845B罐区C104槽以备外运，为保证V107A/B槽压力为0.3～

22cmcm1.0㎏/，设有一套分程调理装置PICA107,当槽内压力低于0.3㎏/G时，A阀2cm开，补入氮气，当压力高于1.0㎏/时，B阀开，向火炬系统泄压。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，可根据物料组成状况分别收集与V108A/B，V113槽中，之后再适时的一不合格品泵P112A/B或

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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0.3㎏/cm或温度低于5℃时，则分别开启升压E120、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㎏/cm蒸汽凝水和9

㎏/cm蒸汽凝水收集与V112中，在V112中闪蒸罐3㎏/cm饱和蒸汽，闪蒸罐的3㎏/cm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1.0㎏/cm，饱和蒸汽在用作热源。V112槽的压力保持在2.90～3.10㎏/cm。当压力高于3.20㎏/cm时，B阀开，多余气体排出界区。V112闪蒸后的3㎏/cm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开槽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，因此在参与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。

2222222221.2.6生产控制一览表

表8生产控制一览表

序号1取样点碳四原料罐

分析方法

除金属阳离子为化学或比色法，其余为色谱法

气相色谱法气相色谱法

气相色谱法气相色谱法气相色谱法气相色谱法-10-

控制指标

?C3异丁烯含量18～42％≤0.8％、

C5?≤0.5％ACN≤20ppm阳离子﹤

4ppm、水≤0.03％按GB-338-76工业一级品要求异丁烯≤0.4％甲醇≤0.15％MTBE≤0.

5％阳离子﹤1ppm水≤0.03％

2345678甲醇罐

丁烯-1馏分罐保护反应器口E101出口R103入口R101内R101A出口

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91011121314R101B出口T101入口T101内V105排污R104入口R104出口

气相色谱法气相色谱法气相色谱法化学分析法化学分析法

甲醇、

C4≤0.1

甲醇含量≤0.5％HCL含量2～4％NaOH含量2～6％

1.2.7三废及处理表9三废及处理

序号123456名称含醇废水酸碱废水化验室废水含油废水废气残液规格甲醇≤0.5％PH5～10PH5～10油烃≤10ppmMTBE98.7％

数量正常T/H0.272————32.8㎏/H35.0㎏/H数量最大T/H——180.620

V105V104辐射水池V106T101排化污水池排化污水池排化污水池排化污水池排大气

排放点

备注

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第2章计算部分

2.1物料衡算

2.1.1全车间物料衡算

2.1.1.1根据设计要求：MTBE年产量为5万吨，按年工作量为7200小时计算，则每小时产工业MTBE量:

5?104?103kgM==6944.45kgh

7200h,根据设计要求：

成品、副成品指标：合格品一级品

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）按合格产品计算：（产品中纯MTBE含量为98%）

则产品中含纯MTBE

M,3=6944.45kgh?0.98=6805.56kghM3=6805.56kgh=77.20kmolh88.15kgkmol

2.1.1.2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98.5%）

M2,=6805.56kgh=6909.20kgh0.985

M2?6909.2kg/h?78.38kmol/h

88.15kg/kmol根据设计要求：反应器的一段转化率为74％；二段转化率至86％；总转化率为93％

反应器A出口的MTBE的量（设计要求：反应器总转化率≧93％，反应器A总转化率≧86％，设反应器的MTBE收率99%）

78.38kmolh?0.860.93M1==73.21kmolh0.99-12-

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M1,=73.21kmolh?88.15kgkmol=6453.46kgh2.1.1.3进入反应器A的异丁烯的量进入反应器A的异丁烯的量

N=78.38kmolh=85.13kmolh

0.93?0.99N,=85.133kmolh?56.11kgkmol=4776.69kgh

2.1.2反应器物料衡算

2.1.2.1反应器A进料组成及流量表10原料抽余碳四的组成及各组分的流量

组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯水∑

分子量42.0844.1058.1256.1158.1256.1156.1172.1540.0754.0956.1118.00

质量分数kg/kg0.00460.00690.22190.30800.06180.08630.05150.00120.00170.00360.25220.00031.0000

质量流量kg/h87.12130.694202.815833.551170.501634.53975.4122.7332.2068.184776.695.6818940.09

摩尔分数kmol/kmol0.00610.00890.21540.30960.05990.08670.05180.00090.00250.00380.25350.00091.0000

摩尔流量kmol/h2.072.9672.31103.9720.1429.1317.380.320.801.2685.130.32335.79

通过已知数据按比例计算新鲜甲醇中纯甲醇流率为2464.67kgh表11工业甲醇的组成及流量：

名称甲醇水其他工业甲醇

摩尔流量kmol/h76.920.110.0277.05

摩尔分数kmol/kmol0.99840.00140.00021.0000

质量流量kg/h2464.671.970.502467.14

质量分数kg/kg0.99900.00080.00021.0000

分子量32.041832

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表12通过已知数据按比例计算得混合甲醇流率为3013.88kg/h

名称

丙烯

丙烷

异丁烷

质量流量kg/h正丁烯

正丁烷

反丁烯

顺丁烯

正戊烷

丙二烯

丁二烯

水

甲醇

其他

0.230.3711.4615.923.184.462.660.060.100.192.392972.360.50

循环甲醇=混合甲醇?新鲜甲醇=2972.36kgh-2464.67kgh=507.69kgh则醇烯比为：1.09：1满足设计要求。

表13反应器A进料组成及流量（醇烯混合物的组成及流量）

组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯水甲醇其他∑

摩尔流量kmol/h2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.2685.130.4592.770.02429.40

摩尔分数kmol/kmol0.00480.00690.16890.24280.04700.06800.04060.00070.00190.00290.19830.00100.21600.00001.0000

质量流量kg/h87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.374776.698.072972.360.5021953.97

质量分数kg/kg0.00400.00600.19200.26640.05350.07470.04460.00100.00150.00310.21760.00040.13540.00001.0000

其他杂质含量可忽略不计

2.1.2.2反应器一段反应产物及循环物料的组成及流量：

-14-

吉林化工学院学士学位毕业设计

主反应方程式:

CHCH33??CH?C?CH2+CHOH?CH?C?O?CH3333?

CH

3

副反应方程式:

CHCH33??CH?C?CH2+H2O?CH?C?O?CH333?

CH

3

2.5异丁烯→二.三异丁烯

已知异丁烯生成MTBE的选择性为99%，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:85.13kmol/h?0.74=63.00kmol/hMTBE产量为:85.13kmol/h?0.74?0.99=62.37kmol/h由于生成1mol的TBA需要1mol的水，所以生成TBA的量为0.45kmol/h生成二.三异丁烯的量为：

2(63.00kmol/h-62.37kmol/h-0.45kmol/h)=0.07kmol/h

5-/h剩下的异丁烯流量为:85.13kmol/h?(10.74)=22.13kmol剩下的甲醇流量为:92.77kmol/h?62.37kmol/h=30.40kmol/h表14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-15-

吉林化工学院学士学位毕业设计

丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁烯

∑

2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.2622.1330.4062.370.450.07366.38

0.00570.00810.19790.28450.05510.07970.04760.00090.00220.00340.06040.08300.17020.00120.00021.0000

87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.371241.71974.025497.9233.359.8221943.35

0.00400.00600.19210.26660.05350.07470.04460.00100.00150.00310.05660.04440.25060.00150.00041.0000

根据设计要求循环物料的循环比控制范围为0.5—5.0。所以取循环物料的循环比为0.8.设循环循环物料中含异丁烯的量为x,则

xx?22.13=解得x=17.70kmolh

85.13?0.885.13?(1?0.8)同理可得循环物料中含MTBE的量为49.90kmolh

含甲醇的量为24.32kmolh表15则反应器一段循环物料的组成及流量：

组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯

摩尔流量kmol/h1.662.3858.0183.4016.1523.3713.940.260.651.01摩尔分数kmol/kmol0.00570.00810.19790.28450.05510.07970.04760.00090.00220.0034-16-

质量流量kg/h69.88104.853371.424679.58938.941311.19782.4618.2325.8454.70质量分数kg/kg0.00400.00600.19210.26660.05350.07470.04460.00100.00150.0031

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异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁烯

∑

17.7024.3249.900.360.06293.17

0.06040.08300.17020.00120.00021.0000

993.37779.224398.3426.687.8617562.56

0.05660.04440.25060.00150.00041.0000

2.1.2.3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86%

反应的异丁烯的量:85.13kmol/h?0.86=73.21kmol/hMTBE产量为:85.13kmol/h?0.86?0.99=72.48kmol/h二.三异丁烯的产量为:

2(73.21kmol/h72.48kmol-/h0.45kmol-/h)=0.11kmol/h5-/h剩下的异丁烯流量为:85.13kmol/h?(10.86)=11.92kmol甲醇流量为:92.77kmol/h?72.48kmol/h=20.29kmol/h表16反应器二段出口物料的组成及流量

组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁烯

∑

摩尔流量kmol/h2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.2611.9220.2972.480.450.11356.28

摩尔分数kmol/kmol0.00580.00830.20350.29260.05670.08200.04890.00090.00230.00350.03350.05690.20340.00130.00031.0000

质量流量kg/h87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.37668.83650.096389.1133.3515.4321953.16

质量分数kg/kg0.00400.00600.19200.26650.05350.07470.04460.00100.00150.00310.03050.02960.29100.00150.00071.0000

根据设计要求循环物料的循环比控制范围为0.8—5.0。所以取循环物料的循环比

-17-

吉林化工学院学士学位毕业设计

为0.8,设循环循环物料中含异丁烯的量为x,则

xx?11.92=解得x=9.54kmolh

85.13?0.885.13?(1?0.8)同理可得循环物料中含MTBE的量为57.98kmolh

含甲醇的量为kmolh

表17则反应器二段循环物料的组成及流量：

组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁烯

∑

摩尔流量kmol/h1.662.3858.0183.4016.1523.3713.940.260.651.019.5416.2357.980.360.09285.02

摩尔分数kmol/kmol0.00580.00830.20350.29260.05670.08200.04890.00090.00230.00350.03350.05690.20340.00130.00031.0000

质量流量kg/h69.88104.853371.424679.58938.941311.19782.4618.2325.8454.70535.06520.075111.226.6812.3417562.53

质量分数kg/kg0.00400.00600.19200.26650.05350.07470.04460.00100.00150.00310.03050.02960.29100.00150.00071.0000

2.1.2.4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85.13kmol/h?0.93=79.17kmol/hMTBE产量为85.13kmo?l/h?0.930.99=78.二.三异丁烯的产量为：

2(79.17kmol/h?78.38kmol/h?0.45kmol/h)=0.14kmol/h5-/h剩下的异丁烯流量为85.13kmol/h?(10.93)=5.96kmoll/h甲醇流量为92.77kmo?78.38kmol/h=14表18反应器三段出口物料组成及流量：

-18-

吉林化工学院学士学位毕业设计

组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁烯

∑

摩尔流量kmol/h2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.265.9614.3978.380.450.14350.35

摩尔分数kmol/kmol0.00590.00850.20700.29760.05760.08340.04980.00090.00230.00360.01700.04110.22370.00130.00041.0000

质量流量kg/h87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.37334.42461.066909.2033.3519.6421954.02

质量分数kg/kg0.00400.00600.19200.26640.05350.07470.04460.00100.00150.00310.01520.02100.31470.00150.00091.0000

2.1.3MTBE精馏塔物料衡算根据设计要求：塔底甲醇≤0.003（wt），二.三异丁烯≤0.005（wt，MTBE精馏过程MTBE收率为98.5%，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，

塔底MTBE的量为：6909.20kg/h?0.985?6805.56kg/h塔底成品MTBE的量为：6805.56kg/h?0.98?6944.45kg/h

g/h?0.003塔底甲醇的量为：6944.45k?20.

塔底二.三异丁烯的质量分数为：19.64/6944.45.78=0.0028（满足设计要求）塔顶MTBE的量为：6909.20kg/h?6805.56kg/h?103.64kg/h塔顶甲醇的量为：461.06kg/h?20.83kg/h?440.23kg/h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19对精馏塔进行物料衡算列表如下：

质量

进料

名称

kg/h分数kg/kg馏出液kg/h-19-

质量分数kg/kg釜液kg/h质量分数kg/kg吉林化工学院学士学位毕业设计

丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁

烯∑

87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.37334.42461.066909.2033.3519.6421954.02

0.00400.00600.19200.26640.05350.07470.04460.00100.00150.00310.01520.02100.31470.00150.00091.0000

87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.37334.42440.23103.640.000.0015074.640.00580.00870.27960.38800.07790.10870.06490.00150.002110.00450.02220.0290.00690.00000.00001.00000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0020.836805.5633.3519.646879.380.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00300.989320.00480.00291.0000

表20MTBE精馏塔组分表：

进料

名称丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBETBA二.三异丁烯

∑

2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.265.9614.3978.380.450.14350.35

摩尔分数0.00590.00850.20700.29760.05760.08340.04980.00090.00230.00360.01700.04110.22370.00130.00041.0000

馏出液2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.265.9613.741.180.000.00271.91-20-

摩尔分数0.00760.01090.26670.38340.07430.10740.06410.00120.00300.00460.02190.05050.00430.00000.00001.0000釜液0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.6577.200.450.1478.44摩尔分数kmol/kmol0.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00830.98420.00570.00181.0000kmol/hkmol/kmolkmol/hkmol/kmolkmol/h吉林化工学院学士学位毕业设计

2.1.4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2956.12kg/h萃取水组成为：水和甲醇。已知甲醇的流量12.33kg/h纯水的流量2956.12k?gh43.79kgh12.33kgh=29设计要求塔顶：甲醇含量≤0.0004水≤0.0003（质量分数）

表21萃取塔进料的物料组成及流量为：

质量流量

名称丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBE水∑

kg/h87.35131.064214.275849.471173.681638.99978.0722.7932.3068.37334.42452.56103.642943.7918030.76

质量分数kg/kg0.00480.00730.23370.32440.06510.09090.05420.00130.00180.00380.01850.02510.00580.16331.0000

摩尔流量kmol/h2.082.9772.51104.2520.1929.2117.430.320.811.265.9614.121.18163.54435.83

摩尔分数kmol/kmol0.00480.00680.16640.23920.04630.06700.04000.00070.00190.00290.01370.03240.00270.37521.0000

根据已知数据按比例计算得：塔顶出料总量为13277.17kg/h

塔顶含甲醇：13277.17kg/h?0.0004=5.31kg/h塔顶含水量：13277.17kg/h?0.0004=5.31kg/h塔底含甲醇量：452.56kg/h-5.31kg/h=448.58kg/h塔底含水量：2943.79kg/h-3.98kg/h=2939.81kg/h

表22萃取塔塔釜出料的流量及组成：

名称

质量流量

质量分数-21-

摩尔流量

摩尔分数

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kg/h丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBE水∑

0.230.3711.4615.923.184.462.660.060.100.190.00448.580.002939.813427.02

kg/kg0.00010.00010.00330.00460.00090.00130.00080.00000.00000.00010.00000.13090.00000.85781.0000

kmol/h0.010.010.200.280.050.080.050.000.000.000.0014.000.00163.27177.95

kmol/kmol0.00010.00010.00110.00160.00030.00040.00030.00000.00000.00000.00000.07870.00000.91751.0000

表23萃取塔塔顶出料的流量及组成：

质量流量

名称丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBE水∑

kg/h87.12130.694202.15833.551170.501634.53975.4122.7332.268.18334.425.31103.643.9814604.36

质量分数kg/kg0.00600.00890.28770.39940.08010.11190.06680.00160.00220.00470.02290.00040.00710.00031.0000

摩尔流量kmol/h2.072.9672.31103.9720.1429.1317.380.320.811.265.960.21.180.27257.96

摩尔分数kmol/kmol0.00800.01150.28030.40300.07810.11290.06740.00120.00310.00490.02310.00080.00460.00101.0000

2.1.5回收塔物料衡算

-22-

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回收塔设计要求：塔釜甲醇含量≤0.5%表24回收塔进料组成及流量：

质量流量

名称丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇MTBE水∑

kg/h0.230.3711.4615.923.184.462.660.060.100.190.00448.580.002939.813427.02

质量分数kg/kg0.00010.00010.00330.00460.00090.00130.00080.00000.00000.00010.00000.13090.00000.85781.0000

摩尔流量kmol/h0.010.010.200.280.050.080.050.000.000.000.0014.000.00163.27177.95

摩尔分数kmol/kmol0.00010.00010.00110.00160.00030.00040.00030.00000.00000.00000.00000.07870.00000.91751.0000

根据已知数据按比例计算得：塔底甲醇含量为12.33kg/h

塔顶甲醇含量为448.58kg/h-12.33=436.25kg/h根据已知数据按比例计算得：塔顶水含量为0.42kg/h

表25回收塔组分表：

进料

质量流量

名称丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷

kg/h0.230.3711.4615.923.184.462.660.06

质量分数kg/kg0.00010.00010.00330.00460.00090.00130.00080.0000

质量流量kg/h0.230.3711.4615.923.184.462.660.06

塔顶

质量分数kg/kg0.00050.00080.02410.03350.00670.00940.00560.0001

质量流量kg/h0.000.000.000.000.000.000.000.00塔釜

质量分数kg/kg0.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.0000-23-

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丙二烯1，3-丁二烯甲醇水∑

0.100.19448.582939.813427.020.00000.00010.13090.85781.00000.100.19436.250.42475.30.00020.00040.91780.00091.00000.000.0012.332939.392951.720.00000.00000.00420.99581.0000

2.2热量衡算

0

以下计算是以25C为基准计算。在某一温度下某处的全部物料比热容可以以平

均植代替。其计算方法如下：

1.查出该温度下的所有组分的比热容。2.同已查出25C下的比热容分别取平均值。3.通过公式Cp=∑Cpi?xi计算平均比热容Cp。0

2.2.1一器一段循环冷却器E-101热量衡算

一器一段循环冷却器E-101的简图如下：

Q3Q1Q2设计要求E-101物料出口温度为550C原料带进的热量为：

Q1=G1?Cp1??t1=21953.97kgh?2.4491kJkg?(100C?250C)=?806512.02kJh回流液带进的热量为：

Q2=G2?Cp2??t2=21953.97kgh?0.8?2.6763KJkg0c?(7625)-0c=2397220.72kJh

混合液带出的热量为：

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Q3=G3?Cp3??t3=21953.97kgh?1.8?2.5624kJkg0c?(5525)-0c=3037762.05kJh由热量守衡原则：Q=Q3-(Q1?Q2)

所以水蒸汽带进的热量为:Q=Q3?Q2?Q1=1447053.35kJh查得9kgcm2的水蒸汽的汽化潜热为v=2038.10kJkg所需水蒸汽的量为G4=Q1447053.35kJh==710.00kghv2038.10kJkg2.2.2一器一段热量衡算R101一段简图如下：

Q3Q4Q5Q2已知：

abc2异丁烯17.33471.28?8?101.15041?10?460.09670甲醇?9.847MTBE?14.96710.19810设反应温度为730C（346k）MTBE比热容：

?Cp=a?bt?ct2=?Cp生成物??Cp反

=（-14.9671?9.8476-17.3347）?（0.1981-0.0967-1.288?10?2）t?(-1.1504?10?4)t2

MTBE生成焓：

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?h=?h298??346298?Cpdt

?42=?9000??346298(?22.4542?0.08852t?1.15041?10t)dt

=?9000?1077.8016?1368.16512?513.59496??9283.2314kcalkmol=?38803.91kJkmol

由物料衡算可知R101一段MTBE产量为5497.92kgh,q=?440.20kJkg生成MTBE产生的热：

Q生=?440.20kJkg?5497.92kgh=?2421575.36kJh由E101热量衡算可知：

Q3=3037762.05kJh

带进的热量为：Q入=Q3?Q生=5459337.41kJh带出的热量为：Q出=Q4=G4?Cp4??t4

=21953.97kgh?1.8?(760C?250C)=5393746.63kJh

Q出等于Q进，符合热量平衡守恒Q5?Q4?Q2?2996525391kJh

2.2.3T101B塔底出料换热器E104的热量衡算换热器E104的简图如下：

Q4Q1Q2Q3T101B塔釜出料与T101A塔顶进料换热,已知T101B塔釜出料温度为159.70C，降为600C塔进料带进的热量:

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Q1=G1?Cp1?t1=21953.97kgh?2.2756kJkg?(49?25)0c=1357071.48kJh塔底出料带进热量：

Q2=G2?Cp2??t2=6879.38kgh?2.4948kJkg?(159.70C?250C)=2311812.62kJh塔底出料带出热量：

Q3=G3?Cp3??t3=6879.38kgh?2.24?(60?25)0C=539343.39kJh塔进料带出的热量：

Q4=G1?Cp4??t4=21953.97kgh?2.556kJkg?(800C?250C)=3086289.10kJhQ进=Q1+Q2=3668884.10kJhQ出=Q3+Q4=3605632.44kJhQ出等于Q进，符合热量平衡守恒2.2.4T101进料换热器热量衡算

管线说明：T101进料经过E105后从800C升到89.80C

0Q1=G1?Cp1??t1=21953.97kgh?2.451?（80?25）C=2959504.93kJh0Q2=G2?Cp2??t2=21953.97kgh?2.7165?（89.8?80）C=3864539.78kJh

Q=Q2-Q1=905034.85kJh所需9kgcm2的水蒸汽的量为m=

Q905034.85kJh==444.06kghv2038.10kJkg2.2.5T101热量衡算（包括T101B塔底再沸器E106，T101A塔顶冷凝器E107）

T101及周边换热器的见图如下：

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QVQCQ进QRQNQMQBQW

已知T101进料经过E105后从800C升到89.80C根据设计要求设回流比为1.2

对E107进行热量衡算（已知塔顶采出量为15074.64kgh）

Qv=Gv?Cpv??tv=Gm?(1.2+1)?Cpv??tv=15074.64kgh?2.2?2.7165kJkg?(89.80C?250C)=5837869.00kJhQN=GN?CpN??tN=Gm?(1.2+1)?CpN??tN=15074.64kgh?2.2?2.814kJkg?(78.60C?250C)=5002170.76kJhQR=QNQM=QN1.2=2728456.78kJh2.21=2273713.98kJh2.2通过以上计算已知塔底出料带出热量：QW=(3.中的Q2)=2311812.62kJhQ入=（2.2.4中的）Q2=3864539.78kJh

QB=QW?QV?Q入?QR=1556685.06kJh所需9kgcm2的水蒸汽的量为：-28-

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mB=QB1556685.06kJh==763.79kghv2038.10kJkgQC=QN?QV=?835698.24kJh

根据设计要求冷却水进口温度为250C，出口温度为350C0已知25C水的比热容为4.174kJkg，350C水的比热容为4.1785kJkg，4.17kJkg+4.1785kJkg=4.1763kJkg则平均比热容为：CpC=2所需冷却水的量为：

mC=

QC?835698.24kJh==20230.49kgh0CpC??t24.1763kJkg0C?（25?35）C2.2.6E108热量衡算管线说明：T101塔底成品由600C冷却到350C0Q2=G2?Cp2??t2=6879.38kgh?2.24?（60?25）C=539343.39kJh0Q3=G3?Cp3??t3=6879.38kgh?2.1346?（35?25）C=146847.25kJh

Q1=Q3?Q2=?392496.14kJh

根据设计要求冷却水进口温度为250C，出口温度为350Cm1=Q1?392496.14kJh==9398.18kgh00Cp1??t14.1763kJkgC?（25?35）C表26各组分在不同温度下的比热容（单位kJkg0C）温度组组分

温

10C度

025C049C055C060C0

丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷

2.5642.5382.3952.5052.3352.1682.3462.297

2.7122.6852.4912.6192.3942.2422.4162.360

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3.0833.0082.6832.8592.5562.3742.5432.474

3.2213.1132.7432.8782.5832.1402.5792.505

3.3013.2023.7933.0212.6062.4412.6102.531

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丙二烯1，3-丁二烯异丁烯甲醇水TBAMTBE2.4222.2062.3552.4194.19176C度

0

2.5122.3122.4312.5024.1782.6482.09078.6C0

2.6852.4542.5712.6654.1742.7642.31680C4.0063.6593.0393.5832.8812.5852.7572.6473.0272.6962.8202.9414.1952.9402.6100

2.7372.4942.6082.7134.1762.7962.37289.8C0

2.7812.5302.6472.7544.1782.8222.419159.7C

0

温度组组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯顺丁烯正戊烷丙二烯丁二烯异丁烯甲醇水TBAMTBE温

3.8963.5863.0003.4782.8322.5622.7332.6292.9962.6692.7922.9124.1882.9162.5793.3333.6253.0213.5242.8672.5742.7462.6383.0102.6842.6072.9284.1922.3424.4533.9633.1883.5832.9592.6712.8562.7113.2072.7992.9373.0474.2082.9902.6991.7313.34103.5432.727

表27与250C的平均值温度组组分丙烯丙烷异丁烷正丁烯正丁烷反丁烯

温10C

度

000

00

035C49C55C60C76C2.6392.6122.4432.5622.3652.205

2.8982.8472.