设计源文件3说明书附录

目录第一 物料衡 物料衡算的意 物料衡算遵循的原 物料衡 总物料衡 碳四原料分离工 MTBE合成与精制工 异丁烯的与提纯工 醚后碳四分离工 第二 能量衡 能量衡算的意 能量衡算的原 能量衡 碳四原料的分离工 MTBE合成与精制工 异丁烯的与提纯工 醚后碳四分离工 第三 能量集成与节能技 概 换热网络设计任 工艺流 物料流股提 夹点的确 换热网络设 实际换热网 节能技 分隔壁萃取精馏 中间再沸器的使 分离过程中的水循环系 控制节 第四 设备选型及典型设备设 塔设备选 概 塔设备的选型原 塔设备选型结 换热器选 概 选型原 选型结 泵的选 泵的选型要 泵的选型计 泵选型结 管道选 管道选型的依 管道选型的方 管道选型结 MTBE裂解反应器设 催化 工艺条件的确 反应器尺寸的计 第五 物料性 总 主要物料 甲 异丁 第一 物物 的意算生产过程的经济效益，确定原材料消耗，确定生产过程的损耗量，对现有 物 遵循的原物料成的变化。进行物料时，必须先确定的体系。对一般体系，均可用如下

C4的分离。现对整个流程和四个工段进行物料。本工艺项目的系统总物 结果如下表1-3-1及表1-3-2所示表1-3- 流入系统物料汇41440000100Mole6Mass表1-3- 流出系统物料汇---45110010100MoleMass121-3-34400000MoleMass---Mass000000000000N-000000N-0000000000000000000000000000000000000MTBE表1-3- MTBE合成反应器物料平00MoleMassMassN-N-00表1-3- 催化精馏塔物料平7770000Mole6Mass(Mass00N-00N-000000000000000表1-3- 甲醇萃取塔物料平C-74440000MoleMassMass000N-000N-00000000000000000000000MTBE表1-3- MTBE精制塔塔物料平7010MoleMassMassN-N-MTBE表1-3- MTBE裂解反应器物料平R003-R004-511MoleMassMassN-00N-00000000表1-3- 异丁烯脱重塔物料平54010MoleMassMassN-000N-000000000000000000000表1-3- 甲醇水洗塔物料平44441010MoleMassMass000N-000000N-00000000000000000000000000000000000表1-3- 甲醇回收塔物料平4000MoleMassMass0000N-0000N-000000000000000000000表1-3- 异丁烯脱水塔物料平-711010MoleMassMass000N-0000N-000000000000000000000000000000000表1-3- 脱异丁烷塔物料平3B2-000MoleMass---Mass0000N-0N-00000000000000000 表1-3- 正丁烯精制塔物料平3B3-3B3-3B3-44000MoleMass---Mass0000N-000N-000000000000000000000表1-3- 加氢反应器物料平3B4-3B4-3B4-401MoleMass--Mass00000N-0000N-0000000000000000000000表1-3- 正丁烷精制塔物料平3--55000MoleMass---Mass000N-000N-0000000000000000000第二 能能 的意在进行全厂热量时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化能 的原工程依据化工设计中关于热量的基本思想和要求遵循基与实际工艺相结合的原则，并进行了该热量书的编制。其中一个主要依据是能量平QinQoutQinQoutQl

QWHout-其中，Q——设备的热负荷;W表2-3- 分隔壁塔热量平4400000MoleMass-----表2-3- 热负荷Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q--MTBE2-3- MTBE00MoleMass--表2-3- 热负荷--Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q---表2-3- 催化精馏塔热量平7770000Mole6Mass------表2-3- 热负荷Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q--表2-3- 甲醇萃取塔热量平C-74440000MoleMass------表2-3- 热负荷00Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q0--0MTBE表2-3- MTBE精制塔塔热量平7010MoleMass-----表2-3- 热负荷Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q--MTBE表2-3- MTBE裂解反应器热量平R003-R004-511MoleMass--表2-3- 热负荷Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q--表2-3- 异丁烯脱重塔热量平54010MoleMass-----表2-3- 热负荷Heat 2-3-21Q--表2-3- 甲醇水洗塔热量平44441010MoleMass------表2-3- 热负荷00Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q--表2-3- 甲醇回收塔热量平4000MoleMassQQ-------表2-3- 热负荷Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q--2.3.4.5表2-3- 异丁烯脱水塔热量平-711010MoleMass-----表2-3- 热负荷Heat 表2-3- 热量平衡计算一览表2-3- 脱异丁烷塔热量平3B2-000MoleMass-----表2-3- 热负荷--Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q---表2-3- 正丁烯精制塔热量平3B3-3B3-3B3-44000MoleMass-----表2-3- 热负荷--Heat 表2-3- 热量平衡计算一览Q---表2-3- 加氢反应器热量平3B4-3B4-3B4-401MoleMass----表2-3- 热负荷--Heat QQ---表2-3- 热量平衡计算一览Q---表2-3- 正丁烷精制塔热量平3--55000MoleMass-----表2-3- 热负荷--Heat 42第三 1E4作为一个工厂来说，运行成本非常重要，而公用工程的消耗是很重要的一部分。通过换热流程的设计和换热网络优化尽可能地进行内部热量的集成和能量的最大化利用，减少公用工程的消耗，这对节约成本起到了关键的作用。在工厂的初步设计阶段我们利用ASPENENERGYYZERV7.3进行C4C4C4C4MTBE合成裂解联合开环工艺，MTBE合成采用固定床3-3-1MTBEMTBE裂只进行一次水洗甲醇。脱重塔塔釜底分离出大部分甲醇可直接回用到MTBE合C4萃取甲醇和异丁烯水洗甲醇经过同一个甲醇回收塔精馏，精馏甲醇回用到MTBE合成装置。甲醇回收塔塔釜出水可循环利用，和补充新鲜水图3-2- 催化裂解C4抽提工图3-2- MTBE合成段及分离工图3-2- MTBE裂解段及异丁烯分离工3-2-1度度MTBEI9器MTBE精制塔冷--器MTBEMTBE40器MTBE2-MTBE器器由ASPENNEERGYYZERV7.3可得到单位时间总费用和dTmin关456图3-2- 3-2-53-2-63-2-4dTmin=8.5℃时，单位时间总费用最小。表3-2- 本工厂既定的换热目标的参数汇HeatingCooling1-2s&tube费用目标值（CapitalMinimumforOperatingS利用ASPENANERGYYZERV7.3的推荐设计功能直接采用内嵌的化工界公用工程消耗费用经验以及换热器购置费用与换热面积的经验（其中换热器为10%的回报率，设备5年对本厂的换热网络进行理3-2-7表3-2- 设计网络与目标换热网络之间的百分比Cost%of%ofOperatingNumberofCapitalNumberofs表3-2- 公用工程消Cost%ofLPMPHP能量分析器给出的最优换热网络是以为基准的所以在考虑了国内实际情况从组合曲线可以发现，抽提车间的能耗较大，而且与其他车间没有足3-2-8为车间的图3-2- 抽提车间组合曲线3-2-8容易看出，车间内部也没有足够的热集成空间，所以只能3-2-9低压蒸汽中压蒸汽

MTBE

冷却水冷冻盐水

MTBE

换热路线图3-2- 工艺流程热集成示意MTBEMTBE精制塔塔釜液和甲醇水洗塔萃余剂进行换热，塔釜达到换热要求324kW59.9℃。MTBE97.4℃，之后再和甲醇回收塔异丁烯脱重塔的塔釜液(49℃)换热，温1149kW。，MTBEMTBE裂解反应。MTBE664kW；MTBE裂解反应为吸热反应，需提供1910kw能量。对此，为达到能量的有效利用MTBE合成反应放，ASPEN冷物流热物流冷公用工程热公用工程3-10ASPENANERGYYZERV7.3得到进一步的优化，节省了操作费用。34.17%，同时又表3-3- 两种工艺的负荷比冷凝器冷凝器再沸器再沸器00表3-3- 使用中间再沸器前后催化精馏塔比较塔顶冷凝器负荷塔底再沸器负荷中间再沸器负荷0218.4kg/hr左右。表3- 水用量对用水量99.98%，极大程度上达29.3MW第四 （浙江大学）SULPAK软件进行填料塔的设计，再利用SW6-1998V6.0软件（大学，进行填料塔的强度校核。表4-1-1800mm分离效率高，塔径1.5m较直径800mm低大（图册图4-1- 催化精馏图4-1- 催化精馏塔汽液流动数据图4-1- 催化精馏塔容量数据表4-1- 催化精馏塔机械设计参数项 结设计压力最高工作压力7设计温度最高工作温度壁厚直边段质量筒体长度内径壁厚质量内径外径厚度内径壁厚长度螺栓腐蚀余量螺栓小径选取值裙座附件附件总质量塔体自振周期设计风压值7总高度空塔总质量MTBE图4-1- MTBE精制塔轮廓图4-1-5MTBE4-1-6MTBE表4-1- MTBE精制塔塔机械设计参数设计压力1设计温度最高工作温度壁厚6直边段质量筒体长度内径壁厚6质量内径外径厚度螺栓腐蚀余量2螺栓小径选取值裙座附件附件总质量料厚度设计风压值7总高度空塔总质量图4-1- 甲醇回收塔轮廓图4-1- 甲醇回收塔汽液流动数据图4-1- 甲醇回收塔汽液流动数据图4-1- 甲醇回收塔汽液流动数据图4-1- 甲醇回收塔塔容量数据4-1-4设计压力1最高工作压力设计温度最高工作温度壁厚直边段质量筒体长度内径壁厚质量内径外径厚度螺栓腐蚀余量1螺栓小径选取值附件附件总质量料厚度塔体自振周期设计风压值7总高度空塔总质量图4-1- 甲醇水洗塔轮廓图4-3- 甲醇水洗塔汽液流动数据图4-1- 甲醇水洗塔容量数据4-1-5项 结设计压力最高工作压力4设计温度最高工作温度壁厚6直边段质量长度内径壁厚6质量内径外径厚度螺栓腐蚀余量1螺栓小径选取值附件附件总质量料厚度塔体自振周期设计风压值7总高度空塔总质量图4-1-13图4-1-14图4-1- 异丁烯脱水塔容量数据4-1-6设计压力最高工作压力1设计温度5最高工作温度0壁厚6直边段质量长度内径壁厚6质量内径外径厚度5螺栓腐蚀余量1螺栓小径选取值附件附件总质量料厚度塔体自振周期1设计风压值7总高度空塔总质量图4-1- 异丁烯脱重塔轮廓图4-1- 异丁烯脱重塔汽液流动数据图4-1- 异丁烯脱重塔容量数据4-1-7设计压力最高工作压力设计温度最高工作温度壁厚8直边段质量长度内径壁厚质量内径外径厚度8螺栓腐蚀余量1螺栓小径选取值附件附件总质量料厚度塔体自振周期设计风压值7总高度空塔总质量AspenHFTSGB150-GB151-1998《管壳式换热器》对模拟的结果进行圆整和结①固定管板式换热器当冷热流体温差不大时，可采用固定管板式换热器，易或检修，壳程必须走洁净且不易结垢的流体。当两流体温差较大时，可采②U形管式换热器这种换热器壳程易于，但管子，损坏管子冷冻盐:用于异丁烯脱水塔冷凝器。进口温度为-15℃，1bar20℃，1bar（125℃（175℃（225℃①换热管内径：为了使传热效果好些，通常选用ф19mm垢的物料（如立式热虹吸式再沸器，为方便，采用外径ф25mm或ф38mm1.25～1.5表4-2- 管子直径与管心管子直径1～2。系数增加，但流动阻力相对较大。正方形排布，排布的管数较少，但方便。454520～35%的裕量。表4-2- 折流板间———————————C4原料预热器BEM700-0.4/0.2-163-15/19-1I。A A 2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM686-AspenS&AspenS&DrawingDWC-1冷凝器。选择固定管板式换热器。管 20.4℃。壳程为分隔壁塔塔顶物料，最高工作温度为34℃。材料均选择CS。列型号为BEM2400-0.3/0.1-14-15/19-1I。AA2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM387-DrawingDWC-再沸器。选择固定管板式换热器。管中压蒸汽，最高工作温度为BEM900-0.1/0.2-349-2/19-1II。AADrawingAspenS&TubeSettingBEM889-DWC-2分隔壁塔侧线精馏段顶部蒸35℃。壳30℃。材料均选择BEM400-0.5/0.3-53-6/19-2Ⅰ。A325222A325222PulingLength2Bolts2BoltsDrawingAspenS&TubeSettingBEM387-C4C4，最高工作温度为35℃。壳100℃100℃CS。列管BEM600-0.2/0.3-232-2.5/19-8Ⅰ。AAAspen &TubeSettingBEM540-Drawing 最高工作温度为120℃。壳 结果如下，型号为BEM500-0.8/0.3-20-1.5/19-1Ⅰ。AAAspenS&TubeSettingBEM438- 度为175℃壳 结果如下，型号为BEM1200-0.1/0.3-1283-4.5/19-1II。A A AspenS&TubeSettingnBEM1143-4267DrawingMTBE精制塔冷凝器。选择固定管板式换热器。管冷却水，最高工作温25℃。壳MTBE55℃。材料均选择BEM400-0.3-17-2/19-2Ⅰ。AAPulingLength2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM387-DrawingMTBE塔底热交换器。选择固定管板式换热器。管 液最高工作温度为76℃壳 材料均选择CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与采用焊接。最后设计结果如下，型号为BEM400-0.5/0.4-24-4.5/19-1Ⅱ。A291222S1A291222S1Aspen &TubeSettingBEM257-Drawing催化精馏塔中间再沸器。选择固定管板式换热器。管中压蒸汽，最高工175℃129℃。材料CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与封头BEM1300-0.3-1306-2.5/19-1Ⅱ。AADrawingAspenS&TubeSettingBEM1219-裂解气热交换器Ⅰ。选择固定管板式换热器。管MTBE190℃100℃。材料CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与封头BEM400-0.6/0.3-4-1.5/19-1Ⅱ。AAAspen &TubeSettingBEM205-Drawing裂解气热交换器Ⅱ。选择固定管板式换热器。管I160℃105℃。CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与BEM400-0.6/0.3-1455-6/19-1II。A291222A291222 PulingLength2Bolts2BoltsDrawingAspenS&TubeSettingBEM257-甲醇回收塔再沸器。选择固定管板式换热器。管中压蒸汽，最高工作温175℃。壳经裂解气热交换器IIAA PulingLength2 2 DrawingAspenS&TubeSettingBEM489- 经裂解气热交换器II后的MTBE裂解产物，最高工作温度为110℃。壳 材料均选择CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与用焊接。最后设计结果如下，型号为BEM400-0.6/0.3-9-3/19-1Ⅱ。A224168A224168SDrawingAspenS&TubeSettingBEM205- 蒸汽，最高工作温度为34℃。壳 冷却水，最高工作温度为28℃。材料均选择CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与封头管箱最后设计结果如下，型号为BEM400-0.5/0.3-17-4.5/19-1Ⅱ。A291222A291222DrawingAspenS&TubeSettingBEM257-甲醇水洗塔流出液冷却器。选择固定管板式换热器。管冷却水，最高工34℃。壳经MTBET 最高工作温度为65℃。壳程异丁烯脱重塔塔塔釜液，最高工作温度为49℃。材料均选择CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与封用焊接。最后设计结果如下，型号为BEM400-0.3/0.5-11-1.5/19-2Ⅱ。AAAspen &TubeSettingBEM337-Drawing异丁烯脱水塔再沸器。选择固定管板式换热器。管100℃饱和水蒸气，BEM400-0.5/0.3-1234-2/19-1Ⅱ。AA2Bolts2BoltsAspen &TubeSettingBEM914-Drawing 器后的甲醇回收塔塔顶液，最高工作温度为65℃。壳 的连接采用焊接。最后设计结果如下，型号为BEM650-0.3-194-6/19-1Ⅱ。A 383 A 383 S1 DrawingAspenS&TubeSettingBEM610- 择CS。列管排列采用正三角形排布，前端管箱为封头管箱，后端为与封头管箱最后设计结果如下，型号为BEM2500-0.3-20933-6/19-2Ⅰ。1137211372Aspen &TubeSettingBEM2540-DrawingA 、①对输送易燃易爆或贵重介质的泵要求轴封可靠或采用无泵，如泵、磁力驱动泵、隔膜泵等；、③对安装 区域的泵，应根 区域等级，采用防爆电动机表4-3- 各类泵的特点及选用要；泵的备用率为泵的选型采用了化学工业制作的智能选泵软件及其附带的数据库下图4-3- 智能选泵软件选择界数。其中，P0301Q=1.82L/s；装置扬程的计 为Hh

ld

，，h=25.0m；泵压力恒定，故压差为零，即Aspen模拟结果中查出流股物性：ρ=744.1kg/m3，μ=0.000345Pa·s；之后，代入算出雷诺数Redu1.0105；管材为无 ，取绝对粗度ε=0.10.002λ≈0.026dl Hh

20.0m

m0md 2H=25.6mQ=1.82L/s90%，4-3-2所示：表4-3- P0303泵参P03034-3-2图4-3- P0303泵安装尺寸

图4-3- P0303泵工作曲线表4-3- P0101泵参图4-3- P0101泵安装尺4-3-4P0102图4-3- P0102泵安装尺寸图4-3- P0102泵工作曲线表4-3- P0103泵参图4-3- P0103泵安装尺寸图4-3- P0103泵工作曲线表4-3- P0201泵参泵数量为2图4-3- P0201泵安装尺寸表4-3- P0202参数图4-3- P0202泵安装尺寸图4-3- P0202泵工作曲线X表4-3- P0301泵参40GDL6-4图4-3- P0301泵安装尺寸表4-3- P0302泵参图4-3- P0302泵安装尺寸图4-3- P0302泵工作曲线4.3.2表4-3- P0304泵参图4-3- P0304泵工作曲线《钢制管法兰类型与参数（II系列（GB/T9112-2000（HG20519.38-（HG20559.4-1993根据流程模拟结果可以得到各个流股流量数据再利用下面的算出所需Q Q Qm3/h；dmm20m/s。L（1.0MPa，M（1.6MPa，N（2.5MPa，P（4.0MPaMN或Ｐ级。一选用无缝碳钢。合成车间中大流量的管道还需要选择大管径的焊接。X-X-1所示（其PID图纸上的管道代号：表4-4- 裂解车间管道选型结*气相流股用g压力管径壁厚454534444355重组分534346水4345434444回收甲醇83334444回收水944731713IB131313余料134344466MTBE2使用燕山研制和生产的YL-I型MTBE裂解催化（固体酸催3mm（2反应温 反应压 空间速 1.5～7.0h-R004-R004- 5511Mole Mass VolumeFlow --Mass N-00N-0000000000

H3C

O

C

副反应

O

2C

CC

C

L>100dp

r-275000exp38500 式 r——MTBE反应速率，mol/(kgh)R——8.314J/(molK)mm

WX 0式

A 式 T=463K，P=5bar，F=82.545×103mol/h，X=0.96 096 12.46551-XW82545096dX 催化剂密度ρ=774.23kg/m3V Q=（-195℃K=2522A 25278比表面积=A/Vb=717.98/5.51=130.3圆柱型管子比表面积=（πdh）/(πd2h/4)=4/d=130.3d=0.032m32mmΦ32×3mm，则床层总管长6m反应管的排管采用正三角形，列管间距t=1.368do，do

第五 物料性MSDS（注：MSDSMaterialSafetyDataSheet，即化学品安全说明书，亦可Methyl木用，引起病变；可致代射性酸。急性：短时大量吸；燃爆前5OSHA200ppm