抽余C4烴制取高純度異丁烯AspenPlus模擬設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)規(guī)模：從100kt/a抽余C4烴中制取高純度異丁烯。產(chǎn)品要求：異丁烯≥99.9％C4烴組成見(jiàn)設(shè)計(jì)第九頁(yè)表1。一、生產(chǎn)工藝的選擇

甲基叔丁基醚裂解法制取高純度異丁烯具有對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，工藝流程合理，操作條件緩和，能耗低，產(chǎn)品純度高，裝置規(guī)模靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)選用該方法。此次設(shè)計(jì)在MTBE合成工段采用D006樹(shù)脂催化劑。該催化劑能夠在高溫苛刻反應(yīng)條件下使用，在相同的生產(chǎn)規(guī)模、反應(yīng)條件下，該催化劑的用量約為傳統(tǒng)催化劑的15%，減少了反應(yīng)器尺寸和裝置投資成本；使用該催化劑后，裝置操作平穩(wěn)，催化劑不易結(jié)焦、壽命長(zhǎng)；本裝置反應(yīng)器器床層溫度一直保持在60℃左右，并從產(chǎn)品組成及異丁烯的轉(zhuǎn)化率上看，該催化劑的活性維持穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性較好，并在長(zhǎng)時(shí)間使用下能夠保持一定的活性。因此使用使用該催化劑。

二、工藝的模擬和計(jì)算1工藝流程圖的繪制

用Aspenplus繪制工藝流程圖見(jiàn)設(shè)計(jì)第10頁(yè)圖2。2設(shè)備操作參數(shù)和工藝條件的確定本次設(shè)計(jì)設(shè)備操作參數(shù)和工藝條件大部分來(lái)源于設(shè)計(jì)要求和相關(guān)文獻(xiàn)。*3典型塔設(shè)備的模擬和優(yōu)化雙塔精餾（1）雙塔精餾和隔壁塔精餾的模擬

雙塔精餾完成分離任務(wù)需要的冷凝器負(fù)荷為-1881.53kW，需要的再沸器負(fù)荷為1678.12kW。隔壁塔精餾塔冷凝器的負(fù)荷為-1088.00kW，比雙塔精餾節(jié)能56.83%，再沸器的負(fù)荷為900.00kW，比雙塔精餾節(jié)能52.63%。從模擬的結(jié)果來(lái)看在精餾工藝中使用了隔壁塔這種精餾塔，使得原本要分離兩次的組分現(xiàn)只需分離一次，既能節(jié)省設(shè)備投資，又能節(jié)省能耗。隔壁精餾塔比兩個(gè)常規(guī)精餾塔結(jié)構(gòu)可節(jié)省25~30%的能耗。因此本次設(shè)計(jì)采用隔壁塔精餾代替雙塔精餾。（2）隔壁精餾塔的優(yōu)化本次設(shè)計(jì)模擬了主塔理論板數(shù)、副塔理論板數(shù)、回流比與MTBE純度、收率的關(guān)系。得到了最佳主、副塔塔板數(shù)和回流比，分別為35塊15塊和133的回流比。優(yōu)化原因：節(jié)能、提高轉(zhuǎn)化率（部分未反應(yīng)完的C4烴在隔壁塔中轉(zhuǎn)化為MTBE）。（3）醚化反應(yīng)器的優(yōu)化

優(yōu)化反應(yīng)器的原因：固定床反應(yīng)器是MTBE工藝技術(shù)的核心設(shè)備。雖然催化精餾反應(yīng)具有節(jié)能、提高平衡轉(zhuǎn)化率的獨(dú)特性能，但至今該設(shè)備還不能完全獨(dú)立運(yùn)行，必須與固定床反應(yīng)器聯(lián)合運(yùn)用，即串聯(lián)在固定床反應(yīng)器的下游。在化工型MTBE生產(chǎn)裝置中，固定床反應(yīng)器承擔(dān)90%以上的反應(yīng)負(fù)荷，因此研究開(kāi)發(fā)高效能的固定床醚化反應(yīng)器具有十分重要的意義。

設(shè)計(jì)成果：本次設(shè)計(jì)研究了醚化反應(yīng)器的反應(yīng)管數(shù)和反應(yīng)器的長(zhǎng)度對(duì)MTBE的轉(zhuǎn)化率的影響，得到了最佳管數(shù)（970根）和反應(yīng)器長(zhǎng)度（5.1米）。

總結(jié)：用Aspen對(duì)單元設(shè)備的優(yōu)化在化工過(guò)程模擬中使用廣泛，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供理論依據(jù)，具有很較高的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。4全程模擬和數(shù)據(jù)分析（1）物性方法

因?yàn)轶w系中包含水、甲醇等極性物質(zhì)，存在加壓操作條件，故選“UNIQ-RK”物性方法，用UNIQUAC方程校正液相的非理想性，用RK方程校正氣相的非理想型。（2）主要模塊參數(shù)的設(shè)置本次設(shè)計(jì)模塊參數(shù)的設(shè)置見(jiàn)設(shè)計(jì)3.3主要模塊參數(shù)的設(shè)置。（3）主要塔設(shè)備模擬結(jié)果分析醚化反應(yīng)器中異丁烯的轉(zhuǎn)化率大于90%。異丁烯在反應(yīng)精餾塔中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為MTBE，兩步反應(yīng)總質(zhì)量轉(zhuǎn)化率等于99.93%。分壁塔對(duì)MTBE的分離收率是98.3%。最終異丁烯的質(zhì)量收率等于98.7%純度大于0.999。綜合所有數(shù)據(jù)（各塔轉(zhuǎn)化率和分離純度）和分析各個(gè)塔設(shè)備的模擬結(jié)果滿足工藝要求和產(chǎn)品要求。5物料衡算和能量衡算本次設(shè)計(jì)只針對(duì)MTBE提純工段做物料和能量衡算。因此塔設(shè)備繪圖選取隔壁精餾塔。三、塔設(shè)備設(shè)計(jì)和選型本次設(shè)計(jì)只對(duì)主要塔設(shè)備，反應(yīng)器，換熱器做了粗略選型。四、經(jīng)濟(jì)核算、安全、三廢處理本項(xiàng)目不僅采用了成熟的工藝技術(shù)，還創(chuàng)造性的加入了隔壁塔新型分離技術(shù)，項(xiàng)目根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展需要以及相關(guān)產(chǎn)品未來(lái)市場(chǎng)的質(zhì)量和環(huán)保等各方面的要求，做出相關(guān)的工藝技術(shù)改進(jìn)，使其達(dá)到未來(lái)人類對(duì)化工產(chǎn)品安全、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等的要求。同時(shí)設(shè)計(jì)充分考慮了生產(chǎn)安全，運(yùn)輸安全，消防和儲(chǔ)藏安全，以及三廢的處理和環(huán)保要求。五、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備圖的繪制本次設(shè)計(jì)的工藝流程圖的繪制選擇了異丁烯精制和甲醇精餾工段。設(shè)備圖繪制了提純MTBE的隔壁塔，繪制結(jié)果詳見(jiàn)圖紙。六、本次工藝創(chuàng)新點(diǎn)1.采用隔壁精餾塔對(duì)MTBE進(jìn)行提純精制，分離能耗下降50%以上。2.本項(xiàng)目醚化反應(yīng)器選擇了反應(yīng)收率高、催化劑壽命長(zhǎng)和熱利用率高的列管式反應(yīng)器。其次根據(jù)不同催化劑的特性選擇最佳的催化劑。3.優(yōu)化裂解反應(yīng)條件（主要是對(duì)溫度和壓強(qiáng)的選擇），MTBE轉(zhuǎn)化率超過(guò)99.44%，異丁烯的選擇性達(dá)到了99.9%。通過(guò)模擬對(duì)各塔操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足分離條件的前提下尋求最優(yōu)操作參數(shù)，從而降低整個(gè)操作流程的能耗及投入。七設(shè)計(jì)收獲

化工過(guò)程模擬已經(jīng)成為化工設(shè)計(jì)和工業(yè)生產(chǎn)模擬最重要的方法。通過(guò)對(duì)工藝流程的模擬和優(yōu)化有助于更加節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制備高純異丁烯。本次設(shè)計(jì)使用的工藝方法，和設(shè)備優(yōu)化方法在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，因此本次的設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際意義和參考價(jià)值。希望通過(guò)眾多設(shè)計(jì)工作者的努力,優(yōu)化異丁烯的生產(chǎn)和附屬產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。通過(guò)本次設(shè)計(jì)熟悉了專業(yè)軟件和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，謙卑務(wù)實(shí)的學(xué)習(xí)作風(fēng)，知錯(cuò)能改的責(zé)任感。致謝

本論文的工作是在我的導(dǎo)師朱玉俊老師的悉心指導(dǎo)與關(guān)懷下完成的。朱老師以淵博豐富的學(xué)術(shù)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度、縝密活躍的學(xué)術(shù)思維以及鍥而不舍的進(jìn)取精神、給與我的工作極大的幫助和影響。在此，衷心感謝老師的指導(dǎo)與關(guān)懷。同時(shí)對(duì)參與答辯過(guò)程的老師和領(lǐng)導(dǎo)表示深深的感謝??！尊敬的各位老