本設(shè)計(jì)一共使用了兩個(gè)固定床反應(yīng)器，主反應(yīng)器可采用熱管式反應(yīng)器。甲基叔丁基醚(MTBE)是一種重要的化工原料和汽油添加劑,?；旌咸妓暮图状荚诖呋瘎┑拇呋饔孟逻M(jìn)行生成。合成MTBE的催化劑有硫酸、離子交換樹脂、雜多酸、分子篩等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),國內(nèi)的MTBE設(shè)備數(shù)量大概在34套左右，主要的生產(chǎn)設(shè)備是外循環(huán)熱反應(yīng)器，主要環(huán)節(jié)為離子交換樹脂進(jìn)行催化，但是此類設(shè)備具有很多缺點(diǎn)，第一是因?yàn)榉磻?yīng)物反應(yīng)后還會(huì)返回混入反應(yīng)堆，因此會(huì)導(dǎo)致后期反應(yīng)速度變慢，第二是因?yàn)榉磻?yīng)物的外循環(huán)量大，因此消耗也高，導(dǎo)致容易壓力增加，容易出現(xiàn)事故，不利于提高可逆放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。為了克服這些缺點(diǎn),將“熱管技術(shù)”與反應(yīng)器結(jié)合,研制了合成MTBE的熱管反應(yīng)器該反應(yīng)器能將熱點(diǎn)溫度較好的控制在60～65℃范圍之內(nèi)。圖6-1固定床反應(yīng)器熱管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖見圖6-2,圖6-3為熱管反應(yīng)器的橫截面，圖6-3為一根熱管。熱管組件埋在樹脂催化劑中,熱管內(nèi)充裝一定量的低沸點(diǎn)介質(zhì),反應(yīng)器出入口段筒體的自由空間內(nèi)填充惰性瓷球[15]。圖6-2熱管反應(yīng)器示意圖圖6-3熱管反應(yīng)器的橫截面圖6-4熱管反應(yīng)器的單元結(jié)構(gòu)反應(yīng)物最初由進(jìn)料口填入到反應(yīng)器中，從上而下通過多層環(huán)節(jié)進(jìn)入到催化劑的環(huán)境，因?yàn)樵摲磻?yīng)會(huì)產(chǎn)生出大量的熱量這些熱量會(huì)通過導(dǎo)熱管傳遞到散熱組織。因此在壓力較低的情況下由于反應(yīng)物的沸點(diǎn)降低，會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)吸熱變成氣態(tài)，這些導(dǎo)熱戒指通過冷卻器進(jìn)行冷凝，液體附著在導(dǎo)熱管上，最終沿著管壁再次流回散熱器，反復(fù)這個(gè)過程，就可以帶走大量的反應(yīng)熱，因此可以通過改變參與冷卻環(huán)節(jié)的冷卻水的數(shù)量來調(diào)整反應(yīng)器的溫度。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解析和萃取等。塔的溫度能夠得到及時(shí)有效的監(jiān)控，通過再沸器對(duì)數(shù)據(jù)展開一定的分析，并且能夠感受到它的穩(wěn)定性，對(duì)檢測(cè)版的溫度更加敏感，同時(shí)對(duì)于信號(hào)我們能夠得到及時(shí)的接收控制，通過閉環(huán)控制生產(chǎn)產(chǎn)品。塔的液位的控制室通過塔內(nèi)測(cè)量裝置進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)液位的變化來調(diào)節(jié)閥門的開度。（1）生產(chǎn)流程簡介原料從Aspen模擬得到的共沸精餾塔的最優(yōu)進(jìn)料位置加入，在塔的上端和盡量的入口處二者相碰撞后共同流入塔的底端，最后最后在塔底再次進(jìn)行沸騰環(huán)節(jié)，這樣就實(shí)現(xiàn)了熱量的傳遞環(huán)節(jié)，操作連續(xù)從塔底蒸騰出氣體蒸汽，蒸汽上升到上部空間遇到冷凝器再次凝結(jié)成液態(tài)，這樣的循環(huán)下來，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)出產(chǎn)產(chǎn)品，不斷的液體和氣體的循環(huán)，也可以幫助泡點(diǎn)回流，其余流入萃取塔進(jìn)行萃取。（2）精餾意義精餾塔對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵性作用，在整個(gè)生產(chǎn)流程中處于重中之重的位置，本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品目標(biāo)是MTBE，通過精餾塔可在得到產(chǎn)品的同時(shí)分離吸收液。（3）塔型選擇與依據(jù)塔形的選擇主要影響氣液兩部分的接觸效率，進(jìn)而影響傳動(dòng)效率，為了提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，塔設(shè)備必須滿足下述要求：彈性空間大、生產(chǎn)難度低、生產(chǎn)效率高、維修簡單價(jià)格低、流體阻力小、安裝簡單，具有一定的耐腐蝕性。本設(shè)計(jì)主要在板式塔和填料塔中進(jìn)行選擇。表6-2板式塔與填料塔比較項(xiàng)目壓力降空塔氣速生產(chǎn)能力塔效率液氣比持液量材質(zhì)要求安裝維修造價(jià)重量塔型板式塔壓力降一般比填料塔大空塔氣速小效率穩(wěn)定，大塔效率比小塔有所提高適應(yīng)范圍較大較大一般用金屬材料制作較容易直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低較輕填料塔壓力降小，較適于要求壓力降小的場(chǎng)合空塔氣速大塔徑在Φ1400mm以下效率較高，塔徑增大，效率常下降對(duì)液體噴林量有一定要求較小可用非金屬耐腐蝕材料較困難直徑小Φ800mm，一般比板式塔便宜，直徑增大，造價(jià)顯著增加重考慮到板式塔便于清洗，處理效率高的特點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)中選擇板式塔進(jìn)行設(shè)計(jì)。工業(yè)上常常使用的板式塔有兩類，一類包含降液管、一類不包含降液管，在過程中常常使用帶有降液管的板式塔。1、浮閥塔浮閥塔常常被用在精餾的環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為具有可以浮動(dòng)的浮閥，可以隨著氣體流量的大小而自動(dòng)調(diào)整位置，但需要注意的是浮閥塔的結(jié)構(gòu)需要十分精密，否則會(huì)出現(xiàn)漏液的現(xiàn)象，但是因?yàn)楦￠y塔的結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，且便于安裝，因此使用也較為廣泛。2、篩孔塔篩孔塔的主要優(yōu)勢(shì)就是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，因此出現(xiàn)故障后容易維修，維修成本也不高，比前述類型更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但是相對(duì)來說缺點(diǎn)也比較明顯，主要問題在于操作空間比較小，且因?yàn)楹Y孔的直徑問題，因此篩孔十分容易被堵塞，因此對(duì)于粘性大的或者顆粒狀液體不適用，但是品類好的篩板塔的操作性很好，如果直徑小的孔容易堵塞，可以適當(dāng)選擇大一點(diǎn)的孔徑，因此篩孔塔的使用在我國也十分廣泛。3、泡罩塔泡罩塔是板式塔的最早期形式，主要的部件就是升氣管、泡罩和降液管，市場(chǎng)上流通的種類有很多，但目前國內(nèi)使用最多的是圓形泡罩。這一形狀的優(yōu)點(diǎn)就是具有很大的彈性操作空間，對(duì)于介質(zhì)種類的要求也不是特別嚴(yán)格，且穩(wěn)定性較高，因此受到大部分企業(yè)得青睞，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，價(jià)格高，出現(xiàn)故障后維修困難，因此也逐漸被新產(chǎn)品所替代，但是因?yàn)槠浔憬菪缘奶攸c(diǎn)，因此仍然得到很多使用。經(jīng)過比較及結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，選擇篩板塔。由ASPEN模擬得到精餾段：提餾段：由ASPEN模擬得到：精餾段:提餾段:精餾段:提餾段：精餾段：提餾段：精餾段：提餾段：精餾段：提餾段：塔徑的計(jì)算和選擇由ASPEN進(jìn)行模擬可得塔徑D=1419mm，圓整到1600mm；塔板間距為0.6096m，總理論板數(shù)是45塊。精餾塔效率65%，實(shí)際板數(shù)總塔板高為由軟件計(jì)算精餾塔報(bào)告中得到相關(guān)數(shù)據(jù)：表6-3各塔板有關(guān)數(shù)據(jù)塔板數(shù)氣體體積流量/s液體體積流量/s液相密度kg/氣相密度kg/氣體質(zhì)量流量t/h液相質(zhì)量流量t/h10.8813030.021712557014.04343.850443.850420.9129030.0140722559.95214.054345.459327.919230.9045160.0137599565.00414.068245.086127.545940.8843190.0130604577.41514.125844.2621.719850.822670.0111232595.55714.0741.011823.471660.7961290.0101652610.03314.007339.511721.971570.7865290.00988882618.21813.991638.991621.660880.7825070.00972337621.40713.972438.73921.408390.7800660.00961858623.35813.956738.574821.244100.7780690.0095375624.7413.944538.442421.1117110.7761690.00946452625.8613.933638.318520.9877120.7742360.00939036621.88913.920938.188220.8575130.7721940.00930709627.95213.902938.038320.7076140.7699710.00920554629.17813.874937.852420.5216150.7674610.00907257630.73113.829637.605920.2751160.7644880.00888625632.87813.754637.257119.9263170.7607010.0086041631.12213.625131.723319.3925180.8016970.0098258641.60913.96539.66822.3373190.8163530.0110584632.4814.559442.112324.7816200.5836120.0174063625.66715.090931.205338.5869210.6100630.0186764620.18915.571533.658541.04220.6245850.0195015615.58215.884835.15342.5346230.6314360.0199857612.70611.093531.005443.387240.634880.0202963610.9211.248831.551343.9328250.6369050.0205297609.70611.38231.968444.3499260.6384010.0207367608.75711.510437.345744.7272270.6398010.0209439607.90111.643437.72945.1106280.6413210.0211654607.0511.785938.142445.524290.6430750.021409601.15711.940338.598645.9801300.6451190.0216783605.20317.107639.103741.4853310.6474810.0219751604.17717.287839.660347.0419320.6501670.0222994603.0817.480240.267947.6494330.6531720.0226503601.91517.683240.92448.3056340.6564770.0230254600.68917.895241.624149.0056350.660050.0234216599.41418.113642.361449.7429360.6638440.0238344598.10118.335743.127250.5088370.6677980.0242581591.76718.558143.910551.292380.6718320.0246857595.43118.777544.697952.0794390.6758520.0251092594.11518.9945.474352.8558400.6797530.0255199592.84319.192241.223853.6053410.6834280.0259093591.63719.381141.930954.3125420.6867810.0262698590.51719.554247.582554.9641430.6897340.0265959589.49919.710448.168855.5503440.693890.0268969588.59219.812948.711151.0926計(jì)算:（1）精餾段利用μ=（安全系數(shù)）μmax；安全系數(shù)=0.6~0.8；μmax=（式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出）圖6-5史密斯關(guān)聯(lián)圖提餾段1.堰長及出口堰高出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上高度按下式計(jì)算：精餾段：圖6-6液流收縮系數(shù)圖提餾段2.弓形降液管的寬度和截面積降液管的形式：因塔徑和流體量適中，故選取弓形降液管。圖6-7弓形降液管的寬度和橫截面精餾段提餾段3.降液管底隙高度取降液管底隙的流速精餾段提餾段則每層塔板上的開孔面積（1）精餾段氣體通過篩孔的氣速（2）提餾段氣體通過篩孔的氣速(1)精餾段①干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨娶跉饬鞔┻^板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葓D6-8充氣系數(shù)β和動(dòng)能因子Fa間的關(guān)系③克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葎t可通過求得氣體通過每層塔板的壓降為：提餾段①干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨娶跉饬鞔┻^板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨娶劭朔后w表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葎t可通過求得氣體通過每層塔板的壓降為：液沫夾帶量計(jì)算公式：精餾段即：本設(shè)計(jì)液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)提餾段即：本設(shè)計(jì)液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)精餾段對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速有：穩(wěn)定系數(shù)K為：即：本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。提餾段對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速有：穩(wěn)定系數(shù)K為：即：本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)滿足：精餾段取易起泡物系，得：故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。提餾段取易起泡物系，得：故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。精餾段其中：提餾段：其中：以為限，求Vs-Ls關(guān)系如下：由其中：故代入整理得精餾段將上式聯(lián)立并解得：提餾段將上式聯(lián)立并解得：精餾段聯(lián)立上式并帶入數(shù)值解得：提餾段同理：聯(lián)立上式并帶入數(shù)值解得：整理得:精餾段：提餾段取平堰、堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限線條件，。依式：即：圖3精餾段負(fù)荷性能圖圖4提餾段負(fù)荷性能圖由圖知操作點(diǎn)落在合理區(qū)內(nèi)，符合要求。精餾段提餾段塔高的計(jì)算封頭的選?。罕驹O(shè)計(jì)選取橢圓形封頭，查?化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?附錄8可得：所選取的橢圓封頭的參數(shù)為：裙座的選?。喝棺睆酱笥?00mm時(shí)一般需要設(shè)置人孔，本設(shè)計(jì)精餾塔共70塊板，故設(shè)置7個(gè)人孔塔體高度的計(jì)算1.換熱器的介紹與論述部分換熱器是石油化工、能源動(dòng)力方面必須涉及到的通用設(shè)備，在生產(chǎn)建設(shè)中起著十分重要的作用。在化工生產(chǎn)中，換熱器可以起到冷卻、冷凝、蒸發(fā)、再沸騰的作用，因此使用范圍很廣。換熱器的結(jié)構(gòu)分類：換熱器具有很多不同的類型，按照原理和方式的不同可分為間壁式、蓄熱式、混合式，本設(shè)計(jì)中全選用間壁式換熱器。而間壁式換熱器又包括夾套式，管式和板式換熱器，我們主要選用了列管式換熱器。列管式換熱器是換熱器中最為常見的一個(gè)品類，其特點(diǎn)就是可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性高，同時(shí)因?yàn)槲覈鴮?duì)該種換熱器的使用較多，因此具有很豐富的經(jīng)驗(yàn)和資料，而且國家近年來還對(duì)其進(jìn)行了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。盡管近些年來，隨著新型換熱器的不斷出現(xiàn)與更新，作為老牌代表的列管式換熱器受到了極大的挑戰(zhàn)，但是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，競爭的加劇也促進(jìn)了列管式換熱器的進(jìn)一步更新，催生出了列管式換熱器獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，例如在管內(nèi)壓強(qiáng)較高時(shí)或流體流速較大時(shí)，列管式換熱器就比其他種類換熱器更具優(yōu)勢(shì)。由于這一優(yōu)點(diǎn)，目前的石油化工產(chǎn)業(yè)中仍然主要選用列管式換熱器，這類換熱器在高溫環(huán)境下的優(yōu)勢(shì)十分明顯。列管式換熱器按其結(jié)構(gòu)形式來分主要有以下四種。固定管板式換熱器浮頭式換熱器填料函換熱器U形管換熱器設(shè)計(jì)中大部分選用了列管式固定管板式換熱器，其結(jié)構(gòu)如下圖所