緒論年產(chǎn)6萬噸甲基叔丁基醚（MTBE）的生產(chǎn)設(shè)計和相關(guān)計算摘要本設(shè)計主要進行了MTBE的物料衡算和熱量衡算，并同時進行了精餾塔、塔頂冷凝器、塔底再沸器和泵等輔助設(shè)備的設(shè)計計算，設(shè)計并繪制了MTBE生產(chǎn)工藝的PID圖、設(shè)備平面布置圖及廠區(qū)布置圖。本設(shè)計的技術(shù)依據(jù)是來自于工業(yè)上甲基叔丁基醚的生產(chǎn)方法：由異丁烯及甲醇組成反應(yīng)原料（C4餾分中的異丁烯，甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.85%）進行醚化反應(yīng)，由兩反三塔工藝裝置組成，采用最常規(guī)的工藝流程生成產(chǎn)量為6萬噸/年的甲基叔丁基醚，并通過Aspen軟件進行了模擬計算，通過Aspen數(shù)據(jù)，可進行物料和熱量衡算，列出物料衡算表及熱量衡算表，并對流程設(shè)備進行設(shè)計及選型，如：塔、罐、泵等。關(guān)鍵詞：MTBE；Aspen；流程模擬計算；節(jié)能；環(huán)境保護目錄摘要 I1緒論 11.1MTBE的有關(guān)性質(zhì) 11.2MTBE的用途 21.3我國MTBE的發(fā)展史 31.4MTBE的產(chǎn)能及需求情況 42設(shè)計依據(jù)及技術(shù)來源 62.1設(shè)計依據(jù) 62.2技術(shù)來源 62.2.1國外工藝介紹 62.2.2國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)狀況 82.3本次設(shè)計采用的方法 93生產(chǎn)工藝說明 103.1原料及產(chǎn)品規(guī)格 103.2設(shè)計規(guī)模和設(shè)計要求 103.3產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo) 104過程技術(shù)分析 114.1反應(yīng)原理 114.2反應(yīng)條件 114.3反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率 114.4系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu) 124.5分離工藝 124.6控制方案的選擇 134.6.1泵的控制方案 134.6.2換熱器的控制方案 134.6.3反應(yīng)器的控制方案 144.6.4精餾塔的控制方案 155流程模擬與優(yōu)化 175.1流程敘述 175.2Aspen模擬與計算 215.3物料衡算 215.3.1全車間物料衡算 215.3.2進料輸入 225.3.3物料衡算 235.3.2熱量衡算 366主要設(shè)備選擇說明及計算 416.1泵的選型 416.1.1石油，化工裝置對泵的要求 416.1.2泵的選型計算 416.1.3泵選型表 426.2反應(yīng)器的設(shè)計與選型 426.2.1熱管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 436.2.2傳熱和傳質(zhì)分析 446.3MTBE產(chǎn)品精餾塔的設(shè)計選型 456.3.1產(chǎn)品精餾塔設(shè)計概述 456.3.2生產(chǎn)流程簡介及精餾意義簡述 456.4物性參數(shù)計算 476.4.1基礎(chǔ)物理量的確定 476.4.2平均相對分子質(zhì)量計算 476.4.3平均密度計算 486.4.4液相平均表面張力計算 486.4.5液相平均粘度計算 486.4.6氣液負(fù)荷計算 486.5精餾塔塔體工藝尺寸計算 496.5.1溢流裝置 536.5.2塔板布置 556.5.3開孔數(shù)n與開孔率Φ 556.6篩板的流體力學(xué)驗算 566.6.1氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?566.6.2霧沫夾帶的驗算 586.6.3漏液驗算 586.6.4液泛驗算 596.6.5塔板負(fù)荷性能圖 606.6.6換熱器的設(shè)計 667經(jīng)濟分析 747.1年產(chǎn)6萬噸MTBE所需原料消耗資金 747.2年產(chǎn)6萬噸MTBE所需燃料和動力消耗資金 758.環(huán)保措施 768.1環(huán)境影響因素 768.2施工期環(huán)境影響分析 768.2.1施工噪聲 768.2.2施工廢水 768.2.3施工廢氣 768.2.4施工固廢 778.3環(huán)保 779環(huán)境分析 789.1MTBE對環(huán)境的影響 789.2MTBE的降解技術(shù) 78結(jié)論 80參考文獻 811緒論1.1MTBE的有關(guān)性質(zhì)MTBE:methyltert-butylether，中文名稱：甲基叔丁基醚，化學(xué)式為：C5H12O,屬于有機化合物，呈無色透明狀低粘度液體,具有醚味。圖1-1MTBE的結(jié)構(gòu)式MTBE的相對密度（水=1）：0.74，密度小于水的密度，可溶于乙醇和乙醚但微溶于水；相對蒸汽密度（空氣=1）：3.1，密度大于空氣密度，所以MTBE重于空氣，故可在地面上快速擴散；熔沸點分別為-109°C和55.2°C；由于MTBE在一定條件下會與強氧化劑產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，故儲存時不可與氧化劑混合存放，以免發(fā)生反應(yīng)；MTBE儲存時應(yīng)遠離火種及熱源，不可使用會產(chǎn)生火花的工具，儲存溫度不應(yīng)超過37℃，存放于庫房時應(yīng)儲于陰涼且通風(fēng)的庫房，切記保持密封狀態(tài)。表1-1MTBE的物理性物理性質(zhì)指標(biāo)液體密度（20℃）/（g.m-3）0.740折光指數(shù)（20℃）1.3689冰點/℃-108.6沸點/℃55.3在空氣中爆炸極限，%（體積分?jǐn)?shù)）1.65-8.4蒸發(fā)熱（55℃）/（kj-kg-1）336.8燃燒熱/（MJ/kg）38.21蒸汽壓（25℃）/kPa32.664MTBE的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在與空氣或氧氣接觸時，不會形成爆炸性過氧化物。1.2MTBE的用途目前MTBE的主要產(chǎn)業(yè)鏈如圖1-2所示。圖1-2MTBE的主要產(chǎn)業(yè)鏈MTBE在世界范圍內(nèi)廣泛用作汽油添加劑，在汽油的無鉛化中發(fā)揮了重要作用，并且MTBE低硫，所以作為汽油添加劑也可以降低汽油的硫含量并增加汽油辛烷值，從而提高汽油標(biāo)號。MTBE作為最大的油品添加化學(xué)品，不但能大幅增加油品的辛烷值，還利于暖車和節(jié)約燃料，蒸發(fā)潛熱低，有利于制冷啟動；MTBE含氧量相對較高，能夠顯著改善汽車尾氣排放。MTBE還是很重要的化工生產(chǎn)原料，其制取的異丁烯可應(yīng)用的領(lǐng)域包括：丁基橡膠，甲基丙烯酸甲酯，聚異丁烯，叔丁胺等。丁基橡膠在生產(chǎn)汽車內(nèi)胎方面有著重中之重的地位，也是用來制造醫(yī)用瓶塞、蒸汽管、墊圈等膠制品的重要原料；甲基丙烯酸甲酯主要用于生產(chǎn)有機玻璃以及塑料和涂料等；潤滑油添加劑是聚丁烯的主要應(yīng)用領(lǐng)域，也可用來制作膠粘劑和涂料等；由叔丁胺制成的NS和TBSI是優(yōu)良的橡膠促進劑；MTBE不易被氧化，故可以用作反應(yīng)溶劑。MTBE還被稱為“醫(yī)藥中間體”，但作為醫(yī)藥中間體時要求MTBE需要有較高的純度及產(chǎn)品性狀要求穩(wěn)定，比作為汽油添加劑的要求更高，價格也相對有所提升，目前齊魯石化生產(chǎn)的MTBE屬于醫(yī)藥級甲基叔丁基醚，純度高達99.6%。以長遠的目光來看，MTBE除了在汽車工業(yè)和煉油工業(yè)方面，還應(yīng)在其他化學(xué)產(chǎn)業(yè)方面摸索越來越多的新用途，提高其的使用價值。1.3我國MTBE的發(fā)展史2005年美國及一些國家倡導(dǎo)以乙醇代替MTBE，并禁止將MTBE作為石油添加劑，故一些MTBE裝置陸續(xù)關(guān)閉或轉(zhuǎn)產(chǎn)異丁烯或醫(yī)藥方面。自20世紀(jì)70年代末以來，我國研究人員開始研究與開發(fā)了MTBE的合成技術(shù)，一方面也是為了防止MTBE的精煉技術(shù)被國外壟斷。由于我國應(yīng)用MTBE較晚，故并未限制MTBE在石油添加劑方面的發(fā)展，亞洲地區(qū)的MTBE產(chǎn)能還在逐步上升當(dāng)中，圖1-3分析了2014~2018年國內(nèi)MTBE的產(chǎn)能走勢圖。我國主營單位MTBE裝置產(chǎn)能占比超過20%，其中中石油、中海油、中石化均有產(chǎn)能分布，占比如圖1-4MTBE企業(yè)在華東、東北、華南、西北、華北、華中、山東等地均有分布，具體分布如圖1-5，山東地區(qū)MTBE產(chǎn)能占總產(chǎn)能50%以上。圖1-32014~2018年國內(nèi)MTBE的產(chǎn)能走勢圖圖1-4我國主營單位MTBE產(chǎn)能分布圖1-5我國地區(qū)MTBE產(chǎn)能分布1.4MTBE的產(chǎn)能及需求情況上世紀(jì)90年代，MTBE才正式在中國國內(nèi)進行規(guī)?；a(chǎn),并且發(fā)展迅速，近些年來產(chǎn)能增長速度較快,本文列舉了2015年年末、2016年年初國內(nèi)MTBE生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能見圖1-6。圖1-6國內(nèi)MTBE生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能由上知MTBE應(yīng)用前景廣闊，因此對其生產(chǎn)工藝進行研究很有必要。設(shè)計依據(jù)及技術(shù)來源2設(shè)計依據(jù)及技術(shù)來源2.1設(shè)計依據(jù)本論文是在研讀大量關(guān)于MTBE的文獻的基礎(chǔ)上進行設(shè)計MTBE的生產(chǎn)工藝的[14]。2.2技術(shù)來源2.2.1國外工藝介紹圖2-1所示列舉了目前國外MTBE的生產(chǎn)工藝，具有代表性。圖2-1國外MTBE生產(chǎn)工藝（1）意大利SNAM工藝此工藝使用管式固定床反應(yīng)器，在50～60℃溫度下，和聚苯乙烯-乙烯基苯離子交換樹脂的催化作用下進行反應(yīng)，生成的MTBE含量可達98%。SNAM兩段法即串聯(lián)兩個管式反應(yīng)器，可以解決甲醇過量引起的MTBE純度問題，Huls過程就是這一過程的代表。（2）法國IFP工藝與意大利SNAM所采用的管式反應(yīng)器相比，流式膨脹床是法國IFP工藝的主要特點，其優(yōu)點是：流式膨脹床的結(jié)構(gòu)比較簡單、投資少、且其催化劑裝卸方便，另外，為了杜絕出現(xiàn)催化劑堆積堵塞的情況出現(xiàn)，可以采取上流操作的方式，且這種操作方式還可以降低壓降，延長催化劑的使用壽命，減少副反應(yīng)。（3）美國催化蒸餾工藝此工藝通過結(jié)合固定床反應(yīng)器和管式蒸餾塔可達到較明顯的節(jié)能效果，因為分離產(chǎn)物時所需的熱量可使用來自于反應(yīng)時所釋放的熱；這種催化蒸餾工藝之所以能減少副反應(yīng)及不良反應(yīng)，是因為可以在反應(yīng)過程中不斷蒸發(fā)產(chǎn)品。（4）美國UOP公司的聯(lián)合工藝該工藝以丁烷為初始原料，異構(gòu)脫氫生成異丁烯，然后再和甲醇醚化反應(yīng)生成目的產(chǎn)物。該工藝的原料有了更廣泛的來源，可減低成本,設(shè)備投資低,可靠性好。生產(chǎn)MTBE的幾種方法的消耗定額見下表2-1。表2-1生產(chǎn)MTBE的幾種方法的消耗定額(以每噸MTBE計）指標(biāo)IFP催化蒸餾聯(lián)合工藝SNAM甲醇/kg379361316C4/t0.7474.434C4/m37.667催化劑/美元0.555.0320.5水/m3618712.2460蒸汽/t1.2~1.51.63.141異丁烯轉(zhuǎn)化率/%999390.597~98MTBE純度/%95~99＞93＞99C4中異丁烯含量/%15~1715電/（kwh）111436.72182.2.2國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)狀況自20世紀(jì)70年代末以來，我國研究人員開始研究與開發(fā)了MTBE的合成技術(shù)，一方面也是為了防止MTBE的精煉技術(shù)被國外壟斷。1983年齊魯石化公司橡膠廠第一套生產(chǎn)裝置投產(chǎn)，在經(jīng)歷了第一次生產(chǎn)經(jīng)驗后，經(jīng)過大量推廣，我國開發(fā)了多種合成工藝。主要有三種類型，如圖2-2。圖2-3我國MTBE生產(chǎn)工藝2.3本次設(shè)計采用的方法在本次設(shè)計中我采取MTBE常規(guī)工藝裝置，即由兩反三塔組成；兩反：兩個固定床反應(yīng)器；三塔：MTBE共沸精餾塔、萃取塔和甲醇精餾塔常規(guī)MTBE合成工藝是在反應(yīng)壓力為0.8～1.47mpa，溫度為40～80℃的條件下，以異丁烯和甲醇為原料，強酸性陽離子交換樹脂為催化劑，在固定床反應(yīng)器中合成了MTBE（甲基叔丁基醚）。此工藝控制反應(yīng)溫度可通過以冷卻設(shè)備外循環(huán)的方式帶走部分反應(yīng)熱。生產(chǎn)工藝說明過程技術(shù)分析3生產(chǎn)工藝說明3.1原料及產(chǎn)品規(guī)格表3-1原料組成原料物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成C4餾分順丁烯5%；正丁烷15%；異丁烯25%；異丁烷35%；正丁烯15%；反丁烯5%工業(yè)甲醇甲醇99.85%，水0.15%3.2設(shè)計規(guī)模和設(shè)計要求該設(shè)計的初定規(guī)模是6萬噸/年，流量7500kg/h，時間為8000h/年，MTBE裝置工藝設(shè)計，共沸精餾塔MTBE的純度要求是質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到98.5%（Wt）。3.3產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)本裝置MTBE產(chǎn)品質(zhì)量按照《MTBE企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》燃料級設(shè)計，該產(chǎn)品指標(biāo)見表3.2表3-2產(chǎn)品MTBE規(guī)格燃料級MTBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥

98.5%甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤

1.0%氣相水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤

0.53%4過程技術(shù)分析4.1反應(yīng)原理原料中的工業(yè)甲醇和異丁烯通過預(yù)熱催化后反應(yīng)生產(chǎn)MTBE。并且在進一步的催化和反應(yīng)過程中生成所需要的物質(zhì)。主反應(yīng)方程式:+副反應(yīng)方程式:+我們通過分析可以對反應(yīng)的性質(zhì)進行判斷，初步判定為這一反應(yīng)為放熱反應(yīng)。既然為放熱反應(yīng)，那么溫度就應(yīng)當(dāng)有所變化。在反應(yīng)的過程中，反應(yīng)的溫度可以高達40℃~80℃，并且在反應(yīng)的過程中受各因素影響，在低溫的情況下也能夠生出相關(guān)的反應(yīng)。然而從反應(yīng)的狀態(tài)來說，高溫可以加快反應(yīng)速率，因此所出現(xiàn)的副作用的速度也會加快。在生產(chǎn)的過程中必須要對反應(yīng)溫度加以控制，只有這樣才能真正生成所需要的物質(zhì)，減少副產(chǎn)品的出現(xiàn)，從而滿足工藝的發(fā)展。4.2反應(yīng)條件反應(yīng)條件在反應(yīng)的過程中是連續(xù)性的，并不是中間間斷之后再進行的反應(yīng)，而是順暢的、有連接性的進行操作，在反應(yīng)的過程中對條件有一定的限制，對溫度提出了相關(guān)的要求，在壓力上也有明確的目標(biāo)。因此，一段反應(yīng)在反應(yīng)的過程中應(yīng)當(dāng)有顯著的條件。4.3反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率選擇性：反應(yīng)過程中是需要一定的選擇性，在反應(yīng)之前我們需要選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约翱刂圃诤侠淼臏囟戎畠?nèi)。我們必須要明確這一過程是單一的，一旦做出選擇之后就不可以逆轉(zhuǎn)，因此在選擇上我們應(yīng)當(dāng)把握正確的方向。轉(zhuǎn)化率：在反應(yīng)的過程中還存在著轉(zhuǎn)化率這一情況，要時刻注意轉(zhuǎn)化率的變化，從而保證轉(zhuǎn)化過程能夠順利的進行。4.4系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu)通過循環(huán)系統(tǒng)，我們可以看到有些物質(zhì)在轉(zhuǎn)化的過程中并不能得到完全的轉(zhuǎn)化，因此在轉(zhuǎn)化過程之后，還需要對物質(zhì)進行下一步操作，也就是分離，保證物質(zhì)能夠同其他的內(nèi)容分離出來，并且通過循環(huán)回收，提高物質(zhì)的利用效率，滿足循環(huán)結(jié)構(gòu)的需要。如圖4-1所示。圖4-1循環(huán)結(jié)構(gòu)圖4.5分離工藝本文主要選擇的方法還有分離工藝，選擇分離工藝可以從當(dāng)前的反應(yīng)中分離出所需要的物質(zhì)，也就是MTBE，但是還包括其他的物質(zhì)成分，這些成分都呈現(xiàn)出液體的形式，如圖4-2所示：萃取塔分離甲醇和C4，精餾塔產(chǎn)出MTBE的同時分離出甲醇。圖4-2三塔分離工藝4.6控制方案的選擇該流程主要包括泵、換熱器、反應(yīng)器、精餾塔，下面詳細介紹各種過程的控制方案[2]-[3]。4.6.1泵的控制方案本設(shè)計中主要通過流量控制器對泵設(shè)備進行控制?？刂频倪^程中我們應(yīng)當(dāng)選取合理的方式改善當(dāng)前的調(diào)節(jié)內(nèi)容，設(shè)置出完整科學(xué)的解決方式，找到探究的方法和解決的措施，把監(jiān)控落實到實處，改善監(jiān)控所需要的方案，控制消耗始終處于一個穩(wěn)定的數(shù)值，保證材料的消耗更加科學(xué)合理，在控制的過程中除了合理的控制流量還要從實際需求出發(fā)，及通過路閥的開關(guān)來對實際的需求進行改變，進行有效的監(jiān)控當(dāng)前所需要的液體，并且能夠保證能料得到完全的消耗，解決當(dāng)前液體回流的問題，從表中得到想要的數(shù)據(jù)。泵的PID圖如下圖4-3所示。圖4-3泵的控制示意圖4.6.2換熱器的控制方案換熱器的控制方案：將出口物流的溫度轉(zhuǎn)化成電信號輸入控制器中，通過對流量的調(diào)節(jié)進而改變出口物流的溫度，本方案中的控制器主要選取FIC：流量控制器。如圖4-4所示。圖4-4換熱器的控制示意圖4.6.3反應(yīng)器的控制方案本設(shè)計一共使用了兩個固定床反應(yīng)器。甲基叔丁基醚(MTBE)是一種重要的化工原料和汽油辛烷值改進劑,常通過碳四和甲醇混合為原料，通過催化劑進行催化生成。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,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)為離子交換樹脂進行催化，但是此類設(shè)備具有很多缺點，第一是因為反應(yīng)物反應(yīng)后還會返回混入反應(yīng)堆，因此會導(dǎo)致后期反應(yīng)速度變慢，第二是因為反應(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,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)器能將熱點溫度較好的控制在60～65℃范圍之內(nèi)。圖4-5反應(yīng)器的控制示意圖4.6.4精餾塔的控制方案精餾塔的控制參數(shù)主要包括壓力、回流比、塔內(nèi)溫度、塔內(nèi)液位。該反應(yīng)精餾塔的具體控制方案是：將測定的回流罐液位的信號輸入自動調(diào)節(jié)閥，用以控制塔頂甲醇的采出量；再將測定的甲醇采出流量信號輸入閥門，調(diào)節(jié)回流泵的流量，從而達到回流比可控的目的。從分析中我們可以看出，塔的溫度能夠得到及時有效的監(jiān)控，通過再沸器對數(shù)據(jù)展開一定的分析，并且能夠感受到它的穩(wěn)定性，對檢測版的溫度更加敏感，同時對于信號我們能夠得到及時的接收控制。精餾塔液位的控制是比較簡單的，主要靠測定液位信號，通過控制排出塔釜的閥門開度，形成一個回路，達到控制液位的目的。再沸器及液位控制圖如下圖4-6。圖4-6T-101精餾塔塔頂回流比控制示意圖圖4-7精餾塔溫度及塔釜液位控制方案流程模擬與優(yōu)化5流程模擬與優(yōu)化5.1流程敘述自裝置外來的混合碳四進入碳四儲罐V101，再經(jīng)碳四輸送泵P101A和P101B加壓，原料預(yù)熱器E101預(yù)熱后，進入混合原料罐M101,如圖5-1圖5-1PID流程圖裝置外的甲醇進入V102甲醇儲罐，經(jīng)甲醇輸送泵P102A和P102B加壓后進入甲醇分流罐V103，分流后的甲醇一部分進入原料預(yù)熱器E101，一部分進入甲醇脫水罐V104，脫水后的甲醇再進入反應(yīng)精餾塔T101中進行再一步反應(yīng)，如圖5-2圖5-2流程圖在E101原料預(yù)熱器中，先利用低壓蒸汽對C4和甲醇原料預(yù)熱，為使該工藝節(jié)能，可在MTBE精餾塔T101塔釜開始出料的時時候，利用物料之間的換熱代替蒸汽加熱，預(yù)熱后的反應(yīng)物進入反應(yīng)器R101進行反應(yīng)生成MTBE，再將反應(yīng)后物質(zhì)輸送至換熱器E102，利用冷卻水進行降溫冷卻，如圖5-3圖5-3流程圖補充甲醇后，再次在反應(yīng)器中進行醚化反應(yīng)，產(chǎn)物進入精餾塔T101，經(jīng)反應(yīng)精餾塔再沸器E104中壓蒸汽預(yù)熱，同時冷卻MTBE產(chǎn)物；T101精餾塔頂醚后碳四及少量未反應(yīng)的甲醇從塔頂餾出，再進入反應(yīng)精餾塔冷凝器E103，經(jīng)循環(huán)水冷卻后，進入反應(yīng)精餾塔回流罐V105分成兩路：一部分經(jīng)回流泵P103A/B加壓后，作為回流返回精餾塔T101塔頂；一部分經(jīng)反應(yīng)萃取塔進料泵P104A/B加壓后，輸送至萃取塔T102底部，如圖5-4圖5-4流程圖在萃取塔T102塔底，醚后碳四與萃取水在塔內(nèi)逆流接觸脫出甲醇，在V106氣液分離器中進行氣體和液體的分離，將分離后的液體輸入液液分相器V107中分離出凈化碳四；塔釜富液經(jīng)E106甲醇預(yù)熱器預(yù)熱后再次進入甲醇回收塔T103中部進行甲醇回收，如圖5-5圖5-5流程圖甲醇回收塔T103塔頂?shù)募状歼_到質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求后，經(jīng)E107甲醇回收塔冷凝器冷卻，返回V108回流罐循環(huán)使用，塔釜貧液經(jīng)過換熱后進入萃取塔頂部循環(huán)使用，如圖5-6圖5-6流程圖MTBE產(chǎn)品由反應(yīng)精餾塔T101底部流出，進入MTBE冷卻器E105，再利用冷卻水將其冷卻至40后，再經(jīng)MTBE產(chǎn)品泵P106A和P105B加壓后輸送至MTBE產(chǎn)品罐，如圖5-7圖5-7流程圖5.2Aspen模擬與計算該工藝流程模擬計算采用的是Aspen模擬軟件。整個系統(tǒng)主要包括甲醇、C4組分兩種組分，整個流程模擬如下圖5-1所示[1]圖5-8Aspen模擬流程圖研究的過程中需要從多方面的知識展開相關(guān)的分析，在分析的過程中首先從熱力學(xué)的方法出發(fā)，意在檢測一個科學(xué)合理的數(shù)據(jù)，分析的過程中了解當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，對相關(guān)的數(shù)值展開有效的檢測，從而拿到更加準(zhǔn)確合理的數(shù)字，在監(jiān)督的過程中判斷好所需要的方法，采用熱力方法中，首先應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)的軟件對數(shù)值進行相關(guān)的檢測，利用軟件能夠得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而對當(dāng)前存在的問題進行有效的監(jiān)測。本次測試采用的軟件能夠?qū)ο嚓P(guān)的指數(shù)進行記錄，對氣液平衡的常數(shù)進行有效的分析，液液平衡的指數(shù)也能夠得到及時的反饋。在分析和接受數(shù)據(jù)的過程中，利用力學(xué)的計算方法。對幾個參數(shù)進行科學(xué)的分析，研究不同的熱力方法在不同的適用范圍內(nèi)的使用原則，同時還要對模擬工藝的關(guān)鍵進行研究，找到最合理的利用方式對不同階段，不同程度需要不同準(zhǔn)確度的系統(tǒng)進行格外的注意，這是初步判定方法中應(yīng)當(dāng)注意到的重要內(nèi)容。5.3物料衡算用Aspen模擬的整個流程，得出每股物流的物流數(shù)據(jù)，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進行物料衡算以及能量衡算。5.3.1全車間物料衡算根據(jù)設(shè)計要求：MTBE年產(chǎn)量為6萬噸，按年工作量為8000小時計算，則每小時產(chǎn)工業(yè)MTBE量:根據(jù)產(chǎn)品組成要求：表5-1產(chǎn)品組成要求序號組分含量/wt%1MTBE≥98.02叔丁醇0.6~1.03低聚物0.3~0.54甲醇＜0.15C40.3~0.56DIB≤0.5則產(chǎn)品中含純MTBE：5.3.2進料輸入本流程的兩股進料為：甲醇和C4進料，Aspen輸入如下圖：圖5-9C4進料輸入圖5-10甲醇進料輸入5.3.3物料衡算由ASPEN模擬所得一段MTBE反應(yīng)器物料衡算如下：表5-2一段反應(yīng)器進料組成及流量組分質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H104844.95349183.35633310.1929579250.171314165IC4H85504.1712798.100419870.2192123140.201616252C4H8-16722.254143119.81021690.2677243880.246234287NC4H101347.31993623.18033590.0536591440.04764029TC4H81632.7955829.101189640.0650286630.059808845CC4H81882.49171233.551504550.0749732060.068955144H2O15.874368550.8811613560.0006322220.001810965CH4O3158.99934298.588838640.1258121380.20262005225108.85984486.5711圖5-11一段MTBE反應(yīng)器物料衡算表5-3一段反應(yīng)器出口物料組成及流量組分質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H104844.95349183.35633310.1929579250.191624184IC4H82610.51414546.526992190.1039678490.106958843C4H8-16722.254143119.81021690.2677243880.275426403NC4H101347.31993623.18033590.0536591440.053288248TC4H81632.7955829.101189640.0650286630.066899437CC4H81882.49171233.551504550.0749732060.077130068H2O17.388277340.9651960630.0006925160.002218846C8H16-010.2752085640.002452511.10E-055.64E-06CH4O1486.56533846.394042660.0592048120.106653211MTBE4496.71072251.012218330.1790886070.11726973TBA33.963356420.4582039050.0013526440.001053345DME24.980412330.5422386130.0009948840.001246528MSBE8.647520620.098100420.0003444010.00022551925108.85984434.999024811由ASPEN模擬所得二段MTBE反應(yīng)器物料衡算如下：圖5-12二段MTBE反應(yīng)器物料衡算表5-4二段反應(yīng)器出口物料組成及流量組分質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H104844.95349183.35633310.1929579250.171314165IC4H85504.1712798.100419870.2192123140.201616252C4H8-16722.254143119.81021690.2677243880.246234287NC4H101347.31993623.18033590.0536591440.04764029TC4H81632.7955829.10118940.0650286630.059808845CC4H81882.49171233.551504550.0749732060.068955144H2O15.874368550.8811613560.0006322220.001810965CH4O3158.99934298.588838640.1258121380.20262005225108.85984486.5711由ASPEN模擬所得反應(yīng)精餾塔物料衡算如下：圖5-13反應(yīng)精餾塔Aspen物料衡算表5-5反應(yīng)精餾塔塔底MTBE成品組成及流量名稱摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmol質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kgMTBE84.410.9837440.490.992其他1.480.01759.510.00885.891.000075001.0000表5-6反應(yīng)精餾塔塔頂出口物流組成及流量組分質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H104844.9534910.27185788483.35633310.259418822IC4H8678.6765010.03808159512.095998910.037644768C4H8-16722.2541430.377196147119.81021690.372869393NC4H101347.3199360.07560021923.18033590.072141074TC4H81632.795580.09161870229.101189640.09056776CC4H81882.4917120.10562954133.551504550.104417882H2O0.7603981784.27E-050.0422085130.00013136C8H16-014.70E-132.64E-174.19E-151.30E-17CH4O596.10263420.03344824718.603696950.05789781MTBE91.304138830.0051232171.0357852560.003223537TBA0.0002000571.12E-082.70E-068.40E-09DME24.980412330.001401690.5422386130.001687537MSBE0.0013896977.80E-081.58E-054.91E-0817821.640541321.31952681由ASPEN模擬所得萃取塔物料衡算如下：圖5-14萃取塔Aspen物料衡算表5-7萃取塔塔釜出料的流量及組成組分質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H1011.85979940.0018958770.2040451760.000617226IC4H82.3913367080.0003822730.042620610.000128925C4H8-121.25006210.003396980.3787382170.001145663NC4H103.3020367560.0005278550.0568107980.00017185TC4H85.3176159440.000850060.0947754590.000286691CC4H86.1308151910.0009800560.1092690460.000330533H2O5601.7000858.95E-01310.94160540.940581737CH4O596.10263420.09529141418.603696950.056275189MTBE1.0098590810.0001614330.0114561853.47E-05TBA4.43E-057.08E-095.98E-071.81E-09DME6.5111672350.0010408580.1413349880.000427531MSBE1.45E-052.31E-091.64E-074.96E-106255.575471330.58435361表5-8萃取塔塔頂出料的流量及組成組分質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H104833.0936920.27991865483.152287920.270736845IC4H8676.28516430.03916845912.05337830.039244784C4H8-16701.0040810.388102562119.43147870.388858834NC4H101344.0178990.07784158723.12352510.07528825TC4H81627.4779640.09425876529.006414180.094442441CC4H81876.3608970.10867333633.44223550.108885102H2O99.060313075.74E-035.4986829550.017903249C8H16-010.00E+000.00E+000.00E+000.00E+00CH4O4.02E-162.33E-201.25E-174.08E-20MTBE90.294279750.0052295811.024329073.34E-03TBA1.56E-049.02E-092.10E-066.84E-09DME18.46924510.0010696850.4009036240.001305308MSBE1.38E-037.96E-081.56E-055.08E-0817266.065071307.13325311由ASPEN模擬所得甲醇回收塔物料衡算如下：圖5-15甲醇回收塔Aspen物料衡算表5-9甲醇回收塔的塔頂物料組成組分質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolIC4H101.3630241120.0234505230.0026138180.00145266IC4H80.3545895660.0063198220.0006799830.000391486C4H8-13.2870671330.0585851440.0063034810.003629099NC4H100.4757079830.0081844490.0009122470.000506992TC4H80.9465108250.0168695890.0018150870.001044999CC4H81.150110870.0204983370.0022055230.001269784H2O0.2265029760.0125728264.34E-040.000778833CH4O5.11E+021.59E+019.80E-019.88E-01MTBE0.7207390650.0081763090.0013821335.06E-04TBA4.16E-055.61E-077.97E-083.47E-08DME2.0952466830.0454805810.0040179730.002817327MSBE1.07E-051.22E-072.06E-087.55E-09521.468577616.1431653911表5-10甲醇回收塔的塔底物料組成組分質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/kg摩爾分?jǐn)?shù)kmol/kmolH2O5601.465003310.92855640.9935037340.996337144CH4O36.626541471.1430734220.0064962660.0036628565638.091545312.0716298115.3.2熱量衡算本設(shè)計工藝過程的熱量衡算由Aspen模擬得：圖5-19一段反應(yīng)器Aspen熱量衡算表5-11一段反應(yīng)器的熱量衡算總計單位入出生成相對差摩爾kmol/hr486.57434.999025-51.57097521.17E-16質(zhì)量kg/hr25108.859825108.85981.45E-16焓Watt-13057446.4-13057446.40圖5-20二段反應(yīng)器Aspen熱量衡算表5-12二段反應(yīng)器的熱量衡算總計單位入出生成相對差摩爾kmol/hr434.999025390.333112-44.6659125-2.61E-16質(zhì)量kg/hr25108.859825108.85980焓Watt-13183159.3-13183159.30

圖5-21反應(yīng)精餾塔Aspen熱量衡算表5-13反應(yīng)精餾塔Aspen熱量衡算總計單位入出生成相對差摩爾kmol/hr396.97376407.20867910.23491926.81E-12質(zhì)量kg/hr25321.640525321.64059.42E-12焓Watt-13017021.9-14002247.30.070361947圖5-22萃取塔Aspen熱量衡算圖5-14萃取塔Aspen熱量衡算總計單位入出相對差摩爾kmol/hr637.717607637.717607-7.13E-16質(zhì)量kg/hr23521.640523521.6405-1.55E-16焓Watt-32047346.9-32047503.54.89E-06圖5-23甲醇回收塔Aspen熱量衡算表5-15甲醇回收塔Aspen熱量衡算總計單位入出相對差摩爾kmol/hr330.584355330.5843552.75E-15質(zhì)量kg/hr6255.575496255.575498.72E-16焓Watt-25594368.9-25288386.3-0.011955072環(huán)境分析6主要設(shè)備選擇說明及計算6.1反應(yīng)器的設(shè)計與選型本設(shè)計一共使用了兩個固定床反應(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,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)為離子交換樹脂進行催化，但是此類設(shè)備具有很多缺點，第一是因為反應(yīng)物反應(yīng)后還會返回混入反應(yīng)堆，因此會導(dǎo)致后期反應(yīng)速度變慢，第二是因為反應(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,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6.1.1熱管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)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)6.1.2傳熱和傳質(zhì)分析反應(yīng)物最初由進料口填入到反應(yīng)器中，從上而下通過多層環(huán)節(jié)進入到催化劑的環(huán)境，因為該反應(yīng)會產(chǎn)生出大量的熱量這些熱量會通過導(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)物的沸點降低，會導(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。6.2MTBE產(chǎn)品精餾塔的設(shè)計選型6.2.1產(chǎn)品精餾塔設(shè)計概述塔設(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有效的監(jiān)控，通過再沸器對數(shù)據(jù)展開一定的分析，并且能夠感受到它的穩(wěn)定性，對檢測版的溫度更加敏感，同時對于信號我們能夠得到及時的接收控制，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)測量裝置進行信號監(jiān)測，通過監(jiān)測液位的變化來調(diào)節(jié)閥門的開度。6.2.2生產(chǎn)流程簡介及精餾意義簡述（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行沸騰環(huán)節(jié)，這樣就實現(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)，也可以幫助泡點回流，其余流入萃取塔進行萃取。（2）精餾意義精餾塔對產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵性作用，在整個生產(chǎn)流程中處于重中之重的位置，本設(shè)計的產(chǎn)品目標(biāo)是MTBE，通過精餾塔可在得到產(chǎn)品的同時分離吸收液。（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，進而影響傳動效率，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、維修簡單價格低、流體阻力小、安裝簡單，具有一定的耐腐蝕性。本設(shè)計主要在板式塔和填料塔中進行選擇。表6-2板式塔與填料塔比較項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一般比填料塔造價低較輕填料塔壓力降小，較適于要求壓力降小的場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，造價顯著增加重考慮到板式塔便于清洗，處理效率高的特點，因此本次設(shè)計中選擇板式塔進行設(shè)計。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)特點為具有可以浮動的浮閥，可以隨著氣體流量的大小而自動調(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，否則會出現(xiàn)漏液的現(xiàn)象，但是因為浮閥塔的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，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)勢就是結(jié)構(gòu)相對簡單，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)濟優(yōu)勢，但是相對來說缺點也比較明顯，主要問題在于操作空間比較小，且因為篩孔的直徑問題，因此篩孔十分容易被堵塞，因此對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)點就是具有很大的彈性操作空間，對于介質(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，但缺點是結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，價格高，出現(xiàn)故障后維修困難，因此也逐漸被新產(chǎn)品所替代，但是因為其便捷性的特點，因此仍然得到很多使用。經(jīng)過比較及結(jié)合本設(shè)計要求，選擇篩板塔。6.3物性參數(shù)計算6.3.1基礎(chǔ)物理量的確定由ASPEN模擬得到精餾段：提餾段：6.3.2平均相對分子質(zhì)量計算由ASPEN模擬得到：精餾段:提餾段:6.3.3平均密度計算精餾段:提餾段：6.3.4液相平均表面張力計算精餾段：提餾段：6.3.5液相平均粘度計算精餾段：提餾段：6.3.6氣液負(fù)荷計算精餾段：提餾段：6.4精餾塔塔體工藝尺寸計算塔徑的計算和選擇由ASPEN進行模擬可得塔徑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%，實際板數(shù)總塔板高為由軟件計算精餾塔報告中得到相關(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/h10.8813030.021712557014.04343.850443.850420.9129030.0140722559.95214.054345.459327.919230.9045160.0137599565.00414.068245.086127.545940.8843190.0130604577.41514.125844.2626.719850.822670.0111232595.55714.0741.011823.471660.7961290.0101652610.03314.007339.511721.971570.7865290.00988882618.21813.991638.991621.660880.7825070.00972337621.40713.972438.73921.408390.7800660.00961858623.35813.956738.574821.244100.7780690.0095375624.7413.944538.442421.1117110.7761690.00946452625.8613.933638.318520.9877120.7742360.00939036626.88913.920938.188220.8575130.7721940.00930709627.95213.902938.038320.7076140.7699710.00920554629.17813.874937.852420.5216150.7674610.00907257630.73113.829637.605920.2751160.7644880.00888625632.87813.754637.257119.9263170.7607010.0086041636.12213.625136.723319.3925180.8016970.0098258641.60913.96539.66822.3373190.8163530.0110584632.4814.559442.112324.7816200.5836120.0174063625.66715.090931.205338.5869210.6100630.0186764620.18915.571533.658541.04220.6245850.0195015615.58215.884835.15342.5346230.6314360.0199857612.70616.093536.005443.387240.634880.0202963610.9216.248836.551343.9328250.6369050.0205297609.70616.38236.968444.3499260.6384010.0207367608.75716.510437.345744.7272270.6398010.0209439607.90116.643437.72945.1106280.6413210.0211654607.0516.785938.142445.524290.6430750.021409606.15716.940338.598645.9801300.6451190.0216783605.20317.107639.103746.4853310.6474810.0219751604.17717.287839.660347.0419320.6501670.0222994603.0817.480240.267947.6494330.6531720.0226503601.91517.683240.92448.3056340.6564770.0230254600.68917.895241.624149.0056350.660050.0234216599.41418.113642.361449.7429360.6638440.0238344598.10118.335743.127250.5088370.6677980.0242581596.76718.558143.910551.292380.6718320.0246857595.43118.777544.697952.0794390.6758520.0251092594.11518.9945.474352.8558400.6797530.0255199592.84319.192246.223853.6053410.6834280.0259093591.63719.381146.930954.3125420.6867810.0262698590.51719.554247.582554.9641430.6897340.0265959589.49919.710448.168855.5503440.693890.0268969588.59219.812948.711156.0926計算:（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6.4.1溢流裝置1.堰長及出口堰高出口堰高：本設(shè)計采用平直堰，堰上高度按下式計算：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6.4.2塔板布置6.4.3開孔數(shù)n與開孔率Φ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6.5篩板的流體力學(xué)驗算6.5.1氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?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：6.5.2霧沫夾帶的驗算液沫夾帶量計算公式：精餾段即：本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)提餾段即：本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)6.5.3漏液驗算精餾段對篩板塔，漏液點氣速有：穩(wěn)定系數(shù)K為：即：本設(shè)計中無明顯漏液。提餾段對篩板塔，漏液點氣速有：穩(wěn)定系數(shù)K為：即：本設(shè)計中無明顯漏液。6.5.4液泛驗算為防止塔內(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)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。提餾段取易起泡物系，得：故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。6.5.5塔板負(fù)荷性能圖精餾段其中：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落在合理區(qū)內(nèi)，符合要求。精餾段提餾段塔高的計算封頭的選?。罕驹O(shè)計選取橢圓形封頭，查?化工設(shè)備設(shè)計基礎(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時一般需要設(shè)置人孔，本設(shè)計精餾塔共70塊板，故設(shè)置7個人孔塔體高度的計算6.5.6換熱器的設(shè)計1.換熱器的介紹與論述部分換熱器是石油化工、能源動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品類，其特點就是可靠性強、適應(yīng)性高，同時因為我國對該種換熱器的使用較多，因此具有很豐富的經(jīng)驗和資料，而且國家近年來還對其進行了行業(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)，但是機遇與挑戰(zhàn)并存，競爭的加劇也促進了列管式換熱器的進一步更新，催生出了列管式換熱器獨具的優(yōu)勢，例如在管內(nèi)壓強較高時或流體流速較大時，列管式換熱器就比其他種類換熱器更具優(yōu)勢。由于這一優(yōu)點，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)如下圖所示：圖6-10列管式固定管板式換熱器優(yōu)點：單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、傳熱效果好，而且能用多種材料。1）確定流體流動空間由Aspen模擬可得：精餾塔餾出物溫度為：60℃由于外殼易于散熱，所以熱流體走殼程，水走管程：管程60℃→60℃殼程40℃←26℃?zhèn)鳠峁芄に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸（1）求和則所需傳熱管長為：該換熱器管程數(shù)為：（2）傳熱管排列和分程方法采用正三角形排列：隔板中心到最近一排中心距：各程相鄰的管心距為44mm聯(lián)立上式并代入數(shù)值解得：殼體直徑其中e為管束中心線最外層管中心到殼體內(nèi)的距離，通常取折流板采用弓形折流板，則切去圓缺高度為：取折流板間距則：折流板數(shù)：根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》選擇JB/T4715-92再沸器，公稱直徑800mm，管程數(shù)2，換熱面積203.8㎡1）管內(nèi)冷卻水的傳熱膜系數(shù)：（無相變）2）殼程傳熱膜系數(shù)：（有相變）由Aspen模擬得：3）確定污垢熱阻4）計算總傳熱系數(shù)K5）傳熱面積裕度：已解得冷凝面積：傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。選用立式熱虹吸式再沸器，蒸汽選擇1.0MPa蒸汽加熱，180℃水蒸氣。傳熱系數(shù)取。蒸汽及物料進出口溫度見表28。表28物料進出口溫度蒸汽物料進口溫度℃180（g）134.881892出口溫度℃180（l）134.881892傳熱負(fù)荷由ASPEN模擬：1）平均傳熱溫差為再沸器入口溫度為回流蒸汽上升蒸汽的溫度為加熱蒸汽溫度為加熱蒸汽冷凝為液體的溫度2）估算傳熱面積

7經(jīng)濟分析年生產(chǎn)6萬噸MTBE的生產(chǎn)成本及原料費用按下列數(shù)據(jù)計算表7-1車間費用成本表項目成本（萬元）單價（萬元/tMTBE）原材料混合7900甲醇1700合計9600燃料和動力循環(huán)水7520新鮮水44.57.5脫鹽水000.9mpa蒸汽27905180.3mpa蒸汽527.9壓縮空氣6914.5氮氣458.6電費600110合計686.5工資費用790150職工福利基金224.4車間經(jīng)費65001350企業(yè)管理費7001400主產(chǎn)品產(chǎn)值790011000副產(chǎn)品產(chǎn)值65007.1年產(chǎn)6萬噸MTBE所需原料消耗資金（1）需混合消費資金（2）需甲醇消耗的資金7.2年產(chǎn)6萬噸MTBE所需燃料和動力消耗資金循環(huán)水：新鮮水：脫鹽水：0.9mpa蒸汽：0.3mpa蒸汽：壓縮蒸汽：氮氣：電費：工資費用：職工福利基金：車間經(jīng)費：企業(yè)管理費：年產(chǎn)6萬噸產(chǎn)品收入：企業(yè)收入=產(chǎn)品產(chǎn)值-成產(chǎn)原料費用

8環(huán)保措施8.1環(huán)境影響因素一般來說，在施工的過程中，施工人員和施工設(shè)備不可避免的會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，比如施工設(shè)備在運行的過程中，往往會產(chǎn)生較大的噪聲，并且出現(xiàn)揚塵問題，而且在材料的運輸過程中不可避免會出現(xiàn)噪聲。除此之外施工人員的生活也會帶來生活垃圾等。8.2施工期環(huán)境影響分析8.2.1施工噪聲在施工過程中，其噪聲的主要來源有三點：一是工程施工的噪聲，二是設(shè)備運行帶來的噪聲，三是物料運輸車輛帶來的噪聲。工程施工的噪聲來源則是因為用設(shè)備進行土地挖掘等，而設(shè)備運行的噪聲主要是因為大型機械設(shè)備運行過程中不可避免產(chǎn)生的一些噪聲，物料運輸車輛的噪聲則是汽車帶來的噪聲。噪聲作為一種聲音污染，也是施工過程中對于環(huán)境的主要污染，因此想要減少這一方面的污染，就應(yīng)該通過合理選擇設(shè)備的應(yīng)用時間，來減少對于環(huán)境的污染，比如夜間不使用噪聲過大的設(shè)備。8.2.2施工廢水在施工過程中，廢水的主要來源為以下三個方面，一是建筑泥漿水，二是含油廢水，三則是施工人員在施工期間產(chǎn)生的生活廢水。而生活廢水對于環(huán)境的污染會隨著工程結(jié)束而很快消失并不再產(chǎn)生，同時因為本工程周期短，其余兩個廢水來源對于環(huán)境污染的程度也很低。8.2.3施工廢氣在施工過程中，廢氣的主要來源為以下三個方面，一是當(dāng)開挖土方石時不可避免陳生的揚塵，二是在進行材料運輸?shù)倪^程中因為地面灰塵較多產(chǎn)生的揚塵，三是運輸車輛的應(yīng)用不可避免的對地區(qū)產(chǎn)生尾氣排放問題。不過當(dāng)工程結(jié)束后，以上工程內(nèi)容都會消失，揚塵和尾氣排放污染都會消失。8.2.4施工固廢在施工過程中產(chǎn)生的固體廢料主要有以下兩種，一是甲醇凈化催