年产5.5万吨MTBE的工艺毕业设计正文.doc
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化工与生物技术学院毕业设计
摘 要
本设计为年产5.5万吨MTBE装置工艺设计，主要完成了甲基叔丁基醚的物料衡算和热量衡算、精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器和泵等辅助设备的设计计算。
查阅了《化工设计概论》、《化工原理课程设计》、《化工热力学》、《化工原理》、《分离工程》等资料。
设计并绘制了甲基叔丁基醚的带控制点的工艺流程图、设备平面布置图及局部管道布置图。
在软件设计计算中运用了AspenPlus模拟流程，完成了简捷计算、严格计算。
在精馏塔设备计算中，通过Aspen模拟可知，理论塔板数38块（除冷凝器与再沸器），进料位置为第10块板，回流比为7。
甲基叔丁基醚塔结果均在要求范围内，能都达到设计的分离要求，完成了设计任务。
关键词：
甲基叔丁基醚；精馏；工艺设计
I
Abstract
Thedesignforprocessdesignofannual55000tonswithMTBEdevice,mainlytocompletethematerialbalanceofmethyltert-butyletherandheatbalance,distillationtower,overheadcondenser,towerbottomreboilerdesignandcalculationofthepumpandotherauxiliaryequipment.Referto“IntroductiontoChemicalEngineeringDesign”,“CourseDesignofPrinciplesofChemicalIndustry”,“ChemicalEngineeringThermodynamics”,“PrinciplesofChemicalIndustry”“SeparationEngineering”data.Designangdrwntheprocessflowdiagram,equipmentlayout,equipmentlayoutangpipinglayoutwiththecontrolpointsofMTBE.
InthesoftwaredesignandcalculationusingAspenPlussimulationprocess,completedthesimplecalculation,rigorouscalculation.Inthecalculationofthedistillationcolumnequipment,throughtheAspensimulation,thenumberoftheoreticalplates38（exceptforthecondenserandreboiler）,feedlocationforthetenthplates,refluxratiois7.Methyltert-butylethercolumnresultsintherequiredrange,canmeettherequirementofthedesignofseparation,completedthedesigntask.
Keywords:
methyltert-butylether;distillation;processdesign
目录
摘 要 I
Abstract II
第一篇设计说明书 1
第1章概述 2
1.1MTBE生产的历史前景的沿革 3
1.2厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成 4
1.2.1厂址选择 4
1.2.2设计地区的自然条件 4
1.2.3车间组成 4
1.2.4车间状况 4
1.2.5设备布置 4
第2章工艺说明 5
2.1原材料规格 5
2.2原材料及动力消耗定量 5
2.3副产品规格 6
2.4安全标准 6
2.4.1防火、防爆等级和卫生标准 6
2.4.2生产的材料、半成品及成品的爆炸范围及卫生安全浓度 6
2.5产品性质 7
2.5.1MTBE物理性质 7
2.5.2MTBE化学性质 8
2.5.3MTBE生产原理 8
2.5.4MTBE生理化学性质 9
2.5.5MTBE主要用途 9
2.6生产工序及工艺流程叙述［3］ 9
2.7异常现象及处理方法 12
2.8三废及处理 13
第二篇设计计算书 15
第1章物料衡算 16
1.1全车间物料衡算 16
1.2反应器物料衡算 17
1.2.1反应器A进料组成及流量 17
1.2.2反应器二段出口物料的组成及流量 20
1.2.3反应器三段出口物料组成及流量 22
1.3MTBE精馏塔物料衡算 23
1.4萃取塔物料衡算 25
1.5回收塔物料衡算 28
第2章热量衡算 29
2.1一器一段循环冷却器E0103热量衡算［4］ 29
2.2反应器一段热量衡算 31
2.3T0101塔底出料换热器E0107的热量衡算 32
2.4T0101进料换热器热量衡算 34
2.5T0101热量衡算 34
2.6E0109热量衡算 36
第3章精馏塔的计算［5］ 39
3.1物性参数计算 39
3.1.1温度压力确定 39
3.1.2平均相对分子质量计算 39
3.1.3平均密度计算 40
3.1.4液相平均表面张力计算 40
3.1.5液相平均粘度计算 40
3.2气液负荷计算 41
3.3精馏塔塔体工艺尺寸计算 41
3.3.1塔径的计算和选择 41
3.3.2溢流装置 43
3.3.3塔板布置 45
3.3.4开孔数n与开孔率Φ 45
3.4筛板的流体力学验算 46
3.4.1气体通过筛板压降相当的液柱高度 46
3.4.2雾沫夹带的验算 47
3.4.3漏液验算 48
3.4.4液泛验算 49
3.5塔板负荷性能图 50
3.5.1雾沫夹带线 50
3.5.2液泛线 51
3.5.3液相负荷上限线 52
3.5.4漏液线 52
3.5.5液相负荷下限线 53
3.6塔体高度计算 55
3.6.1塔顶封头 55
3.6.2塔的顶部空间高度 55
3.6.3塔的底部空间高度 55
3.6.4进料板处板间距 55
3.6.5人孔 55
3.6.6裙座 55
3.6.7塔总体高度 56
第4章塔顶冷凝器计算 56
4.1冷凝器的设计 56
4.1.1确定流体流动空间 56
4.1.2计算平均传热温差 57
4.1.3估算传热面积 57
4.1.4传热管工艺结构尺寸 57
4.2换热器核算 58
4.3塔底再沸器选型 61
4.3.1平均传热温差 61
4.3.2估算传热面积 61
第5章塔进料泵的选型计算 61
5.1泵的初选 61
5.2管路阻力系数计算 62
5.3进料泵的最终选型 63
第6章塔接管的选型 65
第7章技术经济核算 66
第8章环境保护 68
8.1编制依据 68
8.2执行的有关法规及规定 68
8.3环境质量标准 68
8.4排放标准 68
8.5环保措施 68
8.5.1环境影响因素 68
8.5.2施工期环境影响分析 69
结 论 71
参考文献 72
附录设备一览表 73
致谢 75
I
第一篇设计说明书
I
第1章概述
甲基叔丁基醚，英文缩写为MTBE（methyltert-butylether），溶点-109℃，沸点55.2℃，是一种无色、透明、高辛烷值的液体，具有醚样气味，是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组份，作为汽油添加剂已经在全世界范围内普遍使用。
它不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。
另外，MTBE还是一种重要化工原料，如通过裂解可制备高纯异丁烯，作为橡胶及其它化工产品的原料。
MTBE是含氧量为18.2%的有机醚类。
它的蒸汽比空气重，可沿地面扩散，与强氧化剂共存时可燃烧。
MTBE的工业上的质量纯度要求一般约为97%~99.5%，分子式为：
。
甲基叔丁基醚这种汽油添加剂的辛烷值是115，化学含氧量较甲醇低得多，利于暖车和节约燃料，蒸发潜热低，对冷启动有利。
MTBE与汽油可以任意比例互溶而不发生分层现象，与汽油组分调和时，有良好的调和效应，调和辛烷值高于其净辛烷值。
MTBE含氧量相对较高，能够显著改善汽车尾气排放。
它具有良好的化学安定性和物理安定性，在空气中不易生成过氧化物，而且其毒性很低，在生产和使用过程中，不会产生严重毒害人体健康的问题。
由于对环境保护的更高要求,世界各国都对汽油提出无铅化要求。
在二十世纪九十年代,美欧各国通过立法制定了清洁汽油标准。
我国从2001年开始实行汽油无铅化并制定了新的汽油标准,对汽油质量提出了新的要求。
新标准明确规定含氧量不低于2.0%,这对全世界的炼油行业都产生了巨大冲击,为了适应清洁汽油的生产和环境保护的需要,由FCC联产MTBE和TAME等醚类汽油稳定剂的生产技术得到了很大发展,MTBE等醚类产品是当代较理想的汽油稳定剂,近期内尚无其它产品可以取代。
但是，MTBE极易溶解于水中，主要由于地下和地上汽油贮罐的泄漏，美国在地下饮用水体中越来越多地发现了MTBE。
MTBE即使浓度很低也会造致水质恶臭，美国环保局已将MTBE列为人类可能的致癌物质。
而MTBE的生产状况还取决于甲醇、丁烷和汽油的价格。
如果甲醇价格迅速降至达不到再投资经济性丁烷价格降到与汽油关系保持原水平，汽油价格在全球范围大幅度提高，则到2000年全球MTBE用量将从18.49Mt/a增长到20.86Mt/a，主要增长在远东。
如果甲醇价格缓慢下降，丁烷价格略高于通常水平，欧洲和远东的汽油价格基本保持现有水平，则对欧洲MTBE的使用将产生不利影响，在远东市场亦将受到抑制。
如果甲醇和丁烷的价格使生产MTBE不具竞争力，则更多的MTBE装置将进行调整，有些可能不得不停产。
总的来说，MTBE市场在100年内将保持稳定，总增长率比早期预计的低。
但而美国的需用量则略有下降。
对于MTBE在燃料中作为充氧剂（oxygenate）的禁令可能从建议实施的日期延缓一到两年。
美国参议院环境与公共事务委员会表决从2004年全面禁止使用MTBE年上半年美国开始使用乙醇代替MTBE作为充氧剂，MTBE需用量比2000年同期约下降2%，或每天1--1.2万桶。
截至2006年，世界汽油用MTBE的年产能力仍约2100×104t，在禁用MTBE的呼声日益高涨的情况下，MTBE装置本身的生存将受到严峻考验。
1.1MTBE生产的历史前景的沿革
自1970年Raycher发现醇和烯烃醚化反应后的数十年间，其有关文摘指导极少，但却有大量的专利指导了甲基叔丁基醚。
1973年意大利第一套10万吨/年的MTBE工业装置投产后，MTBE作为新兴汽油添加剂，引起了各国石油化学界的普遍重视，其产量每年以54％的速度增长。
MTBE工业是当今极有前途的新兴工业之一［1］。
1979年我国才开始研究MTBE合成工业。
1983年我国第一套500万吨/年化工型MTBE工业装置建成后，增长的速度较快，已形成一定规模的生产能力。
制备M
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