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1、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Aspen Plus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
2、键词：甲基叔丁基醚；精馏；工艺设计IAbstract The design for process design of annual 55000 tons with MTBE device ,mainly to complete the material balance of methyl tert-butyl ether and heat balance ,distillation tower ,overhead condenser ,tower bottom reboiler design and calculation of the pump and other auxiliary eq
3、uipment .Refer to “Introduction to Chemical Engineering Design”, “Course Design of Principles of Chemical Industry”,“Chemical Engineering Thermodynamics”,“Principles of Chemical Industry”“Separation Engineering”data.Design ang drwn the process flow diagram ,equipment layout ,equipment layout ang pip
4、ing layout with the control points of MTBE.In the software design and calculation using Aspen Plus simulation process ,completed the simple calculation ,rigorous calculation .In the calculation of the distillation column equipment,through the Aspen simulation ,the number of theoretical plates 38(exc
5、ept for the condenser and reboiler ),feed location for the tenth plates ,reflux ratio is 7.Methyl tert-butyl ether column results in the required range ,can meet the requirement of the design of separation ,completed the design task .Keywords :methyl tert-butyl ether ;distillation ;process design目录摘
6、要IAbstractII第一篇 设计说明书1第1章 概述21.1 MTBE生产的历史前景的沿革31.2 厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成41.2.1 厂址选择41.2.2 设计地区的自然条件41.2.3 车间组成41.2.4 车间状况41.2.5 设备布置4第2章 工艺说明52.1 原材料规格52.2 原材料及动力消耗定量52.3 副产品规格62.4 安全标准62.4.1 防火、防爆等级和卫生标准62.4.2 生产的材料、半成品及成品的爆炸范围及卫生安全浓度62.5 产品性质72.5.1 MTBE物理性质72.5.2 MTBE化学性质82.5.3 MTBE生产原理82.5.4 MTBE
7、生理化学性质92.5.5 MTBE主要用途92.6 生产工序及工艺流程叙述392.7 异常现象及处理方法122.8 三废及处理13第二篇 设计计算书15第1章 物料衡算161.1 全车间物料衡算161.2 反应器物料衡算171.2.1 反应器A进料组成及流量171.2.2 反应器二段出口物料的组成及流量201.2.3 反应器三段出口物料组成及流量221.3 MTBE精馏塔物料衡算231.4 萃取塔物料衡算251.5 回收塔物料衡算28第2章 热量衡算292.1 一器一段循环冷却器E0103热量衡算4292.2 反应器一段热量衡算312.3 T0101塔底出料换热器E0107的热量衡算322.4
8、 T0101进料换热器热量衡算342.5 T0101热量衡算342.6 E0109热量衡算36第3章 精馏塔的计算5393.1 物性参数计算393.1.1 温度压力确定393.1.2 平均相对分子质量计算393.1.3 平均密度计算403.1.4 液相平均表面张力计算403.1.5 液相平均粘度计算403.2气液负荷计算413.3精馏塔塔体工艺尺寸计算413.3.1 塔径的计算和选择413.3.2 溢流装置433.3.3 塔板布置453.3.4 开孔数n与开孔率453.4 筛板的流体力学验算463.4.1 气体通过筛板压降相当的液柱高度463.4.2 雾沫夹带的验算473.4.3 漏液验算48
9、3.4.4 液泛验算493.5 塔板负荷性能图503.5.1雾沫夹带线503.5.2 液泛线513.5.3 液相负荷上限线523.5.4 漏液线523.5.5 液相负荷下限线533.6 塔体高度计算553.6.1塔顶封头553.6.2塔的顶部空间高度553.6.3塔的底部空间高度553.6.4进料板处板间距553.6.5人孔553.6.6裙座553.6.7塔总体高度56第4章 塔顶冷凝器计算564.1 冷凝器的设计564.1.1 确定流体流动空间56 4.1.2 计算平均传热温差574.1.3 估算传热面积574.1.4 传热管工艺结构尺寸574.2 换热器核算584.3 塔底再沸器选型614
10、.3.1 平均传热温差614.3.2 估算传热面积61第5章 塔进料泵的选型计算615.1 泵的初选615.2 管路阻力系数计算625.3 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688.1 编制依据688.2 执行的有关法规及规定688.3 环境质量标准688.4 排放标准688.5 环保措施688.5.1 环境影响因素688.5.2 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75I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（methyl tert-butyl ether），溶点-109，沸点55.2，
11、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
12、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
13、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
14、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
15、每天1-1.2万桶。截至2006年，世界汽油用MTBE的年产能力仍约2100104t，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。1.1 MTBE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
