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1、吉林化工学院学士学位毕业设计摘要本设计是年产10万吨甲基叔丁基醚装置生产工艺设计，主要以反应工段为工艺设计对象，在借鉴了国内外成熟的MTBE生产工艺和技术的基础上，结合了吉林市地区的自然及其地理条件，按任务要求生产量设计本工艺流程。由于我国目前是世界上汽油消耗量相当大而且用量正在大量增加的国家，而采用甲基叔丁基醚作为汽油添加剂，有提高汽油烷值和汽油燃烧效率、减少CO和其他有害物(如臭氧、苯、丁二烯等)的排放等优点，因此建设此项目具有重要意义。我们采用的合成工艺是由混合碳四中的异丁烯和甲醇在强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂催化剂上进行反应最终合成MTBE。此次设计采用的技术虽不是业内最先进的，但是就
2、我们目前的实际状况来讲是最成熟的。我们会坚持不懈地努力改进MTBE的生产工艺，望各位评委见谅。关键词：甲基叔丁基醚 异丁烯 甲醇 AbstractThe design is an annual output of 8,0000 tons of methyl tertiary butyl ether plant process design，mainly to reflect the target section for the process desig and drawing at home and abroad sophisticated MTBE production technique
3、s, combined with the City of its natural and geographical conditions , according to mandate design requirements of the production process. Since China is currently the worlds gasoline consumption is significant and substantial increase in the amount of state, MTBE as a gas additive to increase the n
4、-value gasoline and gasoline combustion efficiency and reduce CO and other harmful substances (such as ozone, benzene, butadiene, etc.) emissions, etc,therefore of great significance to the project construction.We use the Synthesis of carbon from the mixed four of the isobutylene and methanol in the
5、 strong acid styrene cation exchange resin catalyst, the reaction on the final synthesis of MTBE.Although not the design technology used is the industrys most advanced, but on our current terms of the actual situation is the most mature.We will consistently strive to improve the MTBE production proc
6、ess, hope you forgive the judges.Key Words：Methyl tert-butyl ether Isobutene Methanol- -目录摘要Abstract第 1 章 绪论11.1 概述11.1.1 MTBE生产历史和生产前景11.1.2 设计依据11.1.3厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成及人员21.2 工艺说明21.2.1 原材料规格21.2.2 副产品规格31.2.3 安全标准31.2.4 产品性质41.2.5 生产工序及工艺流程叙述61.2.6 生产控制一览表101.2.7 三废及处理11第 2 章 计算部分122.1 物料衡算122
7、.1.1 全车间物料衡算122.1.2 反应器物料衡算132.1.3 MTBE精馏塔物料衡算192.1.4 萃取塔物料衡算202.1.5 回收塔物料衡算222.2 热量衡算242.2.1 一器一段循环冷却器E-101热量衡算242.2.2 一器一段热量衡算252.2.3 T101B塔底出料换热器E104的热量衡算262.2.4 T101进料换热器热量衡算272.2.5 T101热量衡算（包括T101B塔底再沸器E106，T101A塔顶冷凝器E107）272.2.6 E108热量衡算282.3 反映器部分的计算312.3.1 R101各段出口温度的计算312.3.2 R101各段密度的计算322
8、.3.3 催化剂用量和床层高度的计算342.3.4 反应器直径的计算342.4 精馏塔的计算362.4.1 精馏塔物料平衡362.4.2 精馏塔各部分温度的计算372.4.3 回流比和理论塔板数412.4.4 进料位置的计算432.4.5 精馏塔全塔热平衡432.4.6 精馏塔塔径和塔高的计算452.5 萃取塔计算462.5.1 萃取塔理论级数的确定462.5.2 萃取塔塔径的计算472.5.3 萃取塔塔高的计算532.6 换热器的计算552.7 泵的计算562.7.1 进口阻力572.7.2 582.8 技术经济核算59致谢62- II -第 1 章 绪论1.1 概述甲基叔丁基醚（MTBE）
9、是一种高辛烷值汽油添加剂，用MTBE取代四乙基铅可减少环境污染。MTBE也是一种不腐蚀、低污染、成本低的碳四分离新手段。裂解得到的聚合级异丁烯，供丁烯橡胶使用。含异丁烯0.5以下的直链丁烯用作丁烯氧化脱氨制丁二烯的原料。将MTBE进行分解，所得的异丁烯只需要进行经过简单蒸馏及洗涤，即可得到99.5的高纯度异丁烯。MTBE作为新兴的重要的化工产品，已广泛应用在法国、意大利、加拿大等国家。在我国也有着广泛的开发前景。1.1.1 MTBE生产历史和生产前景自1970 年Raycher发现醇和烯烃醚化反应后的数十年间，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
10、/年的MTBE工业装置投产后，作为新兴汽油添加剂，MTBE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。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MTBE的原料异丁烯的技术发展呈多样化的趋势，用一种异丁烷制异丁烯的技术生产MTBE极为理想。总收率达95.MTBE生产工艺普遍采用用酸性的离子交换树脂合成MTBE，用MeoH和异丁烯在液相70100下通过酸性的离子交换树脂在填充床内进行。离子交换树脂是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。我
11、国继齐鲁5500吨/年MTBE装置投产后，上海燕山、吉化、浙江、抚顺等MTBE工业装置相继投产。第一套采用催化蒸馏新工艺的4万吨/年MTBE工业装置建成投产，标志着我国生产工艺水平达到80年代国际先进水平。现在的中国石油吉林分公司的MTBE生产水平已达到5万吨/年.1.1.2 设计依据【12】根据要求，设计年产5万吨MTBE的生产工艺。由于MTBE取代四乙基铅可减少环境污染，且用途广泛，促使世界各国对MTBE的需求量日益增加，因此世界各国在寻求更先进的方法，投资建厂生产MTBE。由此可见，建设项目具有十分重要的意义。目前合成MTBE的方法主要有:1、离子交换树脂法2、硫酸法3、催化蒸馏法。目前
12、催化蒸馏法最先进，但远没有广泛应用。硫酸具有腐蚀性，因此本设计是采用离子交换树脂法。此法工业应用最早，技术上比较成熟，采用一器一塔流程，能耗低，经济合算。由于位于松花江畔，水源充足，所以设计的车间建设在松花江畔，且既靠近丰满水电站又临热电厂及动力厂，能源充足，且资源也较富足。本设计装置所用的原料由吉化104厂丁二烯抽取。所用的甲醇原料来自吉化化肥厂生产的甲醇，为MTBE的 生产奠定了雄厚的基础。1.1.3厂址的选择及设计地区的自然条件车间的组成及人员1.1.3.1厂址选择本厂建于吉林市铁东，其原因是水电充足。1.1.3.2设计地区的自然条件吉林市自然条件如下：平均气压755.66mmHg 最高
13、温度36.6 最低温度-38平均相对湿度71最大冻土深度7.410cm 最大降雪量420mm平均风速2.7m/s松花江水温15 最高水温251.1.3.3车间组成及结构本厂包括生产车间和辅助车间。辅助车间包括：办公室、工艺组、设备组、化工班、机修。本车间为连续自动化生产，共分四个班，四班三倒的作息制度，全年生产7200小时。1.1.3.4设备布置由于生产产品易燃易爆，主要设备露天布置，考虑到吉林地区冬季温度较低，而且时间较长的气候状况，泵集中安装在室内，反应器及塔并排安装，冷凝器及换热器安装在二楼和三楼上控，调节仪表安装在控制室。1.2 工艺说明1.2.1 原材料规格本装置以吉化炼油厂液化气分
14、离车间催化裂解碳四（含异丁烯18）和本厂丁二烯抽提车间抽余碳四 (含异丁烯34.1)两者以51.326：1（重量比）混合为碳四原料。表1 原材料规格序号原料名称控制项目名称和指标备注1混合碳四原料异丁烯含量18420.8 、 0.5ACN20ppm 、 阳离子4ppm水0.03 、 其他碳四：平衡以计2甲醇外观：无色透明液体 、比重：0.7910.792初馏点;6465.5 、蒸馏量99.2游离酸：0.002 、 游离碱0.005水0.05、 酸值（koH mg/g）0.035蒸馏残渣0.002以HAC计以计3碱液NaoH含量64盐酸溶液HCL含量125触媒外观：灰白球状、孔容：0.250.29ml/g交换当量:4.24.8mg当量/g干树脂膨胀比：1.31.75、强度：99比表面;1315、粒度：1060目1.2.2 副产品规格表2 副产品规格序号名称规格单位设计定额1丁烯-1丁烯-141、18.4异丁烯0.4、甲醇0.15MTBE0.5T19.072残液馏分MTBE98.7Kg101.2.3 安全标准【3】1.2.3.1 防火、防爆等级和卫生标准根据生产所用原料，中间产品和成品的性质，对生产各部分的防火防爆标准规定如下：表3 防爆等级和卫生标准序号地点防火等级防爆等级避雷等级1装置区甲级级二类2泵房甲级级二类3
