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1、成绩本科毕业论文题目： 2万吨/年MTBE装置工艺设计 诚信声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。特此声明。论文作者签名： 丁路日 期： 2009 年 6 月 3 日2万吨/年MTBE装置工艺设计2万吨/年MTBE装置工艺设计目录第一章 概 述11.1 MTBE的有关性质11.2 MTBE的用途21.3 MTBE的产能及需求情况2第二章 设计依据及技术来源42.1 设计依据42.2技术来源1442
2、.2.1 国外工艺介绍42.2.2 国内生产技术状况52.3 本次设计采用的方法62.4主要节能措施及技术改进156第三章 设计规模与产品方案83.1 原料及产品规格83.2 设计规模和设计要求83.3 产品的质量指标83.4 建筑组成8第四章 过程技术分析94.1 反应原理94.2 反应条件94.3 反应选择性和转化率94.4 系统循环结构104.5 分离工艺104.6 控制方案的选择2-3104.6.1泵的控制方案114.6.2.换热器的控制方案114.6.3.反应器的控制方案114.6.4.精馏塔的控制方案12第五章 流程模拟与优化145.1流程叙述145.2 PRO/II模拟与计算11
3、45.2.1 PRO/II热力学方法的初步分析145.2.2过程的主要操作控制指标155.3 工艺计算概述及结果165.3.1物料衡算165.3.2 热量衡算17第六章 主要设备选择说明及计算7-13206.1泵的选型206.1.1 石油，化工装置对泵的要求206.1.2 泵的选型计算216.1.3 泵选型表216.2 反应器的设计与选型226.2.1 热管反应器的结构15226.2.2传热和传质分析236.2.3 反应器设计计算过程236.2.4 反应器的组合参数246.3 塔的设计选型246.3.1 MTBE产品精馏塔的设计选型256.3.2 萃取塔设计406.4 储罐设计416.4.1
4、甲醇原料罐的确定416.4.2 C4馏分原料罐的确定416.4.3 循环水罐的确定416.4.4 塔回流罐的确定416.4.5储罐选型表416.5 换热器的设计426.5.1换热器的介绍与论述部分426.5.2手算计算部分446.5.3 换热器大师计算部分506.6管道设计（GB81631999）53第七章 原材料、动力消耗消耗定额及消耗量557.1 原料消耗557.2 动力消耗定额及消耗量55第八章 机构及定员568.1 组织机构568.2 生产班制及定员568.3 人员来源和培训578.3.1 人员来源578.3.2 人员培训578.3.3 人员工资及福利57第九章 装置边界条件58第十章
5、 环境保护5910.1 编制依据5910.2 执行的有关法规及规定5910.3 环境质量标准5910.4 排放标准5910.5 环保措施5910.5.1 环境影响因素6010.5.2施工期环境影响分析60小结62谢辞62附录A 物料衡算表64附录B 能量衡算表68附录C PRO/II模拟物流的物流表70附录D 设备一览表7273摘要本次设计以工业上各种甲基叔丁基醚的工艺生产方法为技术依据，对该反应的反应原理、反应条件、反应选择性和转化率等进行了阐述。反应原料由C4馏分中的异丁烯及质量分数为99.3%的甲醇组成，进行醚化反应，目标产物甲基叔丁基醚的产量是2万吨/年，采用的流程是甲基叔丁基醚常规工
6、艺，主要由两反三塔工艺装置组成，通过PRO/II软件对其进行了流程模拟与计算，根据模拟计算得到的数据，对流程的各个设备进行了设计和选型，如塔、罐、泵、管子等；并进行物衡和热衡计算，列出物衡表和热衡表。本次设计过程还包括了原材料消耗量、动力消耗定额、机构定员以及环境保护等各项指标。过程还使用了CHEMCAD、换热器大师等多种软件，提出了过程优化、节能及技术改进的具体措施，如主反应器采用热管式反应器以提高转化率以及充分利用物料的能量交换节省蒸汽消耗量等。关键词：甲基叔丁基醚、PRO/II、流程模拟与计算、节能AbstractThe process of the design is technica
7、lly based on various methods of production of MTBE in industry ,we have explanationed the theory、the condition、the selectivity and fractional conversion in the process of the reaction。The material is composed of IBUTENE in the fraction of C4 and methanol whose mass fraction is 99.3%, the etherificat
8、ion is annual production capacity of 20,000 tons MTBE,the purity of the production is not less than 98.5%。The procedure is taken in the common technology which primarily contains two reactors and three towers。Process simulation and calculation is carried out with the simulation software of PRO/II。Ac
9、cording to the data simulated, all of the process equipments are designed and selected,such as towers, tanks, pumps, tubes, etc. And material balance and heat balance were calculated, the material balance table and the heat balance table were listed. This project also besides the rate of consumption
10、、power consumption 、the rated passenger capacity of the institution、environmental protection and so on。We have used various kinds of softwares such as chemcad and THEM，we provide the specific measures of the process optimization、energy saving and the improvement of the techniques，such as the major r
11、eactor adopts the heat pipe fixedbed reactor in order to improve the fractional conversion and the process fully makes use of energy exchange between the material so that save the consumption of the steam。Keywords： MTBE、PRO/II、Process simulation and calculation、energy saving第一章 概 述1.1 MTBE的有关性质甲基叔丁基
12、醚，英文缩写为MTBE（methyl tert-butyl ether），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
13、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
14、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。表1.1 MTBE的物理性质1.2 MTBE的用途作为汽油的添加剂由于MTBE 有很高的净辛烷值,而且对于直馏汽油、烷基化汽油、催化裂化汽油、催化重整汽油等各种汽油有着良好的调和效应,有较高的调和辛烷值,在汽油中加入有增加汽油辛烷值、限制四乙基铅的作用。因此,作为无铅汽油添加剂的MTBE ,在当今社会有更深远的意义。MTBE 是良好的反应溶剂和试剂，因为MTBE 是难于氧化的,因此,可以作为溶剂和试剂使用。在用苯酚、多聚甲醛和二烷基胺制备邻二烷氨基甲基苯酚中作为溶剂使用。异戊烯的制备、苯酚的烷基化、甲酯的制备、MTBE 羰基化、异戊二烯的制备等,都是用MTBE作为溶剂的。MTBE 裂解可制得高纯度的异丁烯，由于异丁烯是重要的化工原料,可以生产丁基橡胶、聚异丁烯、叔丁基苯、叔丁胺等,而且对异丁烯的含量要求非常高, 有的要大于99 % , 而MTBE的生产是可逆反应,因此,在适当的酸性催化剂作用下,MTBE 可裂解制得高纯度的异丁烯。
