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。
关键词：甲基叔丁基醚；精馏；工艺设计
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Abstract
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 equipment .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 piping 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(except 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
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化工与生物技术学院毕业设计
目录
摘 要 --------------------------------------------------------------- I Abstract -------------------------------------------------------------- II 第一篇 设计说明书 ----------------------------------------------------- 1 第1章 概述 ----------------------------------------------------------- 2
1.1 MTBE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
2.5.1 MTBE物理性质 --------------------------------------------- 7 2.5.2 MTBE化学性质 --------------------------------------------- 8 2.5.3 MTBE生产原理 --------------------------------------------- 8 2.5.4 MTBE生理化学性质 ----------------------------------------- 9 2.5.5 MTBE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 1.3 MTBE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］ ---------------------------- 30
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2.2 反应器一段热量衡算 -------------------------------------------- 31 2.3 T0101塔底出料换热器E0107的热量衡算 --------------------------- 32 2.4 T0101进料换热器热量衡算 --------------------------------------- 34 2.5 T0101热量衡算 ------------------------------------------------- 34 2.6 E0109热量衡算 ------------------------------------------------- 36 第3章 精馏塔的计算［5］ ----------------------------------------------- 40
3.1 物性参数计算 -------------------------------------------------- 40
3.1.1 温度压力确定 --------------------------------------------- 40 3.1.2 平均相对分子质量计算 ------------------------------------- 40 3.1.3 平均密度计算 --------------------------------------------- 40 3.1.4 液相平均表面张力计算 ------------------------------------- 41 3.1.5 液相平均粘度计算 ----------------------------------------- 41 3.2气液负荷计算 --------------------------------------------------- 41 3.3精馏塔塔体工艺尺寸计算 ----------------------------------------- 42
3.3.1 塔径的计算和选择 ----------------------------------------- 42 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eV的验算 ----------------------------------------- 48
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 ----------------------------------------------------- 56 3.6.6裙座 ----------------------------------------------------- 56 3.6.7塔总体高度 ----------------------------------------------- 56
第4章 塔顶冷凝器计算 ------------------------------------------------- 57
4.1 冷凝器的设计 -------------------------------------------------- 57
4.1.1 确定流体流动空间 ----------------------------------------- 57
4.1.2 计算平均传热温差 ----------------------------------------- 57
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4.1.3 估算传热面积 --------------------------------------------- 57 4.1.4 传热管工艺结构尺寸 --------------------------------------- 58 4.2 换热器核算 ---------------------------------------------------- 59 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 --------------------------------------------- 62
第5章 塔进料泵的选型计算 --------------------------------------------- 62
5.1 泵的初选 ------------------------------------------------------ 62 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 ------------------------------------------------------ 69
8.5.1 环境影响因素 --------------------------------------------- 69 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
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年产5.5万吨MTBE的工艺毕业设计正文
