本科毕业论文题目： 2万吨/年MTBE 装置工艺设计学生姓名 丁路学 号 2005180088指导教师 褚雅志院 系 化工学院专 业 化学工程与工艺年 级 2005年级教务处制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。
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论文作者签名：丁路日期：2009 年6 月 3 日2万吨/年MTBE装置工艺设计目录第一章概述 (1)1.1 MTBE的有关性质 (1)1.2 MTBE的用途 (2)1.3 MTBE的产能及需求情况 (2)第二章设计依据及技术来源 (4)2.1 设计依据 (4)2.2技术来源[14] (4)2.2.1 国外工艺介绍 (4)2.2.2 国内生产技术状况 (5)2.3 本次设计采用的方法 (6)2.4主要节能措施及技术改进[15] (6)第三章设计规模与产品方案 (8)3.1 原料及产品规格 (8)3.2 设计规模和设计要求 (8)3.3 产品的质量指标 (8)3.4 建筑组成 (8)第四章过程技术分析 (9)4.1 反应原理 (9)4.2 反应条件 (9)4.3 反应选择性和转化率 (9)4.4 系统循环结构 (10)4.5 分离工艺 (10)4.6 控制方案的选择[2]-[3] (10)4.6.1．泵的控制方案 (11)4.6.2.换热器的控制方案 (11)4.6.3.反应器的控制方案 (11)4.6.4.精馏塔的控制方案 (12)第五章流程模拟与优化 (13)5.1流程叙述 (13)5.2 PRO/II模拟与计算[1] (14)5.2.1 PRO/II热力学方法的初步分析 (14)5.2.2过程的主要操作控制指标 (15)5.3 工艺计算概述及结果 (16)5.3.1物料衡算 (16)5.3.2 热量衡算 (17)第六章主要设备选择说明及计算[7]-[13] (20)6.1泵的选型 (20)6.1.1 石油，化工装置对泵的要求 (20)6.1.2 泵的选型计算 (21)6.1.3 泵选型表 (21)6.2 反应器的设计与选型 (22)6.2.1 热管反应器的结构[15] (22)6.2.2传热和传质分析 (23)6.2.3 反应器设计计算过程 (23)6.2.4 反应器的组合参数 (24)6.3 塔的设计选型 (24)6.3.1 MTBE产品精馏塔的设计选型 (25)6.3.2 萃取塔设计 (40)6.4 储罐设计 (41)6.4.1 甲醇原料罐的确定 (41)6.4.2 C4馏分原料罐的确定 (41)6.4.3 循环水罐的确定 (41)6.4.4 塔回流罐的确定 (41)6.4.5储罐选型表 (41)6.5 换热器的设计 (42)6.5.1换热器的介绍与论述部分 (42)6.5.2手算计算部分 (44)6.5.3 换热器大师计算部分 (50)6.6管道设计（GB8163—1999） (53)第七章原材料、动力消耗消耗定额及消耗量 (55)7.1 原料消耗 (55)7.2 动力消耗定额及消耗量 (55)第八章机构及定员 (56)8.1 组织机构 (56)8.2 生产班制及定员 (56)8.3 人员来源和培训 (57)8.3.1 人员来源 (57)8.3.2 人员培训 (57)8.3.3 人员工资及福利 (57)第九章装置边界条件 (58)第十章环境保护 (59)10.1 编制依据 (59)10.2 执行的有关法规及规定 (59)10.3 环境质量标准 (59)10.4 排放标准 (59)10.5 环保措施 (59)10.5.1 环境影响因素 (60)10.5.2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 (72)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 technically 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 etherification 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。
According 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、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 reactor adopts the heat pipe fixed—bed 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：333()CH O CH 。
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。
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。