抽余C4烴制取高純度異丁烯AspenPlus模擬設計規模及設計要求

設計規模：從100kt/a抽余C4烴中制取高純度異丁烯。產品要求：異丁烯≥99.9％C4烴組成見設計第九頁表1。一、生產工藝的選擇

甲基叔丁基醚裂解法制取高純度異丁烯具有對設備無腐蝕，對環境無污染，工藝流程合理，操作條件緩和，能耗低，產品純度高，裝置規模靈活性大等優點，所以本次設計選用該方法。此次設計在MTBE合成工段采用D006樹脂催化劑。該催化劑能夠在高溫苛刻反應條件下使用，在相同的生產規模、反應條件下，該催化劑的用量約為傳統催化劑的15%，減少了反應器尺寸和裝置投資成本；使用該催化劑后，裝置操作平穩，催化劑不易結焦、壽命長；本裝置反應器器床層溫度一直保持在60℃左右，并從產品組成及異丁烯的轉化率上看，該催化劑的活性維持穩定，熱穩定性較好，并在長時間使用下能夠保持一定的活性。因此使用使用該催化劑。

二、工藝的模擬和計算1工藝流程圖的繪制

用Aspenplus繪制工藝流程圖見設計第10頁圖2。2設備操作參數和工藝條件的確定本次設計設備操作參數和工藝條件大部分來源于設計要求和相關文獻。*3典型塔設備的模擬和優化雙塔精餾（1）雙塔精餾和隔壁塔精餾的模擬

雙塔精餾完成分離任務需要的冷凝器負荷為-1881.53kW，需要的再沸器負荷為1678.12kW。隔壁塔精餾塔冷凝器的負荷為-1088.00kW，比雙塔精餾節能56.83%，再沸器的負荷為900.00kW，比雙塔精餾節能52.63%。從模擬的結果來看在精餾工藝中使用了隔壁塔這種精餾塔，使得原本要分離兩次的組分現只需分離一次，既能節省設備投資，又能節省能耗。隔壁精餾塔比兩個常規精餾塔結構可節省25~30%的能耗。因此本次設計采用隔壁塔精餾代替雙塔精餾。（2）隔壁精餾塔的優化本次設計模擬了主塔理論板數、副塔理論板數、回流比與MTBE純度、收率的關系。得到了最佳主、副塔塔板數和回流比，分別為35塊15塊和133的回流比。優化原因：節能、提高轉化率（部分未反應完的C4烴在隔壁塔中轉化為MTBE）。（3）醚化反應器的優化

優化反應器的原因：固定床反應器是MTBE工藝技術的核心設備。雖然催化精餾反應具有節能、提高平衡轉化率的獨特性能，但至今該設備還不能完全獨立運行，必須與固定床反應器聯合運用，即串聯在固定床反應器的下游。在化工型MTBE生產裝置中，固定床反應器承擔90%以上的反應負荷，因此研究開發高效能的固定床醚化反應器具有十分重要的意義。

設計成果：本次設計研究了醚化反應器的反應管數和反應器的長度對MTBE的轉化率的影響，得到了最佳管數（970根）和反應器長度（5.1米）。

總結：用Aspen對單元設備的優化在化工過程模擬中使用廣泛，能夠為設計和生產提供理論依據，具有很較高的現實意義和價值。4全程模擬和數據分析（1）物性方法

因為體系中包含水、甲醇等極性物質，存在加壓操作條件，故選“UNIQ-RK”物性方法，用UNIQUAC方程校正液相的非理想性，用RK方程校正氣相的非理想型。（2）主要模塊參數的設置本次設計模塊參數的設置見設計3.3主要模塊參數的設置。（3）主要塔設備模擬結果分析醚化反應器中異丁烯的轉化率大于90%。異丁烯在反應精餾塔中進一步轉化為MTBE，兩步反應總質量轉化率等于99.93%。分壁塔對MTBE的分離收率是98.3%。最終異丁烯的質量收率等于98.7%純度大于0.999。綜合所有數據（各塔轉化率和分離純度）和分析各個塔設備的模擬結果滿足工藝要求和產品要求。5物料衡算和能量衡算本次設計只針對MTBE提純工段做物料和能量衡算。因此塔設備繪圖選取隔壁精餾塔。三、塔設備設計和選型本次設計只對主要塔設備，反應器，換熱器做了粗略選型。四、經濟核算、安全、三廢處理本項目不僅采用了成熟的工藝技術，還創造性的加入了隔壁塔新型分離技術，項目根據市場發展需要以及相關產品未來市場的質量和環保等各方面的要求，做出相關的工藝技術改進，使其達到未來人類對化工產品安全、環保、可持續發展等的要求。同時設計充分考慮了生產安全，運輸安全，消防和儲藏安全，以及三廢的處理和環保要求。五、帶控制點的工藝流程圖、設備圖的繪制本次設計的工藝流程圖的繪制選擇了異丁烯精制和甲醇精餾工段。設備圖繪制了提純MTBE的隔壁塔，繪制結果詳見圖紙。六、本次工藝創新點1.采用隔壁精餾塔對MTBE進行提純精制，分離能耗下降50%以上。2.本項目醚化反應器選擇了反應收率高、催化劑壽命長和熱利用率高的列管式反應器。其次根據不同催化劑的特性選擇最佳的催化劑。3.優化裂解反應條件（主要是對溫度和壓強的選擇），MTBE轉化率超過99.44%，異丁烯的選擇性達到了99.9%。通過模擬對各塔操作參數進行優化，在滿足分離條件的前提下尋求最優操作參數，從而降低整個操作流程的能耗及投入。七設計收獲

化工過程模擬已經成為化工設計和工業生產模擬最重要的方法。通過對工藝流程的模擬和優化有助于更加節能、環保、經濟的制備高純異丁烯。本次設計使用的工藝方法，和設備優化方法在實際工業生產中應用廣泛，因此本次的設計具有一定的實際意義和參考價值。希望通過眾多設計工作者的努力,優化異丁烯的生產和附屬產品的生產工藝。通過本次設計熟悉了專業軟件和專業知識，培養了認真嚴謹的工作態度，謙卑務實的學習作風，知錯能改的責任感。致謝

本論文的工作是在我的導師朱玉俊老師的悉心指導與關懷下完成的。朱老師以淵博豐富的學術知識，嚴謹認真的治學態度、縝密活躍的學術思維以及鍥而不舍的進取精神、給與我的工作極大的幫助和影響。在此，衷心感謝老師的指導與關懷。同時對參與答辯過程的老師和領導表示深深的感謝！！尊敬的各位老