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大庆石化公司2万吨/年MTBE装置中脱C4塔装置的设计

作者：刘帅

来源：《中国科技博览》2013年第03期

[摘要]本文设计的主要内容是掌握脱C4的作用及工艺流程，根据温度、压力、流量等操作参数对脱C4塔的结构进行设计，确定出塔的主要尺寸，并对塔的强度和稳定性进行校核，同时要对塔的辅助设施和附件进行设计。 [关键词]精馏塔 物料衡算 强度计算 辅助结构 中图分类号：TH162 一、MTBE生产的工艺流程

用甲醇和含有异丁烯的C4馏分为原料，在催化剂作用下合成MTBE的工艺生产过程基本相似。所不同之处在于，一是因反应器不同，物料流向也不相同；二是反应热移走的方式不同，故流程也有所不同。但主要的两个部分都是必须的，即：

1、反应部分，不论采用哪一种反应器，都必须根据需要，控制适当的醇烯比，以达到所要求的异丁烯转化率；

2、分离回收部分，它的主要任务是将反应所得到的MTBE产品进行提纯，回收未反应的C4馏分中的过量甲醇并循环使用。在工业生产上，因原料不同或对产品的要求不同，在工业流程上有一反三塔、两反三塔等方式。 二、精馏塔的物料衡算

1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 （1）C4的摩尔质量 MA=56 kmol/h MTBE的摩尔质量 MB=88 kmol/h

则原料液及塔顶、塔底产品中C4（易挥发组分）的含量： 式中 ——原料液中易挥发组分的摩尔分数； ——馏出液中易挥发组分的摩尔分数；

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——釜残液中易挥发组分的摩尔分数。 （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 （3）原料处理量 总物料衡算

其中 F——原料液流量，kmol/h； D——塔顶产品流量，kmol/h； W——塔底产品流量，kmol/h； C4物料衡算 联立解得 2、塔板数的确定 （1）取操作回流比为3， 则精馏塔的气、液相负荷：

式中 L——精馏段中下降液体的摩尔流量，kmol/h； L’——提馏段中下降液体的摩尔流量，kmol/h； V——精馏段中上升蒸汽摩尔流量，kmol/h； V’——提馏段中上升蒸汽摩尔流量，kmol/h。 （2）求操作线方程： 精馏段操作方程为 提馏段操作方程为

由化工原理中的逐板计算得， 理论板数为 （包括再沸器）

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进料板位置 精馏段实际塔板数为 提馏段实际塔板数为 三、塔的结构设计 1、塔径及封头的选择

根据工艺设计选取Di=1200mm，上下封头均采用标准椭圆封头。 其中：Di—塔的内径，mm。 2、确定抽出管口尺寸

根据液体和气体在管中流速，则管线直径尺寸计算如式（3-1）： mm

对于输送液体管线

G—重量流率； —液体重度，kg；V—气体比容。

参考大庆石化公司同类设备尺寸，各侧线产品出口、中段回流入口、各关口尺寸确定见表3-1 。

表3-1管口尺寸表

名称 公称直径Dn，mm 伸出高度，mm 进再沸器口 150 再沸气体入口 200 塔顶气体出口 200 200 回流入口 80 200 进料口 80 200 塔底液相抽出口 50 150