TBA水合法年产3.2万吨异丁烯工艺设计(2)
3.4 主要化工设备的计算 27
3.2.1 第一反应器 27
3.2.1 第二反应器 32
4 典型设备的工艺计算 36
4.1 精馏塔的设计 36
4.2 实际塔板数的确定 36
4.2.1最小回流比和实际回流比的确定 36
4.2.2 实际塔板数的确定 37
5 工艺尺寸的确定 39
5.1 塔径的确定 39
5.2 塔高计算 40
5.3 安定区边缘区及鼓泡区安排 41
5.4 降液管及堰的设计 41
5.5 浮阀塔的孔数及排列 42
5.6 塔板的流体力学计算 42
5.7 泵的确定 43
6 经济衡算 46
7 车间布置设计 47
致 谢 49
参考文献 50
附 录 52
1.工艺流程图 52
2. 工艺管道仪表流程图 53
3.平面车间布置图 54
1 概述
1.1异丁烯的生产工艺及设计意义
目前，生产异丁烯的原料，主要是来源于石油蒸汽裂解，制成乙烯装置的副产物C4 馏分、炼油厂的催化裂解（ FCC ）装置的副产物C4 馏分和 Halcon 法环氧丙烷合成中的副产物叔丁醇（ TBA ）[1]。不同 C4 馏分中异丁烯的含量是不同的。在 C4 馏分中，由于异丁烯和正丁烯它们的沸点只是相差 0.6℃ ，相对挥发度只是相差 0.022℃ ，所以采用一般的物理方法很难将它们分离，但由于异丁烯的化学活性稍稍次于丁二烯，所以工业上分离它们一般是利用化学活性[2]。
在20 世纪 80 年代前，异丁烯生产主要是通过硫酸萃取法，一些采用 Halcon 共氧化联产法操作。硫酸萃取法的技术成熟，工业上已经使用40多年，但是该方法的反应选择性不是很理想，设备腐蚀比较严重，存在废酸回收处理等一系列问题，而 Halcon 共氧化法局限性比较大，只有在大规模联产环氧丙烷和叔丁醇时才可以使用。
在 20 世纪 80 年代，异丁烯的生产开始转向经济更为实惠的甲基叔丁基醚（ MTBE ）裂解法和树脂水合脱水法的工艺。树脂脱水法的主要缺点是由于 C4 馏分中异丁烯单程转化率较低，所以采用多段水合提高转化率，但是能耗较高。 MTBE 裂解法生产异丁烯的收率和选择性都较高，工艺过程也简单，投资费用也较低，适宜于大规模的生产。 在80 年代后期，新造的从裂解 C4 馏分中分离出异丁烯的生产装置，大多数都采用此法进行生产。在 90 年代，又开发出用异构化来生产异丁烯的生产技术。目前，世界上生产异丁烯的最普遍的两种方法就是MTBE 裂解法以及异构化法[3]。
1.1.1 硫酸萃取法
硫酸萃取法是工业上生产异丁烯最早的方法，目前仍然是世界上各国采用的生产异丁烯的主要方法，它是利用正、异丁烯和硫酸反应的速度差来使得正、异丁烯的分离。异丁烯和硫酸发生酯化反应从而生成硫酸叔丁酯，硫酸叔丁酯水解从而生成叔丁醇，叔丁醇脱水从而生成异丁烯，然后再经过碱洗、水洗、压缩以及精制得到纯度 ≥99% 的异丁烯以及纯度 ≥85% 的叔丁醇的产品。工业上最具有代表性的工艺流程有美国 Exxon 的 60% 硫酸法、法国 CFR 的 50% 硫酸法以及德国 BASF 的 45% 硫酸法。
1.1.2 吸附分离法
引用正丁烯以及异丁烯在分子筛上的吸附能力的不同来生产异丁烯的工艺技术。美国 UOP 公司以及 UCC 公司分别对其进行过研究，其中 UCC 公司开发的工艺技术十分引人注目。该公司开发的吸附剂是通过钙改性的 5A 分子筛，放置于多段床内进行吸附，吸附和脱附的操作条件均为反应的温度 100℃ 、反应压力 101kPa 。吸附液通过精馏可以得到纯度大于 99% 的正丁烯。脱附正丁烷以及异丁烯从塔顶排出，通过分离得到异丁烯（需要经过萃取蒸馏提纯）。这个法不仅适用于生产高纯度的正丁烯，也可以用于生产一定纯度的异丁烯。但由于该法工艺十分复杂，技术经济还逊色于传统的硫酸萃取法，所以现在没有生产厂家使用[4]。