（石大博士论文）20万吨固定床FCC轻汽油醚化装置设计(6)

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2.4.2 催化剂

目前，醚化催化剂大多采用强酸性阳离子交换树脂，离子交换树脂为磺酸型苯乙烯、二乙烯基苯共聚物的强酸性阳离子交换树脂，具有醚化活性高、选择性高等特点。在较缓和的条件下，C4活性烯烃的醚化转化率可达95％～100％ ，C5活性烯烃的醚化转化率为70％ 。主要牌号有Amberlyst15(美国)、D72（南开大学）、S型（北京特种树脂厂）及D005型（丹东化工三厂）等。工业上常用Hβ沸石催化剂，采用Hβ沸石催化剂，在温度6 ℃、压力0.8 MPa、空速1 h-1、醇烯比1．0的反应条件下，叔碳烯烃的转化率可达55.32％。

本设计选用D005强酸性阳离子交换树脂及HR-845催化剂，其性质见下表2-6、表2-7。

表2-6 D005强酸性阳离子交换树脂的性质

项目 数据

交换容积／[mmol(H+).g-(干基)] 4.75

1

比表面积／(m2.g-1) 48.92 堆密度／(g.mL-1) 0.56 孔容／(mL.g-1) 0.36 平均孔径／mn 23.8 粒度(0.3-1.2) ≥95

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表2-7 选择性加氢催化剂的性质

催化剂名称 化学组成 颗粒直径/mm 比表面积/m2·g-1 孔体积/cm3·g-1 自然装填密度/g·cm-3 密相装填密度/ g·cm-3 抗压强度/MPa

HR-845 Mo-Ni 2~4 140 0.4 ~0.84 ~0.88 ≥1.55

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3 工艺设计与计算

3.1 概述

本设计是催化轻汽油醚化装置，根据分馏塔在本工艺中的作用，选择板式塔较适宜。板式塔中，工业应用较多的是由降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。其中泡罩塔是工业上运用较早的精馏设备，技术较为成熟，但是也存在着诸多的缺点，如结构复杂，造价高，操作维修不便等因素。筛板塔结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀传质效率较高。但筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料。浮阀塔盘是在泡罩塔盘和筛孔塔盘的基础上发展起来的，它吸收了两种塔盘的优点。其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气体从浮阀周边水平地进入塔板上液层，浮阀可根据气流流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀的类型很多，国内常用的有F1型、V-4型及T型等，其中以F1型浮阀应用最为普遍。浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。但其缺点是处理易结焦、高黏度的物料时，阀片易与塔板黏结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。

泡罩塔、筛板塔及浮阀塔在各方面的比较如下：

（1）在造价上，筛板塔的造价为泡罩塔的60%，浮阀塔的造价为泡罩塔的80%； （2）处理能力上，筛板塔比泡罩塔大20%-40%，浮阀塔比泡罩塔大30%； （3）两种类型板效率均较泡罩塔的板效率高15%； （4）在塔板压降上，两种类型均比泡罩塔的低30%；

（5）两种类型的塔的安装都较容易，清洗方便；在国内的使用结果中，对黏度稍大及有一般聚合现象的系统浮阀塔也能正常操作。随着制造业的发展，在越来

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越多的处理能力大，分离效率高的塔设备应用与精馏工艺中，由于浮阀具有生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔的研究开发远较其它型式的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向。由于浮阀塔运用于精馏的工艺较为有利且可行，根据上面的比较和所给物料的性质，经过比较初步决定采用浮阀塔。

3.2 工艺计算 3.2.1 分馏塔的设计

已知原料液的处理量20万t/a，组成为0.3042（轻组分A的质量分数，下同），要求塔顶馏出液的组成为0.68，塔釜液的组成为0.08，且MA?62.02kg/kmol，

MB?115.91kg/kmol，相对挥发度??1.91，泡点进料。其它工艺参数见下表3-1。

表3-1 分馏塔的部分工艺参数

项目 操作压力/MPa 操作温度/℃ 黏度μ/cp 平均密度/kg.m-3 塔顶 0.25 75.6 0.2236 660 进料 0.4 96(进料板) 0.3234 718 塔釜 0.3 143 0.39 730

（1）塔板数的确定

催化汽油属于复杂的混合物，为了方便设计，故把其视为理想物系，并将其简化为二元物系，即理想化为轻、重两种组分：

轻组分的摩尔质量 MA = 62.02kg/kmol 重组分的摩尔质量 MB = 115.91kg/kmol

0.3042/62.02XF = ? 0.4496

0.3042/62.02?(1?0.3042)/115.91

0.68/62.02?0.7989XD= 0.68/62.02?(1?0.68)/115.9124

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0.08/62.02XW= ? 0 .1 398

0.08/62.02?(1?0.08)/115.91原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量由My=∑χi Mi MF=0.4496×62.02+(1-0.4496)×115.91=91.68kg/kmol MD=0.7989×62.02+(1-0.7989)×115.91=72.86kg/kmol MW=0.1398×62.02+(1-0.1398)×115.91=108.38kg/kmol 1物料衡算 ○

23810.71原料液处理量F= ? 259 kmol / h

91.68D+W=259.71

0.7989D+0.1398W=259.71×0.4496

解得：D=122.07 kmol/h W=137.64 kmol/h 2求最小回流比及操作回流比 ○

泡点进料q=1, Xq = XF = 0.4496

相平衡方程：y = ? ? 0 . 6094

故最小回流比为： R min ? 1 . 180 ? ?取操作回流比为：R=1.1 Rmin=1.1×1.180≈1.3 3求精馏塔的气相、液相负荷 ○

精馏段液相摩尔流量：

L = R D = 1.3 × 122.07 = 158.69 kmol/h 精馏段气相摩尔流量：

V = (R +1)D=(1.3+1) × 122.07 = 280.76 kmol/h 提馏段液相摩尔流量：

?x1?（?-1）x1.91?0.44961?（1.91-1）?0.4496xD?yqyq?xq0.7989?0.60940.6094?0.449625

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