作者：刘小隽 主编
出版社：化学工业出版社
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甲基叔丁基醚生产仿真教学软件指导书试读：
前言
为了进一步深化高职教育教学改革，加强专业与实训基地建设，推动优质教学资源共建共享，提高人才培养质量，辽宁省教育厅辽宁省财政厅于2010年启动了辽宁省职业教育数字化教学资源第二期建设项目。辽宁石化职业技术学院是“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校建设项目优秀学校，辽宁省首家采用校企合作办学体制的高职学院，2014年牵头组建辽宁石油化工职业教育集团。近年来大力加强教育信息化建设，打造数字化精品校园，取得了令人瞩目的成绩。作为牵头建设单位，联合本溪市化学工业学校、沈阳市化工学校，共同完成辽宁省职业教育石油化工数字化教学资源建设二期项目。重点建设以实习实训教学为主体的、功能完整、实现虚拟环境下的职业或岗位系列活动的虚拟仿真实训基地。解决“看不见、进不去、摸不着、难再现、小概率、高污染、高风险、周期长、成本高”等现场实训教学难以解决的教学问题。为高质量完成石油化工虚拟仿真实训基地建设任务，辽宁石化职业技术学院组成了以辽宁省职业教育教学名师、辽宁省职业教育信息化教学指导委员会委员李晓东为组长的项目建设领导小组，负责整个项目建设的组织管理工作。并由全国职业院校信息化教学大赛一等奖获得者、辽宁省职业教育教学名师、辽宁省高等院校石油化工专业带头人齐向阳担任项目负责人。负责项目整体设计，制定建设实施方案和任务书，进行主项目与子项目间的统筹，负责研发团队建设与管理工作。参加建设的专业教师都有丰富的教学经验，并在辽宁省职业院校信息化教学设计比赛和课堂教学比赛中获得过优异成绩。辽宁石化职业技术学院在本次虚拟仿真实训基地建设中，具体承担汽柴油加氢、苯乙烯、甲苯歧化、尿素、甲基叔丁基醚以及动力车间的仿真软件开发，其特点是选用具有代表性的石化生产工艺路线，以突出教学、训练特征的理想的现场教学环境为目标，重点建设高仿真、高交互、智能化、实现3D漫游，具有单人独立操作、多人独立操作、联合操作及对关键设施设备实施拆装、解体、检测、维护功能的积式结构、网络传输的大型计算机虚拟仿真实训软件。本次出版的与虚拟仿真实训基地配套的《甲基叔丁基醚生产仿真教学软件指导书》由刘小隽主编和统稿，李晓东主审；辽宁石化职业技术学院齐向阳、杜凤、张辉等教师参与了编写；阎安等企业工程技术人员对软件和指导书的编写提出了宝贵意见；北京东方仿真控制技术有限公司刘亮、林海霞、陈静、邸晓贺等参与了资料收集工作。由于水平有限，难免存在不妥之处，敬请读者批评指正。编者2018年4月项目一 认识实习MTBE（methyl tert-butyl ether）为甲基叔丁基醚的英文缩写，其基础辛烷值高，抗自动氧化性强，不易生成过氧化物，是优良的汽油高辛烷值添加剂。MTBE的含氧量相对较高，能够明显改善汽车尾气的排放。MTBE也是一种重要的化工原料，可以通过裂解制取高纯度的异丁烯，异丁烯可以作为橡胶及其他化工产品的原料。
认识实习是职业院校学生在校期间了解石化企业的重要环节，甲基叔丁基醚（简称MTBE）生产装置虚拟仿真实训基地以某石化企业实际生产装置为蓝本进行开发设计，软件设计有认识实习环节。认识实习的主要任务是使学习者了解甲基叔丁基醚生产装置构成，熟悉基本工艺过程和生产原理，认识和熟悉主要设备，了解主要设备在工艺当中的作用。甲基叔丁基醚生产装置认识实习虚拟仿真软件设计了认识实习初级、认识实习中级和认识实习高级三个阶段，能够满足学生由浅入深地逐步学习相关知识。教学过程可以安排在专业基础课授课阶段，也可以安排在专业课程授课阶段，利用软件满足不同阶段的教学需要。一、认识实习相关知识（一）装置生产工艺概况
甲基叔丁基醚生产装置是以气体分馏装置生产的混合C馏分中4的异丁烯组分和外购甲醇为原料，以大孔径强酸性阳离子交换树脂为催化剂，反应生成MTBE。MTBE为高辛烷值油品，用于调和生产高标号汽油。本装置采用混相膨胀床-反应精馏组合工艺，装置的工艺关键设备包括预反应器、催化蒸馏塔、甲醇萃取塔及甲醇精馏塔，MTBE产品及未反应C分别送至系统油品罐区储存。生产工艺流程框4图如图1-1所示。图1-1 甲基叔丁基醚生产工艺流程框图（二）工艺原理及特点
在一定的工艺条件下，原料C馏分中的异丁烯和工业甲醇混合4后通过催化剂床层，反应合成MTBE。反应方程式如下：
主反应：
副反应：
该主反应为可逆放热反应，反应温度40～80℃，反应压力0.7～1.0MPa，催化剂采用大孔强酸性阳离子交换树脂，使用该催化剂时要求限制原料中碱性物质含量，如果超标将导致催化剂中毒失活，同时受催化剂的耐热性的影响，反应温度也不能过高。
甲醇和异丁烯反应的选择性很高，C组分中的其他物质几乎不4参加反应。二、认识实习运行平台操作（一）启动方式
①进入辽宁省石油化工虚拟仿真实训基地网页，找到精细化工分厂，点击甲基叔丁基醚生产车间软件图标，如图1-2所示。图1-2 甲基叔丁基醚软件界面
②输入账号和密码，如图1-3所示。图1-3 软件账户登录界面
③由常用功能选项中的实习项目，查找甲基叔丁基醚装置认识实习仿真培训软件，点击开始实习，如图1-4所示。图1-4 认识实习软件登录界面
④选择认识实习项目，点击启动认识实习软件，如图1-5所示。图1-5 认识实习软件启动界面
⑤选择认识实习初级、中级和高级项目，点击启动认识实习某个项目软件，如图1-6所示。图1-6 认识实习初级软件启动界面（二）主场景介绍
在主场景中，操作者可控制角色移动、浏览场景、操作设备等。操作结果可通过数据库与PISP仿真软件关联，经过数学模型计算，将数据变化情况在DCS系统或是在3D现场仪表上显示出来。（三）移动方式
①按住W、S、A、D键可控制当前角色向前后左右移动。
②按住鼠标左键可进行视角上下左右移动。
③点击R键或功能按钮中“走跑切换”按钮可控制角色进行走、跑切换。
④鼠标右键点击一个地点，当前角色可瞬移到该位置。滚动鼠标滚轮向前或者向后，可调整视角与角色之间的距离。（四）操作阀门
当控制角色移动到目标阀门附近时，鼠标悬停在阀门上，此阀门会闪烁，代表可以操作阀门；如果距离较远，即使将鼠标悬停在阀门位置，阀门也不会闪烁，代表距离太远，不能操作。阀门操作信息在小地图上方区域即时显示，同时显示在消息框中。左键双击闪烁阀门，可进入操作界面，查看阀门信息。（五）拾取物品
鼠标双击可拾取的物品，则该物品装备到装备栏中，个别物品也可直接装备到角色身上。三、认识实习初级指导
通过认识实习初级使学生了解甲基叔丁基醚生产装置的安全要点，开展安全教育。初步学习原则工艺流程，了解物料关系。学习装置的主要设备，认识和熟悉设备位号，了解主要设备在工艺当中的作用。安排了C储罐V101、泵P101A、换热器E101、原料净化器R101、4催化蒸馏塔C201、萃取塔C301、甲醇塔C302、甲醇净化罐V104等具体设备学习的知识点。（一）厂门口集合
任务提示：完成MTBE装置生产车间认识实习任务，主要认识厂区内设备以及其在本装置内的作用。
使用方法提示：头顶叹号，双击弹出对话，按对话内容跟随学习，双击对话内的黄色下划线关键词调用知识点，学习相关素材内容。（二）培训室流程介绍和安全教育
任务提示：在培训室内，对装置概况、安全教育、工艺流程、3D场景俯视图进行了详细的介绍，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者直接点击培训室大屏幕下的“装置概况”“安全教育”“工艺流程”“3D场景俯视图”按钮来学习，如图1-7所示。图1-7 培训室流程介绍（三）C储罐V101知识点学习4
任务提示：认识学习卧式储罐V101，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-8所示。图1-8 C储罐V1014
学习内容：V101，这是C储罐，属于卧式储罐，用于储存来自4气体分馏装置的液化气，即液态C原料，这套装置现场共有9个这样4的罐。（四）泵P101A知识点学习
任务提示：认识学习离心泵P101A，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-9所示。图1-9 泵P101A
学习内容：这是离心泵P101，这台泵负责把C储罐中的原料C44输送到系统中。离心泵用于输送液体物料。本装置有原料C泵4P101A/B、输送液体原料甲醇的P102A/B、输送催化蒸馏塔回流液的泵P201A/B。输送未反应C的泵P301A/B、输送甲醇塔进料的泵4P302A/B、输送甲醇塔回流液的泵P303A/B、输送萃取水的泵P304A/B。这套装置共有14台离心泵，每一种物料需要两台离心泵，其中一台正常使用，另外一台备用。化工生产中还常用其他类型的泵，如往复泵等。（五）换热器E101知识点学习
任务提示：认识学习换热器E101，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-10所示。图1-10 换热器E101
学习内容：这是换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。这台换热器用热的凝结水把混合原料C和甲4醇进行预热，达到反应所需要的温度条件。（六）原料净化器R101A/B知识点学习
任务提示：认识学习原料净化器R101A/B，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-11所示。图1-11 原料净化器R101A/B
学习内容：这是两台并联的原料净化器，内装有催化剂，用于过滤原料C和甲醇中所携带的金属阳离子和碱性化合物。4（七）预反应器R201知识点学习
任务提示：认识学习预反应器R201，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-12所示。图1-12 预反应器R201
学习内容：这是反应器，反应器内装有大孔径强酸性阳离子交换树脂催化剂，原料C和甲醇在催化剂作用下发生醚化反应，生成产4品MTBE。在此反应器中，原料C中的异丁烯转化率可以达到90％左4右。（八）催化蒸馏塔C201知识点学习
任务提示：认识学习催化蒸馏塔C201，并学习催化蒸馏工艺，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-13所示。图1-13 催化蒸馏塔C201
学习内容：这是催化蒸馏塔，该塔的内部结构较复杂，里面共有70层双溢流浮阀塔盘，装有12t催化剂。预反应器来的剩余原料和补充甲醇在催化剂作用下发生反应，生成MTBE产品。经过催化蒸馏塔反应后，异丁烯转化率可达99%以上。同时该塔把MTBE与甲醇、C4分离，从塔底采出。因此催化蒸馏塔内物料同时完成了反应和产品的分离。（九）萃取塔C301知识点学习
任务提示：认识学习萃取塔C301，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-14所示。图1-14 萃取塔C301
学习内容：这是萃取塔，是一种填料塔，里面装有散堆填料，主要任务是用于处理来自催化蒸馏塔塔顶的C和甲醇的液体混合物。4由于甲醇溶于水，而C难溶于水，因此用水作萃取剂能够溶解混合4物中的甲醇，使C和甲醇得以分离。4（十）甲醇塔C302知识点学习
任务提示：认识学习甲醇精馏塔C302，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-15所示。图1-15 甲醇塔C302
学习内容：这是甲醇回收塔，是一种板式塔，塔内有60层浮阀塔盘。根据水和甲醇的沸点不同，用精馏的方法将两者分离，回收原料甲醇。（十一）甲醇净化罐V104知识点学习
任务提示：认识学习甲醇净化罐V104的作用，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-16所示。图1-16 甲醇净化罐V104
学习内容：这是甲醇净化罐，用来为催化蒸馏塔补充原料甲醇，保证异丁烯转化为MTBE。四、认识实习中级指导
认识实习中级部分是在认识甲基叔丁基醚生产装置的基本工艺和主要设备的基础上，进一步了解学习主要设备的基本结构及原理。
1．厂门口集合
任务提示：完成MTBE装置生产车间认识实习任务，主要认识厂区内设备以及其在本装置内的作用。
使用方法提示：头顶叹号，双击弹出对话，按对话内容跟随学习，双击对话内的黄色下划线关键词调用知识点，学习相关素材内容。
2．C储罐V101知识点学习4
任务提示：认识学习卧式储罐V101的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。
3．泵P101A知识点学习
任务提示：认识学习离心泵P101A的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。
4．换热器E101知识点学习
任务提示：认识学习换热器E101的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。
5．预反应器R201知识点学习
任务提示：认识学习预反应器R201的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。
6．催化蒸馏塔C201知识点学习
任务提示：认识学习催化蒸馏塔C201的结构及原理，并学习催化蒸馏工艺，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。
7．萃取塔C301知识点学习
任务提示：认识学习萃取塔C301的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。
8．甲醇塔C302知识点学习
任务提示：认识学习甲醇精馏塔C302的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识。五、认识实习高级指导
在认识学习甲基叔丁基醚生产装置的主要设备以后，认识实习的高级部分旨在进一步了解学习生产中的压力表、流量计、安全阀、控制阀等常用的小型构件。
1．厂门口集合
任务提示：完成MTBE装置生产车间认识实习任务，主要认识厂区内设备以及其在本装置内的作用。
使用方法提示：头顶叹号，双击弹出对话，按对话内容跟随学习，双击对话内的黄色下划线关键词调用知识点，学习相关素材内容。
2．泵P101A附近阀门、压力表知识点学习
任务提示：认识学习泵P101A附近止回阀、压力表的结构与工作原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-17所示。图1-17 压力表
学习内容：
①止回阀 止回阀是依靠介质本身流动而自动开闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，又称止逆阀，一般安装在泵的出口管路上。以动画形式学习止回阀的结构与原理。
②压力表 压力表是指以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，应用极为普遍，泵的出口一般都安装有压力表。以动画形式介绍了几种常见压力表的结构与原理。
3．C储罐V101上方安全阀知识点学习4
任务提示：认识学习卧式储罐V101上方安全阀的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-18所示。图1-18 安全阀
学习内容：安全阀是特殊阀门，正常工况下，其启闭件在受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过安全阀能够向系统外排放介质，以防止管道或设备内介质压力超过规定数值。以动画形式学习安全阀的结构与原理。
4．甲醇罐V102B附近液位计知识点学习
任务提示：认识学习甲醇罐V102B附近液位计的结构及原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-19所示。图1-19 液位计
学习内容：在容器中所存储的液体介质的高低叫做液位，测量液位的仪表设备叫液位计。液位计是物位仪表的一种，主要有玻璃板式、雷达式、磁翻柱式等类型。以动画形式学习液位计的结构与原理。
5．换热器E101附近阀门知识点学习
任务提示：认识学习换热器E101附近调节阀的结构与原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-20所示。图1-20 调节阀
学习内容：凝结水从换热器底部出来去管网的管路上有一个四阀组，阀组中有一个调节阀，能够找到该调节阀，并且通过观看动画了解结构和原理。
6．预反应器R201附近温度计知识点学习
任务提示：认识学习预反应器附近温度计的结构与原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-21所示。图1-21 温度计
7．流量计知识点学习
任务提示：认识学习质量流量计的工作原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-22所示。图1-22 质量流量计
学习内容：用来测量C原料去原料净化器的流量的是一个质量4流量计，以动画形式学习流量计的结构与原理。
8．闸板阀知识点学习
任务提示：认识学习闸板阀的结构与工作原理，请双击师傅对话内的黄色下划线关键词或者双击设备学习相关知识，如图1-23所示。图1-23 闸板阀
学习内容：以动画形式学习闸板阀的结构与原理。项目二 生产实习
甲基叔丁基醚生产装置虚拟仿真实训基地设计有生产实习环节，生产实习的主要任务是在认识实习的基础，使学生进一步学习甲基叔丁基醚生产装置工艺过程，学习主要设备的结构原理，学习生产工艺参数及调节控制方法。本软件设计了生产实习初级、生产实习中级和生产实习高级三个阶段，使学生能由浅入深地逐步学习相关知识。一、生产实习相关知识（一）装置生产工艺流程
1．反应醚化单元
原料C馏分从液化气罐区或气体分馏装置进入C原料罐44（V101），沉降分离携带水分后，用C原料泵（P101A/B）将C馏分44输送去与甲醇混合。罐区来的新鲜甲醇和装置内回收的闭路循环甲醇进入甲醇原料罐（V102A/B）。甲醇物料经甲醇泵（P102A/B）增压计量后分两路，一路与C混合后进入预热器（E101）预热至35～445℃，另一路至甲醇净化罐（V104）。按照1.15∶1.0的醇烯比（甲醇与异丁烯的摩尔比）在静态混合器（M101）中充分混合，进入净化器（R101A/B）中，过滤原料中所携带的金属阳离子和碱性化合物，然后进入预反应器（R201）的物料通过反应器内的催化剂床层，大部分异丁烯与甲醇反应转化为MTBE，出口温度控制在（65±5）℃，通过压控进入催化蒸馏塔。预反应器（R201）中装有离子交换树脂，该树脂既可用作净化剂，又可用作反应催化剂。在所选择的反应进料温度（30～70℃）下，反应进料自下而上流经预反应器（R201），树脂催化剂床层发生醚化反应，异丁烯转化率达到90％左右。该反应为可逆放热反应，选择性很高，反应物料在混相反应器内部分气化吸收反应热以控制反应温度在适当的范围，在反应条件下尚有少量的副反应：异丁烯和水反应生成叔丁醇（TBA），异丁烯自聚生成二聚物（DIB），甲醇缩合生成二甲醚（DME），正丁烯与甲醇生成甲基仲丁基醚（MSBE）。反应条件选择适当可使副反应控制在有限范围内。
2．催化蒸馏单元
催化蒸馏塔（C201）分为提馏段、反应段、精馏段三段。混合物料进入催化蒸馏塔提馏段，预反应生成的MTBE在提馏段中被分离，MTBE作为重组分从塔底排出，经催化蒸馏塔进料换热器（E202）和MTBE冷却器（E206）冷却后排出装置。未反应的C和甲醇催化蒸馏4塔重沸器加热形成的低沸点共沸物作为轻组分以气相流到反应段。在反应段催化剂的作用下，未反应的异丁烯继续与甲醇反应生成MTBE。在10个催化蒸馏的平衡级作用下，一边反应一边蒸馏，使异丁烯总转化率不小于99%。为保证异丁烯转化为MTBE，需在反应段的下部补充一定量的甲醇。甲醇经计量后进甲醇净化罐（V104），再进到反应段下部。经催化反应、分离后的剩余C、甲醇混合料以气相状态4向上流动，进入精馏段。经精馏段分离后，从塔顶排出，进入催化蒸馏塔冷凝器（E203）中。在冷凝器中与闭路循环水热交换后，由气相变为液相，并冷却到55℃左右后进入催化蒸馏塔回流罐（V201）中。由催化蒸馏塔回流泵（P201A/B）从回流罐中抽出C、甲醇混合4物料，经泵增压计量后，一部分作为回流液送至催化蒸馏塔顶部，一部分作为醚化后C的出料经萃取塔进料冷却器（E205）降温后进入4甲醇萃取塔（C301）底部。
3．水洗单元
萃取塔（C301）塔底排出的甲醇水溶液、微量C的混合物进入4闪蒸罐（V302）后气相直接排放至瓦斯系统。闪蒸罐里甲醇水溶液再由甲醇塔进料泵（P302A/B）抽出，经甲醇塔进料换热器（E302A/B）换热后进甲醇塔（C302）中部。萃取水先经釜液换热器（E302A/B）从萃取塔（C301）上部打入。在萃取塔（C301）中甲醇与剩余C的混合物为分散相，萃取水为连续相，两液相连续逆向流动，使4甲醇被水萃取。经逆流萃取后，甲醇几乎全部溶于水中。含甲醇小于-690×10的C馏分由塔顶进入未反应Ｃ4罐（V301）中，由未反应Ｃ44泵（P301A/B）送往罐区。
4．甲醇回收单元
甲醇塔（C302）来自萃取塔（C301）塔底的富含7％甲醇的萃取水溶液，经甲醇塔进料-萃取水换热器（E302 A/B）换热升温至84℃后进入甲醇塔（C302）中部。甲醇塔（C302）塔顶馏出的合格甲醇，经甲醇塔冷凝器（E303）冷凝至50℃，进入甲醇塔顶回流罐（V303），冷凝液用甲醇塔回流泵（P303A/B）抽出，其中大部分作为回流送入甲醇塔（C302）顶部，少部分送至甲醇原料罐闭路循环使用。甲醇塔（C302）塔底排出物为基本不含甲醇的水，首先经甲醇塔进料换热器（E302 A/B）进料换热，再由萃取水泵（P304A/B）加压并经萃取水冷却器（E301A/B）冷却至40℃后，送至水洗塔（C301）顶部作为萃取剂。甲醇塔（C302）底部设有甲醇塔重沸器（E304）。催化蒸馏塔、甲醇回收塔的热源均为1.0MPa蒸汽。（二）生产工艺参数
甲基叔丁基醚生产装置主要设备及生产工艺参数见表2-1、表2-2。表2-1 甲基叔丁基醚生产装置的主要设备表2-2 甲基叔丁基醚生产装置主要设备生产工艺参数（三）仪表列表
甲基叔丁基醚生产装置主要仪表及相关参数见表2-3。表2-3 甲基叔丁基醚生产装置主要仪表及相关参数
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]