（化学工程专业论文）丁基橡胶装置氯甲烷脱水新工艺.pdf

摘要 燕化丁基橡胶装置氯甲烷脱水工艺采用活性氧化铝吸附的方法脱除湿氯甲 烷中的水，基本能满足生产要求，但是干燥剂使用周期短，再生频繁，带来生产稳 定性差、操作费用高、污染环境等一系列问题。 在广泛查阅技术资料和与国内外专家学术交流的基础上，借鉴天然气甘醇脱 水的工艺，本文提出了在现有工艺干燥塔前增加甘醇预脱水的新工艺。通过计算 比较最终选定三甘醇做为脱水溶剂，并对新工艺中关键的工艺参数如吸收塔板 数、吸收溶剂量、解吸塔和各冷换设备热负荷等进行了详细设计。在研究方法上， 主要采用流程模拟计算与试验研究相结合的方法。 。 通过在燕化丁基橡胶装置应用，证明该工艺是可行的，采用三甘醇预脱水新 工艺，可将进氧化铝干燥塔之前的湿氯甲烷气中的饱和水分从2 0 0 0 1 0 6 降至 1 2 0 1 0 击左右，从而大大延长氧化铝的干燥周期，生产的稳定性得到显著提高。 由于该工艺是首次工业应用，也暴露出设备腐蚀、雾沫夹带、操作弹性小等 一些问题，针对上述问题，本文进行了分析并提出了逐步完善新工艺的改造措施。 关键词：氯甲烷、脱水、三甘醇、新工艺 a b s t r a c t t h em e t h o dt h a ta l u m i n aa b s o r bw a t e ro f w e tm e t h y lc h l o r i d eh a sb e e na d o p ti n y a n s h a nb u t y lr o b b e rp l a n t ，i tc a nm e e tr e q u i r e m e n to fp r o d u c t i o n b u tt h eu n s a t u r a t e d a l u m i n ad r i e rm u s tb ef r e q u e n t l yr e p l a c e da n dr e g e n e r a t e d ，i tb r i n ga b o u tas e r i e so f p r o b l e ms u c ha sb a ds t e a d i n e s so f p r o d u c t i o n 、h i g hc o s to fo p e r a t i o n 、p o l l u t i o n i nt h eb a s eo fe x t e n s i v ec o n s u l tt e c h n i c a ld a t aa n de x c h a n g ew i t he x p e r t ，t h e p a p e rp r o p o s ean e wp r o c e s so fg l y c o lp r e d e h y d r a t i o no fm e t h y lc h l o r i d eb e f o r e a l u m i n ad r i e r g l y c o li sf m a u yc h o o s ea sd e h y d r a t i o na g e n tw i t hc o m p a r i s o n , t h ek e y p r o c e s sd a t a sa r ed e s i g n e ds u c ha sa b s o r p t i o nt o w e n t h eg e n e r a t i o nt o w e ra n dl o a do f a l le x c h a n g e r s w ea d o p tt h es t u d ym e t h o do ft h es i m u l a t i o nc a l c u l a t i o nw i t ht e s t i ti sp r o v e dt h a tt h i sn e wp r o c e s si sf e a s i b l e ，i tc a nr e d u c ew a t e ro fw e tm e t h y l c h l o r i d ef r o m2 0 0 0 1 0 缶t o1 2 0x1 0 6b e f o r ea l u m i n ad r i e r , l e n g t h e nt h eu s e p e r i o do fa l u m i n a ，e n h a n c es t e a d i n e s so fp r o d u c t i o n d u et ot h ef i r s ti n d u s t r i a la p p l i c a t i o no ft h i sn e wp r o c e s s ，i te x p o s es o m e p r o b l e ms u c ha se q u i p m e n tc o r r o s i o n 、e n t r a i n m e n te t c ，t h ep a p e ra n a l y s i st h ea b o v e p r o b l e ma n dg i v eai m p r o v e dm e a s u r e m e n tt op e r f e c t t h i sn e w p r o c e s s k e yw o r d s ：m e t h y lc h l o r i d e 、d e h y d r a t i o n 、g l y c o l 、n e wp r o c e s s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫奎盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：1 身l 厶 签字日期：口年弘月j ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 1 纠l 刷币签舞：1 备 签字日期：立，。年y 月j j 日 签字日期：) - 耐年 夕月上? 日 第一章文献综述 - l - - 一 刖鬻 丁基橡胶( 1 l r ) 是异丁烯和 。 ( 2 ) 反应区从进料区过来的丁基橡胶物料在反应区与卤化剂反应，生成 匿化丁基橡胶和蠢化氢丁基橡胶的糙度般通过选择添加稀释剂、控制聚合物的 分子量以及反应温度来实现。反应温度般低于1 2 0 下较好。在反应过程中， 般通过控制反应温度和停留时间来控制副反应的发生，防止卤化剂在聚异丁烯 或其他位置上发生取代反应，生成过多的副产物，影响最终产晶的性能。卤纯剂 的加入量在卤化反应中十分重要，卤化荆加入太少，卤化反应不完全；卤他剂加 入太多，易使丁基橡胶发生过卤化现象，影响产品的最终性能。卤化剂的加入量 是根据丁基橡胶中不饱和烯烃的量来进行添加的，以每个不饱和烯烃的双键上含 有一个卤原子为基准。同时卤化剂的加入量又通过控制卤化剂和丁基橡胶的进料 速率来实现。另外，卤化剂的注射点也很重簧，压力一般在l 1 3 8 m p a 下，采 用多点加入法进行操作。 ( 3 ) 中帮区反痰生成豹卤化丁基橡胶和卤化氢由反应区直接进入中和区， 在这里通过用碱溶液对产物洗涤，使卤化氢与碱溶液迅速发生中和反应除去反应 产物中的卤化氢，钝化未反应的卤化剂，并且防止设备腐蚀。般的中和方法是 用碱溶液对产物进行洗涤，使用的碱溶液为碱金属或碱土金属( 如钾、钠、钙等) 的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐等，其中最常用的中和剂是氢氧化钠溶液。 ( 4 ) 洗涤区已中和的卤化丁基橡胶进入洗涤区，雳一季孛或多种水流对椽 第一章文献综述 胶进行洗涤，以便除去橡胶审的有害杂质，水流和橡胶物料并行或逆行流动。为 提高卤化丁基橡胶的稳定性，在卤亿胶脱气艨处理对蔫艇人脱气抗氧剂和稳定 剂，抗氧剂般为酚类1 0 7 6 ，稳定剂一般为硬脂酸钙或硬脂酸钙与环氧基化合 物( 环氧化大豆油) ，稳定剂的加入量一般为o 5 ( 质量) 。为了防止结成细片， 在沉淀槽中加入硬脂酸锌或其他防老保护剂。 ( 5 ) 出料区进入出料区的物料，经过分离系统，将在进料区添加的有机 稀释荆分离进去循环使用。蠢纯丁基橡胶被转移到普逶橡胶生产设备上，遥过挤 压、脱水、干燥等工序，最骺经过包装机包装得卤化丁基橡胶成品。 2 、湿法 湿法又名溶液法，是丁基橡胶在溶液中与卤化剂进行反应生产卤化丁基橡胶 的工艺方法。适合于丁基橡胶溶解所用的溶莉多种多样，主要有四氯化碳、氯仿、 环己烷、了烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、异己烷、3 一甲基 发烷、薪己烷、2 ，3 一二甲基丁烷、正庚烷以及芳烃类化合物苯、甲苯或者它们 的混合物等，最常用的溶剂为正己烷。 丁基橡胶的湿法卤化方法很多，丁基橡胶与卤化剂在管式反应器中进行卤化 生成卤化丁基橡胶是最重要的一种方法。丁基橡胶溶于己烷溶液中，配制成粘度 为2 - 4 p a s 的胶液，卤亿剂氯或溴储存于液压罐中，出液压罐经过多支管通过 流量计移控制阀( 卤化剂为液态时，也可直接用计量泵) 计量后进入混合器。与 此同时，已配好的胶液经计量泵输送进入混念器与卤化剂混合进行卤化反应。为 了使胶液与卤化剂快速均匀混合，混合器中装有喷射卤化剂的喷雾器与卤化剂导 管相连接，喷雾器连同导管都是由防腐材料制成，喷雾器上开有孔，孔的大小约 为1 0 0 微米，也可在喷雾器的位置上使用两个液一液混合器。卤化荆和己烷在第 一个混合器中预先混合液楣卤纯荆与胶滚两种滚榻流体再进入第三个混合器充 分混合。丁基橡胶溶滚和卤化赉流经混合器与管式反应器时，一定要保证雷诺数 r e 由予干燥塔吸附和再生为闻歇操作，每3 6 夸时要进行切换，容易造成氯 警烷系统水值波动，影响生产稳定。 ( 2 ) 再生频繁，尽管干燥塔再生前进行抽真空，但是仍造成氯甲烷损耗大，对 环境污染严重：消耗大量的氮气和加热蒸汽，操作费用较高。 ( 3 ) 氧化铝的设计使用寿命为一年，装置每年都将定期进行换剂工作，影响生 产效率。 第三章氯甲烷脱水新工艺的研究及设计 第三章氯甲烷脱水新工艺的研究及设计 为了解决现氯甲烷脱水工艺存在的问题，实现氯甲烷脱水工艺过程的连续稳 定操作，减少氯甲烷承值的波动，在广泛查鬻技术资料和与国内努专家学术交流 的基础上【m 】，提出了在在干燥塔前增加甘醇预脱水的新工艺，先将湿氯甲烷中的 水值降至1 2 0 x1 0 嗡以下，然后再进干燥塔，使水值降至5x1 0 。6 以下，最大限度 地延长干燥剂的再生周麓，减少切换次数，使生产趋于稳定。 甘醇脱水工艺首先需要确定的是脱水溶剂的选择，其次是吸收塔、解吸塔的 工艺条件以及具体的工艺路线。在研究方法上，主要采用流程模拟计算与试验研 究相结合的方法。 流程模拟软件使用a s p e np l u s 和p r o i i ，先对燕化橡胶事业部丁基橡胶 装置的氯甲烷回收实际工况进行模拟，在对实际工况模拟准确的基础上，再进行 甘醇耱水工艺的开发帮模拟。 在本物系中，主要包括氯甲烷、水和醇等极性物质以及少量烃类，因此在物 性计算方法选择上，液相使用专门适用于极性物系的活度系数法n r t l 、汽相使 震s r k 。模拟计算实际工况，结果氯甲烷气毋饱和东含量0 1 9 ，与实际王况能 很好吻合。为了确保工程开发的稳妥成功，我们还要对所有工艺关键点( 如吸收 塔顶和塔底等) 的相平衡、吸收塔效率进行了实验验证。 3 1 脱水溶剂的选择 3 1 。1 三种脱水溶剂的脱水计算 丁基橡胶的生产要求非常苛刻，微量的杂质都会影响产品质量，脱水溶剂首 先要有从氯甲烷气体中脱水强的能力，残留在氯甲烷中的量要尽可能低，同时还 要考虑溶剂再生是否容易，以及溶剂损失瘦尽可能少等因索。 根据资料和经验话】，这里将脱水溶剂定为从7 , - 醇、：甘醇和三甘酵中选择。 图3 1 为吸收塔原则流程，这里只是为了确定脱水溶剂，因此将过程简化。 设：苗醇( 琵g ) ；进料量5 - - - 2 0 0 k g h ，纯度为1 0 0 ( 哦) 氯甲烷原料( 陋c l w e t ) ：进料置固定为5 0 0 k g h ，其中含水2 0 0 0 p p m , 1 9 - ： 第三耄氯擎靛脱水薪工艺的研究及设计 氯甲烷纯度9 9 8 ( w t l 吸收塔理论板数= 5 ( 吸收塔理论板数的确定在以后的部分讨论) 。 图3 一l 吸收塔原则流程图 其孛谨g 一彗醇进料，m e c l - w e t - - 氯甲烷原料，m e c l - o u t - - 脱水后的 氯甲烷，w e t - t e g - - 吸水后的甘醇。 l 、乙= 醇 当选择t e g 是乙二醇时，经计算吸收塔吸收结果见表3 1 和图3 2 。 表3 1 吸收塔吸收结果( 吸收溶剂为乙二醇) t e g 。 吸收塔顶吸收塔底 吸收塔顶 流量，k g 。h 4m e c l - o u t 中7 _ , - - 醇的含量w e t - t e g d ? 氯甲烷含量凇c o o 己窿中东的含量 5 0 。0 0 0 1 0 3 0 70 5 0 l1 2 1 0 。0 0 0 2 4 5 8 1 00 0 0 0 1 4 2 4 1 0 4 5 6 8 8 2 7 96 5 4 e 0 5 15 0 0 0 0 l7 7 4 90 4 3 4 2 4 0 5 4 2 3 4 e 0 5 2 0 0 。0 0 0 2 1 4 2 6 0 4 1 9 6 2 6 5 1 0 9 e 0 5 2 50 0 0 0 2 5 313 0 4 0 8 2 6 5 26 2 0 e ，0 6 3 00 0 0 0 2 9 3 2 60 3 9 8 5 7 6 9 6 4 0 8 e 0 6 4 0 0 。0 0 0 3 7 2 9 40 3 812 9 6 0 3 2 。3 3 e 0 6 5 00 。0 0 0 4 4 4 9 3 0 3 6 5 8 7 5 0 31 6 0 e 0 6 6 00 0 0 0 5 0 8 2 9 0 3 5 2 3 9 0 4 71 19 e 0 6 6 50 0 0 0 5 3 61 40 3 4 6 2 2l5 5 1 0 5 e 0 6 7 00 0 0 0 5 614 20 3 4 0 4 2 0 3 4 9 2 8 e - 0 7 7 50 。0 0 0 5 8 4 2 2 0 3 3 4 9 6 7 4 88 。2 6 e 0 7 1 0 00 0 0 0 6 6 5 0 4 0 31 2 3 7 2 114 7 5 e ，0 7 11 00 。0 0 0 6 8 5 9 80 3 0 5 1 2 7 9 2 3 ，8 4 嚣0 7 13 5 0 0 0 0 719 710 2 9 0 4 9 0 2 9 2 2 6 e 0 7 1 4 00 。0 0 0 7 2 3 5 6 0 2 8 8 2 0 1 2 62 0 2 e - 0 7 16 50 0 0 0 7 3 9l6 0 2 7 7 8 7 6 0 91 2ie 0 7 l7 5 0 。0 0 0 7 4 3 0 90 。2 7 4 4 6 5 0 5 9 。9 6 e ，0 8 2 0 0 0 0 0 0 7 4 8 8 60 2 6 7 4 9 4 0 5 6 15 e 0 8 第三章氯甲烷脱水新工艺的研究及设计 晦 札 长 g 岳 r 娱 厩 臀 梅 擎 签 t 。 q乙二醇流量对吸收效果的影响( 氯甲烷原料流量固定为5 0 0 k g h ) 1 - c 一吸收塔顶水含量 - - ： 卜、- ，、一、j 乙二醇流量k g h r 图3 2 乙二醇流量对吸收效果的影响 2 、二甘醇 当选择t e g 是二甘醇时，经计算吸收塔吸收结果见表3 2 和图3 3 。 表3 2 吸收塔吸收结果( 吸收溶剂为二甘醇) 2 1 第三牵氯甲烷脱水新工笼的研究及设计 一吸收塔顶水禽量 ： - 。k h 、_ 、_ 、_ - 二暂醇流爨k g i i r 图3 3 ：甘醇流量对吸收效莱的影响 3 、三甘酵 当选择t e g 是三营醇时，经计算吸收塔吸收结果见表3 。3 和图3 - 4 。 表3 3 吸收塔吸收结果( 吸收溶剂为三甘醇) 第三章氯甲娩残隶薮工艺的磅究及设计 ： 至可醇甄塞_ xr b 6 乏暇双聚网彰l碍【曩甲毹灵科；舰量足d 溅艽5 u u k g ，n ) ll 扣吸收塔顶zk 含勇 1 k j _ - - 一 3 1 。2 脱水溶剂的选择 晨茧酵浚量k g h r 图3 三甘醇流量对吸收效果的影响 麸以上计算结果图表，我们经过分析比较可以看出： 7 , - - 醇脱水能力非常好，在乙二醇流量( 5 0 k g h ) 氯甲烷原料气流量 ( 5 0 0 k g h ) = 1 1 0 时，成品氯甲烷气中水含量不到2 1 0 击，但是成品氯甲烷气 中乙二醇的含量是4 4 9 1 0 击，显然太高，因此用乙二醇作吸收溶剂不好。 互甘醇脱水能力也非常好，在二甘醇流量( 5 0 k g j h ) ，氯甲烷原料气流量 ( 5 0 0 k g h ) = 1 1 0 时，成品氯甲烷气中水含量约5 4 1 0 七，但是成品氯甲烷气 第三章氯甲烷脱水新工艺的研究及设计 中二甘醇的含量是2 5x1 0 6 ，也偏高，因此用二甘醇作吸收溶剂并不理想。 三甘醇脱水能力也很好。在三甘醇流量( 5 0 k g h ) 氯甲烷原料气流量 ( 5 0 0 k g h ) = 1 1 0 时，成品氯甲烷气中含水约1 5 x1 0 。6 、含三甘醇3 x1 0 击；三 甘醇流量( 1 0 0 k g h ) 氯甲烷原料气流量( 5 0 0 k g h ) = 1 5 时，成品氯甲烷气中 含水约2 8x1 0 石、含三甘醇4 7x1 0 6 ，可见三甘醇脱水能力好，而且残留在成品 氯甲烷气中的量很低。 经过比较，可以得到如下结论：三甘醇是一种相对比较理想的吸收溶剂， 因此在以后的研究中，均以三甘醇作为吸收溶剂进行工艺开发和研究。 3 2 吸收塔板效实验测定 塔板效率是实现可靠工业设计的依据。影响板效率的因素很多，迄今为止， 准确地计算板效率远未如愿，解决的办法是采用经验方法或是建立在较简单传质 模型( 如双膜理论) 基础上的半经验方法。计算板效率的经验关联法有0 c o n n e l l 关联图、e n g l i s ha n dw i n k l e 、朱汝瑾与k o h l 关联式等，而半经验关联是建立 相界面、接触时间、传质系数等关联式，并根据传质机理计算点效率，再由板上 液体混合程度，依据点效率和板效率关系模型来计算板效率，而后考虑雾沫夹带 的影响，由板效率计算全塔效率，采用这种关联式有h l c h e 法，但上述方法各有 一定的适用条件和范围。对于氯甲烷脱水过程，由于缺乏计算依据，有必要采用 试验装置直接测定吸收塔的板效率。 根据模拟的工艺流程与试验条件，在试验装置中测量三块筛板的板效率，考 查工业工况下，筛板板效率的变化情况，比较测量结果与模拟结果，提出工业设 计的基础数据。 3 2 1 板效率的试验装置与测量 第三章氯甲靛脱衣精工艺昀簿 究及设诗 气体进 圈3 5 试骏装惹的流稷豳及样点 试验装置与流程如圈3 - 5 所示，试验装置经筛摄塔基础数攒核算，设计隽恣 径为8 0 r a m 的吸收塔。为保证三甘醇进料状态下水分的含量变傀不大，在进料罐 中不断地通入氮气，以保证三甘醇不与空气接触。工业状况下的氯甲烷经转子流 量计计量后，经筛板吸收塔震，隧刘工监装置孛。吸收剂经柱塞泵、缓冲罐，经 流量计计量后，从暇收塔酾塔顶流入吸收塔，最磊液体流入储罐中。 气体、液体的流量是经过校正的转子流量计的实际流量。吸收塔在一定的操 作条件下稳定o 5 一l 小时詹，进 亍采样。气体和液体鳃采样点秘采样位置如图 3 。5 所汞。气体耩液体的含水量分别采慝二台s c - 3 型微量水分测定仪( 如东淄 博惠工仪器有限公司) ，测量液体的s c 3 型测定范围；1 0 9 9 - - 3 0 m g ，准确魔： l o g g - - l m g h 2 0 i - _ 5 # t g ，精度：l g g ：测量气体的s c - 3 型的精度：o 。l g g 。 三营醇：色谱分辑，瑟积癌一纯法簿凄三营酵含量戈9 8 。9 氯甲烷：北京燕山石油化工有限公司橡胶事业部丁基橡胶军间。 第三章氯甲烷脱水灏工艺豹臻究及设诗 试验原始数据如表3 一垂 表3 4 塔板效率试验数据的原始记录 3 2 2 板效率的试验结果 在采用板式塔进行分离的过程中，汽液两相在通过每一块实际板时组成发生 阶跃式变化，汽稠或液相通过一实际塔板与通过一理论板相毙，两者分离程度瀚 差异由板效率来描述，并可分别定义扳效率、点效率及全塔效率。 】- 、投效率的计算式 ( 1 ) 板效率( m u r p h r e e 效率) 汽液两相通过一实际塔板，两相接触传质，物流在离开塔板时其组成实际变 化值与其通过一理论级所能发生变化之比，称为实际塔板的分离效率，即塔板效 率或m u r p h r e e 效率。 声糕 e m v - - - - 蠢 式中：x 。，y n 分别是n 块板上实际的液汽摩尔分率； 3 - 2 第三章氯翠靛残求薪工艺的研究及设计 ，y ：分别是i i 块板上达到相平衡的液汽摩尔分率； 若塔板上组成相平衡关系为线性，且汽、液相流量v 与l 为常数，则汽液相 m u r p h r e e 效率e m v ，e 咄之阉的关系为： s 陪斗i 1 一l 式中：s = k v l ，吸收因子 ( 2 ) 点效率 在一实际塔板上，汽液两相系错流接魑，透过汽液两相的接魅传质，液褶的 摩尔分数由涟。1 变到巍，汽槿摩尔分数赉弛交到跏l ，因此，严格地说应该考虑 到各点的局部效率，所以点效率的计算式如下： 嚣游= 慧 3 - 3 e o l - - i x n _ 1 i - - x n 3 - 4 式中：x ，y 分别是筛板上局部的液、气摩尔分率。 当塔板上液体完全、均匀地混合，各点的x n 相等，因此y n 亦相同，且y ：= y 。， 于是有： 嚣m v = 嚣o v 3 5 文献 1 7 - 1 9 】对矗径较小的筛板塔研究表明，板上液体星完全混合状态，此时液 楣点效率与液相板效率视为檩等，弱理可以得到汽糕点效率与汽相的板效率也相 等，所以本试验的筛叛塔直径为8 0 r a m ，可视为点效率秘板效率楣等。 ( 3 ) 全塔效率 对全塔做粗略估算时，常用全塔效率，即塔的理论板数与实际板数之比 n 。全塔的平均板效率为： e o = n t n 如两相的总流量恒定，且平衡关系为线性时，全塔效率与汽相板效率的关系 可表示为： e 。= i n ( 1 + e 。v ( s o ) l n s 3 - 7 第三章氯甲烷脱水叛工艺的研究及设计 在试验范誉内，汽液两相总的含水量均小予3 ，按文献c 8 】盼绪论，汽液两 相总流量可视为恒定，同时汽液相平衡的关系可按线性处理。 ( 5 ) 相平锈关系 在试验过程中，室温的变化范围在3 0 3 2 ( 2 ，。采用氯甲烷汽液相平衡的3 0 试验数据，在试验范围内取不同含水量的相平衡常数，得到的相平衡关系式为： y 拦k x k0 0 2 7 x 。( 质量分率) 3 - 8 y 拦k x 搿0 0 1 5 x ( 麾尔分率) 2 、试验结果 试验数据处理结果如表3 5 所示： 袭3 5k ：o 0 2 7 ，k = 0 0 1 5 时试验数据处理的结果 3 9 注；搴一氐由方程3 计算；下同： 堆一e 0 由方程3 - 6 和方程3 - 8 计算，下同。 从试验的结果来看，塔底的板效率是最大的，随着塔板数的增加，塔板效率 在逐渐的减少，这是因为在塔底气糯的含水量犬，使得传质速率的推动力增大的 结果。 第三章氯孚烷脱东毅工艺的璎究及设谤 0 o n 上 0 0 123 n 图3 板效率、全塔效率在薅板上的变化 从试验绪果可以得毽平均值分别0 。2 6 ，所以吸收塔筛板效率应为o 2 6 。 f l v 图3 7 全塔效率与汽液两相流动参数的关系 从图3 7 可以看出，随着两相流动参数的增大，全塔效率在缓慢的降低，也 就是说，随着气速的增大，板效率在不断地下降的。 根据文献【2 0 】，经计算o c o n n e l l 关联图，得出的板效率为e o = 0 3 5 。 从而得出试验的板效率明显低于0 c o n n e l 】的经验关联式的板效率。在工 业工况条件下得出吸收塔的筛板效率为0 2 6 ，此僮骧显低于0 c o n n e l l 关联图 中的关联值，工业设计应以试验测定的板效率为准。 第三章氯甲婉脱东耘工艺的研究及设计 3 3 脱水额工艺设计 在完成氯甲烷脱水剂选择后，还有很重要的一步是三甘醇的再生，在此过程 率，还必需注意鬟三营醇在吸收塔中脱水的同时也溶解了很多氯甲烷，这些氯甲 烷必嚣回收再用。因此在三营醇再生兹，应将其中大部分的氯甲烷先释放出来循 环再用( 氯甲烷的沸点远低予水和三甘醇) ，同时此举也能大大降低质面真空泵的 负荷，然后才在解吸塔中将三甘酵脱水循环再用。 在对各种方案进行了考察、计算和比较之后，参考有关资料“罅，最终确定了 以下整个三甘醇脱水工艺方案。 3 2 1 王艺方案流程图 具体工艺流程图见图3 - 8 。 3 2 。2 工艺方案简介 从丁基橡胶装置s r 4 0 l 来的湿氯甲烷原料气( m e c l - b 1 ) 进吸收塔( b 1 ) 塔 底，脱水溶剂三甘醇( t e g b i ) 进吸收塔塔顶，从吸收塔出来的氯甲烷气 ( m e c l o u t ) 继续进氧化铝吸收塔进一步精制。 吸收塔塔底出来的含水三甘醇( w e t t e g ) 与解吸塔塔底出料( t e g u i a n ) 换热后达到8 0 c ，再进入闪蒸罐( f 1 ) 闪蒸，绝大部分的氯甲烷被释放出来 ( 征g - 1 - 1 2 0 1 ) ，罔时也带出了部分永分，这部分氯甲烷与解吸塔塔顶( c 1 ) 畿 来的氯甲烷( m e 瓯c 1 ) 在混合器m 3 处混会冷却后循环回s r - 4 0 1 。 从闪蒸罐( f 1 ) 出来的液体( r i c h t e g ) 进解吸塔( c 1 ) 进一步减压精缓， 从解吸塔塔顶出来的气体( t e g h 2 0 2 ) 经真空泵( f 2 ) 分水( - 1 2 0 l e g ) 后，气相 ( m e c l c l ) 与t e g - h 2 0 1 混合冷却后进s r - 4 0 1 。 解吸塔塔底出料( t e g l e a n ) 与吸收塔塔底出料( w e t - t e g ) 换热冷却到 3 0 c ，在管道混合器中被干氯甲烷气饱和，经冷却器冷至3 0 c ( t e g + c l ) 进中间罐，然后与补充的三甘醇( t e g ) 一起由泵送回吸收塔。这里三甘醇被氯 举烷饱和是为了降低吸收塔c l 中三甘酵吸收氯甲烷的吸收放热，款焉降低吸收 塔的溢度，这样就降低了吸牧塔塔顶氯带烷气中的三营醇和水翡含萋。 co旨oqp lj_【oooc_【_章誊 戳面将鹾暖筇；o主暑。艺受号；墨掣芒钗da 右魁越碌富g帖h塔*婆堡睁懈褂躲 第三章氯甲烷脱水瓤工艺的磅究及设计 3 2 3 工艺参数的设计 l 、吸收塔板数确定 这里仍以图3 1 的吸收塔原则流程为研究对象。设纯三甘醇( 琵g ) 流量 壹l c 甲烷原料流量( m e c k w e t ) = 1 4 ，吸收塔理论塔板数2 6 块，吸收塔吸收 结果见表3 - 6 。 表3 - 6 吸收塔理论板数与吸收结果的关系 图3 - 9 吸收塔理论塔板数与吸承率的关系 从以上数据可以看出，5 块理论板位于拐点下方，吸收效果较好而且褥增麴 理论板数已经对吸收效果改善不大，所以这里将吸收塔理论援数确定为5 块。 吸收塔的理论板数为5 块确定后，我们对吸收塔的设计参数进行了估算，其 计算结果如下： 吸收塔：筛板塔理论板数：5塔板间距：0 4 m 3 2 第三章氯甲烧艟承耨工艺瓣研究及设计 筛孔面积有效面积t0 1 2液泛因子：o 6 5塔径：1 4 m 板效率：- - - 3 5 ( 根据0 c o n n e l l 关系图) 。 校据上述实验测定的吸收塔板效率测得的实际板效率为0 2 6 ，吸收塔所需的 实际板数约为掬块，王业设计时选用2 5 块实际塔板。 2 、吸收溶剂量的确定 吸收溶剂和吸收塔理论板数确定后，就需要研究吸收溶剂用量与吸收效果的 关系，并据此结合生产要求确定吸收溶剂的用量。 这里戬图3 1 的吸收塔原则流程为研究对象。设： 三苗酵( 疆g ) ：进料量2 2 0 - 3 0 0 0 k g h ，纯度为1 0 0 氯甲烷原料( m e c l - w e t ) ：取觑丁基橡胶装置现场数据，进料量为 2 3 7 2 0 k g h ，其中含氯甲烷9 4 2 2 、水o 1 9 、异丁烯4 7 2 、丁烯20 0 1 、 丙烷丙烯0 1 9 、其他碳4 碳50 1 1 、不凝气o 4 4 吸收塔理论板数= 5 。 吸收塔吸收结果晃表3 7 i 表3 7 吸收塔吸收结果 塔顶出料 承流量 ；，i i 2 2 0 3 2 0 4 2 0 5 2 0 6 2 0 7 2 0 8 2 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 0 0 1 2 2 0 1 3 2 0 8 。2 9 e 一0 7 1 0 3 e - 0 6 1 2 0 e - 0 6 l 。3 6 e - 0 6 1 5 1 e - 0 6 1 6 5 e - 0 6 1 7 9 e - 0 6 1 9 2 e - 0 6 2 。0 6 e - 0 6 2 1 9 e - 0 6 2 。2 9 e - 0 6 2 3 2 e - 0 6 2 4 6 e - 0 6 0 0 0 0 5 4 6 8 0 0 0 0 3 9 5 6 0 0 0 0 2 9 4 4 0 。0 0 0 2 2 3 4 0 0 0 0 1 7 2 1 0 0 0 0 1 3 4 5 0 0 0 0 1 0 6 4 8 5 2 e - 0 5 6 。9 0 e - 0 5 5 6 6 e - 0 5 4 。8 5 e - 0 5 4 6 9 e - 0 5 3 9 3 e - 0 5 3 3 0 。4 1 3 9 5 2 7 3 0 3 8 3 2 6 8 8 8 0 。3 6 1 4 5 4 5 5 0 3 4 4 9 4 8 6 o 3 3 1 8 4 0 7 8 0 。3 2 1 1 0 2 4 5 0 3 1 2 1 0 1 5 5 0 3 0 4 4 2 1 1 7 0 。2 9 7 7 6 8 3 4 0 2 9 1 9 3 1 7 2 0 。2 8 7 6 9 8 2 3 0 2 8 6 7 5 3 2 9 0 2 8 2 1 1 0 6 6 1 2 8 3 8 3 5 9 。2 6 7 5 4 2 6 8 8 4 8 6 1 5 。2 1 4 2 8 4 4 0 1 1 1 9 6 3 。1 2 8 9 0 8 2 4 7 1 9 8 5 1 9 7 6 7 3 4 1 5 9 9 2 7 9 1 3 0 8 7 4 9 l 。1 1 9 7 9 1 1 0 8 3 0 2 8 0 9 0 6 0 6 5 第三章氯甲烷脱水颞工艺的研究及设计 联 稚 髅 錾 冀l 罄 瞵 三甘醇用量与吸水率的关系 r| ： 气 ： ： i ： 。、 、 进吸收塔三嚣簿的沉量k g ，n 图3 1 0 三甘醇用璧与吸水率的关系 从以上结果可以看出，在丁基橡胶装置实际工况下，三甘醇用量在8 0 0 l a o o k m a 是拐点，此时吸收塔塔顶氯甲烷气中的水含量为1 2 0 1 0 由 - 3 5 1 0 由， 再提高三甘醇用量，仍然可以将吸收塔塔顶氯甲烷气中的水含量降到1 0 1 0 墙 以下，只是这时候吸水率增加很小。 第三章氯甲烷脱水颞工艺的研究及设计 考虑到当前的任务，原来氧化铝吸收部分依然保留，兰甘酵脱水只要尽可能 延长氧化铝的再生周麓，这里我们将三曹醇的流量定为8 0 0 k g h ，被三曹醇脱水 后的氯甲烷气中含水约1 2 0 xl 酽，远低于任务要求的5 0 0 - 1 0 0 0 x1 0 石，嚣此时 吸收塔的吸收效果最佳，三营醇用量相对较少( 三甘醇流量氯甲烷原料气流量 一0 。0 3 4 ) ，因此也大大降低了氯甲烷循环量和三甘醇可能的损失量。 3 、解吸塔计算 解吸塔的设计，先使用简捷精馏计算出最小理论板数为4 3 ，由此确定了该 塔的理论板数为5 块，再对全塔进行计算。 解吸塔的主要目是脱除三甘醇中的水分，回收三甘酵循环使用。这时就需要 根据吸收塔的吸收要求决定解吸塔底三甘醇( 脱水后) 的纯度。 经过反复计算、对比和优化，在保证吸收塔预氯甲烷气巾的水分符合要求 ( 1 2 0 xl 酽左在) 的情况下，我们最终将解吸塔塔底温度定必1 6 0 c 左右，这 时塔底三甘醇含水约7 0 0 x1 0 西，塔顶三甘醇的损失量仅o 0 4 k g h ( - - 甘醇瞧循环 量为8 0 0 k g h ) 。这里塔底再沸器可以采用l o k g c m 2 ( 表压) 蒸汽为热源。 解吸塔采用填料塔，粗估塔径为0 4 m ，因为解吸塔是减压塔而且处理量小 ( 8 8 0 k g h ) ，所以选用高效填料塔。 4 、热负荷计算 上述吸收塔和解吸塔的关键工艺参数确定后，对整个工艺中的冷换设备进行 了计算，下表3 - 8 为整个工艺方案中各冷换设备的热负荷计算数据结果。 表3 8 热负荷数据表 第露章氯举烷脱水耘工艺工业应用 第四章氯甲烷脱水新工艺工业应用 4 1 脱水新工艺工业应用 4 1 1 脱水新工艺流程图 见图籼l 4 1 2 脱水新工艺流程简述 湿氯甲烷从c - 4 0 6 ( 氯甲烷脱水塔) 塔底进入，循环使用的三甘醇经过 e - 4 8k = 甘醇进料冷却器) 冷却至4 0 0 c 后，通过流量控制进入c - 4 0 6 塔顶第一块 板。在c - 4 0 6 塔j 气液相经充分接触，氯甲烷中的水大部分被三甘酵吸收。含水 量奎予1 2 0 1 0 的氯甲烷气体扶c - 4 0 6 塔顶出，塔底含水窝氯甲烷的三营醇经 c - 4 0 6 塔釜液位控制流量去e - 4 8 2 ( c 4 0 6 塔底换热器) 换热。 c - 4 0 6 塔为浮阀塔，共2 5 块塔板，其工艺操作条件如下： 塔顶温度：4 7 0 c 塔底温度：4 2 7 0 c 塔底操作压力：3 k g c m 2 ( 表 脱水后的氯甲烷从c - 4 0 6 塔顶进入e - 4 8 6 ( 三嚣醇进料冷却器) 壳程冷却， e 4 8 6 管程为0 。c 低温冷冻水，通过调节低温水的流量，控制壳程氯甲烷出口 温度为2 0 。c ，再去c - 4 0 1 ( 三氧化二铝干燥塔) 进一步脱水。壳程冷凝的少量 含氯甲烷的三甘醇进入e - 4 8 6 壳程的集液包，定期排放至s r - 4 8 1 ( 闪蒸罐) 。 从c - 4 0 6 塔底含水和氯甲烷的三甘醇进入e - 4 8 2 管程，和从c - 4 0 7 ( 解吸塔1 塔底荐沸器返回的1 6 0 0 c 的解吸意的三甘酵换热，通过控制换热器e - 4 8 2 旁路三 甘醇麴流量控摹ls r - - 4 8 1 ( 闪蒸罐) 进料湿度达剿7 0 0 c 后进入s r - 4 8 1f , , - j 蒸。s r - 4 8 1 的压力控制在0 5 k g c m 2 ( 表) 。闪蒸后的氯甲烷气楣经过e - 4 8 4 ( 闪蒸气相冷却 器) 冷却至4 0 0 c 后返回s r - 4 0 1 。 s r 4 8 1 的工艺操作条件为： 操作压力：o 5 k g c i n 2 ( 表) 第圈黎氯甲烷贱水凝王艺工业应用 操终温度：6 9 。4 c 闪蒸艏的滚楣经液位控制进入c - 4 0 7 ，解吸出三甘醇孛的求和筑举烷， c - 4 0 7 为真空操作，塔顶真空系统采用三级蒸汽喷射泵，c - 4 0 7 塔顶真空度为 2 5 m m h g ( a ) 。c - 4 0 7 塔顶的氯甲浣与s r - 4 8 1 阅蒸的氯甲烷气体一起返回原装 置s r - 4 0 1 压缩机入口，与经压缩机压缩后再到c - - 4 0 6 塔脱水。c - 4 0 7 塔釜再沸 器e - 4 8 5 ( 解吸塔再沸器) 采用釜式再沸器，热源为1 0 k g c m 2 ，2 6 0 拳c 过热水蒸 汽，遥过调节蒸汽流量控裁e - 4 8 5 湿度为1 6 0 c 。塔釜含承枣子7 0 0 1 0 翡三 营醇经泵p c - 4 8 2 ( 解吸塔蟮釜泵) ，壶e - 4 8 5 滚位控制流塞去e - 4 8 2 壳糕换燕恁 循环使用。 c - 4 0 7 炎填料塔，操佟条件为： 塔底温度：1 6 0 0 c 塔底压力：3 8 m m h g ( a ) e j - 4 8 1 解吸蘑真空泵) 系统产生昀含少量氯学烧的污拳进入s r - 4 8 3 ( 缓 冲罐) ，经滚链控溯流萎，用废水泵p c ，4 8 3 a b ( 废水泵) 送至s a - 3 0 3 进步处 理。解吸塔塔篓1 6 0 0 c 的三越醇e 4 8 2 壳程换热，与旁路的三甘醇含并矮再进入 e - 4 8 3 用循环冷却水冷却至钧o c ，通过管路巾豹静态混含器与千氯甲烷气饱和惹 进入s r 4 8 2 ( 三甘醇中间罐) ，干氯甲烷的流量由s l w 8 2 的压力控制。三甘醇 经由p c 4 8 l a 鹏( 三甘醇循环泵) 至换热器e - 4 8 1 冷却蕊4 0 0 c 再进入c - 4 0 6 塔 顶处霜环使雳。在s r - 4 8 2 兰酋醇串润罐上留有二乙醇胶加入磬，瑷审秘体系黧 酸性。加入二乙醇胺前先打开二乙醇胺嬲糕罐底的放净阀，敖净蜃关放狰阕，焉 打开五乙醇胶进料阙，烟完料詹关闭加料阙，再依次打开三甘醇进料管线的旁路 阑，二乙醇胺完全搬入s 则8 2 后美翅三越醇进料管线的旁路阕。在e - 4 8 3 君留 有离子交换树脂预留口，通过调节循环三甘醇管线阀的开度可以调节离子交换树 脂系统处理的三甘醇流量，脱除体系中的氯离子露返回兰甘酵中间罐。 4 1 3 脱水新王艺试车情况 燕化丁基橡胶装置三甘酵预脱水装置于2 0 0 3 年6 尉建成投料试车，装置运 弦了6 天，最惹由于设备腐蚀、脱术塔雾沫夹带严重等原躐停正运行，等待解决 第四意氯警烷脱水叛工艺工业应用 上述问题后褥进行试车。 从生产试运行数据看，脱水塔慰湿氯甲烷脱水效果明显，基本达到设计要 求，见表4 1 表弘1 三甘醇脱水塔出口水值 时间3日4圈5 曰6 曰7 日 2 ：0 0 钓l 矿l 笛l 酽6 3 | 矿7 l o 电 4 ：0 08 0 l o _ 63 5 l o 西4 9 x1 0 _ 64 9 1 0 6 6 ： 5 0 l 酽4 5 l 旷 8 ：0 0 4 5 xl c r 68 0 x1 0 - 65 2 xl o - 65 2 1 0 缶 1 0 ：0 0 4 5 l o 电4 0 1 0 - 67 0 l 矿3 2 l 旷 l l ：1 4 l o 巾 1 2 ：0 01 1 2 l 旷1 0 5 1 0 - 6 1 3 ：0 04 7 l 旷 1 4 ：0 0 5 0 x1 0 七1 1 5 1 0 电3 5 1 0 电 1 5 ：0 0 1 5 0 l 酽 1 6 ：0 01 0 5 x1 0 电4 5 1 0 电8 0 1 0 由4 2 1 0 由 1 8 ：7 0 l 酽4 5 l o 由 2 0 ：0 07 0 1 0 由3 5 1 0 由8 0 1 0 由5 2 1 0 。o 2 2 ：0 01 1 0 l 酽4 0 l 矿1 0 5 l 旷2 l l o 七 0 ：0 0 1 5 0 1 0 由7 5 l o 由 试运行期闯，干燥塔共切换三次，铁干燥使用周期看，干燥塔干燥周期也 有所延长，见表和2 。 表4 - 2 ：三甘醇预脱水投用后的千燥塔使用情况 各工艺控制点与设计指标对比情况见表4 - 3 。 表4 3 ：工艺参数与设计值对照表 3 8 第露耄氯攀烷脱求耨工艺工业应震 4 2 脱水新工艺存在的问题 由于是新工艺的首次工业化应用，因此在试车过程中，暴露出不少问题，比 较突磁的有以下几个方面： l 、腐蚀问题 ( 1 ) 在试运行过程中，解吸塔塔釜泵p c 4 8 2 不上量，停车后发现泵叶轮存在点 蚀现象，且时轮损坏严重。 ( 2 ) 解吸塔再沸器e 4 8 5 内残留一定量的黑色泥状物。 2 、雾沫夹带问题 在试运行过程中，发现氯甲烷冷却器e 4 8 6 水包内充满三甘醇液，且气相取 样处存在液滴。 3 、其它工艺问题 ( 1 ) 实际搡作与设计值存在偏差 ( 2 ) 操作不够稳定 4 3 改进措施 针对上述存在酶问题，我们进行了原因分析，并针对性的提出了改进措施， 以进一步不断完善新工艺。 4 3 1 腐蚀问题 设备系统腐蚀问题