丁二烯萃取精馏工艺设计-毕业论文

毕业设计论文题目名称丁二烯萃取精馏工艺设计系部专业班级学生姓名指导教师辅导教师时间目录任务书开题报告指导教师审查意见评阅教师评语答辩会议记录中文摘要外文摘要1前言111性质及用途112国内/外生产概况113生产方法32生产工艺821生产原理822工艺流程823工艺流程图103基础计算1231物料衡算1232热量衡算224设备计算2841基础数据计算2842汽液负荷量2943脱重塔计算3044脱轻塔计算365结论44参考文献45致谢47附录一设备图48附录二毕业设计查重报告50程技术学院毕业设计论文任务书分院专业化学工程与工艺班级化工61201学生姓名指导教师/职称1毕业设计论文题目丁二烯萃取精馏工艺设计2毕业设计论文起止时间2015年10月15日2016年6月1日3毕业设计论文所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1黄春超年产7万吨丁二烯工艺设计D大连理工大学，2014572袁霞光丁二烯生产技术进展J当代石油化工，2011，425293王嵩智乙腈萃取精馏分离丁二烯的工艺流程模拟J弹性体，1998，130354王程琳，包宗宏三种萃取精馏法生产1,3丁二烯的经济评价J当代化工，2014，437，125212565朱淑军C4馏分丁二烯萃取精馏塔的模拟和分析J科技进展，2001，423286马沛生，李永红化工热力学（通用型）第二版M化学工业出版社，2014，1109147；1591737贾绍义，柴诚敬化工单元操作课程设计M天津天津大学出版社，201411081718谭天恩，窦梅化工原理，第四版北京化学工业出版社，20061上下册4毕业设计论文应完成的主要任务1阅读文献和教科书，撰写开题报告；2学会物料衡算，能量衡算；3掌握设备计算要点以及利用CAD绘制设备图；4学会工艺流程图的绘制和工艺流程的描述；5撰写毕业论文，准备论文答辩。5任务书下达日期2015年10月15日指导教师签字毕业设计论文开题报告题目名称丁二烯萃取精馏工艺设计系部专业班级学生姓名指导教师辅导教师开题报告时间丁二烯萃取精馏工艺设计学生，指导教师，一、题目来源生产实际。二、研究目的和主要意义丁二烯有1,2丁二烯和1,3丁二烯两种同分异构体。一般所说的丁二烯是指13丁二烯。常压下其熔点为44，沸点为103。丁二烯在加压条件下液化，液体丁二烯无色透明，易挥发，闪点低，属于易燃易爆物质。丁二烯微溶于水，易溶于乙醇、甲苯、乙醚、四氯化碳、氯仿、乙腈、汽油、二甲基甲酰胺、N甲基吡咯烷酮等有机溶剂。1,3丁二烯是一种非常重要的石油化工基础原料以及合成橡胶单体。丁二烯主要用于合成顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂、苯乙烯丁二烯苯乙烯弹性体等多种橡胶产品。此外丁二烯还可以用于生产己二腈、己二胺、1,4丁二醇、尼龙66等有机化工产品，以及用作汽油添加剂、粘贴剂等，用途十分广泛。本课题对生产丁二烯的装置精馏段建立计算模型，以期对同类装置有参考价值。在经济合理，生产可靠的基础上，力求技术进步，从而确保有效地利用国家资源。三、阅读的主要参考文献1黄春超年产7万吨丁二烯工艺设计D大连理工大学，20142袁霞光丁二烯生产技术进展J当代石油化工，2011，425293王嵩智乙腈萃取精馏分离丁二烯的工艺流程模拟J弹性体，1998，130354王程琳，包宗宏三种萃取精馏法生产1,3丁二烯的经济评价J当代化工，2014，437，125212565朱淑军C4馏分丁二烯萃取精馏塔的模拟和分析J，科技进展，2001，423286马沛生，李永红化工热力学（通用型）第二版M化学工业出版社，2014，1109147；1591737贾绍义，柴诚敬化工单元操作课程设计M天津天津大学出版社，201411081718谭天恩，窦梅化工原理M，第四版北京化学工业出版社，2006，1上下册9胡杰，赵玉中丁二烯安全生产的理论与实践M，北京化学工业出版社，2010610陈洪坊，刘家祺化工分离过程M第二版北京化学工业出版社，201511路铁砚国外丁二烯抽提技术进展J齐鲁石油化工，2007，351485112汪丹峰，梁珊珊，季伟等，分壁式精馏塔分离醇类三元物系的模拟研究M上海化工，2010，35101821四、国内外现状和发展趋势41国外现状及进展21世纪初，随着乙烯工业的快速发展，世界丁二烯的总生产能力也随着不断增加。2000年，丁二烯的总生产能力每年仅有980万吨，2005年增加到了每年1201万吨，同比2004年增长470。北美的生产能力为每年300万吨，占世界丁二烯生产能力的25；中南美总生产能力为每年37万吨，占生产能力的3；西欧的总生产能力为每年260万吨，占生产能力的22；中东总生产能力为每年100万吨，占生产能力的9；中东生产能力每年344万吨，占总生产能力的3；亚洲生产能力为每年450万吨，占生产能力的38；其他地区生产能力约为每年59万吨，占生产能力的07。亚洲、北美及西欧地区合计生产能力约占总生产能力的86。石脑油是西欧的乙烯裂解装置的主要原料，副产品C4量较多，因此对于来说西欧地区的丁二烯处于供过于求的状况。在2000年以前，西欧地区的出口丁二烯大部分进入美国，在2000年以后，由于美国丁二烯的产量增加，出口到亚洲的丁二烯也同时增加。21世纪初，因为亚洲终端产品制造业的快速发展，尤其是轮胎工业的快速发展，丁二烯在亚洲的消费量快速增加，同时亚洲的供应量也快速增加。2008年丁二烯在亚洲地区的生产总量占总量的44，在世界市场占据着比较重要的地位。42国内现状及进展自1972年兰州石化公司开发设计了乙腈法技术并且第二年建成我国第一套丁二烯生产装置，丁二烯的生产能力得到了巨大的发展。这些年来随着石化齐鲁石油化工公司、兰州石油化工公司、茂名石油化工公司等一些公司装置的改装扩建，并且上海赛科石油化工有限公司、惠州中海壳牌石油化工公司有3套新建生产装置。在2009年4月扬子石油化工公司扩建每年10万吨的丁二烯生产装置，丁二烯的生产能力得到了新的发展。2009年，丁二烯的生产能力达每年172万吨，生产装置集中在中国石化和中国石油两大集团，中国石化生产能力约为每年100万吨，占生产能力的60；目前，我国最大的丁二烯生产厂家是中国石油吉林石油化工公司，生产能力每年25万吨，再者是扬子石油化工公司，每年22万吨。1996年丁二烯的产量为每年34万吨，2001年增加到了每年60万吨，1996200年增长率为1212。2003年产量为每年75万吨，2005年增加到了每年89万吨，2007年由于一些公司新建生产装置，产量增加到了每年120万吨，相比2006年增长17，2008年产量每年140万吨，同比增长约19。20032008年的增长率为14。在我国丁二烯的生产能力还不能满足实际需求，在未来几年，国内许多生产厂家都准备新扩建丁二烯生产装置，并且主要是和乙烯装置配套。到时候丁二烯生产能力将迈上一个全新台阶。五、主要研究（设计）内容、关键问题及解决思路51主要研究内容本课题主要是对丁二烯生产装置萃取精馏段建立计算模型。52关键问题关键问题是对合成工艺的设计和精馏塔的设计计算。53解决思路1首先查找资料，了解最近一些年大型公司生产丁二烯的工艺流程及装置。2选择一种工艺流程，画出工艺流程图，并且叙述工艺流程和一些必要的技术要求。3设定一个年产量，给出原料的各组分百分数。4查询数据对精馏塔进行设计计算。5计算完成后，对所计算结果进行核算。6若核算有误，检查更改并且从新计算，知道核算合格。最后根据所就算数据画出设备图。六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件1查资料、构思设计方法。2各种原始生产记录资料以及此前的研究成果研究报、专著、论文。3化学编辑器、办公软件、MATLAB等计算机软件。七、预期成果（达到目标）通过丁二烯萃取精馏工艺的设计，系统的掌握了物料衡算、热量衡算以及设备计算等方法，进一步巩固了专业基础知识，培养了设计与计算能力，为顺利走上工作岗位打下了坚实的基础。八、工作的主要阶段、进度与时间安排工作的主要阶段、进度与时间安排如下12015年10月10日2015年11月04日查找文献，撰写开题报告。22015年11月05日2015年11月6日完成开题报告答辩。32016年4月15日20116年5月19日主要是开展设计，并且完成设计论文初稿。其中包括设计报告的封面、目录、中英文摘要、报告主题、参考文献、外文中译，及主要论文类容等。42016年5月20日2016年5月30日将设计论文初稿由指导老师，让老师提出修改意见。最后在修改无误后将资料整理装订成册后装袋，并提交评阅老师评阅。52016年5月31日2016年6月4日制作幻灯片，进行毕业设计答辩。九、指导老师审查意见指导老师（签名）年月日指导教师审查意见学生姓名专业班级毕业设计论文题目丁二烯萃取精馏的工艺设计指导教师职称审查日期审查参考内容毕业设计论文的研究（设计）内容、方法及结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力。毕业设计论文是否完成规定任务，是否达到了学士学位水平的要求，是否同意参加答辩等。审查意见同学的设计论文丁二烯萃取精馏工艺设计是来源于石油化工的模拟实际课题。选题符合所学专业方向，体现了综合学科知识的集成训练目的，是一篇即有理论以依据又有实际与应用价值的设计论文。论文作者对丁二烯萃取精馏工艺设计选用了乙腈ACN法，经过了两段萃取精馏，设计结果比较合理。通过对工艺的精馏段建立计算模型，对精馏段进行了物料衡算、能量衡算以及设备计算，其中包括了回流比、最小回流比、理论塔板数及总塔效率的计算。得到了一个比较合理的设计结果，同时还可以作为同类装置的参考。本次毕业设计具有一定难度，需要时间比较长，同时对学生的理论基础以及相关的的计算能力以及综合分析和研究问题的能力有比较高的要求。代文哲同学在完成毕业论文期间能遵守学校的规章制度，具有一定的理论基础知识，能独立完成设计计算，并且能在规定时间内完成毕业论文，具有一定的解决实际问题的能力。论文思路清晰，结构合理，结论可靠，达到了学士学位论文的水平，同意参加答辩。指导教师签名评定成绩（百分制）_分评阅教师评语学生姓名专业班级毕业设计论文题目丁二烯萃取精馏工艺设计评阅教师职称评阅日期评阅参考内容毕业设计论文的研究（设计）内容、方法及结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力。毕业设计论文是否完成规定任务，是否达到了学士学位水平的要求，是否同意参加答辩等。评语同学的设计论文丁二烯萃取精馏工艺设计是来源于生产实际的题目。所选题目符合本专业的研究方向。该同学的论文具有明确的主题和清晰的理论脉络，也有比较好的参考价值。该论文的结构清晰，层次分明。该同学针对设计课题的要求，以学科理论为指导，比较全面的查阅和分析了有关文献资料，找到了比较多的资料。在写作过程中能够综合运用所学知识，全面分析设计计算中所遇到的问题，并且解决。具有解决实际问题的能力。设计论文撰写认真，并且符合规范，符合设计论文写作标准，文笔流畅，图文配合得当，逻辑性强。设计结果合理反映了该同学具有比较扎实的基础理论和全面的专业知识，体现的较强的运用能力和一定的从事科学研究的能力。该同学的设计论文达到了学士学位论文的要求，同意参加答辩。评阅教师签名评定成绩（百分制）_分答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业设计论文题目丁二烯萃取精馏工艺设计答辩时间年月日答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长成员二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）_分毕业设计论文最终成绩评定依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计论文评分的相关规定成绩百分制_分答辩小组组长签名秘书签名年月日答辩委员会主任签名盖章丁二烯萃取精馏工艺设计学生，指导教师，摘要国内生产丁二烯的主要方法有三种二甲基甲酰胺法、乙腈法以及N甲基吡咯烷酮法。此次毕业设计采用的是乙腈法，对年产量10万吨的丁二烯生产装置的精馏段建立计算模型，采用的是现有的工艺流程以及精馏塔的实际塔板数，通过查询数据进行物料衡算、热量衡算、设备计算，来完成工艺设计。其中物料衡算包括各塔塔顶、塔釜的温度及组成，回流比，理论塔板数，塔板效率的计算。设备计算包括塔径、塔板尺寸、阻力以及塔高计算。本次设计釆用的是通用设计计算方，并且在最后绘制了设备图，工艺流程图、设备计算数据表。计算脱重塔的理论塔板数为593303，全塔效率为7218，进料板位置为第22快；脱轻塔理论版数为308934，全塔效率为6197，进料板位置29块。设备计算的相关的计算结果见正文结论部分。此次设计对同类装置具有参考价值，在经济合理，生产可靠的基础上，力求技术进步，从而确保有效地利用国家资源。关键词乙腈法；丁二烯；萃取精馏；PROCESSDESIGNFORBUTADIENEEXTRACTIONANDRECTIFICATIONSTUDENT，SUPERVISOR，ABSTRACTTHEREARETHREEMAINMETHODSFORTHEPRODUCTIONOFBUTADIENEINCHINATWOMETHYLAMIDE，ACETONITRILEANDNMETHYLMETHODTHEGRADUATIONDESIGNUSINGISACETONITRILEMETHOD，ONANANNUALOUTPUTOF10MILLIONTONSOFBUTADIENEPRODUCTIONDEVICEOFRECTIFYINGSECTIONCALCULATIONMODELISESTABLISHEDANDUSEDISTHEEXISTINGPROCESSANDDISTILLATIONOFTHEACTUALNUMBEROFPLATE，BYQUERYINGTHEDATAOFMATERIALBALANCE，HEATBALANCEANDTHECALCULATIONOFEQUIPMENTS，TOCOMPLETETHEPROCESSDESIGNTHEMATERIALBALANCEINCLUDESTHETEMPERATUREANDCOMPOSITIONOFTHETOPOFTHETOWER，THETEMPERATUREOFTHETOWER，REFLUXRATIO，THEORETICALPLATENUMBERANDTHECALCULATIONOFTHEEFFICIENCYOFTHETRAYTHEEQUIPMENTINCLUDESTHECALCULATIONOFTHETOWERDIAMETER，PLATESIZE，RESISTANCEANDHEIGHTCALCULATIONTHISDESIGNUSESTHEGENERALDESIGNCALCULATION，ANDFINALLYDRAWSTHEEQUIPMENTCHART，THECRAFTFLOWCHART，THEEQUIPMENTCOMPUTATIONDATASHEETRELATEDCOMPUTATIONALRESULTSARESHOWNINTHETEXTTHISDESIGNHASTHEREFERENCEVALUETOTHESIMILAREQUIPMENT，INTHEECONOMICALREASONABLE，THEPRODUCTIONRELIABLEFOUNDATION，SEEKSTHETECHNICALPROGRESS，THUSENSURESTHEEFFECTIVEUTILIZATIONOFTHENATIONALRESOURCESKEYWORDSACETONITRILEMETHOD；BUTADIENE；EXTRACTIVEDISTILLATION丁二烯萃取精馏工艺设计1前言11性质及用途丁二烯有1,2丁二烯和1,3丁二烯两种同分异构体。一般所说的丁二烯是指1,3丁二烯。常压下其沸点为44，沸点为103。丁二烯在加压条件下液化，液体丁二烯无色透明，易挥发，闪点低，属于易燃易爆物质。丁二烯微溶于水，易溶于乙醇、甲苯、乙醚、四氯化碳、氯仿、乙腈、汽油、二甲基甲酰胺、N甲基吡咯烷酮等有机溶剂1。1,3丁二烯是一种非常重要的化工基础原料。它来源于油田气、炼厂气以及烃类裂解制乙烯的副产品中的C4馏分。C4馏分的主要物质有丁二烯、顺丁烯二酸酐、聚丁烯、1,2丁二烯、仲丁醇、甲乙酮等2。丁二烯在工业上可合成顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等合成橡胶产品以及ABS树脂、尼龙等多种聚合物产品，丁二烯在精细化学品方面也有非常广泛的应用。12国内/外生产概况121国外生产概况21世纪初，随着乙烯工业的快速发展，世界丁二烯的总生产能力也随着不断增加。2000年，丁二烯的总生产能力每年仅有980万吨，2005年增加到了每年1201万吨，同比2004年增长470。北美的生产能力为每年300万吨，占世界丁二烯生产能力的25；中南美总生产能力为每年37万吨，占生产能力的3；西欧的总生产能力为每年260万吨，占生产能力的22；中东总生产能力为每年100万吨，占生产能力的9；中东生产能力每年344万吨，占总生产能力的3；亚洲生产能力为每年450万吨，占生产能力的38；其他地区生产能力约为每年59万吨，占生产能力的07。亚洲、北美及西欧地区合计生产能力约占总生产能力的86。2007年国外丁二烯的部分主要生产厂家情况见表11。石脑油是西欧的乙烯裂解装置的主要原料，副产品C4量较多，因此对于来说西欧地区的丁二烯处于供过于求的状况。在2000年以前，西欧地区的出口丁二烯大部分进入美国，在2000年以后，由于美国丁二烯的产量增加，出口到亚洲的丁二烯也同时增加。21世纪初，因为亚洲终端产品制造业的快速发展，尤其是轮胎工业的快速发展，丁二烯在亚洲的消费量快速增加，同时亚洲的供应量也快速增加。2008年丁二烯在亚洲地区的生产总量占总量的44，在世界市场占据着比较重要的地位9。表112006年国外丁二烯主要生产厂家情况（部分）生产厂家名称生产能力/（万吨/年）生产工艺美国EQUISTAR化学公司392CAN巴西INEOS公司180DMF奥地利OMV公司80DMF比利时FINAANTWERPOLEFINS公司35CAN法国壳牌化学公司80CAN德国巴斯夫公司105NMP西班牙REPSOL公司32DMF意大利MARGHERABUTADIENE公司65DMF俄罗斯TOBOLSKNEFTEKHIM石油化工公司18DMF伊朗AMIRKARIR石油化工公司26CAN日本冈山丁二烯公司13CAN韩国SK公司165DMF122国内生产概况自1972年兰州石化公司开发设计了乙腈法技术并且第二年建成我国第一套丁二烯生产装置，丁二烯的生产能力得到了巨大的发展。这些年来随着石化齐鲁石油化工公司、兰州石油化工公司、茂名石油化工公司等一些公司装置的改装扩建，并且上海赛科石油化工有限公司、惠州中海壳牌石油化工公司有3套新建生产装置。在2009年4月扬子石油化工公司扩建每年10万吨的丁二烯生产装置，丁二烯的生产能力得到了新的发展。2009年，丁二烯的生产能力达每年172万吨，生产装置集中在中国石化和中国石油两大集团，中国石化生产能力约为每年100万吨，占生产能力的60；目前，我国最大的丁二烯生产厂家是中国石油吉林石油化工公司，生产能力每年25万吨，再者是扬子石油化工公司，每年22万吨。2008年我国丁二烯部分主要生产厂家见表12。表122008年我国丁二烯主要生产厂家（部分）生产厂家名称生产能/（万吨/年）生产工艺中国石油吉林石油化工公司23ACN法中国石化扬子石油化工公司21DMF法惠州中国海油壳牌石油化工公司155ACN法中国石化北京燕山石油化工公司1351套CAN法，1套DMF法中国石油兰州石油化工公司135ACN法中国石化上海石油化工公司1101套CAN法，2套DMF法锦州石油化工公司30ACN法蓝星天津石化分公司30NMP法1996年丁二烯的产量为每年34万吨，2001年增加到了每年60万吨，1996200年增长率为1212。2003年产量为每年75万吨，2005年增加到了每年89万吨，2007年由于一些公司新建生产装置，产量增加到了每年120万吨，相比2006年增长17，2008年产量每年140万吨，同比增长约19。20032008年的增长率为1416。在我国丁二烯的生产能力还不能满足实际需求，在未来几年，国内许多生产厂家都准备新扩建丁二烯生产装置，并且主要是和乙烯装置配套。到时候丁二烯生产能力将迈上一个全新台阶3。13生产方法丁二烯的生产方法就世界范围而言先后经历了乙醇脱氢法、丁烯催化脱氢法、丁烷催化脱氢法、丁烯氧化脱氢法和乙烯副产品C4馏分分离法。世界上丁二烯主要有两种来源，第一种是从炼油厂的C4馏分中通过脱氢得到，该方法在丁烷、丁烯资源比较丰富的几个国家才会采用。第二种是在生产乙烯时的副产品混合C4中提取得到，该方法价格便宜，比较有经济优势，是世界上丁二烯的主要来源。根据提取过程中所用溶剂不同，生产方法以分为乙腈法、二甲基甲酰胺法和N甲基吡咯烷酮法。世界上有95的丁二烯是用C4馏分通过抽提生产，我国全部用C4馏分抽提法。石油烃蒸汽热裂解是产生乙烯、丙烯等的重要方法，分离乙烯、丙烯同时，分离出裂解的C4馏分，在这其中含有大量的丁二烯。由于C4馏分中各组分沸点比较相近，因此要用萃取精馏方法将丁二烯从C4馏分中分离出来。使用的溶剂不同因而有以下的方法二甲基乙酰胺法、糠醛法、二甲基甲酰胺法、N甲基吡咯烷酮法、乙腈法等。在工业中使用比较多的是乙腈法、二甲基甲酰胺法、N甲基吡咯烷酮法4。131乙腈法ACN乙腈法是由美国SHELL公司研发设计成功，在1957年在工业上成功使用，乙腈法是以含水10的乙腈为溶剂，该工艺由萃取、闪蒸、高压解吸、低压解吸和溶剂回收等单元共同组成。乙腈法对是先对含炔较高的原料经过加氢处理后，或者采用精密精馏、两段萃取精馏之后才能得到纯度较高的产品。1998年SHELL公司在改造工艺中增加了冷凝器和水洗塔，将闪蒸和低压解吸后的气体合并压缩，压缩气的8经冷凝送往水洗塔去除溶剂，塔顶的气体返回到原料蒸馏塔中，如此就除去了C4馏分中的C5馏分。其余气体中的一部分送去高压解吸塔解吸，另一部分送往萃取精馏塔塔底提供热能。水洗塔塔底溶剂的1送往溶剂回收系统回收，保证循环溶剂的量。目前，乙腈法以意大利SIR工艺为代表。意大利SIR工艺是以含水6的乙腈作为溶剂，采用5塔工艺流程，分别为氨洗塔、第一萃取精馏塔、第二萃取精馏塔、脱轻塔和脱重塔。为了除去原料中的醛酮，在第一萃取精馏塔前加一氨水洗涤塔。炔烃则是由第二萃取蒸馏塔第75块塔板处侧线采出，送往冷凝器。脱重塔塔底以及冷凝器底部物料进行合并，热能回收用于原料蒸发，可以减少经济损失。SIR工艺的丁二烯回收率可以达到9799，还可以使丁二烯与炔烃经行分离，丁二烯产品的纯度可以达到99。该技术的特点是流程比较简单，溶剂解吸过程在萃取精馏塔下段就可以完成；第一萃取精馏塔采用两点进料的方式，可以改善塔内液相浓度的分布，减少第一萃取精馏塔上段的液相负荷，从而降低能耗；乙腈法生产丁二烯的特点是1沸点低，萃取、汽提操作温度低，可以防止丁二烯自爆；2毒性微弱，在操作条件下对碳钢腐蚀性小；3丁二烯分别与正丁烷、丁二烯二聚物等形成共沸物，溶剂精制过程复杂，操作费用高；4蒸汽高压，随尾气排出的溶剂损失大；5用于溶剂回收的水洗塔较多，流程较长。132二甲基甲酰胺法DMF二甲基甲酰胺法是由日本瑞翁公司在1965年研发并在1966年在工业上实现生产，并且建成了一套每年45万吨生产装置。二甲基甲酰胺法的生产工艺主要包括四个工序第一萃取精馏、第二萃取精馏、精馏和溶剂回收。原料C4馏分经汽化后,首先进入第一萃取精馏塔进行萃取精馏，溶剂二甲基甲酰胺由在萃取精馏塔的塔顶加入。溶解度较小的丁烷与丁烯使1,3丁二烯的挥发度增大，从精馏塔塔顶馏出。丁二烯、炔烃等和溶剂则是在塔顶导出，经过第一解吸塔后被完全解吸出来，经过冷却塔并经过压缩机压缩之后，进入第二萃取精馏塔进行进一步分离。不含C4组分的溶剂在解吸塔塔底经高温采出，回收热量，用作萃取精馏的、精馏、蒸发、等工序所需的热量。为了防止乙烯基乙炔的自爆，并且进一步回收丁二烯，第二精馏塔底排出的富溶剂需要送往丁二烯的回收塔，回收塔塔顶组分为粗的丁二烯。回收塔塔顶馏出的粗丁二烯则需要返回第二萃取精馏塔前的压缩机进行压缩处理。塔底含有炔烃的溶剂需要送往第二解吸塔进行解吸处理，从解吸塔塔顶可以分出乙烯基乙炔，用作锅炉燃料。经过两段萃取精馏之后所得到的粗丁二烯，用普通精馏的方法就可以除去，在精馏塔中挥发度大的C3、水等则是在脱轻塔塔顶除去；在精馏塔中挥发度小2丁烯、1,2丁二烯、C5以及产生的少量丁二烯二聚物在脱重塔塔底除去。二甲基甲酰胺法工艺的特点是1对原料C4的适应性强、丁二烯含量下1760都可以生产出合格的丁二烯产品；2生产能力较大、成本低、工艺成熟、安全性好、节能效果好，产品、副产品的回收率高达98；3由于二甲基甲酰胺对丁二烯的溶解能力及选择性比其他溶剂高，所以循环溶剂量较小，溶剂消耗量低；4无水二甲基甲酰胺与任何比例的C4馏分互溶，因而避免了萃取塔中的分层现象；5因为沸点高，萃取塔、解吸塔的温度都比较高，比较容易引起双烯烃和炔烃的聚合反应；133N甲基吡咯烷酮法NMPN甲基吡咯烷酮法是由德国的BASF公司研究并且开发成功，该方法于1969年在工业上实现生产，并且建成了一套每年8万吨的生产装置。它的生产工艺流程主要包括四部分萃取蒸馏、脱气、蒸馏和溶剂再生。C4馏分经汽化后首先进入主洗涤塔塔底，含8水的N甲基吡咯烷酮由塔顶进入，丁二烯以及一些比较容易溶解的组分和一些丁烷、丁烯被吸收，于此同时丁烷、丁烯由塔顶排出。主洗涤塔塔底的溶剂进入精馏塔，把被溶剂吸收的丁烷、丁烯以及更易溶解的丁二烯换出来。含有乙炔、丙二烯的粗丁二烯在精馏塔的侧线采出后，然后进入后洗涤塔。后洗涤塔中，使用新的溶剂把其他组分进行溶解。含有杂质的粗丁二烯由塔顶蒸出后，然后经冷凝液化进入蒸馏塔进行蒸馏工序。蒸馏塔塔釜的富溶剂采出后返回精馏塔的中段。精馏塔塔底的富溶剂首先进入闪蒸罐中进行脱气处理，然后进入脱气塔进行脱烃处理，并控制N甲基吡咯烷酮中的水平衡，一些少量炔烃在侧线采出，剩下脱下的烃进入冷却塔后，然后进入循环压缩机，最后再回到精馏塔塔底。从后洗塔中出来含有杂质的粗丁二烯在第一蒸馏塔除去甲基乙炔，然后在第二蒸馏塔中除去1,2丁二烯、C5烃，在第二蒸馏塔塔顶可以得到丁二烯产品。汽提后的溶剂抽出总量的03进行再生处理，以免杂质的积累。N甲基吡咯烷酮法通过人们的不断的改进与改良，现在是抽提法中非常具有竞争力的技术之一。工艺过程中的两个萃取精馏塔以及二者中间的精馏塔不要安装再沸器，该阶段所需要的热量由进料、气相物料共同提供；两个萃取精馏塔塔釜物料最后合并在一起，一起加热、闪蒸、减压，之后在一个解吸塔中进行解吸操作。闪蒸罐、解吸塔出来的气体物料回到精馏塔，提供所需要的热量，可以使能耗大大降低。目前，工艺已经用有机物取代了水，使溶液循环量以及设备尺寸减少。N甲基吡咯烷酮法工艺的特点有1溶剂N甲基吡咯烷酮性能优良，腐蚀性小，毒性低，可生物降解；2原料范围比较广，同时可得到高纯的丁二烯产品，可达996998；3N甲基吡咯烷酮具有良好的选择性以及溶解能力，沸点较高，蒸汽压较低，因而运转中溶剂损失比较小；4热稳定性和化学稳定性非常好，即使发生微量水解，它的产物也没有腐蚀性，因而生产装置可以全部采用普通碳钢5。2生产工艺21生产原理因为C4原料中绝大部分组分与1,3丁二烯的沸点比较接近，相对挥发度接近1，并且有些组分有共沸物产生，如果这样采取一般的精馏方法是很难把它们分离开，所以为了得到丁二烯，就必须采用一种特殊精馏方法萃取精馏。萃取精馏的原理是指向C4原料中加入一种新的组分萃取溶剂。它可以使得原料中各组分之间的相对挥发度发生比较明显变化，因而使物料中难以分离的组分。例如顺2丁烯、反2丁烯等组分在第一萃取精馏塔分离出来，乙基乙炔、乙烯基乙炔等组分在第二萃取精馏塔分离出来。经过两段萃取精馏得到的粗丁二烯，再经过普通精馏即可以得到纯度较高产品丁二烯。普通精馏就是利用在混合物中各组分相对挥发度不同的特点，使混合物在气液两相共同存在时，混合物各组分在液相以及气相中的分配比不同，从而将混合物各组分离6。22工艺流程本设计采用的是乙腈法制取丁二烯的工艺流程。流程大致可分为以下两个部分A萃取精馏部分B洗涤净化部分前一个部分是连续进料；是以乙腈为萃取剂。原料中难溶的组分先在第一萃取精馏部分除去，易溶组分是在第二萃取精馏部分除去，沸点与丁二烯有较大差异的杂质才可以在直接精馏部分除去。221取精馏部分C4原料经储罐抽送到原料储罐V0101，原料储罐有压力调节器，使原料储罐内的压力保持一定。C4原料首先用原料泵P0101抽出并且送往一换热器E0101的壳程，在换热器内利用生产过程中的循环热量将原料全部转化为气态，在汽化过程中需要加入一定量的循环溶剂量来防止原料中化合物的聚合。然后在进入第一萃取精馏塔T0101A的塔底第一块板，溶剂乙腈在萃取精馏塔的塔顶加入，其温度和加入量分别有2个自动控制系统控制。在第一萃取精馏塔中，丁烷、丁烯馏分从萃取精馏塔T0101A的塔顶馏出，经过冷凝器E0102，冷却用循环水，然后进入到回流罐V0102中，塔顶的压力以及循环水量同样也是由自动控制系统控制。同时回流罐V0102中的物料则是一部分由回流泵P0102抽出送往萃取精馏塔T0101A的顶部，；另一部分则是送往丁烯、丁烷水洗塔T0102，目的是为了除去物料中的萃取剂乙腈，其流量同样是用自动控制系统控制。换热器E0103内部的一部分气态物料用作C4炔烯的稀释气体送至炔烃侧线塔T101B的中部第25块塔板处。而第一萃取精馏塔塔釜的物料由釜液泵P0103抽出，并且送往第二萃取精馏塔T0101B的第40块塔板。而第二萃取精馏塔塔顶的气态物料则是通过管道回到第一萃取精馏塔T0101A的塔釜。溶剂解吸塔T0102设有冷凝器V0104，然后向该冷凝器内送循环水来保障第二萃取精馏塔灵敏板的温度。解吸塔T0102从侧线采出的物料，一部分经过换热器E0109的换热后与另一部分送往炔烃侧线采出塔T0104的塔底。解吸塔T0102塔底是解吸干净后的萃取剂乙腈。由泵P0105抽出后，分别经过换热器E0303A、E0108A/B回收热量后，在由换热器E0104冷却后进入第一萃取精馏塔T0101A和炔烃萃取精馏塔T0103的塔中,各换热器都由自动控制器控制。水洗塔T0102塔顶的气相物料经泵抽取后进入炔烃的萃取精馏塔T0103的塔底，水洗塔的塔釜液则是由釜液泵P0106抽出，然后是视作溶剂解吸塔T0102的回流液，回流液回流到该塔的第20层塔板上方，并且在炔烃萃取精馏塔的第64层塔板上加入萃取剂，乙腈的加入量由自动控制器控制。塔顶气相粗丁二烯馏分由泵送往T0201A塔底，而塔T0201A的塔釜物料一部分看作回流液回到炔烃萃取精馏塔T0103的塔顶的第80层塔板，其流量是自动控制的。另外，C5类物质在炔烃萃取精馏塔的第65块塔板处侧线采出。222洗涤净化部分经过脱重塔T0201A的回流泵P0203送出的粗1，3丁二烯组分，进入到丁二烯水洗塔T0301塔底的第一块塔板的下部，与从该塔由37块塔板出进入的水进行逆流吸收传质过程，其中洗涤水是由换热器E0305而来。经过传质吸收后，夹带乙腈的粗1，3丁二烯馏分从水洗塔T0301塔顶流出，送往脱轻塔T0202的第29块塔板处。塔釜的物料靠压差送往二聚物水洗塔T0303的第25块塔板。经丁二烯萃取塔T0101A回流泵送过来的丁烯、丁烷馏分则是进入水洗塔T0302塔底的第一块板的下部，同时与由35层进入该塔的洗涤水进行逆流传质过程，洗涤水是由循环洗涤水换热器E0304而来。水洗涤完成后，丁烯和丁烷等馏分从水洗塔T0302的塔顶流出，经泵抽送到储罐。而塔釜含萃取剂的物料则是与水洗塔T0301的塔釜物料会和后进入到二聚物的洗涤塔经行洗涤除杂。在溶剂换热器E0109出口的循环溶剂抽取一部分与脱重塔T0201B塔釜物料一起，在经过残留液换热器E0204冷却过后，再与从炔烃侧线塔T0104所采出的炔烃一起送到二聚物水洗塔T0303塔底第一块板的下面，同时与在40块塔板出进入的洗涤水经行逆流传质，循环洗涤水是经过换热器E0304换热后而来。经过水洗后，二聚物等杂质在塔顶流出，塔釜物料则是进入换热器E0301换热后，然后是分别和回流罐V0201、V0102以及来自塔T0201A/B的亚硝酸钠溶液一起进入溶剂回收塔T0304的第28快板处。进入溶剂回收塔的溶剂水溶液，在经过普通精馏后，乙腈与水的混合物从塔顶馏出，其中绝大部分是作为再沸器E0206的热源，其余一小部分经过回收塔塔顶的换热器冷凝后进入到溶剂回收罐V0302，同时经过换热器E0206换热后的溶剂溶液也进入到溶剂回收罐7。23工艺流程图图21工艺流程图3基础计算31物料衡算311设计计算基础数据设计（论文）主要条件及技术参数81产量10万吨丁二烯/年；2生产方法精馏；3生产天数300天/年（7200小时）；4原料规格见表31；表31原料规格序号组分分子量精馏进料组成MOL1丙炔400622反2丁烯5604731丁烯560034顺2丁烯5639551,3丁二烯54940761,2丁二烯540337丁炔540018乙烯基乙炔520019正戊烷720516产品规格9丁二烯回收率99；脱重塔塔顶丁二烯回收率为999，塔釜顺2丁二烯回收率为918脱轻塔塔顶丙炔回收率为999，塔釜丁二烯回收率为995。7进料温度脱重塔44脱轻塔41；8操作塔压见表32；表32操作塔压脱重塔脱轻塔塔顶压力KPA400590塔釜压力KPA450630进料压力KPA4806109丁二烯物性参数见表33；表33丁二烯物性参数性质数值性质数值分子量541液体比重06247G/CM3闪点60沸点441熔点108915自燃点450气体密度248比热0434KCAL/KG爆炸范围20115折光率14293根据表31可以计算出进料的平均摩尔质量M物料的进料摩尔流率为312脱重塔塔顶、塔底组分温度计组成计算脱重塔的重关键组分为顺2丁二烯，轻关键组分为1，3丁二烯。若用LKD表示轻关键组分在塔顶的回收率；用HKW表示重关键组分在塔釜的回收率。代表轻关键组分进料组成；为重关键组分进料组成。LKFHKFF256794072130KMOL/HDLKDF14LW3589L/HKHF2670103KOHKWD由试差法求塔顶、塔釜温度及组成查得各组分安托因系数如表34各组分序号与表31相同，同以下所有表一样。M406247039564073015415KG/MOL70F256L/H249表34各组分安托因系数序号123456789A156227158177157564158171157727161039160505160100158333B185066221232213242221071214266239126221157220357247707C4407331533153615343308840343153994根据安托因公式10310IBLNPATC320IIJOJ求各组分在44下的PI0及I计算结果如表35表35各组分的PI0及I序号123456789组分丙炔反2丁烯1丁烯顺2丁烯1,3丁二烯1,2丁二烯丁炔乙烯基乙炔正戊烷PIMMHG69445430651138195128350236316723232831721528864298988IH245010811347112810819111910180349F15919712068100770310142424154308473400256700256713095由芬斯克公式33LG/LLGLLHIIHDDWW得34LG3764LG1049IIHDW将表中的IH带入34得13139480DW15计算得D115919W10；依次方法依次计算各组分的D和W如表36表36各组分D和W序号123456789D159190757100770108311124130100022070003830W0044967093112902419708472900036000218413095359129124587IIDDD369129113IIWWW脱重塔塔顶组成IIDYD塔釜组成IIX计算出各组分在塔顶和塔釜的组成如表37表37各组分的组成序号123456789Y000650003100003000340986600000100X0003690076410019900695000030001801075根据公式31和试差法计算得塔顶、塔釜温度分别为37、539。对所计算的温度经行核算1塔顶温度露点核算如果塔顶温度为露点温度，则IX1又由于0IIIPYX所以II0914263计算在误差在允许范围内，计算塔顶温度准确。2塔釜温度泡点核算如果塔釜温度为泡点温度，则IY1又由于0IIIPXY所以II094651计算在误差在允许范围内，计算塔釜温度准确。313脱轻塔塔顶、塔底组分温度计组成计算脱轻塔的进料组成和流率就是脱重塔的塔顶组成和流率如下表38所示表38脱轻塔进料组成及流率序号123456789组成00065000310000300034098660000010000020流率15919075710077083112413020002210003830根据安托因公式31求各组分在41下的PI0及I，计算结果见表39表39脱轻塔在41下的PI0及I序号123456789PIMMHG6944543065113819512835023631672323231721528864298988IH191208441052078110000640087307950273在脱轻塔中，塔顶轻关键组分为丙炔，塔底重关键组分为1，3丁二烯，由轻、重组分流率和回收率得245879065182KMOL/HLKD390W4L/HK24587061526KOHD根据公式33得LG1LG9IIHW将1H带入上式得13139480D又由于15W得D115904W10001；依次计算各组分的D与W，结果见表310表310脱轻塔各组分D与W序号123456789D159040000200010120650000W0001507569007608311240095000221000380379129127816IIDDD3891291402IIWWW脱轻塔塔顶组成IIDYD塔釜组成IIX计算出各组分在塔顶和塔釜的组成如表311表311脱轻塔各组分序号123456789Y056840000050000360000010431170000X0000313000031000343099300000090000020根据公式31和试差法计算得塔顶、塔釜温度分别为391、5325。对所计算的温度经行核算1塔顶温度露点核算如果塔顶温度为露点温度，则IX1又由于0IIIPYX所以II0983641计算在误差在允许范围内，计算塔顶温度准确。2塔釜温度泡点核算如果塔釜温度为泡点温度，则IY1又由于0IIIPXY所以II016371计算在误差在允许范围内，计算塔釜温度准确。314计算回流比R、最小回流比RM及理论塔板数1脱重塔计算1由于脱重塔是气相进料，所以Q0利用思特伍德法求回流比391IDIMXR3101IFIQ由310式得311IFIX经试差得当10118时，1097IFIX由39得RM144029即RM340292用芬斯克公式求NM312LG/1LHDW带入数据求得NM137639NM366393回流比R计算由QLUJI公式05LG182LKLKHLDWFX13641067LKY055182761508RXM150810834293M4求理论版数N由GILLILAND回归公式得/50/5102813MXR05482791402743/87YXX/1369/10387YNMN理理理理N理5930035求精馏段N理、利用芬斯克公式54LG10958LHKLMYFN/3715901594219NNN理理理进理理块2脱轻塔计算脱轻塔进料温度与泡点温度的平均值为532541/247125查出对应温度的为PCCR、C30564218由公式313SFCCPTQR计算得30564712510428Q1用思特伍德法求回流比3141IDIMXR3151IFIQ由315式得3151IFIX经试差法得19114由314式带入数据计算得RM882122用芬斯克公式求NM316LG/1LHDW带入数据就算得NM118712NM177123回流比R计算由QLUJI公式05LG298LKLKHLDWFX1810647LKY6552987516RXM32913291329814M4求理论版数N由GILLILAND回归公式得/158421/58140236MXR05482794073/07YXX/11241NN理理理理N理3089345求精馏段MN理、利用芬斯克公式15LG81209LHKLMYFN/47132918329164MNN理理理进理理315计算实际进料位置及塔板效率1脱重塔根据实际塔板数N实78塔板效率为05931072878E实际进料位置059/N进2脱轻塔根据实际塔板数N实50塔板效率为03894106795E实际进料位置0764/2N进32热量衡算321基础数据查得各组分的CP与C值，其中CP是为该处温度与基准温度的平均值，基准温度0；C是该温度下的值11。分别如表312与313。表312各组分不同温度下的CP序号CP1234567892214409207822030618803192061900011933117393284361851430220589200961860319017188351910717279281382651455620633210011907319462192241954917576288391955223043208934579297402945225749266314567206352104219094194821