年产5.5万吨丁二烯工艺设计毕业设计.doc
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年产5.5万吨丁二烯工艺设计
第一篇设计说明书
第1章绪论
1.1工业生产状况
目前国内工厂生产丁二烯的方法主要有三种。
乙腈法、二甲基甲酰胺法和NMP法。
吉林化学工业公司有机合成厂丁二烯车间是采用乙腈法生产丁二烯的,其生产能力为14万吨/年,产品质量均已达国家一级品标准。
1.2丁二烯的用途
丁二烯是一种重要的石油化工基础有机原料和合成橡胶单体,在石油化工烯烃原料中的地位仅次于乙烯和丙烯。
主要用于合成顺丁橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂等多种橡胶产品,此外还可用于生产己二腈、己二胺、尼龙66、1,4-丁二醇等有机化工产品以及用作粘接剂、汽油添加剂等,用途十分广泛。
1.3本设计的指导思想
本设计以吉化公司有机合成厂丁二烯车间为基础,以理论为依据。
对本装置精馏工段,其不合理的地方进行改造,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金资源。
第2章吉林市自然条件和原料状况
2.1吉林市自然条件
本设计平均气压:
745.66mmHg、最高气温:
36.6℃、最低气温:
-38.1℃、平均相对温度:
71%、最大冻土深度:
17.4×10cm、最大雪深度:
420mm、平均风速:
2.7m/s、松花江水温:
15.0℃、最高水温:
25.5℃。
2.2原料状况
制取丁二烯,先后经历了酒精接触分解、丁烯氧化脱氢和蒸汽裂解制乙烯联产碳四抽提分离等三个发展时期。
酒精法由于工艺落后,80年代初即已淘汰;丁烯氧化脱氢法也由于受原料制约,多数已改产。
目前世界上制取丁二烯主要有两种途径,一种是从炼油厂C4馏分脱氢得到,该方法目前只在一些丁烷、丁烯资源丰富的少数几个国家采用;另外一种是从乙烯裂解装置副产的混合C4馏分中抽提得到,该方法价格低廉,经济上占优势,是目前世界上丁二烯的主要来源。
2.3原料、辅助物料、成品的主要技术特性
2.3.1原料规格
表2-1原料规格
序号
组分
精馏进料组分%(mol)
1
丙炔
0.62
2
反-2-丁烯
0.47
3
1-丁烯
0.03
4
顺-2-丁烯
3.95
5
1,3-丁二烯
94.07
6
1,2-丁二烯
0.33
7
丁炔
0.01
8
乙烯基乙炔
0.01
9
正戊烷
0.51
合计
—
100
2.3.2工艺条件
进料温度
脱重塔:
T=44℃脱轻塔:
T=41℃
表2-2脱重塔与脱轻塔塔压
脱重塔
脱轻塔
塔顶压力(kPa)
400
590
塔釜压力(kPa)
480
630
进料压力(kPa)
480
610
2.3.2丁二烯的性质
(1)性质
分子量:
54.1;液体比重:
0.6247g/cm3;闪点:
-60℃;沸点:
-4.41℃;熔点:
-108.915℃;自燃点:
450℃;气体密度:
2.48;比热:
0.434kcal/kg;爆炸范围(空气中体积百分比):
2.0-11.5;折光率:
1.4293;
(2)危害性
丁二烯在常温下与空气接触时,能生成有剧烈爆炸危险的过氧化物,按标准分类为第2.1级,属有毒、易燃易爆液化气体。
2.4产品质量
2.4.1产品主要质量指标及执行的标准、分析方法:
表2-3产品主要控制指标及执行标准、分析方法
序号
控制项目
单位
指标
执行的标准
分析方法
1
外观
无色透明、无杂质
工厂标准
JISK-1534
2
1,3-丁二烯
%
≥99.0
工厂标准
C-1112
3
总炔烃
ppm
≤150
工厂标准
C-1117
4
单项炔烃
ppm
≤120
工厂标准
C-1118T
5
TBC
ppm
25-100
工厂标准
JISTT-1534
6
乙腈
ppm
≤10
工厂标准
C-1124
2.4.2副产品主要质量指标及执行的标准、分析方法:
表2-4副产品主要质量指标及执行的标准、分析方法
序号
名称
规格
每吨产品产量t/t
执行的标准
分析方法
1
抽余碳四
丁二烯≤0.5%
1.0585
工厂标准
色谱
2
液体燃料
丁二烯≤18%
0.0514
工厂标准
色谱
2.5工艺流程
萃取精馏:
碳4原料由碳4原料泵抽出,然后进入丁二烯萃取精馏塔T-0101A。
萃取剂乙腈加入T-0101A,丁烷、丁烯馏分自T-0101A塔顶馏出。
T-0101A塔釜液由塔釜泵抽出,送至丁二烯萃取精馏塔T-0101B塔。
T-0101B塔顶气相物料返回T-0101A塔釜。
溶剂解吸塔T-0102a设有以蒸汽为热源的重沸器给塔供热,以保证釜温,T-0102a塔侧线抽出的物料,送至炔烃侧线塔T-0103塔底。
T-0102a塔底为解吸干净的乙腈,由溶剂解吸塔釜液泵抽出,再作为萃取溶剂进入T-0101A/B和T-0102A/B塔中。
炔烃萃取精馏塔T-0103塔底接受来自溶剂解吸塔T-0102A顶的气相物料,其塔釜液抽出,作为溶剂解吸塔T-0102a回流液进入该塔塔顶,在T-0103塔加入溶剂乙腈,塔顶气相丁二烯馏分,C4的炔烃换热后一部分回流到T-0103,另一部分焚烧掉。
精馏过程:
由T-0102B塔顶来的气相粗丁二烯进入脱重组分塔T-0201a的塔釜,经脱重组分塔回流泵抽出,一部分作为T-0201A回流进入该塔,另一部分采出去丁二烯水洗塔T-0301。
塔釜液经脱重组分塔釜液泵抽出,一部分作为T-0103塔的回流进入T-0102b塔顶,其余部分进入T-0201b塔。
脱重组分塔设有循环溶剂为热源的中间再沸器E-0202,塔釜设有以热水为热源的再沸器,以保证釜温,T-0201b塔顶气相全部进入T-0201a塔的塔釜,而塔釜重组分抽出,经残夜冷却器用循环水冷却后,送往二聚物水洗塔T-0303。
从T-0301塔顶来的以除去夹带乙腈的粗丁二烯直接进入脱轻组分塔T-0202,粗丁二烯中的丙炔的C3轻组份在T-0202中被全部脱除。
塔顶馏出物经脱轻组分塔冷凝器用循环水冷凝后,进入脱轻组分塔回流罐V-0202,再由脱轻组分塔回流泵抽出,作为回流返回T-0202塔,V-0202的气相部分排入火炬系统。
塔釜产品丁二烯由E0203冷凝后进入V-0203再由P-0204a/b送到201罐。
2.6三废处理及防火防暴
2.6.1三废处理
表2-5三废处理一览表
序号
排放物质名称
允许排放范围
排放物质的危害性
排放量(吨)
每小时每天
处理方法
备注
1
含乙腈污水
ACN≤75ppm
易使COD超标
4-8
72-192
排化污管网
连续排放
2
泵用冷却水及设备清洗水
水、油
PH、COD
4
48
排化污管网
连续排放
3
脱轻塔尾气
碳三、丁二烯
易燃易爆
12.2Nm3/h
排放火炬
不定期排放
4
溶剂回收塔尾气
碳四重组分
易燃易爆
不确定
排放火炬
不定期排放
2.6.2防火防暴
甲级防火,Q-2级防暴。
2.7车间定员
表2-6车间定员一览表
人员名称
班数
每班人数
总数
生产工人
4
2
8
巡回工人
4
1
4
班长
4
1
4
值班长
4
1
4
分析工
4
2
8
电工
2
2
4
钳工
2
3
6
仪表工
2
6
12
共计
50
2.8原料,产品,副产品规格
表2-1原料规格
序号
组分
精馏进料组分%(mol)
1
丙炔
0.62
2
反-2-丁烯
0.47
3
1-丁烯
0.03
4
顺-2-丁烯
3.95
5
1,3-丁二烯
94.07
6
1,2-丁二烯
0.33
7
丁炔
0.01
8
乙烯基乙炔
0.01
9
正戊烷
0.51
合计
100
表2-2产品主要质量指标及执行的标准、分析方法
序号
控制项目
单位
指标
执行的标准
分析方法
1
外观
无色透明、无杂质
工厂标准
JISK-1534
2
1,3-丁二烯
%
≥99.0
工厂标准
C-1112
3
总炔烃
ppm
≤150
工厂标准
C-1117
4
单项炔烃
ppm
≤120
工厂标准
C-1118T
5
TBC
ppm
25-100
工厂标准
JISTT-1534
6
乙腈
ppm
≤10
工厂标准
C-1124
表2-3副产品主要质量指标及执行的标准、分析方法:
序号
名称
规格
每吨产品产量t/t
执行的标准
分析方法
1
抽余碳四
丁二烯≤0.5%
1.0585
工厂标准
色谱
2
液体燃料
丁二烯≤18%
0.0514
工厂标准
色谱
表2-4分析项目一览表
序号
分析项目
取样地点
控制指标
分析次数
1
T-201A塔顶
P-203a/b出口
C4≤120ppm
C4≧99%
顺C4≦0.35%
2次/班
4次/班
2
T-201塔釜
P-201a/b出口
1,3-C4≧87%
顺C4≦15%
2次/班
3
T-201B塔釜
P-205a/b出口
1,3-C4≦5%
4次/班
4
T-201A塔釜
NaNO2溶液
P-202a/b出口
ACN≦500ppm
NaNO21~2%
1次/日
5
T-201B塔釜
NaNO2溶液
P-204a/b出口
ACN≦1000ppm
NaNO21~2%
1次/日
6
T-202塔顶
FRC-224阀组
C335~55%
4次/班
7
T-202塔釜
FRC-220-02阀组
C3≦10ppm
4次/班
8
V-207
倒淋
NaNO21~2%
1次/罐
9
V-209
罐内
TBC20~30%
1次/罐
10
V-203a/b
罐上
成品标准
1次/罐
11
V-201分层水
LICA-213-02阀组
ACN≦1%
1次/周
12
V-204罐
P-210a/b出口
1,3-C4≧85%
ST≦0.8%
二聚物≦0.3%
1次/班
13
V-205罐
P-211a/b出口
ST≦0.1%
4次/班
14
V-203釜
LIC-203阀组
1,3-C4≦47%
4次/班
表2-5测量及控制仪表一览表
项目
位号
工艺参数
仪表编号
正常值
调节阀形式
调节阀作用
备注
T-201A
塔顶压力
塔顶温度
塔釜温度
R-201入口温度
塔釜液面
塔釜界面
R-201液面
R-201界面
回流液
再生溶剂量
塔顶采取量
PRCA-213
TR-401-06
TI-402-20
TI-402-21
LICA-212-01
LICA-212-02
LICA-213-02
LIC-213-02
FRC-213
FRC-214
FRC-215
300kPa
40~70%
40~70%
50~70%
气关阀
气开阀
气开阀
气开阀
气关阀
气开阀
气开阀
反作用
正作用
正作用
正作用
正作用
正作用
反作用
反作用
T-201B
塔顶温度
塔釜温度
20板温度
H-202乙腈出口温度
H-109乙腈出口温度
H-202物料进口温度
H-202物料出口温度
H-203物料进口温度
H-203物料出口温度
H-203热水出口温度
H-204物料出口温度
塔釜液面
塔釜界面
第10板进料量
塔釜采出量
H-203热水量
TI-402-22
TR-401-07
TRCA-210
TIC-214-01
TRC-214-02
TI-402-23
TI-402-024
TI-402-25
TI-402-26
TI-402-27
TI-402-28
LICA-210-01
LICA-210-02
FR-210-01
FRC-210-02
FRC-210-03
40.8℃
56.7℃
40~70%
40~70%
气关阀
气关阀
气开阀
气开阀
气关阀
正作用
反作用
反作用
正作用
正作用
反作用
正作用
与FRC-210-02串级
与FRC-201-03串级
T-202
塔顶压力
塔顶温度
塔釜温度
进料温度
第36板温度
第24板温度
H-207物料出口温度
H-207热水出口温度
H-206物料出口温度
H-206乙腈进口温度
H-206乙腈出口温度
V-202入口温度
H-208出口温度
塔釜液面
V-202液面
V-202界面
V-203a/b液面
H-207热水量
塔釜采去量
回流量
V-202气相排放量
丁二烯成品累积量
PRCA-223
TRCA-223
TR-401-08
TI-402-29
TI-402-30
TI-402-31
TI-402-32
TI-402-33
TI-402-34
TI-402-35
TI-402-36
TI-402-37
TI-402-38
LICA-200
LICA-223-01
LIC-223-02
LIA-224-0102
FRC-220-01
FRC-220-02
FRC-223
FRC-224
FQ-414
487kPa
41.2℃
52.8℃
气关阀
气开阀
气关阀
气开阀
气关阀
气关阀
反作用
反作用
正作用
正作用
正作用
正作用
反作用
正作用
反作用
与FRC-220-03串级
T-203
塔顶压力
塔釜压力
V-204压力
塔顶温度
塔釜温度
进料温度
第31板温度
第11板温度
H-211a/b物料出口温度
塔釜液面
V-204液面
V-205液面
V-206液面
进料量
回流量
塔顶采出量
H-211a/b热水量
PRC-223
PI-230
PIC-234
TR-401-09
TR-401-10
TR-402-46
TI-402-47
TI-402-48
TI-402-49/50
LI-230
LIA-231
LIC-233
LIA-234
FRC-231
FRC-233
FRC-235
FRC-230
343kPa
52℃
40~70%
0.45t/h
0.62t/h
气关阀
气开阀
气开阀
气开阀
气关阀
气开阀
气关阀
反作用
反作用
正作用
正作用
反作用
正作用
反作用
正作用
就地调节
与FRC-235串级
第二篇计算部分
第三章物料衡算
3.1设计计算基础数据
设计(论文)主要条件及技术参数
1、产量:
9万吨丁二烯/年
2、生产方法:
精馏
3、生产天数:
300天/年(7200小时)
4、原料规格:
表3-1原料规格
序号
组分
分子量
精馏进料组成%(mol)
1
丙炔
40
0.62
2
反-2-丁烯
56
0.47
3
1-丁烯
56
0.03
4
顺-2-丁烯
56
3.95
5
1,3-丁二烯
54
94.07
6
1,2-丁二烯
54
0.33
7
丁炔
54
0.01
8
乙烯基乙炔
52
0.01
9
正戊烷
72
0.51
合计
100
5、各塔产品回收率
T0201(脱重组分塔):
塔顶产品中1,3-丁二烯收率:
99.9%,
塔釜产品中顺-2-丁烯收率:
91.8%;
T0202(脱轻组分塔):
塔顶产品中丙炔收率:
99.9%,
塔釜产品中1,3-丁二烯收率:
99.5%。
6、操作压力:
表3-2操作压力
项目
T0201
T0202
塔顶(kPa)
400kpa
590kpa
塔底(kPa)
480kpa
630kpa
进料(kPa)
480kpa
610kpa
设计基础数据
表3-3各组分的相对分子质量
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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
相对分子质量(kg/kmol)
40
56
56
56
54
54
54
52
72
郭天民等.多元汽-液平衡和精馏[M].北京:
化学工业出版社,1983,593-631
表3-4各组分的物性数据
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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
cp(30)
22.877
32.757
35.701
30.444
30.396
29.156
28.155
26.02
41.105
cp(40)
23.438
33.454
36.979
31.169
31.073
27.046
28.425
26.333
41.912
cp(50)
24.039
34.206
38.534
31.94
31.845
30.454
28.73
26.702
42.762
cp(60)
24.96
35.031
40.551
32.769
32.729
31.373
29.076
27.14
43.668
rc(30)
4482
5009
4732
5199
4891
5517
6333
5531
6246
rc(40)
4296
4844
4575
5039
4737
5357
6206
5391
6103
rc(50)
4097
4669
4409
4869
4573
5187
6072
5242
5954
rc(60)
3881
4483
4232
4689
4399
5088
5930
5085
5798
ρ(30)
0.5988
0.592
0.5825
0.6109
0.6083
0.6399
0.6806
0.6744
0.616
ρ(40)
0.5833
0.5795
0.5694
0.5984
0.5951
0.6273
0.6703
0.6615
0.6055
ρ(50)
0.567
0.5664
0.5557
0.5855
0.5813
0.6143
0.6598
0.6487
0.5948
ρ(60)
0.5497
0.5526
0.5414
0.572
0.5668
0.6009
0.649
0.6354
0.5837
μ(30)
0.148
0.195
0.144
0.225
0.141
0.145
0.231
0.215
μ(40)
0.13
0.183
0.135
0.212
0.131
0.135
0.217
0.199
μ(50)
0.118
0.172
0.123
0.201
0.132
0.126
0.204
0.184
μ(60)
0.10
0.124
0.112
0.13
0.121
0.119
0.193
0.172
σ(30)
10.77
12.39
11.62
13.2
12.33
15.3
19.44
15.56
14.92
σ(40)
9.482
11.22
10.43
12.02
11.11
14.62
18.16
14.32
13.85
σ(50)
8.222
10.06
9.265
10.833
9.911
12.72
16.90
13.10
12.80
σ(60)
6.993
8.928
8.124
9.668
8.736
11.44
15.66
11.89
11.76
注:
1克分子=1mol,1kcal/(kmol·℃)=4.1868kJ/(kmol·℃)。
卢焕章等.石油化工基础数据手册[M].北京:
化学工业出版社,1982,307-323
3.2物料计算
3.2.1已知条件
本设计的物系中:
丁炔制取二丁炔。
表3-6各组分序号
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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
Ⅰ代表脱重组分塔,Ⅱ代表脱轻组分塔。
由表3-1和表3-3得:
原料的平均摩尔质量:
根据设计条件得:
3.2.2计算脱重组分塔塔顶、塔釜温度及组成
对于脱重组分塔(Ⅰ):
请关键组成1,3-丁二烯(LK),重关键组成顺-2-丁烯(HK)计算
若表示轻关键组成在溜出夜中的回收率。
表示重关键组成在溜出夜中的回收率。
用EXCEL试差法求塔顶塔釜的温度及组成
有安托因公式求各温度下pi0,lnpi0=A-B/(T+C),αij=pi0/pj0
求得塔顶温度370c,塔釜温度55.70c。
脱重塔塔顶塔底温度计算
安托因
1
2
3
4
5
A
6.78485
6.86952
6.8429
6.86926
6.84999
B
803.73
960.8
926.1
960.1
9
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