年产10万吨乙腈法生产丁二烯的工艺设计

年产10万吨乙腈法生产丁二烯的工艺设计摘要丁二烯是碳四馏分中最重要的组分。它是石油化工的基本原料之一，在石油化工烯烃原料中的地位仅次于乙烯和丙烯，主要用于合成橡胶（如丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶）的生产，也用于合成树脂（如ABS树脂、SBS树脂、BS树脂、MBS树脂）和合成其它有机化工产品。此外，还可用于生产1,4-丁二醇、己二腈、环丁砜、蒽醌等重要化合物。随着全球化工行业的发展，国内丁二烯生产技术得到不断优化，而丁二烯的加工利用水平也是整个石油化工发展水平的一个重要标志。目前，国内工业生产丁二烯的主要方法有：乙腈法、二甲基甲酰胺法和NMP法。本设计内容是年产10万吨丁二烯精馏工艺的设计，采用了萃取精馏的方法，对装置筛板塔的精馏工段建立计算模型，将所学知识与实际情况紧密结合了起来，在经济合理、生产安全的基础上，尽力做到技术进步，从而有效的利用国家资源。关键词:丁二烯；乙腈法；精馏Processdesignfortheproductionofbutadienefromacetonitrilewithanannualcapacityof100,000tonsAbstractButadieneisthemostimportantcomponentofthecarbontetrafraction.Itisoneofthebasicrawmaterialsofpetrochemicals,secondonlytoethyleneandpropyleneinthepetrochemicalolefinrawmaterials,mainlyusedintheproductionofsyntheticrubber(suchasstyrenebutadienerubber,nitrilerubber,neoprenerubber),alsousedinsyntheticresins(suchasABSresin,SBSresin,BSresin,MBSresin)andthesynthesisofotherorganicchemicalproducts.Inaddition,itisalsousedtoproduceimportantcompoundssuchas1,4-butanediol,dicyanogen,sulfoxideandanthraquinone.Withthedevelopmentoftheglobalchemicalindustry,thedomesticproductiontechnologyofbutadienehasbeenoptimizedandthelevelofprocessingandutilizationofbutadieneisanimportantindicatorofthelevelofdevelopmentoftheentirepetrochemicalindustry.Atpresent,themainmethodsfortheindustrialproductionofbutadieneinChinaare:acetonitrile,dimethylformamideandNMP.Thedesigncoversthedesignofadistillationprocessforbutadienewithanannualproductioncapacityof100,000tons.Themethodofextractivedistillationisusedtomodelthecalculationofthedistillationsectionofthesieveplatecolumnoftheplant,whichcloselycombinestheknowledgeacquiredwiththeactualsituation,andmakeseveryefforttoachievetechnologicalprogressonthebasisofeconomicrationalityandproductionsafety,thusmakingeffectiveuseofnationalresources.Keywords:Butadiene;Acetonitrile;Distillation.目录1.绪论 .绪论1.1丁二烯的用途丁二烯是一种重要的石油化工原料，不但可以用于生产合成橡胶(丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、)的主要原料，还可作为合成树脂（如MBS树脂、ABS树脂、BS树脂、SBS树脂、）以及其它有机化工产品的合成[1]。另外，它还可用于生产1,4-丁二醇、己二腈、环丁砜、蒽醌等重要的化合物，应用范围很广[1]。1.2国内外工业生产现状1.2.1国内工业生产现状近年来，由于乙烯原料不断向轻质化方向发展、以及国内合成橡胶生产规模的迅速扩大，使得国内丁二烯出现了供不应求的局面，以至于丁二烯的价格急剧上升。在这一背景下，丁二烯产能快速扩张，而乙烯装置副产C4抽提的方法是生产丁二烯最为经济[2]。碳四组分溶剂抽提法生产工艺主要有三种类型：乙腈法(ACN)、二甲基甲酰胺法(DMF)法和NMP法[2]。这三种工艺的原理及流程基本一致,即将碳四馏分与溶剂进行萃取，将丁烯、丁烷等难溶性成分从塔顶部分离出来，然后采用蒸馏的方式将萃取液中的萃取溶剂分离出来，最终将甲基乙炔等杂质分离出来，从而获得丁二烯产品。在国内，丁二烯主要来源于乙烯裂解过程中产生的碳四，约为91%，其他的主要来源于丁烯的氧化脱氢。而生产装置则以中国石化、中国石油为主体，中国石化拥有2120吨/年（包括合资）的产能，约占总产能的52.62%；中国石油拥有975吨/年的石油产能，约占总产能的24.20%；其他当地公司的产能为934吨/年，在总产能中所占比例为23.18%[2]。1.2.2国外工业生产现状目前，世界上丁二烯的贸易以在亚洲、北美、西欧为主导。但由亚洲和中东乙烯产业的迅速发展，今后中东地区在全球丁二烯贸易中所占比重将逐渐增加，亚洲将由纯进口转变成为纯出口[2]。日本合成橡胶公司引进了ACN工艺之后，利用流程一体化技术和复杂塔技术，将ACN工艺的节能优点凸显出来，从而在丁二烯生产中占据了一席之地[2]。1.3本设计的指导思想本设计以乙腈法理论为依据，以国内某公司有机合成丁二烯生产车间为基础。对装置中的蒸馏部分进行了模拟计算，并对整个蒸馏过程进行了经济分析、环境评估和安全预评价[1]。1.4设计依据（1）设计任务书。（2）新乡市税收、建设等有关法令、法规、政策、规定。1.5主要原料的技术规格及来源本设计中所涉及到的主要原料为碳四馏分和乙腈溶液，碳四馏分来源于茂名石油化工有限公司，乙腈溶液来源于济南世纪通达化工有限公司。1.6厂址概况本设计的厂址位于新乡市工业园区内，具有如下优势：（1）有足够的原材料，可节省原材料的运输费用；（2）交通便捷，拥有良好的交通基础设施；（3）有足够的水和动力，能保证工程所需要的工程用水；（4）电力供应充足，能够保证生产用电的需要；（5）具有良好的政策环境，能够获得政府的有力支持[3]。1.7厂区人员配置该公司车间定员75人，并实行四班三倒连续生产，如表1.1所示。表1.1车间人员配置职位数量操作工人分析工人包装工人机修工人主任副主任工艺技术员设备技术员安全技术员成品核算员总计3612128121111752.生产方法与工艺流程2.1生产工艺综述及选择乙腈（ACN）法目前，ACN法是生产丁二烯的主要方法，以碳四馏分为原料，乙腈作为溶剂。乙腈溶液化学稳定性好，腐蚀性小，是一种优良的溶剂。因此，生产装置中的大部分设备可以用碳材料制造。工艺过程主要分为两个工段，分别是萃取精馏工段和丁二烯精制工段[4]。该方法工艺简单，萃取过程中操作温度较低，而操作温度低可以防止丁二烯的自聚，操作过程中不需要用到压缩机，同时乙腈溶液的粘度较低，塔板效率较高，可以有效地减少成本，但是乙腈溶液的沸点低，容易造成损失，并且工艺流程中需要较多的水洗工艺[4]。该抽提工艺一直在不断地改进和提高，降低能耗，且可以适用于不同的碳四馏分。二甲基甲酰胺法(DMF)法DMF法最早是由日本瑞翁公司研发的。这种方法是以碳四馏分为原料，二甲基甲酰胺为溶剂。DMF有一定的毒性，不易与碳四形成共沸物，是一种优良的溶剂。其生产过程与ACN法相同，但必须使用压缩机，而压缩机的投入使用，大大提高了抽提工艺的能耗。DMF抽提工艺具有较高的选择性起分离效果较好。因为溶剂具有毒性，所以该方法会腐蚀设备[4]。虽然其操作温度较高，但效果好，使用周期长。另外，该工艺需要的设备较多，同比之下占地面积大，而且对操作要求较高，达不到操作要求会不利于分离，增加能耗。N-甲基吡咯烷酮（NMP）法NMP法最早是由德国BASM公司研发的，于1968年工业化。该方法以碳四馏分为原料，NMP为溶剂。NMP的溶解能力较好，而且选择性较高。除此之外，它的稳定性好，并且对设备无腐蚀，对人体无毒无伤害[4]。该工艺流程简单，生产操作弹性大，需要使用压缩机，具有较大的能耗，不会对设备产生腐蚀塔板效率较低，对环境保护具有突出的优越性。所需设备较少，占地面积小。综上所述，三种抽提工艺的分离原理基本相同，但由于三种溶剂的基本物性不同，在流程和设备应用上有所差别，工艺流程又有各自的优缺点[4]。不过，相比之下，ACN抽提工艺在能耗，流程难易程度，安全环保和经济方面具有更大的优势[1]。本设计采用ACN抽提工艺生产丁二烯。2.2工艺流程简述ACN工艺流程主要分为两个工段，萃取精馏工段和丁二烯精制工段。如图2-1所示，B1,B2和B3为工艺流程中的萃取精馏工段，B1是第一萃取精馏塔，B2是第二萃取精馏塔，B3是闪蒸塔,进料物流1碳四馏分和进料物流2乙腈溶剂分别B1萃取段下部和上部进料，碳四馏分经抽提后，比丁二烯轻的物流3丁烷、丁烯等组分从B1塔顶采出，其余组分及乙腈溶剂为物流4从B1的塔底抽出进入B2。在B2中，物流6较轻组分粗丁二烯产品从B2塔顶获得，物流7比丁二烯重的乙烯基乙炔等炔烃组分则从B2下部侧线采出进入B3进行脱除，物流9乙腈溶剂从B2塔底回收，经调配后循环可回到B1。萃取精馏工段获得的粗丁二烯产品即物流6中除丁二烯外，主要还包括丙炔等比丁二烯轻的组分及顺-2-丁烯和碳五等比丁二烯重的组分。此时就需要对粗丁二烯产品进行精制。B4和B5为丁二烯精制工段，B4是脱重塔，B5是脱轻塔。将萃取精馏工段输送而来的粗丁二烯产品即物流6输入B4，B4塔顶采出除去碳五等重组分的丙炔、丁二烯等组分即物流11进入B5进一步分离，而物流12顺-2-丁烯和碳五等比丁二烯重的组分在B4塔釜脱除。物流11进入B5后，B5塔顶获得物流13丙炔等轻组分，而B5塔釜则获得物流14丁二烯产品。图2-1ACN法生产丁二烯的工艺流程模拟图2.3工艺流程的优化对工艺流程优化设计中，选用AspenPlus软件进行模拟运算[5]。DSTWU模块DSTWU模块是用于简捷精馏塔的计算，输入组分后确定物性方法，绘制出工艺流程，再输入进料组成、进料温度、塔压等，然后规定轻、重关键组分的回收率，该模块会估算出最小理论板数、最小回流比、进料位置、冷凝器和再沸器的负荷、塔顶和塔底温度[5]。RadFrac模块RadFrac模块是严格模型模拟计算，常用于常规的两相和三相蒸馏体系，可以用于模拟所有类型的精馏操作，如精馏、吸收、萃取、汽提和共沸精馏，还可用于设计和核算板式塔、填料塔以及二者组合流程[5]。可以根据自己的需求对设计规定、侧线出料、冷凝器和再沸器的热负荷、填料性质、等进行规定。2.3.1萃取精馏工艺的优化第一萃取塔B1和第二萃取塔B2是丁二烯的萃取精馏工段一般流程中该工段所需板数较高，热负荷较大，优化后，降低了能耗，节省了由此引起的经济损失。一萃塔塔顶丙烷的收率为81.3%，塔釜丁二烯的收率为99.3%，再沸器负荷13059.9kW/h,冷凝器负荷371.27kW/h,由DSTWU模块中回流比与理论板数的关系曲线中取曲线快速下降到缓慢下降的转折点所对应的塔板数，可得出理论塔板数取174最为合适[3]。根据再沸器和冷凝器的能耗情况对进料板进行优化，得出总能耗最小时的进料位置是84，再使用RadFrac模块进行更准确的优化。优化后增加了24块塔板，优化前后结果对比如表2.1所示，再沸器和冷凝器的负荷均减少了，优化效果较为明显[3]。二萃塔塔顶丁二烯的收率为99.9%，塔釜乙腈的收率99.66为%，再沸器负荷12485.85kW/h,冷凝器负荷4680kW/h,由DSTWU模块中回流比与理论板数的关系曲线中取曲线快速下降到缓慢下降的转折点所对应的塔板数，可得出理论塔板数取136最为合适[3]。根据再沸器和冷凝器的能耗情况对进料板进行优化，得出总能耗最小时的进料位置是46，再使用RadFrac模块进行更准确的优化。优化后减少了14块塔板，优化前后结果对比如表2.1所示，再沸器和冷凝器的负荷均减少了，优化效果较为明显[3]。表2.1萃取段优化前后结果对比塔名优化前后塔板数回流比再沸器热负荷kW/h冷凝器热负荷kW/h一萃塔二萃塔优化前优化后优化前优化后15017415013612.1110.682.313059.9212783.712485.8516160.6-371.27-282.96-4680-2938.532.3.2水洗处理工艺的优化由于ACN的沸点较低，生产之后的丁二烯不可避免混少量的ACN杂质，ACN杂质无色透明，易发生加成反应，会影响丁二烯产品浓度。为了除去丁二烯中含有的少量CAN杂质,需要采用水洗处理工艺。通常情况下，国内工艺都是将二萃塔B2的产物进行水洗除去ACN，但丁二烯水洗塔用水量过大，能量损耗也过大。所以，为了减少能耗，节约利用水资源非常重要[6]。而丁二烯脱重塔可以将那些比丁二烯与那些比丁二烯重的组分分离开,主要是顺-2-丁烯，反-2-丁烯和C5等。因为ACN比丁二烯的质量大，在脱重塔脱重时，大部分ACN都会和丁二烯分离开，所以工艺流程中把脱重塔放在第二萃取塔后，这样就可以减少能耗，节约利用水资源，并除去大量ACN杂质，提高丁二烯产品浓度。2.3.3精制处理工艺的优化脱重塔B4和脱轻塔B5是丁二烯的精制部分，在一般工艺流程中都是先脱轻后脱重，但优化后本设计采用先脱轻后脱重的方法[7]。脱重塔塔顶丁二烯的收率为99.99%，塔釜顺-2丁烯的收率99.54为%，再沸器负荷38547.28kW/h,冷凝器负荷28684.37kW/h,由DSTWU模块中模拟出的回流比与理论板数的关系曲线中取曲线快速下降到缓慢下降的转折点所对应的塔板数，可得出理论塔板数取92最为合适[3]。根据再沸器和冷凝器的能耗情况对进料板进行优化，得出总能耗最小时的进料位置是27，再使用RadFrac模块进行更准确的优化。优化后减少了8块塔板，优化前后结果对比如表2.2所示，再沸器和冷凝器的负荷均减少了，优化效果较为明显。脱轻塔塔顶丙炔的收率为97.2%，塔釜丁二烯的收率99.85为%，再沸器负荷238.57kW/h,冷凝器负荷55kW/h,由DSTWU模块中模拟出的回流比与理论板数的关系曲线中取曲线快速下降到缓慢下降的转折点所对应的塔板数，可得出理论塔板数取136最为合适[3]。根据再沸器和冷凝器的能耗情况对进料板进行优化，得出总能耗最小时的进料位置是32，再使用RadFrac模块进行更准确的优化。优化后减少了20块塔板，优化前后结果对比如表2.2所示，再沸的负荷均减少的较多，优化效果较为明显[3]。表2.2精制段优化前后结果对比塔名优化前后塔板数回流比再沸器热负荷/kW冷凝器热负荷/kW脱重塔优化前1002.838547.28-28684.37优化后929.123101.6-23160.3脱轻塔优化前1009.7238.57-55优化后8011.262.26-62.632.3.4回收处理工艺的优化回收处理工艺主要是将ACN从稀溶液中提取出来,并使废水中的各种物质得到分离。目前，工业普遍使用的是传统的普通精馏方法，而该工艺的能耗较大，所以本设提出了一种吸收精馏工艺，以浓盐水溶液作为分离剂，可以有效地去除污水中的杂质。这种方法是利用盐效应提高各组分的相对挥发度，降低塔顶回流比，从而节约能源[6]。3.物料衡算本设计工艺流程采用AspenPlus软件进行模拟计算，计算结果均以表格形式呈现[8]。3.1基础数据如表3.1所示，为C4馏分中各组分组成。表3.1C4馏分中各组分组成序号组分分子量质量分数%1234567891011121314丙烷丙烯丙炔丙二烯正丁烷异丁烷丁烯异丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯1,3-丁二烯1,2-丁二烯正戊烷乙烯基乙炔44424040585856565656545472522.11×10-31.00×10-26.13×10-24.83×10-27.613.546.3223.43.272.5850.60.290.361.913.2工艺条件3.2.1各塔进料温度及压力如表3.2所示，为各塔进料温度及进料压力。表3.2各塔进料温度、进料压力项目一萃塔二萃塔脱重塔脱轻塔流股进料温度/℃进料压力/bar1557.52506.84116.396.85506.46107.735.41143.834.93.2.3收率一萃塔：①塔顶丙烷收率81.3%②塔釜丁二烯收率：99.3%二萃塔：①塔顶丁二烯收率：99.99%②塔釜乙腈收率：99.66%脱重塔：①塔顶丁二烯收率：99.99%②塔釜顺-2-丁烯收率：99.54%脱轻塔：①塔顶丙炔收率：97.2%②塔釜丁二烯收率：99.85%3.2.4产品规格产量：10万吨/年=1×108kg/年生产天数：300天/年产品要求:≥99.0%丁二烯的进料量:1×108/99%=101010101kg/年=14029.2kg/hC4进料量量：14029.18/50.6%=28058.4kg/h进料比乙腈：C4=8:1[9]含水5%的乙腈溶液进料量：224467kg/h3.3第一萃取塔B1的物料衡算第一萃取塔B1共有四个流股，流股1为碳四馏分，流股2为含水5%的乙腈溶液，流股3中轻关键组分是丙烷，流股4中重关键组分是丁二烯，使用AspenPlus软件对脱重塔进行物料衡算，以下结果均为优化后的物料衡算[10]。如表3.2所示，为一萃塔物料衡算结果。表3.2一萃塔物料衡算结果项目输入输出流股温度(℃)压力(bar)摩尔流量(kmol/h)质量流量(kg/h)体积流量(m3/h)1557.4508.21128058.449.932506.85817.4224467304.75347.955.94.0039220.140.394116.396.76321.6252305395.626如表3.3所示，为一萃塔进料、塔顶及塔釜组成。表3.3一萃塔进料、塔顶、塔釜组成组分进料流量(kg/h)塔顶组成%塔顶流量(kg/h)塔釜组成%塔釜流量(kg/h)丙烷丙烯丙炔丙二烯正丁烷异丁烷1-丁烯异丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯1,3-丁二烯1,2-丁二烯正戊烷乙烯基乙炔乙腈水0.592.8117.2013.552135.21993.251773.266565.55917.49723.8914197.381.37101.01535.9121324411223.40.000580.00360.00870.01030.0240.1080.1050.3070.00350.0009560.4263.89×10-61.44×10-110.0023000.480.791.922.275.3623.8523.0767.530.770.2193.720.000863.16×10-90.50001.84×10-67.98×10-66.05×10-54.47×10-50.00840.00380.00690.0260.00360.00290.0560.000320.00040.00210.850.0440.112.0115.2711.282129.84969.401750.196498.02916.72723.6814103.681.37101535.42132441122.4如表3.4所示，为一萃塔的温度、回流比及塔板数。表3.4一萃塔的温度、回流比、塔板数塔顶温度（℃）塔釜温度（℃）最小回流比实际回流比最小塔板数实际塔板数进料位置47.95116.3911.9512.116.98120843.4第二萃取塔B2的物料衡算第二萃取塔B2共有四个流股，流股4来自一萃塔，流股5为含水5%的乙腈溶液，流股6中轻关键组分是丁二烯，流股4中重关键组分是乙腈，使用AspenPlus软件对脱重塔进行物料衡算，以下结果均为优化后的物料衡算[10]。如表3.5所示，为二萃塔物料衡算结果。表3.5二萃塔物料衡算结果项目输入输出流股温度(℃)压力(bar)摩尔流量(kmol/h)质量流量(kg/h)体积流量(m3/h)4116.396.86321.6252305395.635506.41454.3556116.776.196107.735.47214.25281668432.969149.985.9651.7026753.943.36如表3.6所示，为二萃塔进料、塔顶及塔釜组成。表3.6二萃塔进料、塔顶、塔釜组成组分进料流量(kg/h)塔顶组成%塔顶流量(kg/h)塔釜组成%塔釜流量(kg/h)丙烷丙烯丙炔丙二烯正丁烷异丁烷1-丁烯异丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯1,3-丁二烯1,2-丁二烯正戊烷乙烯基乙炔乙腈水0.462.0115.2711.282129.84969.401750.196498.02916.72723.6814103.681.37101535.4266554.914029.241.73×10-57.52×10-50.000570.000420.04890.03610.06540.21020.02160.0290.5270.00120.00110.01890.03430.00680.462.0115.2711.281309.48966.411750.195624.5578.02723.6814103.5933.2830.064505.82916.67182.4800000.00291.06×10-500.00310.0012000.000170.000250.000100.9430.0490000820.32.990873.46338.70048.0870.9429.57265637.8913846.7如表3.7所示，为二萃塔的温度、回流比及塔板数。表3.7二萃塔的温度、回流比、塔板数塔顶温度（℃）塔釜温度（℃）最小回流比实际回流比最小塔板数实际塔板数进料位置49.68140.711.712.314120463.5脱重塔B4的物料衡算脱重塔B4共有三个流股，流股6为粗丁二烯进料，流股11中轻关键组分为丁二烯，流股12中重关键组分为顺-2-丁烯，使用AspenPlus软件对脱重塔进行物料衡算，以下结果均为优化后的物料衡算[11]。如表3.8所示，为脱重塔物料衡算总结果。表3.8脱重塔物料衡算总结果项目输入输出流股温度(℃)压力(bar)摩尔流量(kmol/h)质量流量(kg/h)体积流量(m3/h)649.685.4498.4626753.346.121143.214.9422.172320440.121271.022.176.283549.35.79如表3.9所示，为脱重塔进料、塔顶及塔釜组成。表3.9脱重塔的塔顶、塔釜组成组分塔顶组成%塔顶流率(kg/h)塔釜组成%塔釜流率(kg/h)丙烷丙烯丙炔丙二烯正丁烷异丁烷1-丁烯异丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯1,3-丁二烯1,2-丁二烯正戊烷乙烯基乙炔乙腈水1.9×10-58.67×10-50.000660.000490.02880.04160.07540.2420.0010.00010.6081.162×10-83.17×10-180.0016000.462.0115.2711.28668.72966.411750.185623.5223.343.1314102.920.000277.36736.740000000.181.07×10-182.59×10-60.000290.1560.2030.0001890.00940.00850.1320.2580.05140000640.763.81×10-50.00921.037554.67720.550.6733.2930.06469.09916.67182.48如表3.10所示，为脱重塔的温度、回流比及塔板数。表3.10脱重塔的温度、回流比、塔板数塔顶温度（℃）塔釜温度（℃）最小回流比实际回流比最小塔板数实际塔板数进料位置43.2171.025.329.13890273.6脱轻塔B5的物料衡算脱轻塔B3共有三个流股，流股11来自脱重塔塔顶，流股13中轻关键组分为丙炔，流股14中重关键组分丁二烯，使用AspenPlus软件对脱重塔进行物料衡算，以下结果均为优化后的物料衡算[11]。如表3.11所示，为脱轻塔物料衡算总结果。表3.11脱轻塔物料衡算总结果项目输入输出流股温度(℃)压力(bar)摩尔流量(kmol/h)质量流量(kg/h)体积流量(m3/h)1143.214.9422.172320440.1071337.544.50.93351.40.0891443.214.9421.2423152.640.02如表3.12所示，为脱轻塔进料、塔顶及塔釜组成。表3.12脱轻塔的塔顶、塔釜组成表序号塔顶组成%塔顶流率(kg/h)塔釜组成%塔釜流率(kg/h)丙烷丙烯丙炔丙二烯正丁烷异丁烷1-丁烯异丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯1,3-丁二烯1,2-丁二烯正戊烷乙烯基乙炔乙腈水0.000510.00290.00840.00970.00480.130.1260.3231.25×10-51.68×10-70.395002.79×10-5000.0260.1490.4330.4990.2456.6796.45616.6050.0006448.63×10-620.3058.22×10-1300.00143001.89×10-58.047×10-50.000640.000460.02890.04140.07530.2420.0010.00010.6081.16×10-800.00159000.4371.86314.84110.784668.475959.7331743.7245606.9123.3443.12914082.620.00027036.7400如表3.13所示，为脱轻塔的温度、回流比及塔板数。表3.13脱轻塔的温度、回流比、塔板数塔顶温度（℃）塔釜温度（℃）最小回流比实际回流比最小塔板数实际塔板数进料位置37.5443.219.411.22280324.能量衡算能量平衡方程是能量衡算的主要依据。加热时热量为正，冷却时为负[3]。使用AspenPlus软件对脱重塔和脱轻塔进行能量衡算，其结果在流股结果中可以查到的有焓流量。4.1第一萃取塔的能量衡算如表4.1所示，为一萃塔的能量衡算。表4.1一萃塔的能量衡算项目输入输出流股焓流量(kW)14047.432-143.99315.746416388.44.2第二萃取塔的能量衡算如表4.2所示，为二萃塔的能量衡算。表4.2二萃塔的能量衡算项目输入输出流股焓流量(kW)416388.45-35.9964048.71918525.84.3脱重塔的能量衡算如表4.3所示，为脱重塔的能量衡算。表4.3脱重塔的能量衡算项目输入输出流股焓流量(kW)64048.71114404.1712-414.1724.4脱轻塔的能量衡算如表4.4所示，为脱轻塔的能量衡算。表4.4脱轻塔的能量衡算项目输入输出流股焓流量(kW)114404.17131.972144402.085.主要设备的工艺计算、设计及选型5.1选塔依据浮阀塔板是在泡罩、筛孔塔板的基础上发展起来的，既有其优点，又有其不足之处。浮阀塔的构造比较简单，它的主要结构有受液盘，降液管，溢流堰，浮阀和塔板等[12]。浮阀塔性能优越、制造方便、成本低廉、结构简单、；塔板孔径大，生产能力较大；因为阀片可以随着空气流量变化而自由的上升和下降，所以其操作弹性较大；由于浮阀塔的气液接触时间更长，所以塔板的效率会更高，即使在低负荷情况下，也能保持很高的效率，而且压降也比较小，这样可以获得较好的分离效果，节约了设计成本[1]。由于1,3-丁二烯原料容易发生自聚，且在制备过程中会产生聚合物，所以对塔内部件的设计提出了更高的要求，需要针对系统的特性进行细致的[13]。由于1,3-丁二烯在塔中易发生自聚,因此在塔中元件的设计中，要考虑到聚合物的阻塞，不能采用凹形受液盘，必须使用平受液盘，因为容器中的聚合物很可能会积聚在一起，从而阻塞了降液管，从而导致降液管液泛[13]。5.2塔的设计结果经计算得各塔塔径为D1=2.67m,D2=3.09m,D3=2.93m,D4=1.69m。在AspenPlus中对塔内件进行模拟计算，得出塔内件计算结果[5]。如表5.1所示，为塔设备一览表。表5.1塔设备一览表序号设备名称1一萃塔2二萃塔3脱重塔4脱轻塔直径/m溢流数塔板间距/mm孔直径/mm孔个数侧壁降液管宽度/mm侧壁堰长/m中心降液管宽度/mm中心堰长/m堰高/mm降液管底隙/mm总高度/m总压头损失/m总压降/bar2.6720.609612.72685413.41.932414.52.6450.838.171.9310.390.6143.0920.609612.738554422.165427.33.06450.838.190.2214.300.873.9320.9612.77671382.72.331309.23.92150.838.153.64510.330.5851.6920.7412.71471164.51.02132.91.68561.6448.9757.726.5850.373如图5-1、图5-2、图5-3、图5-4所示，分别为一萃塔、二萃塔、脱重塔、脱轻塔的水力学操作图。图5-1一萃塔水力学操作图图5-2二萃塔水力学操作图图5-3脱重塔水力学操作图图5-4脱轻塔水力学操作图6.项目经济分析项目总投资由固定资产投资、流动资金以及建设期间贷款利息组成。其中，固定资产投资又分为递延资产、无形资产、工程费及预备费用[3]。6.1流动资金估算近七日丁二烯平均出厂价格为9000元/吨，则丁二烯每年销售可收9000×100000=90000万元：由于我国化工行业的销售收入流动资金率比较高，所以取20%，那么，流动资金为90000万元×20%=18000万元，取银行的年利率为2.75%，则总流动资金为180000000×102.75%=18495万元。6.2成本估算（1）原材料费碳四馏分一年用量20万吨，每吨4000元，碳四馏分中被分离出的其他组分也可回收利用，所以碳四价格按2000元/吨计算；乙腈溶液一年所需量100万吨，但乙腈溶液大部分可以循环使用，回收率高达99%，所以规定一年耗费1万吨乙腈溶液，含水量乙腈溶液5%的市场价格为8000元%吨。所以原材料费为40000万元。（2）员工工资取生产工人40000元/年/人，根据公式：总工资=（年平均工资/年产量）×人数=40000/100000×75=30万元。（3）设备投资本设计中主要材料用到碳钢，市场价格高压碳钢为15000元/吨，设备费用为8314万元。设备安装费及备件费4160万元。工程费用管道工程费用约3060万元，电气工程费用约1724万元，土建工程费用约2670万元，公用工程费用约8432万元。以上为该工艺投资费用，再加上土地使用费2850万元和预备资金6000万元。所以建设总投资为89580万元。6.3资金筹措由建设总投资得，预计从银行贷款50000万元，其余由自由资金注入。贷款年限为5年，每年偿还相应利息，期限满后一次性还清所有贷款[1]。7.环境评价本设计选择以碳四馏分和乙腈溶液为原料，使用较为成熟的ACN抽提工艺提取丁二烯[14]。在整个流程中有不同程度的有害物质，且乙腈属于剧毒物质[14]。7.1三废物质如表7.1所示，为有害物质一览表。表7.1有害物质一览表序号排放物名称允许排放范围危害性排放量(吨/天)备注123含乙腈废水设备清洗水脱轻塔尾气ACN≤75ppm水、油碳三、丁二烯易使COD超标PH、COD易燃易爆724812Nm3/h连续排放连续排放不定期7.2三废处