【正文】 .. 1 設(shè)計(jì)的目的及意義 ................................................. 1 1， 3丁二烯的物化性質(zhì) ............................................ 1 原輔材料介紹 ..................................................... 2 原料規(guī)格 ................................................... 2 二甲基甲酰胺（ DMF）性質(zhì) .................................... 2 2 1， 3丁二烯的生產(chǎn) ...................................................... 2 1， 3丁二烯的生產(chǎn)方法 ............................................ 2 生產(chǎn)原理 ......................................................... 3 工藝技術(shù)路線 ..................................................... 3 3 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算 ............................................... 4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ......................................................... 4 C4 組分 ..................................................... 4 相對(duì)揮發(fā)度 α 的計(jì)算 ........................................ 5 塔設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算 ........................................... 8 第一萃取精餾塔的計(jì)算 ........................................ 8 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算度 ..................................... 12 溢流裝置的計(jì)算 ............................................ 12 溢流堰高度 wh ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 弓形降液管寬度 Wd 和截面積 fA ................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 塔板布置 ........................................................ 13 塔板的分布 ................................................ 13 邊緣區(qū)寬度的確定 .......................................... 13 開孔區(qū)面積計(jì)算 ............................................ 14 流體阻力計(jì)算 .................................................... 14 干板阻力的計(jì)算 ............................................ 14 氣體通過(guò)液層阻力計(jì)算 ...................................... 14 液體表面張力的阻力 hσ 計(jì)算 .................................. 14 漏液 ...................................................... 15 液泛 ...................................................... 15 塔板負(fù)荷性能圖 .................................................. 15 漏液線 .................................................... 15 漏液線由漏液點(diǎn)氣速來(lái)標(biāo)繪出對(duì)應(yīng)的 VSLS. .............................. 15 液相負(fù)荷下限線 ............................................ 15 液相負(fù)荷上限線 ............................................ 16 液泛線 .................................................... 16 塔體設(shè)計(jì)總表 ............................................................ 17 參考文獻(xiàn) ................................................................ 19 致 謝 ................................................................... 20 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 萬(wàn)噸 /年 1,3 丁二烯生產(chǎn)裝置第一萃取精餾塔工藝設(shè)計(jì) 1 1 緒論 設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1） 年產(chǎn) 1， 3丁二烯： 萬(wàn)噸 /年 （ 2） 原料來(lái)源：由乙烯裂解送來(lái)的 C4 混合 烴 （ 3） 年操作時(shí)間： 7800 小時(shí) （ 4） 本裝置能在設(shè) 計(jì)能力為 50%的負(fù)荷下運(yùn)行。 工業(yè)生產(chǎn)中大量用到 1， 3丁二烯，作為合成橡膠的重要單體，是工業(yè)急需化工原料產(chǎn)品。也是體現(xiàn)對(duì)乙烯生產(chǎn)中產(chǎn)生的 C4 原料再生產(chǎn)的利用，以提高石油原料的利用價(jià)值，充補(bǔ)石油產(chǎn)品多衍生物的發(fā)展 [2]。 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 萬(wàn)噸 /年 1,3 丁二烯生產(chǎn)裝置第一萃取精餾塔工藝設(shè)計(jì) 2 原輔材料介紹 原料規(guī)格 表 C4進(jìn)料組分規(guī)格 名稱 序號(hào) 成分 含量 混合 C4 1 C3 ≤ 2 C5 ≤ 3 1， 3C4H6 ～ 4 H2O ≤ 二甲基甲酰胺（ DMF）性質(zhì) 表 二甲基甲酰胺（ DMF）性質(zhì) 名稱 二甲基甲酰胺 分子式 C3H7NO 分子量 外觀 無(wú)色、有特殊氣味 二甲胺 ≤用途 用于丁二烯裝置做萃取劑，萃取抽提裂解碳四中的丁二烯。上個(gè)世紀(jì) 60 年代之后，以石腦油為原料裂解制乙烯技術(shù)的迅速發(fā)展，在 裂解制得乙烯和丙烯約同時(shí)可分離得到副產(chǎn) C4餾分 ,為抽提丁二烯提供價(jià)格低廉的原料，經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)勢(shì)，因而成為 從乙烯裂解裝置副產(chǎn)的混合 C4 餾分中抽提生產(chǎn)丁二烯，根據(jù)所用溶劑的不同，該生產(chǎn)方法又可分為乙 腈 法 (ACN 法 )、二甲基甲酰胺法 (DMF 法 )和 N甲基吡咯烷酮法 (NMP 法 )三種。 二甲基甲酰胺法 (DMF法 )又名 GPB法 ,由日本瑞翁公司于 1965年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并建成一套 萬(wàn)噸 /年生產(chǎn)裝置。 DMF 法工藝的特點(diǎn)是： (1)對(duì)原料 C4的適應(yīng)性強(qiáng)，丁二烯含量在 15%60%范圍內(nèi)都可生產(chǎn)出合格的丁二烯產(chǎn)品； (2)生產(chǎn)能力大，成本低，工藝成熟，安全性好、節(jié)能效果較好，產(chǎn)品、副產(chǎn)品回收率高達(dá) 97%； (3)由于 DMF 對(duì)丁二烯的溶解能力及選擇性比其他溶劑高，所以循環(huán)溶劑量較小，溶劑消耗量低； (4)無(wú)水 DMF 可與任何比例的 C4餾分互溶，因而避免了萃取塔中的分層現(xiàn)象； (5)DMF與任何 C4 餾分都不會(huì)形成共沸物，有利于烴和溶劑的分離，但由于其沸點(diǎn) 較高，溶劑損失??； (6)熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性良好； (7)由于其沸點(diǎn)高，萃取塔及解吸塔的操作溫度都較高，易引起雙烯烴和炔烴的聚合； (8)無(wú)水情況下對(duì)碳鋼無(wú)腐蝕性，但在水分存在下會(huì)分解生成甲酸和二甲胺，因而有一定的腐蝕性。無(wú)論是 乙烯 裂解 裝置副產(chǎn) C4餾分還是丁烯氧化脫氫所得的 C4餾分，要從其中分離出高純度的丁二烯，用普通精餾的方法是十分困難的，一般須采用特殊的分離方法，目前工業(yè)上廣泛采用萃取精餾和普通精餾相結(jié)合的方法。因此，工業(yè)上很難用普通精餾的方法將之分離開來(lái)，而需要采用一般精餾與特殊精餾相結(jié)合的方法才能經(jīng)濟(jì)合理地將它們分離開，本工藝采用萃取精餾的方法，即當(dāng)在 C4 原料中加入一定量極性溶劑即萃取劑（萃取劑不與任何一個(gè)組分形成共沸物）后，各組分的相對(duì)揮發(fā)度差值增大，以達(dá)到將目的組成分離出來(lái)的目的 [6]。 如圖 ， 其生產(chǎn)工序原則上溶劑 DMF 中與 1， 3丁二烯相比，相對(duì)揮發(fā)度大于 1 的組分（即比 1， 3丁二烯難溶 于 DMF 的組分）在第一萃取精餾部分脫除，而相對(duì)揮發(fā)度小于 1 的 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 萬(wàn)噸 /年 1,3 丁二烯生產(chǎn)裝置第一萃取精餾塔工藝設(shè)計(jì) 4 組分（即比 1， 3丁二烯 易溶于 DMF 的組分）在第二萃取精餾部分中脫除。 3 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) C4組分 表 C4組分的含量及相對(duì)分子量 序號(hào) 組分名稱 含量（ %） 相對(duì)分子量 1 丁烷 .2 1丁烯 3 2順丁烯 4 2反丁烯 5 1， 3丁二烯 6 乙烯基乙炔 7 丙炔 8 甲基乙炔 9 3甲基 1丁烯 10 1， 2丁二烯 設(shè)計(jì)進(jìn)料值為 。 威爾遜方程： 過(guò)剩自由焓： ∑ ∑ ∧=i j iijiE xxRTG ln 3— 1 活度系數(shù)：兩元系： )()ln (ln 2121 212121 12221211 xxxxxxx +∧ ∧∧+∧+∧+=γ 3— 2 將上式中的下標(biāo) 1 和 2 交換可得 ?2的計(jì)算式。僅需用兩元參數(shù)就能預(yù)計(jì)多元系的活度系數(shù)。 表 威爾遜參數(shù) λ 1 2 3 4 5 6 7 1 2 2692 3 4 1244 5 1333 6 463 7 2146 由威爾遜參數(shù)計(jì)算公式 ]/)λλe x p [∧ RTVV iiijLiLjij （=得 ∧ 的值如表 表 威爾遜參數(shù)Λ 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 注： 1DMF, 2丁烷， 3丁烯 1， 4順丁烯 2， 5反丁烯 2， 61， 3丁二烯， 7乙烯基乙炔 從而由威爾遜方程計(jì)算得活度系數(shù) γ如表 1γ 2γ 3γ 4γ 5γ 6γ 7γ 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 萬(wàn)噸 /年 1,3 丁二烯生產(chǎn)裝置第一萃取精餾塔工藝設(shè)計(jì) 7 表 活度系數(shù)γ 再根據(jù)公式：sspp22 1112 γγα = 3— 4 2121/12 γγαsTsss pp= 3—— 5 計(jì)算出各組分的相對(duì)揮發(fā)度 ijα 及在溶劑 DMF 中各組分的相對(duì)揮發(fā)度 si/α [7]列表如表 及表 。轉(zhuǎn)化成摩爾分?jǐn)?shù)為： =+=Dx =+=wx 1) 相關(guān)控制條件如表 。 根據(jù)吉利蘭圖所查到的 N 與 mN 的關(guān)系式得出： 201=N 塊即為全塔理論板數(shù)。 7) 塔徑的計(jì)算： 塔頂氣相平均摩爾質(zhì)量 : 2211 MxMxM DDVm += 3— 11 k mo lkgM Vm / =+=氣相負(fù)荷： hk m o lDRV /)()1( =+=+= 氣相平均密度： VmDVmDVm xx ρρρ 21 += 3— 12 3/ mkgVm =+=ρ 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 萬(wàn)噸 /年 1,3 丁二烯生產(chǎn)裝置第一萃取精餾塔工藝設(shè)計(jì) 11 汽相體積流率： 6 00 6 00 = == VmVms MVVm3/s 塔底液相平均摩爾質(zhì)量： 2211 MxMxM WWLm += 3— 13 k mo lkgM Vm / =+= 液相負(fù)荷：