化学工程专业毕业设计聚丁二烯生产设计

东北石油大学高等教育考试 毕 业 设 计（论 文）专 业：化学工程考 号：姓 名题 目：聚丁二烯生产设计指导教师：2014 年 9 月 19 日东北石油大学高等教育考试毕业设计（论文）任务书题 目： 聚丁二烯生产设计 专 业： 化学工程 考 号 姓 名： 本题目应达到的基本要求： 根据产物结构要求从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中选择出配位聚合，同时考虑配位聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、回收、操作方式等方面综合考虑选择溶液聚合实施方法。该工艺路线包括了如反应活性中心的形成过程；特殊引发剂组分的安全防护；由于溶剂的存在必然要考虑的回收、循环利用；反应的终止方式；产品防老化处理等特点。操作方式为连续操作。 主要内容及参考资料： 本设计以丁烯为原料，探索聚丁二烯聚合的工艺流程，对其进行工艺过程的选择，恰当设备型号的选择，对聚合工段进行物料衡算和能量衡算，为进一步深入研究奠定基础。主要研究内容如下： 1. 聚二丁烯的生产工艺流程设计。 2. 生产设备的选型。 3. 聚合工段的物料衡算和热量衡算。 4. 绘制相关的图纸。 设计参考资料 1、 顺丁橡胶生产 大连工学院、北京化工学院、石油六厂、胜 利化工厂 合编 石油化学工业出版社 1978年 2、 高聚物合成工艺设计基础 张洋编 化学工出版社业 1983年 3、 橡胶聚合操作规程 1984年 4、 化工工艺设计手册（上、下） 化学工出版社业 1985年 5、 化工工艺设计手册（上、下）第二版 化学工出版社业 1994年 6、 高聚物合成工艺学 赵德仁编 化学工出版社业 1983年 7、 络合催化聚合合成橡胶 黄葆同、欧阳均编 科学出版社 1981年 签 发 日 期：2014 年 6 月完 成 期 限：2014 年 9 月指导教师签名： 摘 要本设计是的聚丁二烯工段设计，设计中按照生产负荷和设计规范，对聚丁二烯生产的工艺流程进行了合理的设计和适当的调整；根据丁二烯的化学性质，主要用于聚合成聚丁二烯。聚 丁二烯主要用作合成橡胶，溶液聚合的聚丁二烯常与丁苯橡胶或天然橡胶并用，做轮胎的胎面和胎体。此外，由于它耐磨，可用作输送带的包皮、鞋底、摩托车零部件等。1,2-聚丁二烯主要用作胶粘剂和密封剂。，并进行了相应的物料衡算和热量衡算。关键词：聚丁二烯；聚合；物料衡算；丁二烯东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）目 录第1章 概述11.1 工艺流程11.2 后处理工段3第2章 聚二丁烯装置设计计算42.1 聚合釜的工艺设计计算42.2 内构件及搅拌轴封的设计72.3 聚合釜的传热设计11第3章 聚丁二烯工艺物料恒算123.1 丁二烯投料量的计算123.2 催化剂用量的计算12第4章 丁二烯生产线路选择144.1 流程设计依据144.2 丁二烯生产线路对比及生产中异常现象列举15第6章 结论19参考文献20致 谢21东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）第1章 概 述1.1 工艺流程1.1.1 工艺流程简述纯度符合要求的丁二烯和溶剂混合后，经预热器由釜的底部进入聚合釜，同时将配制好的催化剂也由釜底加入。釜内发生聚合反应生成高顺式聚丁二烯橡胶，胶液由第一聚合釜顶部出来后依次通过串联的聚合釜再入终止釜。终止剂和防老剂按定量打入终止釜内。胶液经终止后进到混胶罐，再由胶液泵打入凝聚釜中进行凝聚。釜内通入大量蒸汽和循环热水，胶浓喷入釜中后，绝大部分溶剂和丁二烯被蒸出，随水蒸汽进入全凝器。水蒸汽、溶剂和丁二烯蒸气被全部冷凝由全凝器流入油水分离槽，分层后的水相流入水中间槽，油相流入油中间罐而后送至回收工序处理。蒸出溶剂、丁二烯之后的胶粒连同热水一起送往后处理工序的振动筛，大部分自由水排掉后进入热水中间槽，用热水泵将大部分热水送至凝聚工序循环使用，少量热水则被排掉。含水50-60的胶粒连续进入挤压脱水机和膨胀机使胶粒含水量降至0.5以下，最后送去包装入库。来自油中间槽的料液(含杂质、水分、溶剂和丁二烯)经预热器再进入 脱水塔。在塔顶蒸出含水的丁二烯和溶剂经冷凝器(H204)冷凝成液体流入回流罐分层，把水由底部放掉；料液部分回流入塔，部分作为了二烯回收塔进料。脱水塔底部得到脱除丁二烯及水的溶剂与重组分送至脱重塔。由脱水塔回流罐来的料液在丁二烯回收塔内分离，塔顶得到90左右的丁二烯送往单体车间提纯；塔底得到不含丁二烯的溶剂、少量水和重组分杂质，经冷却后返回原料罐区。由脱水塔塔底来的溶剂和重组分进入脱重培后，塔顶用纯溶剂送往聚合工序使用，塔底得重组分定期排放。1.1.2 聚合工段聚合工段主要由罐区、计量、聚合、配制、配制、粘度五个岗位组成。 罐区岗位负责贮存、收送丁二烯和溶剂油。聚合岗开车，罐区连续给聚合送溶剂油；单体丁二烯由后乙腈直接送聚合，聚合停产时，丁二烯直接送罐区。 计量岗负责为聚合输送各种引发剂、终止剂。 配制岗负责为聚合配制引发剂和终止剂，此外，还负责接收铝剂车间配好的三异丁基铝。 粘度岗负责检测生产的结果，测试门尼粘度和转化率。 由乙腈来的丁二烯经流量控制阀控制合适流量，入文氏管与溶剂油溶剂进行混合，再进入丁油预热器(预冷器)进行换热，控制一定入釜温度。 镍组分和铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出，经铝镍文氏管混合后，与出丁油预热器(预冷器)的丁油溶液混合。 硼组分由硼计量泵送出与稀释油经文氏管混合后，在釜底与丁油混合进入首釜。 丁油溶液在聚合釜中，在一定温度和压力下，受到引发剂的作用，发生丁二烯聚合反应，生成高分子量的丁二烯聚合产物聚丁二烯。 首釜胶液自釜项出口出来，由第二釜釜底进入第二釜继续进行反应；再由第二釜的釜项出口出来，由第三釜釜底进入第三釜继续进行反应；由第三釜的釜项出口出来，进入第四釜继续进行反应；当达到一定粘度和转化率后，在第四釜的出口管线(终止釜的入口管线)与终止剂一起由终止釜釜底进入终止釜进行终止处理；最后，胶液由终止釜项出口出来，经胶液过滤器和压力控制阀入成品工段凝聚岗的胶液罐。 反应中换热用的冷溶剂油视情况从不同釜的项部加入。第1章 TC0 1.2 后处理工段后处理工段 后处理工段包括混胶岗、凝聚岗、洗胶岗、干燥岗、压块岗、薄膜岗、纸袋岗。 混胶岗负责接收聚合来的胶液，并将门尼粘度不同的胶液混配成优级品指标内的胶液；在胶液罐定期回收一部分丁二烯；合格胶液送往凝聚岗。 凝聚岗负责将终止后进入胶液罐混合的门尼粘度合格的胶液进行凝聚，胶粒送洗胶岗，溶剂油送回收工段。 洗胶岗负责用水洗掉胶粒表面的杂质，降低胶的温度，并胶粒送往干燥岗。 干燥岗负责将含水4060的胶粒，通过挤压脱水机、膨胀干燥机和干燥箱降到0.75以下，并呈海绵状，直径为10mm小胶条送至压块岗。 压块岗负责称量压块。 薄膜岗负责薄膜包装。 纸袋岗负责封袋、入库。 被终止后的胶液进入胶液罐后，将部分未转化的丁二烯经罐项压控调节阀，盐水冷凝冷却器，进入丁二烯贮罐，再送至丁二烯回收罐区。胶液在罐中根据门尼粘度值高低进行相互混配合格后，经过胶液泵送往凝聚岗。 合格胶液被喷到凝聚釜内，在热水、机械搅拌和蒸汽加热的作用下，进行充分凝聚形成颗粒，并蒸出溶剂油溶剂和少量丁二烯。釜项被蒸发的气体有水蒸汽、部分丁二 烯和绝大部分溶剂油溶剂，气体经过两个并联的循环水冷凝冷却器，冷凝物进入油水分离器进行油水分离，溶剂油用油泵送往溶剂回收罐区，水经油水分离罐底部由液面调节阀控制排出，经二次净化分离罐排入地沟。釜底胶粒和循环热水经颗粒泵送入洗胶岗的缓冲罐，再经1号振动筛分离出胶粒送至洗胶罐。 在洗胶罐中，用4060的水对胶粒进行洗涤，经洗涤的胶粒和水由2号振动筛进行分离，并将含水4060的胶粒送往挤压干燥岗。 通过挤压机挤压将胶粒含水量降到815，然后，切成条状进入膨胀干燥机加热、加压，达到膨胀和内蒸的目的，除去胶粒中的绝大部分水分，再送入水平红外干燥箱干燥，使胶的含水量达到0.75以下。 干燥合格后的胶条经提升机送入自动称量秤进行称量压块(25kg)。压好的胶块用薄膜包好装入纸袋封好入库。第2章 聚二丁烯装置设计计算2.1 聚合釜的工艺设计计算聚合釜是聚二丁烯生产中最关键的设备，也可以说是二聚丁烯装置的心脏。聚合釜的设计是否先进合理对聚丁烯的生产起决定作用，它不仅关系到装置能否正常运行，而且影响装置的生产能力、传热传质和氢调效果，进而影响产品质量和各项技术经济指标。本章主要对间歇式聚丁烯装置聚合釜的有关工艺设计进行讨论，如聚合釜的容积、外型尺寸、高径比以及壁厚的确定，聚合釜的内部构件、搅拌型式、搅拌转速、搅拌轴封的选定，并进行了热量恒算，计算了聚合釜的传热面积、搅拌功率等。聚合釜的容积主要取决于装置单线设计能力和装料系数。设计依据根据试验和工业生产实践，聚丁烯装置聚合釜有关工艺参数为：丁二烯转化率 ：70%反应温度：7575时聚丁烯密度：0.381t/m3反应时间：46h，单釜操作周期（包括加料、出料）为8h年工作日按330天计，年操作时数8000h聚合釜设计容积可按下式计算： 式中V-聚合釜设计容积，m3 E-装置单线年生产能力，t/a P-単釜操作周期，h T-年操作时数，h/a C-丁烯转化率，% d-最高操作温度（75）时液相丁烯的密度，t/m3 K-聚合釜最高操作温度条件下的设计装料系数，%取最高操作温度时装料系数为90%。聚合釜的设计容积计算如下： 2700 可取V ，所以装置聚合釜设计容积可取。2.1.1 聚合釜外形尺寸的设计1. 聚合釜高径比的选择聚合釜的容积确定后，还要确定高于直径的关系（高径比），才能确定釜的直径和其他外形尺寸。聚合釜高径比的选取主要考虑三个方面的需要：（1）有利于聚合釜撤热 聚合反应热主要靠釜外夹套冷却水撤除，所以要保证较大的高径比才能保证足够的比传热面（即单位釜容积的界面面积）。（2）有利于氢调 为了改善氢调效果，应扩大气液界面，保证有足够的比界面（即单位釜容积的界面面积）。为此，聚合釜的高径比不能选取过大。（3）考虑对搅拌功率的影响 根据后面将叙述到的可知，搅拌功率与釜内物料的高度有密切关系。高径比越大，搅拌功率越大，消耗的动力越大，因此高径比也不宜过大。根据对传热面积、搅拌功率的计算和氢调效果的实验以及有关设计和生产单位的经验，聚合釜的高径比选取 (即)，可以满足以上三个方面的要求。在设计上下椭圆封头时，一般可以取短轴直径与釜直径的比为0.6（即）。2. 釜直径的求取聚合釜外形尺寸示意图如上所示，根据聚合釜容积以及高、直径等尺寸的相互关系，可以求取聚合釜的直径（指内径）圆形筒体容积: 因为 故 两封头容积 聚合釜容积 故 式中 V-聚合釜容积，m3 D-聚合釜直径，m V1-筒体部分容积，m3 V2-椭圆封头容积，m3 H1-筒体部分高度，m H-聚合釜高，m d-椭圆封头短轴直径，m 有前面的计算可知，聚合釜的容积是，则： 取D=2.0m 表2.1 19881997年各年的产品产量 万吨年份19901991199219931994199519961997产量2.4082.73330293.3573.2853.7303.8133.8862.2 内构件及搅拌轴封的设计搅拌器设计主要是要保证良好的搅拌效果。搅拌效果的好坏关系到釜内反应是否均匀，反应热能否顺利撤除，气液界面能否及时更新以保证氢调效果。 间歇式液相本体法聚丁烯装置的聚合釜内物料的相态是随时间而变化的。开始反应时釜内全部是丁二烯，随着反应时间的延长，液相丁二烯中悬浮的聚丁二烯固体颗粒逐渐增多，到“干锅”反应结束特别是丁烯回收后，釜内几乎全部是聚丁二烯颗粒，液相物料已消失。在固体颗粒浓度大或全部是固体颗粒情况下选用一般的浆式，锚式或框式搅拌器是不适宜的。经过大量的试验研究和生产实践的摸索表明，螺带式搅拌器对于聚丁二烯固体颗粒物料的搅拌效果较好，而且所消耗的功率也比较小。国内所有液相本体法聚丁二烯装置的聚合釜全部都采用螺带式搅拌器，且基本上都采用单螺带。螺带式搅拌器的工艺设计，主要是确定螺带外径、内径，从而确定螺带宽度、螺距。 图2-2 螺带搅拌器简图 -螺带外径 -螺带内径-螺带宽度 -螺距螺带外径的设计主要考虑到搅拌效果、搅拌功率和内冷却水管设置的需要。对于搅拌效果来说，螺带外径选大一些好，即与釜内壁的间隙适当小一些为好。但间隙过小搅拌效果也不好，物料无法返混。另外螺带外径越大，搅拌轴功率越大。螺带外径太大会给冷却水管的布置带来困难。因此螺带外径要选取适中。一般选取螺带外径。聚合釜的釜径，螺带外径 (实际为,)，螺带与釜内壁的间隙为。螺带内径有螺带外径和螺带叶片宽度（）决定。螺带叶片宽度影响搅拌效果。一般来说，叶片宽度大一些，搅拌效果好些，但叶片太宽，使叶片与轴的间隙过小，也会影响物料的返混下落。如果螺带叶片与釜内壁及轴的间隙都很小，就会变成螺带提升机，物料堆在螺带上部下不来，显然失去了搅拌的意义。另外，螺带叶片宽度在一定范围内对搅拌功率有一定影响，但影响不十分显著。聚合釜搅拌螺带宽度一般选取。螺距对搅拌效果和搅拌功率都有一定影响。同样的搅拌转速，螺距越大，物料的上升速度越快，搅拌效果好，但搅拌功率相应也大。搅拌功率与螺距成正比。另外，当螺距大于物料高度时，功率与物料高度呈直线关系。因此，一般情况下，螺距应小于釜内物料高度。聚合釜螺带螺距与物料高度的比为，为釜直径高度的倍。聚合釜直筒高度为，物料高度为，螺带螺距。搅拌转速是影响搅拌效果最重要的因素之一。搅拌转速越高，传质传热效果越好，对氢调和产品熔体流动速率指标控制有利。但是搅拌速度高，搅拌消耗的功率大，对搅拌器的要求也高，此外，还对聚丙烯物料有粉碎作用。因此，在选择搅拌转速时应综合考虑。在聚合釜放大设计中，引入三项流体运动相似准数。对于两个大小不同几何形状相似的聚合釜，存在以下关系： 式中 -费鲁特准数； -流体粘度； -鲍尔准数； -搅拌输入功率； -雷诺准数； -重力常数； -聚合釜直径； -小型聚合釜（下脚注）； -搅拌转速； -大型聚合釜（下脚注）； -流体密度； 按照上述公式以及实践证明，的釜选用的搅拌器转速为，搅拌器的外径为。聚合釜的搅拌轴封是聚合釜最关键的也是唯一的静密封点，它对聚合釜的运行和聚丁烯生产有着重要影响。轴封泄漏不但污染环境，增加消耗，甚至有可能造成火灾爆炸事故，威胁安全生产；而且还严重影响氢调，进而影响产品质量。液相本体法聚丁二烯产品的熔体流动速率难以控制稳定，轴封泄漏是一个重要原因。因为氢气集中在釜的顶部很容易从轴封处泄漏，所以设计好搅拌轴封是十分重要的。聚合釜的轴封有两种形式，即机械式密封和填料式密封。机械式密封的密封性好，用的好时可以做到基本无泄漏。但是由于间歇式液相本体法聚丁烯生产的某些特点，使得机械密封难以发挥很好的效果。譬如，液相本体法聚丁烯生产中，聚合釜内固体物料浓度大，干锅回收丁烯后釜内全是固体颗粒，易于进入机械密封内损坏密封端面。另外聚丁烯搅拌轴为悬臂式，下部没有支撑点，加上轴较长，运转时摆动大，对机械密封不利。再者，聚合釜搅拌为间歇操作，经常开开停停，搅拌速度低，这些对机械密封都不利。因此液相本体法聚丙烯生产很少采用机械密封作聚合釜的轴封。有的原设计为机械密封，但运转一段时间后也改为填料密封。填料密封可以适应聚合釜的以上恶劣条件，虽然它难以保证不泄漏，但可以满足生产和安全的要求。它价格低廉、安装检修方便，使用周期长，因而被聚丁烯生产企业普遍采用。填料密封分为上、下段填料。在上填料与下填料之间设有刮油环，填料底部设有油杯杯中有导油管。当润滑油沿轴下滑落入油杯里后，凭借釜内压力使润滑油从导油管压出釜外，使润滑油不进入聚合釜内，以防造成釜内污染。压出的油还可回收利用。上填料箱设有注油口，在聚合釜启动搅拌前应提前启动油泵，向轴封注油。搅拌启动后应不断注油。注油的压力应稍高于釜内压力（一般高出）。注油主要起润滑、冷却、密封等三个作用。填料箱外部设有冷却夹套，夹套内通冷却水，以对轴封进行冷却。填料的材质选择是轴封的关键。选用柔性石墨或石棉浸渍四氟乙烯复合盘根，使用效果较好。2.3 聚合釜的传热设计从液相丁二烯本体聚合反应动力学特征可知，液相丁二烯本体聚合是一个非稳态过程，即各阶段的反应速度随时间而变化。当釜温达到正常聚合温度后，反应速度快。反应后期速度比较缓和，几个小时后反应速度接近于零。因此，反应热的放出也是一个非稳态过程。另一方面，随着反应时间的进行，釜内物料的形态也发生变化。随着反应时间的增长，釜内聚合物逐渐增多，液相丙烯逐渐减少，使釜内的传热条件发生变化，传热效果变差。反应前期反应速度快，放热多，但传热条件好；反应后期反应速度慢，放热少，但传热条件差。通过综合分析可知，反应前期放热高峰时撤热矛盾比较突出。因此在传热设计中主要考虑反应放热高峰期的情况。第3章 聚丁二烯工艺物料恒算3.1 丁二烯投料量的计算3.1.1 丁二烯投料量的计算每小时的生产量 30000吨胶/8000小时=3.75 吨胶需100 %丁二烯3.751.06=3.975吨=3975 公斤。以3975公斤为基准，扣除损耗的3 %丁二烯则应有聚丁二烯3975公斤（1-0.03）=3856公斤。按转化率81 %计，100 %丁二烯进料量为3856/0.81=4760公斤折和公斤分子数为4760公斤/(54公斤/公斤分子)=88.15公斤分子原料中含丁二烯为99 %，则原料应为4760公斤/0.99=4808公斤其体积为4808/620公斤/米3=7.75米33.2 催化剂用量的计算催化剂进料量可根据聚合配方和下列公式计算丁二烯进料克分子数（催化剂/丁）M催式中：催化剂/丁：催化剂某一组分的克分子数与丁二烯克分子数之比，M催：某一催化剂的克分子量求催化剂溶液进料体积可用下式催化剂溶液进料体积（升）=催化剂的进料量（1/催）式中：催：催化剂浓度。用以上两式带入相应各值进行计算取Ni/丁=1.510-4；Al/丁=0.81.7510-3,；B/丁=1.01.310-3,Ni用量 881501.510-458.7=776 克其溶液体积为 776克（1克/升）-1=776 升Al用量 881501.010-327=2380 克其溶液体积为 2380克（2克/升）-1=1190 升B用量 881501.010-3142=12517 克其溶液体积为12517 克（1130 克/升）-1=11.08 升溶剂体积为 11.08升300=3323 升三项催化剂的总体积为5300.08升，其中含溶剂总重量约为3500 公斤。Ni,Al和B总用量为 776+2380+12517=15673 克聚丁二烯生成量为3856公斤/时，其中挂胶损失为：39752 %=79.5公斤/时。送去凝聚的聚合物为3856-79.5=3776.5公斤/时终止剂和防老剂用量乙醇用量克按下式计算乙醇用量（升/时）=（丁二烯克分子数乙醇分子量）/（乙醇纯度乙醇重度）带入各值计算（881501.010-3646）/（0.95810）=31.6 升/时总重来那个为810克/升31.6升=25600克。其中水占5 %，重量为1280 克；乙醇量为14320克。防老剂用量克按下式计算：防老剂用量（升/时）=（丁二烯进料量（克/小时）丁二烯转化率a）/（防老剂浓度（克/升）式中：a：防老剂用量与橡胶重之比，按规定a=1 %带入各值计算 （4700000811%克/时）/（136克/升）=280升/时其中防老剂用量为38.08 公斤/时。由于乙醇、防老剂是用溶剂配在一起的，所以280升/时溶液中约有溶剂165 公斤。 聚丁二烯生产线路选择3.3 流程设计选择依据聚合方法的确定 根据产物结构要求从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中选择出配位聚合，同时考虑配位聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、回收、操作方式等方面综合考虑选择溶液聚合实施方法。该工艺路线包括了如反应活性中心的形成过程；特殊引发剂组分的安全防护；由于溶剂的存在必然要考虑的回收、循环利用；反应的终止方式；产品防老化处理等特点。操作方式为连续操作。 单体原料路线的确定 通过比较乙炔法、乙醇法、丁烷一步脱氢法、丁烯氧化脱氢法、丁烯催化脱氢法、石油高温裂解回收法等生产方法的优缺点，结合当地情况，因地制宜地选择合适的丁烯氧化脱氢制丁二烯原料路线。 溶剂的选择 各种溶剂对反应原料、产物及反应所用各种引发剂的溶解能力不同。从溶解度参数、体系粘度、工程上传热与搅拌、生产能力提高、回收难易、毒性大小、来源、输送等几方面对苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶剂油等，进行综合比较，确定选择溶剂油。 引发剂的选择 从适合顺丁橡胶生产的引发剂共性入手，如定向能力高、稳定性好、易贮存、高效、用量少、易分离及残存对产物性能无影响等，对常用的四大类型引发剂Li系、Ti系、Co系、Ni系进行比较，选择Ni系引发剂，其组份主引发剂为环烷酸镍，助引发剂为以异丁基铝，第三组分为三氟化硼乙醚络合物。引发剂活性中心的形成方式 陈化方式 陈化是指为了提高引发剂活性，充分发挥各组分的作用，在聚合前事先把引发剂各组分安一定配比，在一定的条件下进行的预混合反应。国内对上述引发体系曾采用过三种陈化方式，即三元陈化、双二元陈化、稀硼单加。通过比较确定最佳方式为稀硼单加。 聚合反应机理及影响反应的因素。聚合反应机理 丁二烯聚合反应的机理属于连锁聚合反应，遵循配位阴离子的链引发、链增长、链终止及链转移等基元反应机理。其总反应式为： n CH2CHCHCH2 CH2CHCHCH2n根据试验和工业生产实践，目前，世界丁二烯的来源主要有两种，一种是从乙烯裂解装置副产的混合C4馏分中抽提得到，这种方法价格低廉，经济上占优势，是目前世界上丁二烯的主要来源。另一种是从炼油厂C4馏分脱氢得到，该方法只在一些丁烷、丁烯资源丰富的少数几个国家采用。世界上从裂解C4馏分抽提丁二烯以萃取精馏法为主，根据所用溶剂的不同生产方法主要有乙睛法（ACN法）、二甲基甲酰胺法（DMF法）和N-甲基吡咯烷酮法（NMP法）3种。日前世界上C4馏分抽提法生产丁二烯的工艺中以日本瑞翁公司的DMF工艺、德国BASF公司的NMP工艺和日本JSR公司的改进ACN工艺最具有竞争力，其技术水平基本相当。3.4 丁二烯生产线路对比及生产中异常现象列举3.4.1 乙腈法（ACN法）乙腈法最早由美国Shell公司开发成功，并于1956年实现工业化生产。它以含水10%的ACN为溶剂，由萃取、闪蒸、压缩、高压解吸、低压解吸和溶剂回收等工艺单元组成。1977年Shell公司在改造中增加了冷凝器和水洗塔，并将闪蒸和低压解吸的气相合并压缩，其中约8%经冷凝送往水洗塔洗去溶剂，塔顶气相返回原料蒸馏塔，这样就除去了C4烃中的C5烃。其余气体一部分送往高压解吸塔，另一部分送往萃取蒸馏塔塔底作为再拂气体提供热能，从而省去了一台再沸器，降低了蒸汽用量。水洗塔底溶剂约1%送往溶剂回收精制系统，以保证循环溶剂的质量。该法对含炔烃较高的原料需加氢处理，或采用精密精馏、两段萃取才能得到较高纯度的丁二烯。该方法以意大利SIR工艺和日本JSR工艺为代表。3.4.2 二甲基甲酰胺法（DMF法）DMF法又名GPB法，由日本瑞翁（Geon）公司于1965年实现工业化生产，并建成一套4.5万t/a生产装置。该生产工艺包括四个工序，即第一萃取蒸馏工序、第二萃取蒸馏工序、精馏工序和溶剂回收工序。原料C4汽化后进入第一萃取精馏塔，溶剂DMF由塔的上部加入。溶解度小的丁烷、丁烯、C3使丁二烯的相对挥发度增大，并从塔顶分出，而丁二烯、炔烃等和溶剂一起从塔底导出，进入第一解吸塔被完全解吸出来，冷却并经螺杆压缩机压缩后进入第二萃取精馏塔进一步分离。不含C4组分的溶剂从解吸塔底高温采出，用作萃取精馏、精馏、蒸发等工序的热源，热量回收后重新循环使用。炔烃、丙二烯、硫化物、羰基化合物这些有害杂质在溶剂中的溶解度较高，为防止乙烯基乙炔爆炸，并进一步回收溶剂中的丁二烯，第二萃取塔底排出的富溶剂送往丁二烯回收塔，塔顶为粗丁二烯。回收塔塔顶馏出的丁二烯和少量杂质返回第二萃取塔前的压缩机入口，塔釜含炔烃的溶剂送至第二解吸塔，从该塔塔顶分出乙烯基乙炔，稀释后用作锅炉燃料，釜液为溶剂，循环回萃取精馏塔。经两段萃取精馏得到的粗丁二烯中的杂质采用普通精馏除去。比丁二烯挥发度大的C3、水分等，在脱轻塔顶除去，比丁二烯挥发度小的残余2-丁烯、1，2-丁二烯、C5以及在生产过程中产生的少量丁二烯二聚物在脱重塔塔底除去。脱重塔顶可以得到纯度在99.5%以上的聚合级丁二烯。3.4.3 N-甲基吡咯烷酮法（NMP法）N-甲基吡咯烷酮法由德国BASF公司开发成功，并于1968年实现工业化生产，建成一套7.5万t/a生产装置。其生产工艺主要包括萃取蒸馏、脱气和蒸馏以及溶剂再生工序。粗C4馏分气化后进入主洗涤塔底部，含有8%水的N-甲基吡咯烷酮萃取剂由塔顶进入，丁二烯和更易溶解的组分及部分丁烷和丁烯被吸收，同时不含丁二烯的丁烷和丁烯从塔顶排出。主洗塔底部的富溶剂进入精馏塔，在此溶剂吸收的丁烷和丁烯被更易溶的丁二烯、丙二烯和乙炔置换出来，含有乙炔和丙二烯的丁二烯从精馏塔侧线以气态采出进入后洗塔。在后洗塔中，用新鲜溶剂将其他组分溶解，粗丁二烯由其塔顶蒸出后冷凝液化进入蒸馏工序，塔釜富溶剂返回精馏塔的中段。精馏塔釜的富溶剂先进入闪蒸罐中部分脱气，再进人脱气塔脱烃，并控制NMP中的水平衡，少量炔烃从侧线离开脱气塔，其余脱下的烃经冷却塔进入循环压缩机，最后返回精馏塔底部。从后洗塔出来的粗丁二烯在第一蒸馏塔脱除甲基乙炔，在第二蒸馏塔中脱除1，2-丁二烯和C5烃，由第二蒸馏塔顶得到丁二烯产品。汽提后的溶剂抽出总量的0.2%进行再生，以免杂质积累。3.4.4 异常现象之塔顶带丁二烯量多产生原因：（1）釜温过高或波动过大；（2）腈烃比小；（3）采出量过大；（4）乙腈浓度太低或污染严重；（5）C4进料温度高；（6）系统压力低；（7）乙腈进料温度高；（8）进料组成变化大，丁二烯含量高；（9）回流量少或过多，破坏了溶剂处理方法：（1）稳定或降低塔温；（2）调节腈烃比；（3）减少采出量；（4）回流罐放水，提高乙腈浓度，或加强水洗；（5）调节进料温度；(6）适当提高系统压力；（7）降低乙腈进料温度；（8）适当降低釜温或提高系统压力，适当增大腈烃比，或降低乙腈进行温度；（9）适当增大或减少，维持溶剂恒定浓度；3.4.5 异常现象之塔釜丁二烯不合格产生原因：（1）釜温过低；（2）腈烃比过大；（3）顺丁烯在塔内积累过多；（4）系统压力太高；（5）进料中丁二烯浓度太低；(6）乙腈污染太厉害；（7）乙腈温度低或温度假象；（8）回流比太大处理方法：（1）提高釜温；（2）调整腈烃比；（3）提高釜温，加在采出量；（4）降低、稳定压力；（5）适当提高釜温或降低系统压力，适当提高乙腈进塔温度或降低腈烃比太低；（6）水洗再生乙腈；（7）提高乙腈进塔温度，检查测温点是否真实；（8）减少回流比第4章 结 论（1）随着聚丁二烯更广泛、更深入的应用，对其性能的要求也进一步提高，今后的聚丁烯将朝着高科技含量、高性能、多功能性方向发展。（2）实践证明，环氧树脂、有机硅、丁二烯酸酯以及纳米材料复合改性都可以很好地提高聚丁二烯的综合性能。今后应进一步加强复合改性技术的理论研究，深入研究各种因素对复合改性性能的影响，以便把产品做得更好。（3）还要充分利用聚丁二烯分子的可设计性，探索新的合成方法和工艺，在聚丁烯链上引入特殊功能的分子结构，以获得具有更多功能的聚丁烯复合物。（5）同时应重视应用技术的研究，加速复合改性聚丁烯的生产和推广，这将具有重要的实践意义。 随着经济的发展聚丁烯消费需求的增大，以及科研人员的努力，高性能的复合改性聚丁二烯必将取得长足的发展。参考文献1 柴诚敬，刘国维，李婀娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学出版社，1995(11):7-34.2 夏清，陈常贵主编. 化工原理.修订版. 天津：天津大学出版社，2005.3 陈焕章，李国庭等编著.化工设计概论.北京：化学工业出版社，2008，67-1024 林雪梅. 原甲酸三乙酯的生产技术与市场状况. 中国氯碱，2001.5 张石铭主编. 化工容器及设备. 武汉:湖北科学技术出版社，19846 刘道德编著. 化工设备的选择与工艺设计. 长沙:中南工业大学出版社， 1992.7 化学工业部人事教育司, 化学工业部教育培训中心组织编写. 物料输送. 北京:化学工业出版社, 19978 华南工学院化工原理教研组编. 化工过程及设备设计. 广州:华南工学院出版社，19869 大连理工大学化工原理教研室编； 樊希山等编. 化工原理课程设计. 大连:大连理工大学出版社 199410 宋建池, 范秀山, 王训遒主编. 化工厂系统安全工程. 北京:化学工业出版社教材出版中心，200411 王凯全主编. 化工安全工程学. 北京:中国石化出版社，2007致 谢本设计是在李老师的指导下完成的，李老师以严谨求学的态度、高度的敬业精神、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要的影响，在此谨向李老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！同时也同学，在设计过程因为有他们的帮助，我攻克了一个个技术难题，为设计的最终完成铺平了道路。感谢三年来为我们传授知识的诸位老师，他们的言身传教使我打下了坚实的专业基础，解决了设计上的专业问题，保证设计顺利完成。本设计可以说是对我函授三年学习的一个检查，当然也意味着我的函授本科三年将要结束。学院教会了我认真踏实的学习态度，严谨周密的思维，因此在以后的学习工作中要继续保持，脚踏实地才能把事情做好。最后衷心感谢审阅本文的各位专家与老师！谢谢你们能够在百忙之中抽出时间来阅读本文，热切期待各位的批评与指正！附录22毕业设计（论文）评语及答辩委员会意见毕业设计(论文)题目：聚二丁乙烯生产设计专 业：化学工程考 号：72姓 名：指导教师评语： 指导教师签字：答辩委员会意见（包括评语及成绩）： 学生 毕业设计答辩成绩评定为 。依据所提交的材料及毕业设计答辩成绩，答辩委员会认为该学生已完成东北石油大学高等教育自学考试的教学计划，准予毕业。年 月 日