年产1万吨乙烯基乙炔制备2氯13丁二烯车间设计毕业设计.docx
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年产1万吨乙烯基乙炔制备2氯13丁二烯车间设计毕业设计.docx
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年产1万吨乙烯基乙炔制备2氯13丁二烯车间设计毕业设计
石河子大学毕业论文
题目:
年产1万吨乙烯基乙炔制备2-氯-[1.3]-丁二烯车间设计
院(系):
化学化工学院
专业:
化学工程与工艺
乙烯基乙炔制备2-氯-[1.3]-丁二烯车间设计
摘要
本设计为年产1万吨乙烯基本设计为年产1万吨乙烯基乙炔制备2-氯-[1.3]-丁二烯的生产工艺初步设计,设计中采用乙炔法生产丁氯橡胶工艺中由乙烯基乙炔为原料生产氯丁二烯的工段,催化剂为改进型NieuLand催化剂,乙烯基乙炔的转化率可由原来18%升至27.4%。
根据设计要求时工艺流程进行了选择与论证,对整个装置进行了物料与能量的衡算,对主要设备和管道进行了设计及选型。
在工艺路线中提浓塔和减压精馏塔Ⅰ处轻馏分含较高浓度的乙烯基乙炔,重新回流到乙烯基乙炔储槽进行循环。
经过本次设计优化后在减压精馏塔Ⅱ冷凝器流出产品含氯丁二烯的质量分数可达99.997%。
最后对本装置的安全生产与“三废”治理作了相关讨论。
关键词:
乙烯基乙炔;2-氯-[1.3]-丁二烯;合成;衡算
Abstract
Thcdesignisprimaryforthemanufacturingprocessof2-chloro-[1.3]-butadienebyVinylacetylene10000tonsperyear,andthedesignRouteofvinylacetyleneasrawmaterialtoproductChloropreneisthepartofAcetyleneproductionofchloroprenerubber,CatalystforimprovedNieuLand,itmakestheconversionrateincreasefrom18%to27.4%.Accordingtothedesign,thecraftproductionwayofformaldehydewasselectedandthetechnnlogywasinvestiged.Themainequipmentsandpipesweredesignedorselected.Intheprocessofconcentrationtowerandvacuumdistillationtower,Lightfractioncontainsvinylacetylenegreatly,then,itisdrawedbacktherawmaterialstoragetanktoreactagain.Afterthedesignoptimization,theendmassfractionisupto99.997%.Atlast,safelyproducinganddealingwith"threewaste"wereargued.
Keywords:
vinylacetylene;2-chloro-[1.3]-butadiene;Synthesis;balancecalculation
前言
2-氯-[1.3]-丁二烯(以下简称氯丁二烯)是合成多种特殊橡胶的中间产品,是乙炔新型的衍生物产品之一,氯丁二烯能与苯乙烯、丙烯腈、异戊二烯等共聚,生产各种合成橡胶,其中最主要的橡胶是氯丁二烯单体加聚生成氯丁橡胶。
这种橡胶是合成橡胶中较为特殊的一个相对较小的品种,是最先实现工业化生产的合成弹性体。
具有耐候、耐燃、耐臭氧、耐热、耐寒、耐油、耐曲挠、结晶内聚力突出以及高强度等较全面的特性,能在苛刻而恶劣的环境下使用,且制品寿命很长,在实际应用中有极大的价值,也是目前我国紧缺橡胶材料,为维持国内需求,大量通过国外进口。
氯丁二烯是含氯的易挥发液体,化学性质活泼。
氯丁二烯最早1930年美国人Carothers和Collins在合成二乙烯基乙炔时发现。
在1931年,美国杜邦公司首先实现了由电石乙炔制氯丁二烯的工业化生产。
60年代以前,这是工业上生产氯丁二烯的唯一方法。
乙炔在氯化亚铜的酸性水溶液中于80℃下生成乙烯基乙炔,后者再与氯化氢在氯化亚铜的盐酸溶液中进行加成反应生成氯丁二烯。
这种制备氯丁橡胶工艺在我国是从前苏联引进的,至今已有50年生产历史。
由于我国资源现状是“贫油、少气、富煤”,我国有50%的石油依靠进口。
而且本次设计主要面向区域新疆地区拥有全国40%的煤炭资源,煤炭可生产乙炔,目前大部分乙炔用于PVC,但PVC市场趋于饱和,所以发展乙炔下游产品势在必行。
乙烯基乙炔制备的2-氯-[1.3]-丁二烯可用于合成氯丁橡胶及其他衍生产品。
这样一方面可以充分利用本地的煤炭资源,另一方面可以减少石油的用量,减轻国家的石油资源压力。
所以乙炔法制氯丁橡胶工艺在我国通过不断技术改造,装置工艺水平有所提高,但与日本Denka、美国DuPont等同类型生产厂家相比,仍有较大的差距。
其中包括单体氯丁二烯(CP)中高低沸物含量远高于国外水平,主要原因是由于氯丁二烯极易自聚造成塔板堵塞,塔板传质效率急剧下降,严重影响生产平稳。
本设计在整个设计过程中,按照设计任务书的要求,对年产1万吨乙烯基乙炔制备2-氯-[1.3]-丁二烯车间设计装置进行了完整的物料衡算与热量衡算,对工艺过程中的主要设备进行了较为详细的工艺计算,同时也对装置的技术经济状况进行了初步估计。
1绪论
1.1我国氯丁橡胶工业的发展过程
本设计所要制备的丁氯二烯为丁氯橡胶的单体,所以以下从考察丁氯橡胶的发展历程来研究丁氯二烯的发展过程。
我国丁氯橡胶工业的发展大致可分为二个阶段。
1.1.1起步阶段
20世纪50年代,我国开始了氯丁橡胶的研究开发工作,于60年代分别在长寿化工厂、山西化工厂、青岛化工厂建成了年产量均为0.5万t/a的生产装置,后来又对这3套设备进行了扩建,总的生产能力达到5万t/a。
1.1.2发展阶段
进入2000年,我国氯丁橡胶工业无论在产能、生产技术还是在设备、节能和自动控制等方面都有了较大的改进和提高。
随着反应热和尾气的燃烧热的利用,使氯丁橡胶生产装置由原来的“耗汽型”变成为“不耗汽型”或“外供蒸汽型”装置,我国主要有重庆长寿化工有限责任公司氯丁橡胶公司、山西合成橡胶公司和山东莱州康佰力胶业公司3家氯丁橡胶生产企业。
2006年的我国氯丁橡胶产达到10.7万t/a法。
虽然丁氯橡胶的发展还没有快速发展阶段,但是随着我国西部大开发的深入,对橡胶的需求必定会有很大的增长,在未来几年丁氯橡胶新型装置上和催化剂应用会让丁氯橡胶有迅猛的发展。
1.2我国氯丁橡胶工业的现状
1.2.1生产工艺
目前世界上生产氯丁二烯的制法有4种:
①乙炔法;②丁二烯法;③丁烯氯化法;④丁二烯氧氯化法。
目前已工业化的氯丁二烯生产方法仅有乙炔法,丁二烯法。
乙炔法系美国DuPont公司于30年代初开发,乙炔法的原料来源经历了电石乙炔,天然气乙炔和石油乙炔。
多年来,美国DuPont公司垄断这一生产技术。
由于乙炔法生产过程中副产物二乙烯基乙炔有自聚爆炸危险,生产安全性差、工艺流程复杂、乙炔价格高,促使氯丁二烯生产路线由乙炔法转向丁二烯法。
丁二烯法生产氯丁二烯的技术路线是由英国的Distillers公司,经过十六年研究试验开发成功的。
目前世界上生产氯丁二烯的技术路线丁二烯法已占70%-75%。
丁二烯法具有原料廉价易得,生产安全,操作稳工艺流程较电石法简单,成本低等优点,因而国际上乙炔法已逐步被丁二烯法取定点代。
1.2.2生产能力和产量
由于氯丁二烯是生产氯丁橡胶的单体,此处的生产能力和产量以今年来生产氯丁橡胶的量为标准。
我国除原有重庆长寿化工有限责任公司、山西合成橡胶公司。
我国主要有重庆长寿化工有限责任公司氯丁橡胶公司、山西合成橡胶公司和山东莱州康佰力胶业公司三家氯丁橡胶生产企业。
我国氯丁橡胶产能已由2008年的6.7万吨/年提高到2012年的8.2万吨/年。
山橡集团位于山西阳高县龙泉工业园区的一期年产3万吨氯丁橡胶项目从2006年开始建设,共包括氯丁橡胶、烧碱、液氯,以及副产品DVA清漆等,2009年投入生产。
二期工程要根据市场情况考虑何时建设。
此次项目建设位于阳高县龙泉工业园区.早在2004年初,山橡集团与亚美尼亚共和国纳依里特(Nairit)公司签约,共同筹建合资公司,建设该项目,名称为山纳合成橡胶有限责任公司,总投资为12亿元人民币。
重庆长寿集团也在筹建4万吨/年新装置,并计划在2016年投产。
1.2.3技术指标
(1)国际氯丁二烯组成指标如表1.1:
表1.1氯丁二烯组成
精氯丁二烯的组成,%(重量)
丁氯二烯
≥99.9
乙烯基乙炔
≤0.02
二氯丁烯
≤0.05
乙醛,氯乙烯
≤0.03
(2)产品质量
由于历史的原因,目前我国工业氯丁二烯执行的产品标准仍是以95%(wt)浓度的产品,我国工业氯丁二烯的质量大部分都达到优极品标准,有的还根据用户和自身的要求,严格控制乙烯基乙炔和二氯丁烯含量等标准。
表1-2我国甲醛生产厂家现主要集中地单位:
万吨
厂址名
企业数
生产能力
产量
(2006年)
2004
2008
全国
4
10.7
6.0
6.7
山西大同
1
2.5
2.5
2.5
山西阳高县
1
2.3
0.0
3.0
重庆长寿
1
4.4
2.3
3.0
山东莱州
1
1.5
1.2
1.2
1.3影响我国甲醛价格的主要因素
近年来,我国氯丁橡胶市场走势较为平缓,进口货源与国内产品走势基本相同.整体处于阶段性下跌行情。
虽然氯丁橡胶市场也是跟随国际原油等大宗商品价格以及全球经济走势发展而跌落,不过结合我国氯丁橡胶市场的特殊情况,降幅较为平缓。
影响甲醛价格主要有以下三个因素:
1.3.1生产成本
构成甲醛生产成本的有原料(乙烯基乙炔,Hcl)、电、水、催化剂、设备维护、人工及管理费用等,其中原料乙烯基乙炔是最主要的生产成本,约占氯丁二烯生产总成本的90%左右。
这几年氯丁二烯价格在不断上涨,其中一个重要原因就是乙烯基乙炔价格的上涨。
2001年的乙烯基乙炔价格为1200元/吨,2002年不到1300元/吨,2003年2100元/吨,2004年为2200元/吨。
可以看出,氯丁二烯价格与乙烯基乙炔价格基本上呈现一种线性关系。
1.3.2地区差异
氯丁二烯单位价值不太高,不适宜于长途运输,否则运费太贵,不合算,所以氯丁二烯基本上是就地产销的产品,呈现明显的地域特征,各地区之间的价格差异比较大。
目前来看,重庆、河北、山东等地的氯丁二烯价格比较低,出厂价在4100~5200左右的水平,而福建、广西、四川等地,氯丁二烯价格相对较高,出厂价在5500~7500元左右的水平。
1.4产品说明
1.4.1产品名称
2-氯-[1.3]-丁二烯化学分子式:
CH2=CCl-CH=CH2分子量:
88.54
1.4.2产品性质
A.物理性质
国标编号
31013
CAS号
126-99-8
中文名称
2-氯-1,3-丁二烯
英文名称
2-chloro-1,3-butadiene
别 名
氯代丁二烯
分子式
C4H5Cl;CH2CHCClCH2
外观与性状
无色液体,有辛辣气味
分子量
88.54
蒸气压
28.7kPa/25℃闪点:
-20℃
沸 点
59.4℃
溶解性
微溶于水,溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂
密 度
相对密度(水=1)0.96;相对密度(空气=1)3.0
稳定性
稳定
危
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