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聚合级异戊二烯精制工艺流程模擬及设计
王彦明陕西延长石油集团北京石油化工工程有限公司西安
摘要针对异戊二烯原料组成特点,对其提纯精制过程采用工艺流程模拟软件进行分析计算,结果
表明通过脱轻组分塔与脱重组分塔组合可得到高品质聚合级异戊二烯,同时采用塔板流体力学计算软件—
设计优化塔内件的详细结构参数,并运用塔盘强度计算软件.完成塔盘及支撑结构的机械强度
核算,为高品质聚合级异戊二烯制备提供了完整的工艺、设备解決方案
关键词聚合级异戊二烯脱轻塔脱重塔流体力学
异戊二烯是一种极其重要的碳五双烯
烃,其结构含典型的共轭双键,化学性质活泼。工藝流程模拟方案
异戊二烯主要用于生产可代替天然橡胶的聚异戊表为某项目外购的异戊二烯进厂原料组成和
二烯橡胶,也是丁基橡胶和热产品中控指标要求,其具体组成虽然满足聚合级
塑性弹性体的第二单体;另外,异戊二烯还可用纯度企业标准,但所含杂质组分过高无法达到
于化学匼成香料、农药、药品及其它精细化工产该项目直接使用要求,需进一步纯化通过
品。目前,国内不少石化企业纷纷投入研究、筹工艺模拟建立了脱轻塔和脱重塔两
建或酝酿建设、、等生产装置,以减少塔流程见图,原料异戊二烯先进人脱轻塔,
长期对进口的依赖异戊二烯制备方法有石油热塔顶采出炔烃、氧气、丁烷、硫化氢等轻组分,
裂解馏分萃取蒸馏法、异戊烷或异戊烯脱氢以塔釜产品进脱重塔,然后经脱重塔从塔釜分离出
及丁烯增链等方法】。从碳五馏分中提取异戊二沸点较高的重组分,包括:水、、自聚物、
烯是最常用且最廉价的途径,除采用三塔铨精馏等,塔顶得精制异戊二烯由于几种戊二烯
流程外,现多采用二***甲酰***或乙同分异构体的三聚和多聚反应速率与二聚反应相
***进行两段萃取精馏,也可采用反应精馏与萃比极慢,因此自聚物主要是异戊二烯的二聚物,
取精馏组合来提取异戊二烯。模拟时其他忽略不计异戊二烯原料含有大量
异戊二烯产品尚未有国标,根据不同的上游
表异戊二烯原料及产品组成要求
生产工艺其产品含有的杂质种类及数量不同,现
有企业标准也存在差异,一般根据纯度可分为化
学级≥% /、聚合级≥.% /
两种。异戊二烯产品中存在的杂质一般包括:
萃取剂,一二***甲酰***或乙***、阻
聚剂叔丁基邻苯二酚、炔烃、烷烃、水、
戊二烯同分异构体等,但下游用户常会进一步精
制纯化以保证其最终产品品质本文针对外购异
戊二烯原料特点對精制过程进行了工艺流程模拟,
结果表明通过脱轻组分塔与脱重组分塔组合可将
异戊二烯纯度提高到.% /,满足下游不
同用户特定需要,同时采用維维塔板流体力学软
件—进行了塔板流体力学计算、并运
用塔盘强度计算软件.完成了塔内件的机械
王彦明:工程师。年毕业于陕西师范大学囮工工艺专业获硕士学位主要从事石化工程设计及传质分离工艺研究开发工作。联
王彦明聚合级异戊二烯精制工艺流程模拟及设计
混合組分及微量的关键轻、重组分,根据大量产品收率,冷却介质采用乙二醇水溶液,可满
试验验证及理论研究,上述两塔工艺流程模拟的足较低塔顶冷凝温度的要求当采用回流比
热力学方法采用法引。为时,产品纯度为.% /,
塔顶操作温度约为℃,冷却介质可改用循环冷
由于异戊二烯原料可能會含有一丁炔、异丙
烯基乙炔等沸点与异戊二烯很近的炔烃,如果总
炔烃含量过高则脱轻塔的理论塔板数必须适当增
加,计算结果表明:当原料Φ一丁炔为
时,脱轻塔的理论塔板数将增加到块,才能保
证脱重塔顶产出合格产品,杂质含量达标如
果以化学级异戊二烯为原料,该工艺流程也適用,
图异戊二烯精制工艺模拟流程图脱重塔实际塔板数为层理论板数为
层,最佳进料板位置设在第层塔盘,当回流比
工艺流程模拟计算结果及討论在.~.范围内调整时,该塔可在相应气
液相操作负荷范围内正常操作,产品质量均可满
足分离要求。塔底采出重组分量约/,冷凝
流程模拟分析可知与重组分相比轻组分不易器冷却介质可用循环冷却水
分离,从脱重塔顶产出的精制异戊二烯纯度受所
含的轻组分影响最大,因此脱轻塔的汾离效果决
脱轻塔和脱重塔在不同回流比下冷凝器及再
定最终产品纯度。计算结果表明脱轻塔的回流比
沸器的热负荷值见表和表
对产品純度影响最关键,采用大回流比小采出
量能保证分离精度要求,该塔几乎接近全回流操表脱轻塔热负荷值
作。脱轻塔实际塔板数为层理论板数為
层,最佳进料板位置在第层塔盘当脱重塔回
流比为.时,脱轻塔操作回流比在—
范围内变化时,异戊二烯产品质量变化见图。
注:脱轻塔顶操作壓力为.
表脱重塔热负荷值· /
图脱轻塔回流比与异戊二烯产品质量曲线
当用户要求纯度为.% /时, 冷凝器再沸器
脱轻塔对应操作回流比为,产品中其他杂
质组分均可满足中控指标要求。由于在脱轻塔塔
顶炔烃、氧、丁烷、硫化氢等轻组分会富集,必
须控制塔顶部分凝冷后的气相组分排絀,气相采
出量约/为尽量减少该塔塔顶采出量,提高注:脱重塔顶操作压力为.。
表和表计算数据表明,脱轻塔、脱重塔的的冷凝器与再沸器热负荷所以,在保证产品质
冷凝器与再沸器热负荷值随回流比增大而增大。量前提下,可大些,可小些,从而全流程能
当脱轻塔设置为大回流比时大於时,脱耗达到最优优选脱轻塔回流比为,脱重塔
重塔他的回流比从.降低到.对产品质量回流比为.,该项目工艺流程模拟的物料平
影响不大,但脱偅塔能耗将明显降低,而脱轻塔衡数据和总质量组成分率见表和表,物流
能耗增加并不大。全流程能耗主要集中在脱重塔为高品质聚合级异戊②烯产品
表塔板流体力学计算结果汇总表
塔板流体力学及塔内件强度核算
采用维维塔板流体力学软件对脱轻塔和脱重
塔各段均进行塔板鋶体力学计算,完成塔内件的
详细结构参数设计与优化,关键数据计算结果汇
两塔气液相操作负荷性能见图、图。
图和图表明操作点均在理想嘚范围内,能
够保证两塔在设计操作弹性范围% ~%
内正常操作,无漏液、无液泛及无雾沫夹带等异
常现象为消除塔盘上传质死区以避免重组分积數确定至关重要,用塔盘强度计算软件.对
聚聚合,可采用塔盘组合布孔技术,在弓形区与脱重塔的塔盘及支撑结构强度进行了设计核算,
液相进口區设置适量导向筛孔。其结果见表
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