年产1500吨氯丁烷车间(精制工段)工艺设计开题报告

（ 届）
系 专
部： 业：
学 生 姓 名： 班 级 学号 职称Βιβλιοθήκη 指导教师姓名： 指导教师姓名：
年 月
日
题目：年产 1500 吨氯丁烷车间（精制工段）工艺设计
1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1000 字以上的文献综述。 前言 化学工业是国民经济的基础产业， 在促进和保证国民经济快速健康发展方面 起着重要的支撑作用。21 世纪以来的建设高潮应是由化工大国向化工强国的跨 越。然而，化学工业发展在大力发展的同时也带来了许多的问题。其中能源和环 境问题成为不得不重点注意的问题[1]。现今一些个别企业环境意识不强，只追求 产品产量和经济效益，不注重环境保护和治理，甚至对一些江河湖泊、大气造成 污染，所以企业在这方面要注重循环利用，避免造成资源的浪费，同时也要注意 减少废弃物的排放，做到清洁生产。 氯丁烷的生产属于对 C4 资源的应用。之前 C4 资源很大程度上都用于做燃 料燃烧，而国外已越来越多地利用于化工品。本设计设计的以正丁醇和盐酸为原 料生产氯丁烷产品的工艺就属于把 C4 资源应用于化学品的范畴，它既做到了原 料的循环利用又保证了使排放物达到环保的要求， 提高了对 C4 资源的利用效率。 1 C4 资源应用概况 资源应用概况 我国是一个多煤、少气、贫油的国家，特别是石油资源，我国现在每年的原 油进口量增加，对外依存度不断提高。2003 年对外依存度是 36％，2004 和 2005 年均达到 40％以上[1]。 近年来，由于对石油化工的开发要求，有人预测，C4 馏 分将是继乙烯和丙烯之后可能得到充分利用的的宝贵石油能源。预计 2015 年我 国原油加工能力达 3.8 亿吨/年，届时可副产炼厂 C4 烃 670-837 万吨/年，裂解 C4 烃 420-550 万吨/年，C4 烃资源将达 1090.0-1392.0 万吨/年。美国、日本和西 欧对 C4 馏分利用率高达 55％以上，而我国的化工利用率只有 41％，而且主要集 中于烯烃。目前，国内多数企业仅对裂解 C4 中的丁二烯、部分异丁烯和少量正 丁烯进行化工利用，60％-70％的 C4 烃几乎完全被用作燃料燃烧，而外国已越来 越多地利用于化工品[2]。我国有丰富的 C4 资源，其利用和开发已经成为研究的 热点之一[3]，但是我国对 C4 烃特别是 C4 烃的后续利用的研究还刚刚起步，化 工产品的市场满足率有较大的提升空间，急需开发针对 C4 资源的高效利用。本 工艺设计研究的氯丁烷产品就属于 C4 产品的后续利用， 在一定程度上提高了 C4 资源的利用效率[4]。 2 国内氯丁烷市场情况 内氯丁烷市场情况 虽然我国化学工业已经获得巨大发展，如合成氨、合成树脂、合成纤维、涂 料、农药等 20 多种产品已经位于世界前列，但是我国化工产品的市场满足率还 有较大的提升空间，有些产品例如氯丁烷,一大部分还依靠进口满足国内需求。
合成反应后使反应混合物进入恒沸蒸馏塔在共沸点温度时其共沸物组成为含小量水和正丁醇的氯丁烷塔底混合物在塔釜中分为两层上层未反应的正丁醇和酸性水使之返回反应釜继续反应下层大量水和正丁醇以及少量盐酸进入共沸器在共沸点时其共沸物组成为大量正丁醇和少量水由共沸器蒸出返回到反应釜继续反应
本科毕业设计（论文） 本科毕业设计（论文）开题报告
由表 1 可见:供需差额为 200 t/ a 。这不仅浪费了大量外汇,而且制约了国内 一系列催化剂及氯丁烷衍生物的生产与应用。本设计研究的氯丁烷产品属于 C4 资源的后续利用，在一定程度上解决了上述问题[6]。 3 氯丁烷应用前景 氯丁烷应用前景 据资料介绍:我国聚烯烃、塑料及精细化工产品的迅猛发展，使作为催化剂 重要原料的高纯度氯丁烷在国内呈现出光明的发展前景。它的应用领域主要有： ①农药工业，主要用于合成农药腈菌唑； ②医药工业，用于生产医药保泰松的 中间体和动物驱虫剂：③合成橡胶工业，制备催化剂丁基锂；④有机化工生产， 用于制备月桂酸二丁基铝，作一些难溶化合物的溶剂，如甲黄隆、聚醚等生产的 溶剂； ⑤分析化学，用于制备丁基纤维素的丁基化试剂等。 因此，开发生产氯丁烷,既可以满足国内市场的需求，又可以出口创汇，还可 以促进国内氯丁烷下游产品的开发与应用，创造新的经济增点。 4 本设计特征 本设计特征 以正丁醇和盐酸为原料、不外加催化剂、常压下连续生产氯丁烷的方法，其 特征在于：合成反应后，使反应混合物进入恒沸蒸馏塔，在共沸点温度时，其共 沸物组成为含小量水和正丁醇的氯丁烷，塔底混合物在塔釜中分为两层，上层未 反应的正丁醇和酸性水使之返回反应釜，继续反应，下层大量水和正丁醇以及少 量盐酸进入共沸器，在共沸点时，其共沸物组成为大量正丁醇和少量水，由共沸 器蒸出，返回到反应釜，继续反应；恒沸蒸馏塔蒸出的共沸物经分离、水洗后， 进入精馏塔精馏。 结论 该工艺利用卤素原子能够置换有机物分子中与碳原子相连的羟基、羧基 、 磺酸基及其他卤原子等多种官能团这一性质[7]，以正丁醇和盐酸为原料，用正丁
醇与卤代剂盐酸进行氯置换反应制取氯丁烷产品,具有以下特点：(1)原料正丁醇 易得；(2)蒸馏和精馏为成熟的化工单元操作；(3)反应为常温、常压，易操作； (4) 反应中原料可以循环使用,既可以提高收率又可以减少“三废”量, 能够实现 清洁生产的目标，符合ISO14000 的环保要求。因此该工艺可行。该产品在市场 上有潜力可挖：(1)该产品可用作有机溶剂、农药和医药中间体以及合成橡胶工 业用的催化剂的生产原料，属于用量不大但应用面比较广的产品；(2)国内大规 模生产厂家较少，北方(尤其是东北)未见有相关产品的报道；(3)产品价值高、利 润大。因此，氯丁烷是值得大力开发的耗氯产品。 参考文献 [1] 傅向升 .当前发展化学工业几点思考. [J] 现代化工.2007.1. 27（1）7 [2] 胥子兵，陆红银，王吉德.正丁烷脱氢制正丁烯催化剂[J]化学进展.2007. 19 （10）1481 [3] 马 超 红 ， 刘 子 玉 . 异 丁 烷 脱 氢 V2O5/ γ -Al2O3 催 化 剂 的 研 究 [J] 应 用 化 学.2005.19（3）290 [4] 周锦.国产氯丁烷在装置上的应用[A]石油化工应用.2008.10.27(10)21-22 [5] 朱海峰 ,唐霞 ,李健. 值得大力开发的氯丁烷[A].氯碱工业，2004.5（5）29-30 [6] 李绍杰，王拮，邵礼宾. 用国产氯丁烷生产LLDPE催化剂[J]石化技术与应 用.2005.1.23（1）48-49 [7] 薛慧峰 ,夏桂英 ,刘满仓 ,胡之德.Ziegler - Natta 催化剂制备中氯丁烷监测分 析方法的改进[A].石油化工.2004. 33（3）263-265 [8] 化学试剂.精细化学品产品目录[M]北京化学试剂公司. 化学工业出版社243 [9] 张 秋 荣 ， 许 前 会 . 氯 丁 烷 一 正 丁 醇 体 系 等 压 汽 液 相 平 衡 研 究 [J] 辽 宁 化 工.2005.11. 34（11）474-475 [10] 边志慧, 李勇军.氯丁烷的制备[J]中国氯碱.2003（10）沈阳化工股份公司研 究所 43 [11] 曹志昂 ，高兴发，龚 勇 ，等．一种生产氯丁烷 的方法[P]CN：1069018， 1993—02—17． [12] 邱滔， 范正明， 田华.合成 1 一氯丁烷新技术[J]精细化工.2004.8. 21 8） （ 637-638 [13] Newman M S．Synthesis of butyl chloride[J]．J Am Chem Soc，194J0．62： 295． [14] MitsuiToatsu Chemicals，Inc．Alkyl chlorides[P]．JP：58 144 328，1983—08 —27． 2.选题依据、主要设计内容、设计方案论证。
分层罐 冷凝器 氯丁烷 粗氯丁烷 水 缓冲罐 中间罐 脱水塔 废水
冷凝器 精馏塔
产 品
贮罐
回收 残装液
氯丁烷生产工艺流程框图
3.工作进度及具体安排。 第 1~4 周：查阅资料，完成开题报告，英文文献翻译 第 5~7 周：完成各种工艺、非工艺计算 第 8~11 周：绘制图纸 第 12~13 周：设计说明书的编写，完成毕业设计初稿 第 14 周：检查毕业设计初稿，完成终稿 第 15 周：制作答辩幻灯片，准备答辩 第 16 周：毕业设计答辩
目前， 国内已经开发了氯丁烷的产品， 但由于国内规模化生产氯丁烷的厂家较少， 高纯度氯丁烷产品很大一部分还依赖进口，国内氯丁烷的市场应用情况见 1 [5]。 表1 应用领域用量 农药工业 医药工业 橡胶工业 其它 合计 国内氯丁烷生产与市场情况 (t/ a) 500 500 1 000 500 2 500 生产厂产能 岳阳石化 昌吉利化工有限公司 芳桥镇东方化工厂 上海第十五制药厂 (t/ a) 1 000 1 000 200 100 2 300
4.指导教师意见。
指导教师： 年 5.教研室意见 月 日
教研室主任： 年 月 日
说明： 开题报告作为毕业设计 （论文） 答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一， 此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导 师审查后签署意见生效。
设计依据及思路 氯丁烷又名1一氯丁烷或正丁基氯，分子式C4H9Cl ，无色易燃液体，沸点 78.4℃，相对密度0.8875，闪点-6.7℃。不溶于水，能与醇、醚混溶。该品有毒， 易热解成光气[8]。 本设计研究选择了氯丁烷车间的精制工段作为设计象， 讨论研究涉及一种以 正丁醇和盐酸为原料、 不外加催化剂常压下生产氯丁烷的方法。 主要由合成工段、 分离工段、精制工段构成。物料经反应釜，进入恒沸蒸馏塔，在共沸点温度时， 便有含小量水和正丁醇的氯丁烷以及微量盐酸蒸出，然后经水洗、精馏获得高纯 度氯丁烷[9]，恒沸蒸馏塔塔底混合物在塔釜中分两层，上层未反应的溶有少量水 的正丁醇返回反应釜，下层溶有少量正丁醇的水以及少量盐酸进入共沸器，蒸出 正丁醇和水也返回反应釜，继续反应。 主要化学反应式为[10]: CH3CH2CH2CH2OH + HCl→ CH3CH2CH2CH2Cl + H2O 设计方案及论证 设计方案及论证 方案 以正丁醇和盐酸为原料生产氯丁烷常见的有 5 种方法： (1) 用氯化亚砜 SOCl2 氯化；(2) 用三氯化磷或五氯化磷氯化; (3)在加压条件下,用氯化氢气体氯 化; (4) 以三苯氧膦为催化剂,用浓盐酸氯化; (5) 以无水氯化锌为催化剂,用浓盐 酸氯化[11]。这些工艺生产的氯丁烷质量分数只有 98％左右，产生大量的酸性废 水，副反应也较多，副产丁烯、二丁基醚及聚合树脂，不宜连续生产,而目前市 场需求氯丁烷质量分数 99％以上的产品，其中用于合成正丁基锂的氯丁烷质量 分数 I>99.5％[12-14] 。 而本设计采用了恒沸蒸馏塔、共沸器和精馏塔，在常压下，氯化氢气体与正 丁醇进行氯代反应合成氯丁烷，使生成的氯丁烷马上离开反应区域，反应向正方 向进行,因而排出的污水量及其含酸量大大降低，得到氯丁烷质量分数I>99.5% ， 正丁醇低于0.1%，二丁基醚低于0.01%，反应收率I>85% ，是绿色生产新技术。 本设计主要是针对精馏塔的精制工段的研究。具体过程如下：经过分离阶段 分离出来的氯丁烷、粗氯丁烷、回收的粗氯丁烷以及部分反应水进入中间罐；中 间罐用脱水塔送料泵送入脱水塔脱水； 脱水塔塔顶液冷凝后送入分层罐分离废水 和粗氯丁烷，分离的氯丁烷回收；脱水塔塔底液进入缓冲罐缓冲经过精馏塔送料 泵送入精馏塔精馏，塔底残液排出，塔顶精馏的氯丁烷经冷凝器冷凝进入氯丁烷 储罐，一部分回精馏塔继续精馏，经检测合格的作为产品送入氯丁烷产品罐，不 合格的继续精馏。 其工艺流程框图如下：