年提纯1000吨四氢呋喃-水共沸物的萃取精馏过程的工艺设计开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

研究意义：

四氢呋喃 (tetrahydrofuran, THF) 又名氧杂环戊烷，有着极强的极性，并可以在水中形成氢键，从而可以与水形成共沸物，常压下共沸点为64℃，共沸物中四氢呋喃的质量分数约为93%。四氢呋喃具有低毒、低沸点和流动性好等特点，并且对许多有机物均有良好的溶解性，所以是一种重要的有机溶剂。另外，四氢呋喃也是合成聚四氢呋喃 (PTMEG) 的必备原料。目前工业上四氢呋喃的生产方法有糠醛法、Reppe法、1，4-丁二醇脱水环化法、二氯丁烯法、丁二烯乙酰氧基化法、马来酸酐加氢法。

目前世界上四氢呋喃的生产能力已达300kt/a。美国是四氢呋喃的生产和消费大国，美国杜邦公司不仅四氢呋喃生产能力最高，而且拥有世界最大的PTMG生产装置。Penn专用化学品公司2000年2月宣布在田纳西州新建了1套36kt/a用丁二醇生产THF的装置，使该公司成为世界上用2种原料生产THF的公司。国内四氢呋喃的生产和开发较晚，工艺技术比较落后，较早的生产厂家都采用糠醛法，如江苏扬州化工厂，上海宝山四方化工厂等，但因规模小，产量低，成本高等原有都已停产。近年来，一些研究单位和生产厂家对THF的生产研究和开发应用十分活跃。目前，THF及其下游深加工产品的生产和应用已形成了一个新的热点。

由前所述，四氢呋喃与水形成共沸物，所以常规精馏无法分离出纯四氢呋喃，需使用特殊精馏方法对其进行分离。目前分离四氢呋喃-水共沸物的主要方法有萃取精馏、变压精馏、吸附法以及渗透气化膜分离法。就目前来说，萃取精馏法与共沸精馏法在工业上已广泛应用，分离技术纯熟。而吸附以及膜分离法尚未有工业化实例，但因其具有分离效果好、能耗低、绿色环保等特点，有望发展成为工业化方法。在相对挥发度接近1或共沸液的料液中加入挥发性很小的（共沸点高的）第三组分，使料液中组分的相对挥发度增大易于用精馏的方法分离，使用这种方法的精馏过程称为萃取精馏，加入的第三组分称为萃取剂或溶剂。萃取剂对产品的质量影响很大，所以对于萃取精馏来说，选取一个好的萃取剂就显得尤为重要。萃取剂筛选的主要方法有2类:一是性质约束方法， 包括试验法、经验筛选法和活度系数法等;二是计算机优化方法，包括计算机辅助分子设计法以及人工神经网络法。目前工业常用萃取剂有糠醛、乙腈、丙酮、苯酚、苯胺、二甲基甲酰胺 (DMF) 等。工业生产出的四氢呋喃大都含有水，因此四氢呋喃与水的分离是四氢呋喃精制提纯的关键。在工业上，1,4-丁二醇脱氢法产生GBL的废液中含有大量的THF和NBA，还有少量的GBL，如果作为仅燃料燃烧或低价处理，在经济上是一种浪费，且对环境有较大的负面作用。而THF是目前化工生产中十分重要的产品，它们的应用前景和全球需求也在不断扩大，如果能将废液中的THF提取分离出来作为化工产品，不仅为为企业较好处理了工业废水，也带来新的收入。研究目的：采用萃取精馏法提纯四氢呋喃-水共沸物的工业方法和工艺成熟，操作简便，产量大，且纯度较高，本文主要研究年提纯1000吨四氢呋喃-水共沸物的萃取精馏过程的工艺设计，萃取剂选用1，4-丁二醇，采用三塔工艺。主要目的是计算并设计合适的工艺路线，绘制符合标准并满足要求的工艺图纸，并按照计算结果选择合适型号的设备，设计出一整套生产流程，绘制主要设备图纸及厂房的平面图和管道图，使设计出的工艺能够在工业上成功生产出1000吨/年的四氢呋喃产品。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：设计年提纯1000吨四氢呋喃-水共沸物的萃取精馏过程的工艺设计，萃取剂选用1，4-丁二醇，采用三塔工艺。

具体内容如下：（1）1.1,4-丁二醇脱氢法产生gbl的废液中含有大量的thf和nba，还有少量的gbl，如果作为仅燃料燃烧或低价处理，在经济上是一种浪费，且对环境有较大的负面作用。

而thf是目前化工生产中十分重要的产品，它们的应用前景和全球需求也在不断扩大，如果能将废液中的thf提取分离出来作为化工产品，不仅为为企业较好处理了工业废水，也带来新的收入；（2）对四氢呋喃-水共沸物的萃取精馏分离方法进行文献检索，找出最佳的萃取剂，并提交该研究领域发展动态的文献综述；（3）确定萃取精馏工艺之后提交设计方案，包括物料衡算、热量衡算、过程模拟及工艺条件优化，并绘制其过程工艺的pid、pfd图；（4）确定该过程的主要设备的尺寸和结构设计，并对附属设备进行选型。

3. 研究计划与安排

第1-4周：查阅文献并确定设计方案；第5周：提交开题报告；第6-12周：根据要求计算相关数据，开始编写设计说明书；第13-14周：根据所编写的设计任务书绘制所相关的图纸；第15周：完善修改毕业设计，准备答辩；第16周：毕业设计答辩。

4. 参考文献（不低于12篇）

[1] alexand r m p r. method for the production of defined mixtures of thf, bdo and gbl by gas phase hydrogenation[m]. us. 2008.

[2] 文青. 加盐萃取精馏分离环己烷—四氢呋喃的研究[d]. 天津大学, 2008.

[3] 田庆来, 谢全安, 王洪有, 等. 丙酮、四氢呋喃、三乙胺和水混合物分离的研究[j]. 现代化工, 2002, s1):