论文总字数：24016字

摘 要

四氢呋喃(THF),也叫做氧杂环戊烷，它有着很强的极性，而且还能够和水生成氢键，所以它能够和水形成共沸物，在常压下，水和四氢呋喃的共沸物的共沸温度是64℃，在其中，四氢呋喃的所占的质量分数大约是93%。四氢呋喃有着流动性好、沸点低、毒性较小等特点，而且它对很多物质有着优良的溶解性，所以THF是一种应用非常广泛的有机溶剂。除了这些特点之外，四氢呋喃还经常用作合成聚四氢呋喃的原料。目前，四氢呋喃的生产、应用和它的深入分析已成为新的研究课题。

本设计为提纯年产量为1000吨的四氢呋喃-水共沸物的萃取精馏的工艺设计，采用三塔工艺进行萃取精馏，萃取剂选用1,4-丁二醇（BD），使得到的四氢呋喃产品纯度达到99.5%以上。采用萃取精馏的方法，工艺成熟，操作简单，生产效率高，且产品纯度较高。另外，本设计采用Aspen PLus进行模拟，得到相关最优参数，如塔径、塔高、理论板数等，并采用Aspen Plus进行相关设备的设计，如塔板、换热器等，减少了计算量，并且结果更加准确。本设计为提纯四氢呋喃-水共沸物工艺提供了良好的参考。

关键词：四氢呋喃；共沸物；萃取精馏；1，4-丁二醇；模拟

Abstract

Tetrahydrofuran (THF), also known as oxetane, has a very strong polarity and can form hydrogen bonds in water, which can form an azeotrope with water. The azeotropic point is 64 ℃ under normal pressure. The mass fraction of tetrahydrofuran is about 93%. Tetrahydrofuran has the characteristics of low toxicity, low boiling point, good fluidity, and good solubility in many organic substances, so it is an important organic solvent. In addition, tetrahydrofuran is also an essential raw material for the synthesis of polytetrahydrofuran (PTMEG). At present, the production and application of THF and its downstream deep-processed products have formed a new hot spot.

This design is a process design for extractive distillation of tetrahydrofuran-water azeotrope with an annual output of 1,000 tons. A three-column process is used for extractive distillation, and 1,4-butanediol (BD) is used as the extractant. Tetrahydrofuran products have a purity of over 99.5%. The extractive distillation process is mature, easy to operate, high efficiency and high purity. In addition, the design uses Aspen PLus for simulation to obtain relevant optimal parameters, such as tower diameter, tower height, number of theoretical plates, etc., and uses Aspen Plus to design related equipment, such as heat exchangers, which reduces the amount of calculations, and The results are more accurate. This design provides experience for the separation of tetrahydrofuran water azeotrope

Key words: tetrahydrofuran; azeotrope; extractive distillation; 1,4-butanediol;simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 概况 1

1.1.1 作用和用途 1

1.1.2 四氢呋喃的物化性质 1

1.2 四氢呋喃的生产工艺 1

1.2.1 糠醛法 1

1.2.2 顺酐催化加氢法 2

1.2.3 1，4-丁二醇脱水环化法 2

1.2.4 二氯丁烯法 2

1.2.5 丁二烯氧化法 2

1.3 四氢呋喃的提纯 2

1.4 萃取精馏 3

1.4.1 萃取精馏的原理 3

1.4.2 萃取精馏的操作方式 3

1.4.3 萃取剂的选择 3

1.5 应用现状及前景 3

1.5.1 国内外现状 3

1.5.2 发展前景 4

1.6 化工过程模拟 4

1.6.1 简介 4

1.6.2 Aspen Plus的功能及应用 4

1.7 主要思路和任务 5

第2章 四氢呋喃的生产工艺 6

2.1 本设计采用的生产工艺及机理 6

2.2 本设计的工艺流程 6

2.2.1 工艺流程简图 6

2.2.2 工艺过程 6

第3章 萃取精馏过程的Aspen模拟 8

3.1 进入萃取精馏塔的物料的物性参数 8

3.2 基本参数的选择及设置 8

3.2.1 模块的选择 8

3.2.2 物性方法的选择 8

3.2.3 进料方式 8

3.3四氢呋喃-水共沸物的萃取精馏工艺模拟流程图 9

3.4 模拟过程 9

3.4.1 萃取精馏塔的模拟参数设置 9

3.4.2 萃取剂（BD）回收塔的模拟参数设置 10

3.4.3 四氢呋喃提浓塔的模拟参数设置 10

3.5 模拟结果 10

3.5.1 萃取精馏塔模拟结果 10

3.5.2 萃取剂回收塔模拟结果 11

3.5.3 四氢呋喃提浓塔模拟结果 11

3.6 物料衡算和能量衡算 12

3.6.1 物料衡算 12

3.6.2 能量衡算 12

第4章 主要设备和附属设备的设计 13

4.1 塔径的计算 13

4.1.1 萃取精馏塔的塔径计算 13

4.1.2 萃取剂回收塔的塔径计算 13

4.1.3 四氢呋喃提浓塔的塔径计算 13

4.2 塔高的计算 14

4.2.1 萃取精馏塔的塔高计算 14

4.2.2 萃取剂回收塔的塔高计算 14

4.2.2 四氢呋喃提浓塔的塔高计算 14

4.3 萃取精馏塔的设计 14

4.3.1 塔板数 14

4.3.2 溢流装置的设计 15

4.3.3 塔板布置 15

4.3.4 浮阀数目与排列 15

4.3.5 塔板的流体力学验算 15

4.4 萃取剂回收塔的设计 16

4.4.1 塔板数 16

4.4.2 溢流装置的设计 16

4.4.3 塔板布置 16

4.4.4 浮阀数目与排列 17

4.4.5 塔板的流体力学验算 17

4.5 THF提浓塔的设计 17

4.5.1 塔板数 17

4.5.2 溢流装置的设计 17

4.5.3 塔板布置 18

4.5.4 浮阀数目与排列 18

4.5.5 塔板的流体力学验算 18

4.6 萃取精馏塔的附属设备的选型及设计 18

4.6.1 主要接管尺寸 18

4.6.2 除沫器 19

4.6.3 裙座的设计 19

4.6.4 人孔的设计 19

4.6.5 塔的壁厚计算 19

4.6.6 封头的设计 20

4.6.7 压力校核 20

4.6.8 冷凝器和再沸器的选择 20

4.7 萃取剂回收塔的附属设备的选型及设计 20

4.7.1 主要接管尺寸 20

4.7.2 除沫器 21

4.7.3 裙座的设计 21

4.7.4 人孔的设计 21

4.7.5 塔的壁厚计算 21

4.7.6 封头的设计 22

4.7.7 压力校核 22

4.7.8 冷凝器和再沸器的选择 22

4.8 THF提浓塔的附属设备的选型及设计 22

4.8.1 主要接管尺寸 22

4.8.2 除沫器 23

4.8.3 裙座的设计 23

4.8.4 人孔的设计 23

4.8.5 塔的壁厚计算 23

4.8.6 封头的设计 24

4.8.7 压力校核 24

4.8.8 冷凝器和再沸器的选择 24

第5章 平面布置设计及三废处理 25

5.1 公用工程 25

5.1.1 供水 25

5.1.2 供气 25

5.1.2 供电 25

5.2 平面布置 25

5.3 三废处理 25

5.3.1 废渣处理 25

5.3.2 废液处理 26

5.3.3 废气处理 26

第6章 总结 27

参考文献 28

致谢 29

绪论

1.1 概况

四氢呋喃(THF),也叫做氧杂环戊烷，它有着很强的极性，而且还能够和水生成氢键，所以它能够和水形成共沸物，在常压下，水和四氢呋喃的共沸物的共沸温度是64℃，在其中，四氢呋喃的所占的质量分数大约是93%。四氢呋喃还具有毒性小、沸点低、流动性好、溶解性好等优点。

1.1.1 作用和用途

四氢呋喃是应用非常广泛的有机合成原料。四氢呋喃可以用来溶解很多的有机物，所以它是性能优良的溶剂，四氢呋喃还可以用作反应溶剂。在有机合成的方面，四氢呋喃可以用来合成四氢噻吩、丁内酯等有机物。在医药学的方面，四氢呋喃可以用来合成非常多的并且十分重要的药物，例如咳必清和一些激素类的药物。除了这些以外，四氢呋喃还可以用来合成纤维、橡胶、树脂等物质^[1]。

1.1.2 四氢呋喃的物化性质

四氢呋喃（THF）的物理性质见表1-1：

表1-1 四氢呋喃的物理性质

四氢呋喃是一种容易氧化，并且是一种容易燃烧的有机物，它在空气中能够发生氧化生成容易发生爆炸的过氧化物。四氢呋喃遇到明火容易燃烧，它燃烧的时候会产生一种具有刺激性的烟雾。芳香族的呋喃进行完全氢化，生成四氢呋喃，它是杂环化合物。四氢呋喃是一种醚类^[2]。

1.2 四氢呋喃的生产工艺

四氢呋喃在工业上的大批量生产，在最早的时候用的原料是糖醛，在生产的时候，把蒸汽和糖醛充分混合，然后将得到的气体通入到反应器中，先后用锌-铬-锰金属氧化物和骨架镍在合适的条件下进行催化，得到四氢呋喃。

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