1,3-丁二烯是一种重要的石油化工原料,广泛应用于合成橡胶、合成树脂等领域。目前,丁二烯的生产方法主要为乙烯副产碳四馏分抽提法和丁烷丁烯脱氢法。为寻求化石资源的可替代路线,随着乙醇生产技术的进步以及乙醇法生产丁二烯催化剂研究进展的不断突破,乙醇为原料生产丁二烯的工艺研究成为热点。在乙醇法丁二烯的工艺设计中,乙醛作为重要的原料需要回收使用,然而,目前缺少关键组分的热力学数据。本文研究了常压下乙醛体系的汽液相平衡,利用Rose平衡釜测定了乙醛-乙醇、乙醛-乙酸乙酯和乙醛-正丁醇三个二元体系的汽液相平衡数据,并采用面积检验法和点检验法进行了热力学一致性校验,用Wilson、NRTL和UNIQUAC活度系数模型进行关联,得到了上述体系的二元交互作用参数。从总体偏差结果来看,Wilson和NRTL的关联结果优于UNIQUAC。针对丁二烯提取流程复杂、原料回收率低的问题,对该生产工艺进行研究、设计与改进。乙醇原料经脱氢反应器、丁二烯反应器后,进入两级冷却系统进行气液分离。气相进入丁二烯提取与精制系统,经吸收-解吸流程提取粗丁二烯,为提高丁二烯的收率,分别对比了解吸塔有液相侧线采出与无液相侧线采出时吸收塔的设计情况,结果表明,解吸塔有液相侧线采出时,塔顶尾气中丁二烯的含量从0.5wt%降到了100ppm以下,新鲜吸收剂用量降低了26%;对粗丁二烯进行精制得到符合要求的丁二烯产品;液相中的乙醛乙醇作为原料需要进行回收,因乙醛乙醚共沸,影响乙醛的回收率,以水作萃取剂采用萃取精馏方法进行分离,乙醛的回收率达到99.98%,乙醇经脱水、侧采后回收率达到99.95%。为找出能量利用的不合理环节,对丁二烯工艺流程基于火用分析理论进行全面深入的能耗分析。考察了流程的火用损失分布,发现乙醛乙醇回收系统是整个工艺中进一步的节能潜力所在,因此,重点对该系统进行研究。采用热集成方案,设计将乙醇塔加压,其塔顶冷凝器与醛醇分离塔、乙醚塔与乙醛塔塔釜再沸器进行热耦合,除丁醇塔外,有效降低了其他塔设备的火用损失;为进一步进行优化,分析了进料位置、进料温度、塔压、总理论板数等操作参数对有效能损失的影响。模拟结果表明,优化后的总流程有效能损失降低了26.82%。本研究可为乙醇法丁二烯工艺的工业化生产提供借鉴与指导。