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1、齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计 论文 题 目 年产 8 万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 化工 084 班 学生姓名 指导教师 成 绩 2012 年 5 月 23 日 摘 要 本设计完成了年产 8 万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计 首先 说明书简单介 绍了产品丙烯腈的意义与作用以及在国内外的发展现状 近年来随着丙烯腈在国内外 需求量的攀升 极大的推动了丙烯腈的生产 但是 在丙烯腈生产过程中的污染问题 也在日益凸显 尤其是在丙烯腈的合成和精制车间 将会产生大量含有氢氰酸 低聚物 以及氰化物的高浓度有毒物质的废水 根据废水中有毒物质的沸点不同 在工艺选择 上
2、 通过查阅相关资料和文献 确定了用四效蒸发 生物降解法对有毒物质进行浓缩 和降解 根据以往生产资料作为车间设计的经验数据 对工艺进行了大量的计算 包 括物料衡算 热量衡算 并对主要的设备进行了 Aspen 模拟和计算选型 最后用 AutoCAD 绘制了带控制点的工艺流程图 主要设备图 以及用手绘制车间平立面布置 图 关键词 丙烯腈 废水 有毒物质 Aspen 工艺路线 Abstract In the design the preliminary design of the eighty thousand tons year acrylonitrile wastewater treatment
3、section was completed First of all the significance and functions of acrylonitrile and the development of the situation at home and abroad were introduced In recent years acrylonitrile rise in the domestic and foreign Promote the production of acrylonitrile At the same time Pollution problems are al
4、so becoming increasingly prominent in the production of acrylonitrile process Especially in the synthesis and purification workshop of acrylonitrile In the process will produce a large number of toxic substances wastewater such as hydrogen cyanide and acetonitrile According to the difference of boil
5、ing point of toxic substances in the waste water In the technology choice Through the access relevant information and literature Toxic substances concentrate and degradate with four effect evaporation the biodegradation Based on the previous information the plant design was designed by empirical dat
6、a he content of the process Including material balance and heat balance And the major equipment was simulated by Aspen and calculated selection Last draw the main equipment figure with Auto CAD and flow chart with control point plan and the process of the workshop layout was drawn by hand Key words
7、Acrylonitrile Wastewater Toxic substances Aspen Process route 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 总论 1 1 1 概述 1 1 1 1 产品的意义与作用 1 1 1 2 国内外的现状及发展前景 1 1 1 3 产品的性质和特点 2 1 1 4 生产方法的概述 2 1 1 5 处理工艺概述 3 1 2 设计依据 4 1 3 厂址选择 5 1 3 1 厂址选择的重要性 5 1 3 2 厂址选择的基本要求 5 1 3 3 本次厂址选择 6 1 4 设计规模与生产制度 7 1 4 1 设计规模 7 1 4 2 生产制度
8、 7 1 5 原料及产品规格 8 1 5 1 主要原料规格及技术指标 8 1 5 2 产品规格 8 1 6 经济核算表 8 第 2 章 工艺设计与计算 10 2 1 工艺原理 10 2 2 工艺路线的选择 10 2 3 工艺流程简述 11 2 3 1 工艺流程示意图 12 2 3 2 工艺流程简述 12 2 4 工艺参数 12 2 5 物料衡算 13 2 5 1 物料衡算的意义与作用 13 2 5 2 物料衡算的方法与步骤 13 2 5 3 物料衡算 14 2 5 3 物料衡算表 22 2 6 热量衡算 22 2 6 1 热量衡算的意义 22 2 6 2 热量衡算及所需媒介的量 23 2 6
9、3 蒸发器的传热面积 24 2 6 4 热量衡算表 25 2 7 Aspen 模拟 26 第 3 章 设备选型 31 3 1 选型的原则 31 3 1 1 技术性评价原则 31 3 1 2 经济性评价原则 31 3 2 关键设备 32 3 2 1 加热室 32 3 2 2 分离室直径与高度的确定 34 3 2 3 蒸发器接管设计 35 3 3 其它设备的选型 40 第 4 章 设备一览表 46 第 5 章 车间设备布置设计 48 5 1 车间布置设计的原则 48 5 1 1 车间设备布置的原则 48 5 1 2 车间设备平面布置原则 49 5 1 3 车间设备立面布置原则 49 5 2 车间设
10、备布置 49 第 6 章 自动控制 51 6 1 主要的控制原理 51 6 2 自控水平与控制点 51 第 7 章 安全和环境保护 53 7 1 三废产生情况 53 7 2 三废处理原则 53 第 8 章 公用工程 55 8 1 供水 55 8 2 供电 55 8 3 供暖 56 8 4 通风 56 结束语 57 参考文献 58 致 谢 60 第 1 章 总 论 1 1 概述 1 1 1 产品的意义与作用 丙烯腈 AN 为无色有毒液体 并且还是重要的有机化工原料 广泛应用于合成 化学 合成纤维和合成橡胶等许多工业领域 1 所以丙烯腈在人民经济生活和有机合成 工业中用途特别广泛 它能与水部分互溶
11、 空气和其蒸气极易形成爆炸性混合物 除 此之外 丙烯腈还具有良好的耐寒性 耐油性 耐磨性 并且在大多数化学溶剂中 在热和阳光的作用下 性能比较稳定 目前在我国丙烯腈的生产能力约为106万吨 年 但是需求量却已经突破百万吨 虽然在全国范围内丙烯腈产量在不断上升 但是今年 国内供应丙烯腈仍然存在缺口 但是在丙烯腈的生产过程中 将会产生大量的有毒物 质 这些有毒物质是石化行业中最常见的环境污染物 曾有报道指出在香烟 饮水和 部分食品包装过程中检查出丙烯腈 2 由于丙烯腈废水本身有毒有害并且还具有难降解 的特性 所以很难用传统的生物方法和物化方法将其进行合理有效的处理 目前含腈 或氰 废水的处理在国内
12、外已经倍受关注 主要作用 首先丙烯腈可用来生产纤维腈纶 即合成聚丙烯纤维 丁二烯 苯 乙烯塑料 ABS 丙烯腈和丙烯酰胺 即丙烯腈水解产物 其次丙烯腈醇解能制 得丙烯酸酯等 再次丙烯腈在过氧甲酰 引发剂 的作用下还可以聚合生成高分子 有机化合物 聚丙烯腈 然后由聚丙烯腈制成的纤维腈纶质地比较柔软 与羊毛相 类似 所以可称为 人造羊毛 它具有强度高 保温性好 比重轻 耐酸 耐日光和 耐大多数溶剂 丙烯腈还能与丁二烯共聚 合成的丁腈橡胶具有优良的耐寒 耐油 耐溶剂等特性 并且丁腈橡胶还是现代工业最重要的橡胶 它的应用十分广泛 最 后丙烯腈还是医药 染料等行业的重要有机原料 1 1 2 国内外的现状
13、及发展前景 目前世界上丙烯腈的生产主要集中在西欧 美国以及日本等地区 近年来丙烯腈 的世界产能和需求量在不断增加 现阶段丙烯腈在我国的主要消费领域是腈纶纤维 约占整个需求量的55 其次 是丙烯酰胺 ABS SAN 树脂和丁腈橡胶 表1 1列出中国历年丙烯腈供需状况 由表 可知目前我国丙烯腈的需求与现有生产能力之间仍有一定的差距 所以丙烯腈在我国 仍有较大的需求 表1 1 中国历年丙烯腈供需状况 项目20032004200520062011 产能48 764 673 480 0101 3 产量42 051 860 471 293 1 净进口26 031 038 131 831 6 表观消费量68
14、 081 298 5103 0124 7 进口依存度 38 237 438 730 925 3 目前就国外丙烯腈的消费情况来看 西欧和美国的丙烯腈市场发展相对缓慢 亚 洲 不含日本 丙烯腈总消费量的比例是增长最快的地区 受当地需求的拉动 这一 地区丙烯腈的产量也在迅速增长 预计未来几年丙烯腈装置开工率状态将会一直持续 到新能源的投用 在这样的情况下 生产丙烯腈企业的最大难题是如何除去高浓度 剧毒的有机废水 并且可将废水中的物质可以循环使用 对环境不能造成污染 经计 算可知 在丙烯腈的生产过程中 几乎每生成 1t 丙烯腈就将会产生约 1 5t 废水 所以 丙烯腈废水的处理已经引起了国内外学者的高
15、度关注 3 1 1 3 产品的性质和特点 丙烯腈为辛辣气味且极易挥发的的无色透明液体 微臭 味甜 4 能溶于水 乙醇 乙醚 苯 四氯化碳 和丙酮等有机溶剂 与水能形成共沸混合物 有腐蚀性 易挥 发 在氧存在下 遇光和热能进行聚合并且易燃 遇高温 火种 氧化剂等有燃烧和 爆炸的危险 纯品极易自聚 尤其是暴露在可见光或缺氧的情况下 更易聚合 并且 在浓碱的存在下能完全聚合 空气与其蒸气容易形成爆炸性混合物 遇高热 明火容 易引起燃烧 并产生有毒气体 与强酸 强碱 氧化剂 溴 胺类剧烈反应 在高温 的火场下 能发生聚合并且放热 可使容器破裂 丙烯腈别名 氰基乙烯 分子量 53 06 化学式 C3H3
16、N 密度 0 806g cm3 沸点 77 3 熔点 82 自燃点 48l 闪点 1 1 开杯 折射率 1 388 爆炸极限 25 为 3 05 17 0 0 5 体积 蒸气压 20 为 11 07kPa 粘度 25 为 0 34mPa s 1 1 4 生产方法的概述 以氨氧 丙烯和空气中的氧为原料合成丙烯腈 主要副产物为氢氰酸 丙烯醛 乙腈 CO 和 CO2 2C3H3 2NH3 3O2 2C3H3N 2H2O 生产过程为 原料气体以氨 丙烯 空气 1 15 1 0 10 5 mol 的比例从底部进入 流化床反应器 此时需要的压力为 63 74kPa 反应的温度 440 反应用钒铝氧氮化物 为催化剂 反应过程中用软水循环进行回收 产生高压蒸汽 反应后的气体经冷却后 洗涤 吸收 分离 精制后得到高纯度产品 这种方法具有原料易得 产品成本低 工艺过程简单等优点 目前该方法是国内外主要的生产丙烯腈方法 但现在存在一个 全国范围内丙烯腈原料紧缺的问题 5 1 1 5 处理工艺概述 根据现有各种工艺进行比较 目前 对于处理丙烯腈废水极为重要的一点是选择 一条既节能减排 又减少经济投入 能够提高
