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1、1目 录一、设计任务 2二、生产方法 2三、物料衡算和热量衡算 31 生产工艺流程示意图32 小时生产能力33 物料衡算和热量衡算33.1 反应器的物料衡算和热量衡算33.2 废热锅炉的热量衡算63.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算73.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算93.5 换热器物料衡算和热量衡算 123.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算 143.7 空气水饱和塔釜液槽 173.8 丙烯蒸发器热量衡算 183.9 丙烯过热器热量衡算 183.10 蒸发器热量衡算 183.11 气氨过热器 183.12 混合器 193.13 空气加热器的热量衡算 193.14 吸收水第一冷却器 203.15
2、吸收水第二冷却器 203.16 吸收水第三冷却器 20四、主要设备的工艺计算214.1 空气饱和塔 214.2 水吸收塔 224.3 合成反应器 244.4 废热锅炉 254.5 丙烯蒸发器 264.6 循环冷却器 274.7 吸收水第一冷却器 294.8 吸收水第二冷却器 304.9 吸收水第三冷却器 324.10 氨蒸发器 334.11 氨气过热器 334.12 丙烯过热器 344.13 空气加热器 344.14 循环液泵 354.15 空气压缩机 354.16 中和液贮槽 35五、工艺设备一览表 36六、原料消耗综合表 38七、能量消耗综合表 38八、排出物综合表 39九、主要管道流速表
3、 402一、设计任务(1)设计项目名称 丙烯腈合成工段(2)生产方法 以丙烯、氨、空气为原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈。(3)生产能力 年产 2400t 丙烯腈。(4)原料组成 液态丙烯原料含丙烯 85%（mol） ；液态氨原料含氨 100%。(5)工段产品为丙烯腈水溶液，含丙烯腈约 1.8%（wt） 。二、生产方法丙烯腈是石油化学工业的重要产品，是合成聚丙烯腈纤维、丁腈橡胶和合成塑料（例如 ABS 树脂）的重要单体。丙稀氨氧化法制丙烯腈是 1960 年由美国Sohio 公司首创并工业化的，现已成为合成丙烯腈的主要方法，丙烯腈的其他生产方法则已相继被淘汰。丙烯腈氧化法的有点如下：(1)丙烯是目
4、前大量生产的石油化学工业的产品，氨是合成氨工业的产品，这两种原料均来源丰富且价格低廉。(2)工艺流程比较简单，经一步反应便可得到丙烯腈产物。(3)反应的副产物较少，副产物主要是氢氰酸和乙腈，都可回收利用，而且丙烯腈成晶纯度较高。(4)丙烯氨氧化过程系放热反应，在热平衡上很有利。(5)反应在常压或低压下进行，对设备无加压要求。(6)与其他生产方法如乙炔与氢氰酸合成法，环氧乙烷与氢氰酸合成法等比较，可以减少原料的配套设备（如乙炔发生装置和氰化氢合成装置）的建设投资。丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生产过程的主反应为C3H6+NH3+3/2O2 CH2=CHCN+3H2O该反应的反应热为 （-H r）
5、298=586.5kJ/mol AN主要的副反应和相应的反应热数据如下：(1)生成氢化氰（HCN）C3H6 + 3NH3 +3O2 3HCN + 6H20（-H r） 298=315.1kJ/mol HCN(2)生成丙烯醛（ACL）C3H6 + O2 CH2=CH-CHO + H2O（-H r） 298=353.1kJ/mol ACN(3)生成乙腈（ACN）C3H6 + 3/2NH3 + 3/2O2 3/2CH3CN + 3H2O（-H r） 298=362.3kJ/mol ACN(4)生成 CO2和 H2OC3H6 + 9/2O2 3CO2 + 3H2O（-H r） 298=641kJ/mo
6、l CO23三、物料衡算和热量衡算1 生产工艺流程示意图图 1 丙烯腈合成工段生产工艺流程示意图生产工艺流程示意图见图 1，据此进行物料衡算和热量衡算。图 1 的流程简述如下：液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器和氨蒸发器汽化，然后分别在丙烯过热器和氨气过热器过热到需要的温度后进入混合器；经压缩后的空气饱和塔增湿，再经空气加热器预热至一定温度进入混合器。混合器出口气体混合物进入反应器，在反应器内进行丙烯的氨氧化反应。反应器出口的高温气体先经废热锅炉回收热量，气体冷却到 230左右进入氨中和塔，在 7080下用硫酸吸收反应器出口气体中未反应的氨，中和塔塔底的含硫酸铵的酸液经循环冷却器除去吸收热后，返
7、回塔顶循环使用，同时补充部分新鲜酸液，并从塔釡排放一部分含硫酸铵的废液。氨中和塔出口气体经换热器冷却后进入水吸收塔，用510的水吸收丙烯腈和其他副产物，水吸收塔塔底得到含丙烯腈约 1.8%的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中和塔出口气体换热，温度升高后去精制工段。2 小时生产能力按年工作日 300 天，丙烯腈损失率 3.1%，设计裕量 6%计算，丙烯腈小时产量为240010001.061.031/(30024)= 364.3kg/h3 物料衡算和热量衡算3.1 反应器的物料衡算和热量衡算4(1) 计算依据a. 丙烯腈产量 364.3kg/h，即 6.87kmol/hb. 原料组成（摩尔分数） 含 C
8、3H685%，C 3H815%c. 进反应器的原料配比（摩尔比）为C3H6 ：NH 3 ：O 2 ：H 2O 1 ：1.05 ：2.3：3d. 反应后各产物的单程收率为物 质 丙烯腈（AN） 氰化氢（HCN ） 乙腈（ACN ） 丙烯醛（ACL） CO2摩尔收率 0.6 0.065 0.07 0.007 0.12e. 操作压力 进口 0.203MPa，出口 0.162MPaf. 反应器进口温度 110 ，反应温度 470，出口气体温度 360。(2) 物料衡算a. 反应器进口原料气中各组分的流量C3H6 6.87/0.6=11.45kmol/h=481kg/hC3H8 11.45/0.850.
9、15=2.02kmol/h=88.9kg/hNH3 11.451.05 =12.02kmol/h=204kg/hO2 11.452.3=26.34kmol/h=842.7kg/hH2O 11.453=34.35 kmol/h=618.3 kg/hN2 26.34/0.210.79=99.09 kmol/h=2774.5 kg/hb. 反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈 6.87kmol/h=364.3kg/h乙腈 3/211.450.07 =1.202 kmol/h=49.3 kg/h丙烯醛 11.450.007=0.08 kmol/h=4.48 kg/hCO2 311.450.12=4.1
10、22 kmol/h=181.4 kg/hHCN 311.450.065=2.233 kmol/h=60.28 kg/hC3H8 2.02 kmol/h=88.9 kg/hN2 99.09 kmol/h=2774.5 kg/hO2 26.34-3/26.87-2.233 -0.08 -1.202 -9/(32) 4.122 =6.34 kmol/h=202.8 kg/hC3H6 11.45-1/32.233 -0.08 -2/31.202 -6.87-1/34.122 =1.581 kmol/h=66.4 kg/hNH3 12.02-6.87-1.202 -2.233 =1.72 kmol/h=
11、29.16 kg/hH2O 34.35 +36.87+21.202 +22.233 +4.122 +0.08 =66.032 kmol/h=1188.6kg/hc. 反应器物料平衡表5（3）热量衡算各物质 0t的平均定压比热容如下：a. 浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量假设如下热力学途径：各物质 25t的平均比热容用 0t的平均比热容代替，误差不大，因此，H 1 =（4811.841+88.9 2.05+2042.301+842.7 0.941+2774.5 1.046+618.3 1.883）（25-110）=-0.543710 6kJ/hH 2 = -（6.8710 351
12、2.5+1.202 103362.3+2.233 0103315.1+0.08 103353.1+4.122 103641）= -0.73310 7kJ/hH 3 =（66.4 2.929+88.9 3.347+29.16 2.939+202.8 1.046+2774.5 1.109+1188.62.092+364.32.029+49.3 2.02+60.28 1.724+4.48 反应器进口 反应器出口 流量和组成组分 Kmol/h Kg/h %(mol) %(wt) Kmol/h Kg/h %(mol) %(wt)C3H6 11.45 481 6.180 9.60 1.581 66.4 0.826 1.325C3H8 2.02 88.9 1.090 1.775 2.02 88.9 1.06 1.774NH3 12.02 204 6.490 4.07 1.72 29.16 0.899 0.582O2 26.34 842.7 14.22 16.82 6.34 202.8 3.314 4.048H2O 34.35 618.3 18.54 12.34 66.032 1188.6 34.52
