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1、燕山大学里仁学院化工专业课程设计1目 录第一部分 分生产方法 3第二部分 设计技术参数 4第三部分 物料衡算和热量衡算 43.1 丙烯腈工艺流程示意图 43.2 小时生产能力53.3 反应器的物料衡算和热量街算 53.4 空气饱和塔物料衡算和热量衡算83.5 氨中和塔物料衡算和热量衡算103.6 换热器物料衡算和热量衡算153.7 水吸收塔物料衡算和热量衡算 173.8 空气水饱和塔釜液槽 213.9 丙烯蒸发器热量衡算233.10 丙烯过热器热量衡算 233.11 氨蒸发器热量衡算 243.12 氨气过热器243.13 混合器 243.14 空气加热器的热量衡算 25燕山大学里仁学院化工专业
2、课程设计2第四部分 主要设备的工艺计算 264.1 空气饱和塔264.2 水吸收塔284.3 丙烯蒸发器304.4 循环冷却器 324.5 氨蒸发器 344.6 氨气过热器 354.7 丙烯过热器 354.8 空气加热器364.9 循环液泵374.10 空气压缩机384.11 中和液贮槽 38第五部分 附录 395.1 附表395.2 参考文献41第六部分 课程设计心得 42燕山大学里仁学院化工专业课程设计3丙烯腈车间工艺设计摘要：设计丙烯腈的生产工艺流程，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对丙 烯腈的工艺设计任务。第一部分 生产方法
3、丙烯腈，别名，氰基乙烯；为无色易燃液体，剧毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有机溶剂；遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸汽与空气混合物能成为爆炸性混合物，爆炸极限为 3.1%-17% （体积百分比） ；沸点为 77.3 ，闪点 -5 ，自燃点为 481 。丙烯腈是石油化学工业的重要产品，用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物聚丙烯腈。聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛” ，它强度高，比重轻，保温性好，
4、耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。丙烯氨氧化法的优点如下(1)丙烯是目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，都可以回收利用而且丙烯腈成品纯度较高。(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
5、装置和氰化氢合成装茸)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 363222=3CHNOCHNO该反应的反应热为 AN298()51.rkJmolV主要的副反应和相应的反应热数据如下：（1） 生成氰化氢（HCN）363226CHNOHCNHCN98()315.rkJmolV燕山大学里仁学院化工专业课程设计4（2）生成丙烯醛（ACL）36222CHOCHOACL()9835.1rkJmolV（3）生成乙腈（ACN）363232NNACN298().rHkJol（4）生成 CO2和 H2O36223COCO298()41rkJmolV第二部分 设计技术参数1.生产能力：3900
6、吨/年2.原料：丙烯 85%，丙烷 15%（摩尔分率） ；液氨 100%3.产品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液4.生产方法：丙烯氨氧化法5.丙烯腈损失率：3.1%6.设计裕量：6%7.年操作日 300 天 第三部分 物料衡算和热量核算3.1 丙烯腈工艺流程示意图液态丙烯和液态氨分别经丙蒸发器气烯蒸发器和氨化，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；经压缩后的空气先通过空气饱和塔增湿，再经空气加热器预热至一定温度进入混合器。温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左右进人氨中和塔，在 708
7、0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，返回塔顶循环使用同时补充部分新鲜酸液，并从塔釜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古丙烯腈约 1.8的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中和塔出口气体换热，湿度升高后去精制工段。燕山大学里仁学院化工专业课程设计5图 1 丙烯腈合成工段生产工艺流程示意图3.2 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，年产量为 3900 吨/年，则每天每小时产量为： 390.10359.7/24kgh3.3
8、反应器的物料衡算和热量街算(1)计算依据A丙烯腈产量 ，即591.7/kgh1.7/kmolhB. 原料组成(摩尔分数) 丙烯 85%，丙烷 15%C进反应器的原料配比(摩尔比)为3432:.0523:HNO D. 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) 二氧化碳摩尔收率 0.6 0.065 0.07 0.007 0.12表 1 反应后各产物的单程收率E. 操作压力进口 0.203 ，出口 0.162MPaPaF反应器进口气体温度 ll0，反应温度 470，出口气体温度 360燕山大学里仁学院化工专业课程设计6(2)物料衡算A反应器进口原
9、科气中各组分的流量36CH1.7/068.2/782/kmolhkg853914.5. h3N.1./3/klk2O1624870.mohgH8.5./548/klkh2N307911.3.B反应器出口混合气中各组分的流量=丙 烯 腈 ./kmolh5.7/kgh乙 腈 318620.1980.16/olkgh丙 烯 醛 .3/3k2CO3.7294./mlhkHN1862056/80kogh38.9/4.8kolhg2 13/mkhO394.-.7-60.-56.7022=10/92/kolhkg36CH18.-3.1-.3-.259/087/kmlk3N1.-6.-.=2/47.0/mol
10、hkgh燕山大学里仁学院化工专业课程设计72OH5.86+31.72.63+1.956.70+13=0/kmolhkgh(3)热量衡算查阅相关资料获得各物质各物质 0110、0360、0470的平均定压比热容表 2 各物质 0t平均定压比热容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 ot的平均比热容代替，误差不大，因此，1 5H=(782.4+1.58203.7201+3.4091+5.43 06)(-=8kJ/h733332-(.96.05170641).0/3 6=(08.2+.58+2.9.14+5. 9.808372.93)(
11、7-5=.4kJ/h7 6123H8.410.91.10kJ/h若热损失取 的 5%，则需有浓相段换热装置取出的热量（即换热装置的热负荷）为： 66(0.5)7.kJ/Qh浓相段换热装置产生 0.405 的饱和蒸汽（饱和温度 143）MPa燕山大学里仁学院化工专业课程设计8143饱和蒸汽焓： 2736/steamikJg143饱和水焓： 201.HO6.90321.90/7.kgh产 生 的 蒸 汽 量 =B 稀相段热衡算求稀相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量以 0气体为衡算基准进入稀相段的气体带入热为： 1 6=(8.729+14.5837+4.0293.104+5.3 3602618.7.0
12、.)(-=5kJ/Qh离开稀相段的气体带出热为： 2 6=(18.7+14.583+47.0239.104+5.3108+936.9.187964.0)(-=kJ/h热损失取 4%，则稀相段换热装置的热负荷为： 12665(.)594.3810)7.J/Q稀相段换热装置产生 0.405 的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：MPa57.80.2/2361.Gkgh3.4 空气饱和塔物料衡算和热量衡算(1)计算依据A入塔空气压力 0.263 ，出塔空气压力 0.243MPaMPaB空压机入口空气温度 30，相对温度 80，空压机出口气体温度 170C饱和塔气、液比为 152.4(体积比)，饱和度 0.81
13、D塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度 105，组成如下组分 AN ACN 氰醇 ACL 水 合计%（ Wt） 0.005 0.008 0.0005 0.0002 99.986 100表 3 塔顶喷淋液的组成E塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为燕山大学里仁学院化工专业课程设计92 O4.83kmol/h 1370.4kg/hN165H5.l/ .8/即 即即(2)物料衡算A进塔空气量 (42.316.)204.5/89.16/molhkgh进 塔 干 空 气 量查得 30，相对湿度 80%时空气温含量为 0.022kg 水气/kg 干空气因此，进塔空气带入的水蒸气量为： 0.589.76/kgB进塔热水量气、液比为 152.4，故进塔喷淋液量为：32731.03124.5. 8.9/265.4mh塔顶喷淋液 105的密度为 ，因此进塔水的质量流量为：958kg/18.791.4hC出塔湿空气量出塔气体中的 的量与反应器人口气体相同，因而2 2ONH、 、2 4.83kmol/h1370.4kg/h16 5H5.l/
