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1、1目目 录录第一部分 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 252第四部分 主要设备的工艺计算 264.1 空气饱和
2、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413丙烯腈车间工艺设计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。第一部分第一部分 生产方法生产方法丙烯腈，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
3、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，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
4、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（
5、AN）生产过程的主反应为3632223=32C HNHOCHCHCNH O该反应的反应热为 AN298()512.5rHkJ molV主要的副反应和相应的反应热数据如下： （1）生成氰化氢（HCN）363223336C HNHOHCNH OHCN298()315.1rHkJ molV4（2）生成丙烯醛（ACL）36222C HOCHCHCHOH OACL()298353.1HrkJ molV（3）生成乙腈（ACN）3632323333222C HNHOCH CNH OACN298()362.3rHkJ molV（4）生成 CO2和 H2O362229332C HOCOH OCO2298()64
6、1rHkJ molV第二部分第二部分 设计技术参数设计技术参数1.生产能力：3900 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 第三部分第三部分 物料衡算和热量核算物料衡算和热量核算3.13.1 丙烯腈工艺流程示意图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
7、。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 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。5图 1 丙烯腈合成工段生产工艺流程示意图 3.23.2 小时生产能力小时生产能力
8、 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： 3900 1000 1.06 1.031591.97/300 24kg h 3.33.3 反应器的物料衡算和热量街算反应器的物料衡算和热量街算 (1)(1)计算依据计算依据A丙烯腈产量，即591.97/kg h11.17/kmol hB. 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34322:1:1.05:23:3C HNHOH O 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
9、率0.60.0650.070.0070.12表 1 反应后各产物的单程收率E. 操作压力进口 0.203，出口 0.162MPaMPa F反应器进口气体温度 ll0，反应温度 470，出口气体温度 360 (2)(2)物料衡算物料衡算 A反应器进口原科气中各组分的流量636C H11.17/0.618.62/782/kmol hkg h38C H18.620.153.29/144.58/0.85kmol hkg h3NH18.62 1.0519.55/332.37/kmol hkg h2O18.62 2.342.83/1370.43/kmol hkg h2H O18.62 355.86/100
10、5.48/kmol hkg h 2N42.830.79161.12/4511.43/0.21kmol hkg hB反应器出口混合气中各组分的流量=丙烯腈11.17/kmol h591.97/kg h乙腈318.62 0.071.955/80.16/2kmol hkg h丙烯醛18.62 0.0070.13/7.30/kmol hkg h2CO3 18.62 0.126.70/294.94/kmol hkg hHCN3 18.62 0.0653.63/98.03/kmol hkg h38C H3.29/144.58/kmol hkg h2N161.12/4511.43/kmol hkg h2O3
11、942.83-11.17-3.63-0.13-1.955-6.7023 2=10.31/329.92/kmol hkg h36C H12118.62-3.63-0.13-1.933-11.17-6.70333=2.59/108.70/kmol hkg h3NH19.55-3.63-1.955-11.17=2.80/47.60/kmol hkg h2OH55.86+3 11.17+2 3.63+2 1.955+6.70+0.137=107.37/1932.66/kmol hkg h(3)(3)热量衡算热量衡算 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
12、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，15H =(782 1.841+144.58 2.05+332.37 2.301+1370.43 0.941+4511.431.046+1005.48 1.883)(25-110)=-8.84 10 kJ / h73333 23H =-(11.17 10512.5 1.955 10362.33.63 10315.1 0.13 10353.1 6.70 10641)1.19 10 kJ / h 36H =(108.70 2.929+1
13、44.58 3.347+47.60 2.939+329.92 1.046+4511.431.109+1932.66 2.092+591.97 2.029+80.16 2.10+98.03 1.724+7.30 2.172+294.94 1.213)(470-25)=5.45 10 kJ / h5766 123H= HHH8.84 101.19 105.45 107.33 10 kJ / 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：H66(1 0.05) 7.33 106.96 10 kJ /Qh浓相段换热装置产生 0.405的饱和蒸汽（饱和温度 143）MPa143饱和蒸汽焓：2736/steamikJ kg8143饱和水焓： 2601.2/H OikJ kg66.96 103261.90/2736601.2kg h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：16=(108.70 2.929+144.58 3.347+47.60 2.939+329.92 1.0
