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1、 课程设计说明书 题目: 5000t/a 丙烯腈合成工段的课程设计 院（部）： 化学工程学院 专业班级： 化工094班 学 号： 2009301803 学生姓名： 瞿新川 指导教师： 丰芸 2012 年 11 月 15 日安徽理工大学课程设计（论文）任务书化学工程学 院（部） 化工 教研室学号2009301803学生姓名瞿新川专业（班级）化工094班题目5000t/a丙烯腈合成工段的课程设计设计技术参数年产5000t丙烯腈液态丙烯原料含丙烯85（mol)丙烷15(mol)液态氨原料含氨100设计要求以丙烯、氨、空气为原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈工段产品为丙烯腈水溶液，含丙烯腈约1.8(wt)
2、 工作量本设计要求完成20-30页的设计过程 工作计划计划先通过学校的数据库资源查阅相关的资料，以便完成设计；然后通过初步的计算，完成相应的设计要求；最后确定设计过程完成设计。参考资料【1】吴指南.基本有机化工工艺学.化学工业出版社.2010年4月【2】杨学萍.丙烯腈生产技术进展.上海化工出版社.2000年6月【3】孙玉声.丙烯腈生产及副产品综合利用技术指导教师签字教研室主任签字 2012年11月15 日安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表 学生姓名： 瞿新川 学号： 2009301803 专业班级： 化工094班 课程设计题目： 5000t/a 丙烯腈合成工段的工艺设计 指导教师评语：成绩
3、： 指导教师： 年 月 日 前言课程设计是培养学生运用理论知识进行实际设计能力的重要实践教学环节，是理论与实际结合的重要连接点。在教师指导下，课程设计可以培养我们独立思考，运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决工程实际问题的能力。本次化工设计课程设计所设计的内容为5000t/a丙烯腈合成工段的工艺设计。本设计主要包括以下内容：(1)前言； (2)目录； (3)设计任务； (4)生产方法及反应原理； (5) 物料衡算和热量衡算；（6）主要设备的工艺计算（反应器）；（7）设计结果汇总(8)鸣谢；(9)参考文献； 通过认真悉听老师课堂上讲解和任务布置，我们了解到了为完成本设计需要
4、查找资料的方向，并进行了细心的查阅，掌握了基本的理论知识。对于刚进行设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是设计课程需要培养的重要方面，化工设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。通过设计应知道如何查取数据知道如何查找资料对丙烯腈合成工段的工艺设计有了一个全新的认识，知道如何选取相关参数，建立一个工程概念，知道工程和理论的区别。对于物料衡算和热量衡算、主要设备的工艺计算（反应器）等都有一个全新的认识和了解，知道如何使用手册和资料，认识工程。目录第一章 设计任务11.1设计任务1第2章 生产方法及反
5、应原理12.1、丙烯腈的基本性质及用途12.2丙烯腈的制取方法22.3 丙烯氨氧化法生产丙烯腈的原理2第3章 本设计的生产工艺流程示意图4第4章 物料衡算和热量衡算54.1 设计依据54.2 反应器的物料衡算54.2.1计算依据54.2.2物料衡算54.2.3 反应器物料平衡表64.3 反应器热量衡算7第5章 主要设备的工艺计算（反应器）95.1计算依据95.2主要设备的工艺参数的确定95.2.1 浓相段直径计算95.2.2 浓相段高度105.2.3 扩大段直径105.2.4 扩大段高度115.2.5 浓相段冷却装置的换热面积115.2.6 稀相段冷却装置的换热面积11第6章 设计结果汇总12
6、6.1 工艺设备一览表126.2 原料消耗综合表166.3 能量消耗综合表176.4 排出物综合表186.5 工艺流程图19鸣谢20参考文献21化工设计课程设计第一章 设计任务1.1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5000t丙烯腈(4)原料组成 ： 液态丙烯原料含丙烯85（mol)，丙烷15(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) 第2章 生产方法及反应原理 2.1、丙烯腈的基本性质及用途丙烯腈是一种无色的有辛辣气味液体，易燃，其蒸气与空气可形成爆炸
7、性混合物。遇明火、高热易引起燃烧，并放出有毒气体。与氧化剂、强酸、强碱、胺类、溴反应剧烈。在火场高温下，能发生聚合放热，使容器破裂。丙烯腈是合成纤维，合成橡胶和合成树脂的重要单体。由丙烯腈制得聚丙烯腈纤维即腈纶，其性能极似羊毛，因此也叫合成羊毛。丙烯腈与丁二烯共聚可制得丁腈橡胶，具有良好的耐油性，耐寒性，耐磨性和电绝缘性能，并且在大多数化学溶剂中，阳光和热作用下，性能比较稳定。丙烯腈与丁二烯、苯乙烯共聚制得ABS树脂，具有质轻、耐寒、抗冲击性能较好等优点。丙烯腈水解可制得丙烯酰胺和丙烯酸及其酯类。它们是重要的有机化工原料，丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈，由己二腈加氢又可制得己二胺，己二胺是尼
8、龙66原料。可制造抗水剂和胶粘剂等，也用于其他有机合成和医药工业中，并用作谷类熏蒸剂等。此外，该品也是一种非质子型极性溶剂、作为油田泥浆助剂PAC142原料。丙烯腈是合成纤维，合成橡胶和合成树脂的重要单体，也是杀虫剂虫满腈的中间体。综上所述，丙烯腈在现代工业生产中有着重要作用。2.2丙烯腈的制取方法丙烯腈的生产方法有氰乙醇法、乙炔法和乙醛-氢氰酸法、丙烯氨化氧化法。其中氰乙醇法已淘汰，乙炔法仅少数国家沿用。氰乙醇法 环氧乙烷和氢氰酸在水和三甲胺的存在下反应得氰乙醇。然后以碳酸镁为催化剂，于200280脱水制得丙烯腈，收率约75。此法虽能制得高纯度丙烯腈，但氢氰酸毒性大，成本也较高。乙炔法 乙炔
9、和氢氰酸在氯化亚酮-氯化钾-氯化钠稀盐酸溶液的催化作用下，在8090反应得丙烯腈：C2H2+HCNCH2CHCN此法生产简单，收率良好，以氢氰酸计可达97，但副反应多，产物精制较难，毒性也大，且原料乙炔价格高于丙烯，在技术经济上落后于丙烯氨化氧化法。3.乙醛-氢氰酸法乙醛已能由乙烯大量廉价制得，生产成本比上述两法低，按理应有发展前途，但也因丙烯氨氧化法的工业化，本法在发展初期就夭折了。 丙烯氨化氧化法 丙烯氨化氧化的反应为： 丙烯氨氧化法制丙烯腈是1960年由美国索亥俄(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。丙烯氨氧化法的优点如下。
10、(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 (3)反应的副产物较少品纯度较高。经一步反应便可得到丙梯脯产物。副产物主要是氢氰酸和乙膀，都可以回收利用(4)丙烯氨氧化过程系放热反应，在热平伤上很有利。(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配合成法，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罩)的建设投资。2.3 丙烯氨氧化法生产丙烯腈的原理 主反应：该反应的反应热为 H298=512.5KJ/mol 丙烯、氨、氧在一定条件下发生反应，
11、除生成丙烯腈外，尚有多种副产物生成。副反应： 氢氰酸的生成量约占丙烯腈质量的1/6.CH2=CHCH3 +NH3 +O2 CH3CN + 3H2O 乙腈的生成量约占丙烯腈质量的1/7.CH2=CHCH3 + O2 CH2=CHCHO + H2O 丙烯醛的生成量约占丙烯腈质量的1/100CH2=CHCH3 + O2 3CO2 + 3H2O 2副产物二氧化碳的生成量约占丙烯腈质量的1/4、产量最大的副产物。上述副反应都是强放热反应，尤其是深度氧化反应。在反应过中，副产物的生成，必然降低目的产物的收率。这不仅浪费了原料，而且使产物组成复杂化，给分离和精制带来困难，并影响产品质量。为了减少副反应，提高
12、目的产物收率，除考虑工艺流程合理和设备强化外，关键在于选择适宜的催化剂，所采用的催化剂必须使主反应具有较低活化能，这样可以使反应在较低温度下进行，使热力学上更有利的深度氧化等副反应，在动力学上受到抑制。3催化剂工业上用于丙烯氨氧化反应的催化剂主要有两大类，一类是复合酸的盐类(钼系)，如磷钼酸铋，磷钨酸铋等；另一类是重金属的氧化物或是几种金属氧化物的混合物(锑系)。第三章 本设计生产工艺流程示意图第3章 本设计的生产工艺流程示意图图31 丙烯腈合成工段生产工艺流程示意目第4章 物料衡算和热量衡算4.1 设计依据按年工作日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4.2 反应器的
13、物料衡算4.2.1计算依据 丙烯腈产量 758.9kgh即14.32kmolh 原料组成(摩尔分数) :C3H6：85;C3H8：15;液态氨原料含氨100% 进反应器的原料配比(摩尔比)为 C3H6:NH3:02:H201:1.05:2.3:3 反应后各产物的单程收率为 表4-1 反应后各产物的单程收率物质丙烯腈氰化氢乙腈丙烯醛CO2摩尔收率0.0650.070.0070.120.6操作压力：进口0.203M Pa, 出口0.162M Pa反应器进口气体温度110，反应温度470出口气体温度360。4.2.2物料衡算反应器进口原料气中各组分的流量C3H6：14.32/0.6=23.86kmol/hC3H8: (23.86/0.85)0.15=4.21kmol/hNH3: 23.861.05=25.06kmol/hO2 : 23.862.3=54.89kmol/hH2O: 23.863=71.59Kmol/h N2: (54.89/0.21)0.79=206.4
