《5000吨丙烯腈设计说明书详解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5000吨丙烯腈设计说明书详解（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、勤发霰理工大学化工设计说明书5000t/a丙烯睛合成工段的课程设计5000 T/A ACRYLONITRILE SYNTHESIS SECTION OF THECOURSE DESIDN学院（部）：化学工程学院专业班级：化工13-3学生姓名：王庆松指导教师：丰芸2016年5月 16 日5000t/a丙烯睛合成工段的课程设计摘要丙烯在引发剂（过氧甲酰）作用下可聚合成一线型高分子化合物 一聚丙烯月青。聚丙烯 制成的月青纶质地柔软，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。丙烯月青与丁二烯共聚生产的丁月青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
2、橡胶、应用广泛。关键词：丙烯睛，强度，广泛，重要目录5000t/a丙烯月青合成工段的课程设计 1摘要 21 .绪论 51.1 弓I言 51.2 设计任务 51.3 丙烯月青的物理性质 61.4 丙烯月青的化学性质 61.5 丙烯月青的制取方法 61.6 丙烯月青的发展简史及展望 71.7 市场分析 72 .物料衡算与热量衡算 82.1 发生的主反应和副反应 82.2 生产工艺流程 82.3 物料衡算 93 .丙烯月青合成工段生产工艺流程图和物料流程图 124 .主要设备的工艺计算 134.1 浓相段直径计算 134.2 浓相段高度 134.3 扩大段直径 144.4 扩大段高度 144.5 浓
3、相段冷却装置的换热面积 144.6 稀相段冷却装置的换热面积 145 .设计结果汇总 165.1 工艺设备一览表 165.2 原料消耗综合表 215.3 能量消耗综合表 215.4 排出物综合表 236 .环境保护和安全措施要求 246.1 安全防护措施 24参考文献 28致谢 291 .绪论1.1 引言丙烯月青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、澳反应剧 烈。在火场高温下，能发生聚合放热，使容器破裂。丙烯月青是合成纤维，合成橡胶和合 成树脂的重要单体。由丙烯月青制得聚丙烯月青纤维即月青纶，其性能
4、极似羊毛，因此也叫合 成羊毛。丙烯月青与丁二烯共聚可制得丁月青橡胶，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。丙烯月青与丁 二烯、苯乙烯共聚制得ABSW脂，具有质轻、耐寒、抗冲击性能较好等优点。丙烯月青水 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，丙烯月青还可电解加 氢偶联制得己二月青，由己二月青加氢又可制得己二胺，己二胺是尼龙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。止匕外，该 品也是一种非质子型极性溶剂、作为油田泥浆助剂PAC14加料。 丙烯月青是合成纤维，合成橡胶和合
5、成树脂的重要单体，也是杀虫剂虫满月青的中间体。1.2 设计任务年产5000t/a丙烯月青合成段设计（aspen模拟）按工作日300天，丙烯月青损失率3.1%,设计裕量6旭算丙烯月青小时生产量原料组成：（摩尔分数）含 C3H385%、C3M15%进反应器的原料配比（摩尔比）为 C3H5 ： C3H8 ： 02 =1:1.05:2.3反应后各产物单程收率见下表：ANHCNACNACLCQ0.60.0650.70.0070.12操作压力0.203MPa ,出口压力0.162MPq反应器进口温度110c ,反应温度450C ,气体出口温度350C 其他设计参数查相关手册。1.3 丙烯月青的物理性质丙烯
6、月青在常温常压下是无色液体，熔点82C、密度0.80 g/m3、沸点77.3 C。 味甜具有刺激性的微臭味、有毒。室内允许浓度为0.002mg/L,爆炸极限为3.05%17.5%。 能溶于许多有机溶剂中，与水部分互溶。丙烯月青可与苯、四氯化碳、甲醇形成二元共沸 物能与水形成最低共沸物。1.4 丙烯月青的化学性质丙烯月青：化学式CH2=CHC信有双键和鼠基其化学性质活泼，易聚合.也易与其他发 生加成反应。是三大合成材料一合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料。是用 来生产聚丙烯纤维（即合成纤维月青纶）、丙烯月青-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、苯乙烯塑 料和丙烯酰胺。其用途分配：合成纤维约占
7、40%-60%树脂和橡胶约占15%-28%此外 还有丙烯酰胺等有机产品。另外丙烯月青可制得丙烯酸酯等。丙烯在引发剂（过氧甲酰）作用下可聚合成一线型高分子化合物一聚丙烯月青。聚丙烯制成的月青纶质地柔软，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。丙烯月青 与丁二烯共聚生产的丁月青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、应用广泛。1.5 丙烯月青的制取方法“丙烯月青的生产方法有氟乙醇法、乙烘法和乙醛 -氢氟酸法、丙烯氨化氧化法。其 中氟乙醇法已淘汰，乙烘法仅少数国家沿用。鼠乙醇法环氧乙烷和氢氟酸在水和三甲胺的存在下反应得氟乙醇。然后以碳酸
8、镁为催化剂，于200280c脱水制得丙烯月青，收率约 75%。此法虽能制得高纯度丙 烯月青，但氢氟酸毒性大，成本也较高。乙烘法乙烘和氢氟酸在氯化亚酮-氯化钾-氯化钠稀盐酸溶液的催化作用下，在8090c反应得丙烯月青：C2H2+HCNH-CH= CHCN此法生产简单，收率良好，以氢鼠 酸计可达97%,但副反应多，产物精制较难，毒性也大，且原料乙烘价格高于丙烯，在 技术经济上落后于丙烯氨化氧化法。乙醛-氢氟酸法 乙醛已能由乙烯大量廉价制得CH3CHO + HCN = CHCH20H - CH2=CHCN * 八2丙烯氨化氧化法丙烯氨化氧化的反应为：2QHs+ 2NH+ 3O f 2CF2=CHCI
9、+ 6H2O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。工艺流程比较简单，反应的副产物较少品纯度较高。经一步反 应便可得到内梯脯产物。副产物主要是氢氟酸，都可以回收利用。1.6 丙烯月青的发展简史及展望第二次世界大战前夕，发现丙烯月青的共聚物可极大改善合成橡胶的耐油和耐溶剂性， 丙月青烯因而开始受到重视。战争期间，德国开发了环氧乙烷和氢氟酸合成丙烯月青的氟乙 醇法工艺。后来，德国法本公司又开发了乙烘和氢氟酸直接合成丙烯月青的乙烘法。在1960年以前，此法是丙烯月青的主要生产方法。其后，丙烯月青在合成纤维、树脂等方面的新应 用，又促进了丙烯月青
10、新生产方法的研究及其产量激增。1960年，美国俄亥俄标准油公司采用流化床反应器开发丙烯氨化氧化一步合成丙烯月青工艺并投入工业生产，引起丙烯月青生产工艺的巨大变革。1983年，世界丙烯月青年产量已达3Mt,几乎全部采用丙烯氨化氧 化法生产。目前全球95%Z上的装置采用BP公司开发的丙烯氨氧化法技术，催化剂是丙 烯月青合成的关键，用MO Bi、CO数十种金属混合氧化物，反应温度为 35C,丙烯转 化率达到96.4%,丙烯月青*$化率为80.2%。近年来丙烷氨化氧化法生产丙烯月青的研究已经取得了长足性的进展，现处于中试阶段，就一方面由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低的多，但另一方面也为惰性的丙烷 开
11、拓新的领域，就目前的技术水平看，投资大、转化率低、选择性不高等多方面弱点， 所以在目前还不能和丙烯氨化氧化法相媲美，所以丙烯氨化氧化法至今经久不衰。1.7 市场分析我国丙烯月青主要用作月青纶，2000年我国丙烯月青产量约为400kt,消费量约为550kt , 消费结构与月青纶占85% ABS/AS约占7%丙烯酰胺约占3%其他为5%,由于国内供应不 足，国内近期有多家企业计划扩建丙烯月青装置。近十年来我国发展迅速，1988年产量为80.5kt , 2000年约为400kt,年增长率约 为14.3%,丙烯月青的生产与消费主要集中在美国，西欧，日本与工业发达国家和地区， 他们生产能力约占全球生产能力
12、的 66.2%。2 .物料衡算与热量衡算2.1 发生的主反应和副反应主要采用丙烯氨化氧化法。丙烯氨化氧化法：反应的主要副产物为氢氟酸、乙月青和二氧化碳、水等。生产上,原料气中丙烯、氨、空气之体积比为1: （11.2） : （9.511.5） o原料气从底部通入 流化床反应器，反应温度430450C、压力0.160.18MPa （绝对压力），反应热用软 水循环回收，发生高压蒸汽。反应后气体经洗涤、吸收、精储等可得到高纯度丙烯月青。 由于氢氟酸为剧毒物质，可就近与氢氧化钠溶液制成氟化钠，或与丙酮反应制成丙酮鼠 醇，用作合成甲基丙烯酸的原料。乙月青提纯后，虽可用作选择性溶剂及中间体，但用量 不大，因
13、此许多工厂常常把它烧掉，此法原料便宜，成本低，目前已是丙烯月青最主要的 生产方法。主反应：2G3H5+2NH+3Q- 2CH2=CHCN+6H副反应：生成氟化氢（HCN） C 3H6+NH+3Q 3HCN=6HO生成丙烯醛（ACL C3H3+Q CH=CHCHOOH生成乙月青（ACN 2C 3HS+3NH+3Q t 3CH3CN+6HO生成 CO 和睦O 2C 3H3+9Q 6CO+6H2O2.2 生产工艺流程液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器和氨蒸发器气化，然后分别在丙烯过热器和氨过热 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后进入混合
14、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。反应出口的高温气体先经过废热锅炉回收热量，气体冷却到 230c左右进入氨中和塔，在70-80c下用硫酸吸收反应器出口气体中未反应的氨，中 和塔塔底的含硫酸氨的酸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氨的废液。氨中和塔出口气体经换热器冷却后 进水吸收塔，用510C的水吸收丙烯月青和其他副产物。水吸收塔塔底得到含丙烯月青约 1.8%的丙烯月青水溶液，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。2.3 物料衡算2QH5+2NH+3Q - 2CH2=CHCN+6H已知条
15、件：液态丙烯原料含丙烯 85%,丙烷15%,液态氨原料含氨100%丙烯月青损失率3.1 %设计裕量6%工段产品为丙烯月青水溶液，含丙烯月青约1.8 % (wt)丙烯月青的实际摩尔流量：5000M1000 M1.06M1.=034.32kggk/h/h300 24.所需丙烯量：14.320.6 =23.87kmol/h所需丙烷的量：23.87 - 0.85 0.15 =4.21kmol/h所需氨气的量：23.87 1.05 =25.06kmol/h所需氧气的量:23.87 2.3 =54.90kmol /h 79 54.90 =206.53kmol/h所需氮气的量：21所以总进料量：F=314.57kmol/h各物质0t C的平均定压比热容如下:温度 比热容物质C3比C3H8NHjQN2H2OanhcnacnACLCQCP/KJ/(kg K)0710 c0-360C0-470C1.8412.052.3
