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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 4 3.1 丙烯腈工艺流程示意图 4 3.2 小时生产能力5 3.3 反应器的物料衡算和热量街算 5 3.4 空气饱和塔物料衡算和热量衡算8 3.5 氨中和塔物料衡算和热量衡算10 3.6 换热器物料衡算和热量衡算15 3.7 水吸收塔物料衡算和热量衡算 17 3.8 空气水饱和塔釜液槽 21 3.9 丙烯蒸发器热量衡算23 3.10 丙烯过热器热量衡算 23 3.11 氨蒸发器热量衡算 24 3.12 氨气过热器24 3.13 混合器 24 3.14 空气加热器的热量衡算 25第四部分 主要设备的工艺计算
2、 26 4.1 空气饱和塔26 4.2 水吸收塔28 4.3 丙烯蒸发器30 4.4 循环冷却器 32 4.5 氨蒸发器 34 4.6 氨气过热器 35 4.7 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
3、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，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
4、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（A
5、N）生产过程的主反应为该反应的反应热为 AN主要的副反应和相应的反应热数据如下：（1） 生成氰化氢（HCN） HCN（2）生成丙烯醛（ACL） ACL（3）生成乙腈（ACN） ACN（4）生成CO2和H2O CO2第二部分 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 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
6、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。图1 丙烯
7、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： 3.3 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B. 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 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0.60.0650.070.0070.12表1 反应后各产物的单程收率E. 操作压力进口0.203，出口0.162F反应器进口气体温度ll0，反应温度470，出口气体温度360(2)物料衡算A
8、反应器进口原科气中各组分的流量 B反应器出口混合气中各组分的流量 = (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，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：浓相段换热装置产生0.405的饱和蒸汽（饱和温度143）143饱和蒸汽焓：143饱和水焓： 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：离开稀相段的气
9、体带出热为：热损失取4%，则稀相段换热装置的热负荷为：稀相段换热装置产生0.405的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：3.4 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0.243B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0.81D塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105，组成如下组分ANACN氰醇ACL水合计%（Wt）0.0050.0080.00050.000299.986100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(2)物料衡算A进塔空气量查得30，相对湿度80%
10、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：B进塔热水量 气、液比为152.4，故进塔喷淋液量为： 塔顶喷淋液105的密度为，因此进塔水的质量流量为：C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D出塔液量 (3)热量衡算A空气饱和塔出口气体温度 空气饱和塔出口气体中，蒸汽的摩尔分数为： 根据分压定律蒸汽的实际分压为： 因饱和度为0.81，所以饱和蒸汽分压应为： 查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为90，因此，须控制出塔气体温度为90才能保证工艺要求的蒸汽量。B入塔热水温度 入塔水来自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05。 C由热衡算求出塔热水温度t 热衡算基准
11、：0气态空气，0液态水。 (a)170进塔空气带人热量，170蒸汽焓值为，干空气在0l70的平均比热容(b)出塔湿空气带出热量90蒸汽焓，空气比热容取 (c)105入塔喷淋液带入热量(d)求出塔热水温度 出塔热水带出热量用表示，则热损失按5%，则 热平衡方程代人数据，解得 T=78.11因此，出塔热水温度为78.113.5 氨中和塔物料衡算和热量衡算(1)计算依据A入塔气体流量和组成与反应器出口气体相同。B在中和塔内全部氨被硫酸吸收，生成硫酸铵。C新鲜硫酸吸收剂的含量为93(wt)。D塔底出口液体(即循环液)的组成如下组分水ANACNHCN硫酸硫酸铵合计%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100表4 塔底出口液体的组成E进塔气温度l80，出塔气温度76，新鲜硫酸吸收剂温度30
