年产45万吨丙烯腈合成工段工艺设计

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1、化工工艺设计课 程 设 计年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计年 级2013专 业 化学工程与工艺学 号姓 名指导教师设计成绩完成日期2016 年 月 日课程设计成绩评定栏评定基元评审要素评审内涵分值评分签名栏设计说明，40%格式规范内容完整格式是否规范8评阅教师签名内容是否完整8工艺计算正确、完整和规范物料恒算8热量衡算8设备设计和选型8设计图纸，30%图纸规范标注清晰方案流程图7评阅教师签名工艺物料流程图8带控制点的工艺流程图15 答辩成绩20%仪态自然语言流畅语言流畅10答辩老师签名答题正确10平时成绩，10%上课出勤上课出勤考核5指导教师签名制图出勤制图出勤考核5合计100答辩记录 化

2、工工艺设计课程设计任务书 学 号学生姓名专业（班级）设计题目年产 4.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计设计技术参数1.生产能力： 45000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%6.设计裕量：6%7.年操作日300天设计要求1.确定设计方案，并画出流程框图（要求见4（1）；2.物料衡算，热量衡算3.主要设备的工艺设计计算4.绘图要求：（1）流程框图（CAD或者PPT绘，截图在方案设计中）；（2）方案流程图（CAD或手绘，A3图纸）；（3）工艺物料流程图（带物料表，CAD或手绘，A3图纸

3、）；（4）制带控制点的工艺流程图（CAD或手绘，A3图纸）；5.编写设计说明书工作量1.设计计算：1.5周2.工艺流程图与设计说明书：1周3.答辩：0.5周工作计划第一周：物料衡算、热量衡算及主要设备的工艺设计计算第二周：画图，撰写设计说明书，第三周：答辩参考资料化工工艺设计手册第四版(上下册)，中国石化集团上海工程有限公司编，化学工业出版社，2009年化学化工物性参数手册，青岛化工学院等编，化学工业出版社，2002年目录第一部分 概述1第二部分 设计技术参数2第三部分 工艺流程设计23.1 丙烯腈工艺流程23.2 丙烯腈工艺流程示意图3第四部分 物料衡算和热量衡算34.1 小时生产能力34.

4、2 反应器的物料衡算和热量衡算34.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算74.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算94.5换热器物料衡算和热量衡算144.6水吸收塔物料衡算和热量衡算154.7 空气水饱和塔釜液槽194.8 丙烯蒸发器热量衡算214.9 丙烯过热器热量衡算224.10氨蒸发器热量衡算224.11 氨气过热器224.12 混合器234.13 空气加热器的热量衡算24第五部分 主要设备的工艺计算255.1流化床合成反应器255.2空气饱和塔275.3 水吸收塔285.4 丙烯蒸发器315.5 循环冷却器325.6 氨蒸发器345.7 氨气过热器355.8 丙烯过热器365.9空气加热器365

5、.10循环液泵385.11空气压缩机385.12中和液贮槽38第六部分 附录406.1附表406.2 参考文献40第七部分 课程设计心得42丙烯腈合成工段工艺设计第一部分 概述丙烯腈是重要的有机化工产品，在丙烯系列产品中居第二位，仅次于聚丙烯。在常温常压下丙烯腈是无色液体，味甜，微臭，沸点77.3。丙烯腈有毒，室内允许浓度为0.002mgL，在空气中爆炸极限(体积分数)为3.05%17.5%，与水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有CC双键和氰基，化学性质活泼，能发生聚合、加成、氰基和氰乙基等反应，制备出各种合成纤维、合成橡胶、塑料、涂料等。近年来，丙烷氨氧化生产丙

6、烯腈的研究也取得长足进展，现已处于中试阶段。这一方面是由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低得多，另一方面也为惰性的丙烷开拓了新的应用领域。但就目前的技术水平来看，固定资产投资大，转化率低，选择性不高，目前报道的丙烷的转化率67%，选择性60%，还难以和丙烯氨氧化法相竞争，但其前景看好，根据美国斯坦福研究所18万ta丙烯腈概念设计，丙烷为原料生产丙烯腈的成本只是丙烯的64%。研究开发的催化剂主要有V-Sb-Al-O、V-Sb-W-Al-O、Ga-Sb-A1-O、V-Bi-Mo-O等。丙烯腈是重要的有机原料，主要用于橡胶合成（如丁腈橡胶）、塑料合成（如ABS，AS树脂、聚丙烯酰胺等）、有机合成、制造

7、腈纶、尼龙66等合成纤维、杀虫剂、抗水剂、粘合剂等。丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生产过程的主反应为该反应的反应热为 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：45000 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%6.设计裕量：6%7.年操作日：300天第三部分 工艺流程设计3.1 丙烯腈工艺流程液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器

8、和氨蒸发器蒸发，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左右进入氨中和塔，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

9、器与氨中和塔出口气体换热，湿度升高后去精制工段。废热锅炉 冷却剂 冷却剂 反应器 冷冻盐水 深井水 循环水去萃取解吸塔 来自乙腈解吸塔釜液 软水 饱和塔釜液槽 尾气 AN溶液去精制 换热器 硫酸循环 冷却器 冷却器 液态丙烯储罐 丙烯蒸发器 丙烯过热器 液氨储罐 加热剂 氨气过热器 加热剂 氨蒸发器 空气 空气饱和塔 混合器 空气加热器加热剂 废液排放 氨中和塔 水吸收塔 软水蒸汽3.2 丙烯腈工艺流程示意图图1 丙烯腈合成工段生产工艺流程示意图第四部分 物料衡算和热量衡算4.1 小时生产能力按年工作日300天，丙烯腈损失率3%、设计裕量6%计算，年产量为45000吨/年，则每天每小时产量为：

10、 4.2 反应器的物料衡算和热量衡算4.2.1计算依据A. 丙烯腈产量6823.75kg/h，即128.51kmol/hB. 原料组成（摩尔分数）：丙烯（C3H6）85%,丙烷（C3H8）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：表4-1 反应后各产物的单程收率物质丙烯腈（AN）氰化氢（HCN）乙腈（CAN）丙烯醛（ACL）二氧化碳摩尔收率0.60.0650.070.0070.12E. 操作压力：进口0.023MPa，出口0.162MPaF. 反应器进口气体温度110，反应温度470，出口气体温度3604.2.2 物料衡算A. 反应器进口原料气中各组分的流量 B

11、. 反应器出口原料气中各组分的流量丙烯腈 乙腈 丙烯醛 HCN C. 反应器物料平衡表如表4-2表4-2 反应器物料平衡表组分反应器进口反应器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6214.188995.566.210.816.06674.520.450.72C3H837.801663.21.092.037.801663.21.061.77NH3224.893823.116.494.5932.12546.040.900.58O2492.6115763.6514.2218.93104.943357.922.933.58N21853.1551

12、888.2553.4862.31853.1551888.2551.8055.37H2O642.5411565.7218.541.391248.6822476.2434.9023.98AN0000128.516823.753.597.28ACN000022.49922.090.630.98HCN000041.771127.661.171.20ACL000014.99840.340.420.90CO2000077.103392.612.163.62合计3465.1783290.491001003577.6193712.621001004.2.3 能量衡算各物质0t的平均定压比热容如下表4-3 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H3110,反应器入口混合气470，浓相段出口混合气25，反应器出口混合气25，浓相段入口混合