年产35万吨丙烯腈合成工段实用工艺设计Word格式.docx
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物料恒算
热量衡算
设备设计和选型
设计图纸，40%
图纸规
标注清晰
方案流程图
工艺物料流程图
带控制点的工艺流程图
20
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
合计
100
课程设计任务书
学生
专业〔班级〕
设计题目
年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计
设
计
技
术
参
数
1.生产能力：
35000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%
：
300天
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
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〕；
〔4〕制带控制点的工艺流程图〔CAD或手绘，A3图纸〕；
工
作
量
2.工艺流程图与设计说明书：
1周
划
第一周：
物料衡算、热量衡算与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：
辩论
考
资
料
《化工工艺设计手册》第四版（上下册），某某集团工程编，化学工业，2009年
《化学化工物性参数手册》，化工学院等编，化学工业，2002年
第一局部概述
1.1丙烯腈的性质
1.1.1丙烯腈的物理性质
丙烯腈是一种非常重要的有机化工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。
丙烯腈，英文名Acrylonifrile〔简称为A〕，化学分子式：
CH2=CH-；
分子量：
53.1。
丙烯腈在常温下是无色或淡黄色液体，剧毒，有特殊气味；
可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有机溶剂；
与水互溶，溶解度见表1-1。
丙烯腈在室允许浓度为0.002MG/L，在空中的爆炸极限为3.05~17.5%〔体积〕。
因此，在生产、贮存和运输中，必须有严格的安全防护措施。
丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等会成二元共沸混合物，和水的共沸点为71℃，共沸点中丙烯腈的含量为88%〔质量〕，在有苯乙烯存在下，还能形成丙烯腈—苯乙烯—水三元共沸混合物。
丙烯腈的主要物理性质见表1-2。
表1-1丙烯腈与水的相互溶解度
温度/℃
水在丙烯腈中的溶解度〔质量〕/%
丙烯腈在水中的溶解度〔质量〕/%
30
40
50
60
70
80
表1-2丙烯腈的主要物理性质
性质
指标
沸点（101.3KPa）
℃
燃点/℃
481
蒸汽压/KPa
熔点/℃
—
比热容/J.kg-1.K-1
±
℃时
相对密度（d426）
蒸发潜热（0~77℃）
粘度（25℃）
生成热（25℃）
151kJ/mol
折射率（nD25）
燃烧热
1761kJ/mol
临界温度
246℃
闪点/℃
聚合热（25℃）
72kJ/mol
临界压力
1.1.2丙烯腈的化学性质与应用
丙烯腈分子中含有双键与氰基〔-〕，其化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、水解、醇解、腈基与氢乙基化等反响。
聚合反响和加成反响都发生在丙烯腈的C=C双键上，纯丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品与丙烯腈生产过程中，通常要加少量阻聚剂，如对苯酚甲基醚〔阻聚剂MEHQ〕、对苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等。
除自聚外，丙烯腈还能与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一种或几种发生共聚反响，由此可制得合成纤维、塑料、涂料和粘合剂等。
丙烯腈经电解加氢偶联反响可以制得已二腈。
氰基反响包括水合反响、水解反响、醇解反响等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺。
氰乙基化反响是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反响；
丙烯腈和醇反响可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液体染料的分散剂、抗静电剂、纤维处理剂、外表活性剂、医药等的原料。
丙烯腈与氨反响可制得1，3丙二胺，该产物可用作纺织溶剂、聚氨酯溶剂和催化剂。
丙烯腈主要用来生产ABS树脂，丙烯酰胺、丙烯酸纤维、己二睛和苯乙烯-己二睛树脂等，目前国供不应求，每年需大量进口来满足市场需求，2000年进口量超过150kt。
全世界丙烯腈的生产主要集中在美国、西欧和日本等国家和地区。
全世界1999年丙烯腈总生产能力为，523.3万t（见表1-3）。
美国、日、西欧丙烯腈生产能力合计为357万t，占世界总能力的66.9％。
1999年世界丙烯腈需求量为480万t，产量470万t。
预计到2000年，世界丙烯腈总生产能力将达到585万t，产量与消费量将达到507万t。
其中用于腈纶的消费量为275万t，用于ABS、AS为126万t，其它106万t（见表1-4）。
今年台塑公司4月和年末各有10万t/a装置投产、美国Solutia公司8月25万t/a装置建成，还会增加45万t生产能力。
2000年是日本旭化成、三菱化学和韩国东西石油化学、泰光产业等公司的定期检修年，这会缓和对新增能力投产的冲击。
表1-31999年世界丙烯腈生产能力（万t/a）
国家和地区
生产能力
美国
土耳其
德国
44
巴西
意大利
19
南非
荷兰
印度
西班牙
罗马尼亚
英国
保加利亚
墨西哥
日本
韩国
37
俄罗斯
24
中国（总计）
中国省
表1-4世界丙烯腈消费结构（万t）
年份
1995
1996
1997
1998
2000
463
508
533
545
585
产量
415
437
451
469
507
消费量
腈纶
231
244
251
260
275
ABS/AS
107
110
115
其它
84
86
90
94
106
开工率（％）
85
87
我国烯腈生产起步于1968年。
八十年代开始，我国丙烯腈工业开展很快，从国外引进技术目前正在运行的生产装置有9套（包括中国省）,总生产能力为58.8万t，加上采用国技术的生产装置，总生产能力为59.3万t。
正在计划建设的生产装置有石化公司25万t／a，金陵石化公司6.6万t／a。
另外，有不少装置也准备将其生产能力扩大。
到2000年，我国丙烯腈总生产能力可达80多万t，其中中国大陆丙烯腈生产能力可达42万～45万t/a，省丙烯脂生产能力为38万t/a。
这样，我国2000年丙烯腈总生产能力将居世界第二位，而仅次于美国。
我国丙烯腈生产能力。
见表1-5。
表1-5我国丙烯腈生产能力（万t/a）
生产厂家
采用技术
备注
石化股份
BP技术
实际可达到7
石化总厂化工一厂
6
油田聚合物厂
齐鲁石化公司丙烯腈厂
4
齐鲁石化公司齐胜化工厂
国技术
兰化公司石化厂
石化公司腈纶厂
计划扩展7
吉化公司化肥厂
CPDC公司
18
丙烯氨氧化的原理
化学反响
在工业生产条件下,丙烯氨氧化反响是一个非均相催化氧化反响:
与此同时,在催化剂外表还发生如下一系列主要的副反响。
〔1〕生成乙腈（A）：
〔2〕生成氢氰酸（H）。
〔3〕生成丙烯醛。
（4）生成二氧化碳。
上述副反响中,生成乙腈和氢氰酸的反响是主要的。
CO2、CO和H2O可以由丙烯直接氧化得到,也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。
除上述副反响外,还有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反响。
1.4.2催化剂
丙烯氨氧化所采用的催化剂主要有两类,即Mo系和Sb系催化剂。
〔1〕Mo系催化剂工业上最早使用的是P-Mo-Bi-O（C-A）催化剂,其代表组成为PBi9Mo12O52。
活性组分为MoO3和Bi2O3.Bi的作用是夺取丙烯中的氢,Mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。
因而是一个双功能催化剂。
P是助催化剂,起提高催化剂选择性的作用。
这种催化剂要求的反响温度较高（460～490℃）,丙烯腈收率60%左右。
由于在原料气中需配入大量水蒸气,约为丙烯量的3倍（mol）,在反响温度下Mo和Bi因挥发损失严重,催化剂容易失活,而且不易再生,寿命较短,只在工业装置上使用了不足10年就被C-21、C-41等代替。
〔2〕Sb系催化剂Sb系催化剂在60年代中期用于工业生产,有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。
初期使用的Sb-U-O催化剂活性很好,丙烯转化率和丙烯腈收率都较高,但由于具有放射性,废催化剂处理困难,使用几年后已不采用。
Sb-Fe-O催化剂由日本化学公司开发成功,即牌号为NB-733A和NB-733B催化剂。
据文献报道,催化剂中Fe/Sb比为1∶1（mol）,X光衍射测试明确,催化剂的主体是FeSbO4,还有少量的Sb2O4。
工业运转结果明确,丙烯腈收率达75%左右,副产乙腈生成量甚少,价格也比拟廉价,添加V、Mo、W等可改善该催化剂的耐复原性。
1.4.3反响机理和动力学
丙烯氨氧化生成丙烯腈的反响机理,目前主要有两种观点。
可简单地用下式表示。
第二局部生产方案选择
第三局部工艺流程设计
3.1丙烯腈工艺流程示意图
按年工作日300天，丙烯腈损失率3%，设计裕量为计算，如此每天每小时产量：
第四局部物料衡算和热量衡算
〔1〕丙烯腈产量5307.36kg/h，即F=
〔2〕原料组成〔摩尔分数〕丙烯〔C3H6〕85%，丙烷〔C3H8〕15%
〔3〕进反响器的原料配比〔摩尔分数〕为
C3H6:
NH3:
O2:
H2O=1:
1.05:
23:
3
反响后各产物的单程收率为：
物质
丙烯腈〔AN〕
氰化氢〔H〕
乙腈〔CAN〕
丙烯醛〔ACL〕
CO2
摩尔收率
〔4〕操作压力
进口：
，出口：
〔5〕反响器进口气体温度110℃，反响温度470℃，出口气体温度360℃
4.1.2物料衡算
〔1〕
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