丙烯腈反应系统设计样本Word文档下载推荐.docx

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主反应:

CH=CH-CH3+NH3+O2→CH2=CH-CN+3H2O

副反应:

CH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O

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1/100

CH2=CHCH3+O2→3CO2+3H2O

二氧化碳的生成量约占丙烯腈质量的1/4,它是产量最大的副产物。

上述副反应都是强放热反应,特别是深度氧化反应。

在反应过程中,副产物的生成,必然降低目的产物的收率。

这不但浪费了原料,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,关键在于控制影响反应的各个因素,特别是温度。

1.3流化床反应器

由于丙烯腈氧化反应是强放热,因此工业生产中多采用流化床反应器。

流化床反应器是气相反应常见的一种反应器。

当反应气体经过反应器时,催化剂颗粒受到气流的作用悬浮起来,在反应器内作剧烈的翻滚、流动,整个系统与流动的或沸腾的液体很相像,因此称流化床或沸腾床。

1.3.1流化现象

对于固定床反应器,因为催化剂是固定的。

流体实际上只能在催化剂颗粒间的孔隙内穿流,不但催化剂的表面反应受到限制,降低了催化剂利用率。

而且,床层的温度分布不均匀,不能保证各部分都在最适宜的温度条件下进行化学反应。

如果减少颗粒大小,增加气流温度,且让气流由下自上经过,当气流速度达到某一值以后,催化剂在床内处于气流的湍动状态,大大增加了催化剂和气流的接触面积,既增加了催化剂的利用率,又改进了温度分布,这种固体在气流作用下产生像流体一样流动状态称流化态。

1.3.2流化床的结构和优点

为了保证流化和一定反应温度以及回收催化剂等原因,使流化床结构不同于固定床。

为适应流化状态、传热和催化剂回收等作用,流化床结构一般都由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气固分离装置和固体颗粒加卸载装置等组成。

常见流化床反应器有两种,一种是有固体物料连续进料和出料的装置,用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。

例如催化裂化过程,催化剂在几分钟内即显著失活,需用装置不断将其分离后进行再生。

另一种是无固体物料连续进料或出料装置,用于固体（催化剂）在长时间不发生明显变化的反应过程。

流化床反应器是气-固相催化反应常见的一种反应器。

图1:

丙烯腈流化床反应器示意图

丙烯腈反应所采用的流化床就属于后一种,催化剂长期不发生明显变化,且进料都是气体。

液态的丙烯与液氨经过气化后,在管路中汇合后经反应器底部的丙烯、氨分布器进入反应器,压缩空气经反应器底部的空气分布器进入反应器,一定的流动速度使催化剂颗粒呈悬浮状态,三种物料在处于流化状态下的催化剂的作用下,生成丙烯腈。

与固定床反应器相比,丙烯腈流化床反应器具有以下优点:

1能够实现物料的连续输入和输出;

2流体和颗粒运动使床层具有良好的传热性能,床层内部温度均匀,可在最佳温度点操作,而且易于控制,特别适用于强放热反应,另外,由于颗粒的高热容和返混,能防止局部过热或过冷,操作比较稳定;

3颗粒比较细小,有效系数高,可减少催化剂的用量;

4压降恒定,不易受异物堵塞;

1.3.3流化床的一般控制方法

对单器流化床的基本控制方法是流化床浓相区温度为被调参数,调节手段为下列管换热器进水量和稳定反应物料流量。

在冷水流量变化较大情况下,应该用反应温度与冷却水流量串级调节,因为,对流化床下部列管换热器来说,冷却剂流量、温度等变化,对反应影响极大。

对中、上部列管换热器,由于对反应影响小,冷却剂有些扰动影响不大。

图2:

一般流化床反应器的温度控制

（此处还剩张恩邦的一小部分,和柳旭聪的有点重合）

2控制系统过程参数的选择及依据

2.1原料的配比

合理的原料配比,是保证丙烯腈合成反应稳定、副反应少、消耗定额低,以及操作安全的重要因素。

2.1.1丙烯与氨的配比（氨比）

在实际投料中发现,当氨比小于理论值1:

1时,有较多的副产物丙烯醛生成,氨的用量至少等于理论比。

但用量过多也不经济,既增加了氨的消耗量,又增加了硫酸的消耗量,因为过量的氨要用硫酸去中和,因此又加重了氨中和塔的负担。

因此,丙烯与氨的摩尔比,应控制在理论值或略大于理论值,即丙烯:

氨=1:

1～1.2左右。

2.1.2丙烯与空气的配比（氧比）

丙烯氨氧化所需的氧气是由空气带入的。

当前,工业上实际采用的丙烯与氧的摩尔比约为l:

2～3（大于理论值1:

1.5）,采用大于理论值的氧比,主要是为了保护催化剂,不致因催化剂缺氧而引起失活。

反应时若在短时间内因缺氧造成催化剂活性下降,可在540℃温度下通空气使其再生,恢复活性。

但若催化剂长期在缺氧条件下操作,虽经再生,活性也不可能全部恢复。

2.1.3丙烯与水蒸气的配比（水比）

丙烯氨氧化的主反应并不需要水蒸气参加。

但根据该反应的特点,在原料中加入一定量水蒸气有多种好处,如可促使产物从催化剂表面解吸出来,从而避免丙烯腈的深度氧化;

若不加入水蒸气,原料混合气中丙烯与空气的比例正好处于爆炸范围内,加入水蒸气对保证生产安全有利;

水蒸气的热容较大,又是一种很好的稀释剂,加入水蒸气能够带走大量的反应生成热,使反应温度易于控制;

加入水蒸气对催化剂表面的积炭有清除作用。

另一方面,水蒸气的加入,势必降低设备的生产能力,增加动力消耗。

当催化剂活性较高时,也可不加水蒸气,从当前工业生产情况来看,当丙烯与加入水蒸气的摩尔比为1:

3时,综合效果较好。

2.2线速度及操纵变量的选择

因此,在反应器尺寸结构一定的情况下,物料流量要保持一定,以保证物料流动的速度使物料达到湍动状态,保证催化剂的利用率。

2.3被控变量的选择:

反应器内的温度

温度是影响丙烯氨氧化的一个重要因素。

当温度低于350℃时,几乎不生成丙烯腈。

温度的变化对丙烯的转化率、丙烯腈的收率、副产物氢氰酸和乙腈的收率以及催化剂的空时收率都有影响。

要获得丙烯腈的高收率,必须控制较高的反应温度。

丙烯氨氧化法生产丙烯腈时,除生成丙烯腈外,尚有多种副产物生成。

图3:

丙烯氨氧化法生产丙烯腈反应温度-产物曲线

如图所示,反应温度高,丙烯腈单程收率高、副产少。

但当反应温度过高时,合成物易深度氧化,生成较多的CO2,温度难以控制;

另外,若持续长时间的高温,还会缩短催化剂的寿命。

生产中,实际温度控制在460℃左右,丙烯腈收率取得最大值

同时,流化床工作的好坏,能够明显地从反应温度上表现出来,当反应状况良好时,反应温度易于控制。

因此,选择温度作为反应器的被控变量。

3反应系统设计

3.1反应设计参数

丙烯流量:

质量浓度99.5%以上,年工作日:

330天,回收率98%,年产1万吨,则丙烯腈原料液的流量应该为1294.8kg/h,丙烯腈物质的量流量为24kmol/h,则能够取丙烯的流量为25kmol/h

氨烯比:

1.15:

1

空烯比:

10.5:

3.2控制系统方框图

3.3仪表选型

3.3.1温度变送器

SK-SBW系列一体化温度变送器是温度传感器与变送器的完美结合,以十分简捷的方式把-200~+1600℃范围内的温度信号转换为二线制4~20mADC的电信号传输给显示仪、调节器、记录仪、DCS等,实现对温度的精确测量和控制。

一体化温度变送器是现代工业现场、科研院所温度测控的更新换代产品,是集散系统、数字总线系统的必备产品。

特点:

超小型（模块φ44×

18）一体化,通用性强

二线制4~20mADC输出。

传输距离远,抗干扰能力强。

冷端、温漂、非线形自动补偿。

测量精度高,长期稳定性好。

温度模块内部采用环氧树脂浇注工艺,适应于各种恶劣和危险场所使用。

一体化设计,结构简单合理,可直接替换普通装配式热电偶、热电阻。

机械保护IP65。

采用热电偶温变,可免用补偿导线,降低成本

液晶、数码管、指针等多种指示功能方便现场适时监控。

现场环境温度>

70℃时,变送器和现场显示仪表可采用分离（隔离）式安装

防爆等级:

EXdIIBT4、EXdIIBT6、EXdIICT6。

防护等级:

IP54

其技术指标如下:

类别

SK-SBW模块式温变

SK-SBW一体化温变

准确度

0.2%F.S0.5%F.S

输入

热电偶:

B、S、T、K、J

热电阻:

Pt100、Pt10、Cu100、Cu50

输出

二线制4-20mADC

使用温度

-25-85℃（一体化LCD表头时0-60℃）

温度影响

≤0.05%/℃

湿度

5-95%RH

现场显示

无

3　1/2LED31/2LCD0-100%等分刻度

显示精度

数字式:

0.5级指针式:

2.0级

负载能力

<

600Ω（额定负载250