年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计--课程设计.docx
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化工工艺设计
课程设计
年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计
年级
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
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%
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）；
（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
年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计 1
第一部分概述 1
1.1丙烯腈的性质 1
1.1.1丙烯腈的物理性质 1
1.1.2丙烯腈的化学性质及应用 2
1.2丙烯腈的生产技术的发展 3
1.2.1国外的发展情况 3
1.2.2国内发展概况 4
1.3丙烯腈生产工艺研究进展 5
1.4丙烯氨氧化的原理 6
1.4.1化学反应 6
1.4.2催化剂 7
第二部分生产方案选择 8
第三部分工艺流程设计 8
3.1丙烯腈工艺流程示意图 8
3.2小时生产能力 9
第四部分物料衡算和热量衡算 10
4.1反应器的物料衡算和热量衡算 10
4.1.1计算依据 10
4.1.2物料衡算 10
4.1.3热量衡算 12
4.2空气饱和塔的物料衡算和热量衡算 14
4.2.1计算依据 14
4.2.2物料衡算 14
4.2.3热量衡算 15
4.3氨中和塔物料衡算和热量衡算 16
4.3.1计算依据 16
4.3.2物料衡算 17
4.3.3热量衡算 18
4.4换热器物料衡算和热量衡算 21
4.4.1计算依据 21
4.4.2物料衡算 21
4.4.3热量衡算 22
4.5水吸收塔物料衡算和热量衡算 23
4.5.1计算依据 23
4.5.2物料衡算 23
4.5.3热量衡算 26
4.6空气水饱和塔釜液槽 27
4.6.1计算依据 27
4.6.2物料衡算 27
4.6.3热量衡算 28
4.7丙烯蒸发器热量衡算 28
4.7.1计算依据 28
4.7.2有关数据 29
4.7.3热衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量 29
4.8丙烯过热器热量衡算 29
4.8.1计算依据 29
4.8.2热量衡算求丙烯过热器热负荷和加热蒸汽量 29
4.9氨蒸发器热量衡算 30
4.9.1计算依据 30
4.9.2有关数据 30
4.9.3热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量 30
4.10氨气过热器 30
4.10.1计算依据 30
4.10.2热衡算求气氨过热器的热负荷和加热蒸汽用量 30
4.11混合器 31
4.11.1计算依据 31
4.11.2热衡算求进口温空气的温度t 31
4.12空气加热器的热量衡算 32
4.12.1计算依据 32
4.12.2热衡算求空气加热器的热负荷和加热蒸汽量 32
第五部分主要设备的工艺计算 32
5.1合成反应器 32
5.1.1计算依据 32
5.1.2浓相段直径 33
5.1.3浓相段高度 33
5.1.4扩大段（此处即稀相段）直径 34
5.1.5扩大段高度 34
5.1.6浓相段冷却装置的换热面积 34
5.1.7稀相段冷却装置的换热面积 35
5.2空气饱和塔 35
5.2.1计算依据 35
5.2.2塔径的确定 36
5.2.3填料高度 38
5.3水吸收塔 38
5.3.1计算依据 38
5.3.2塔径的确定 39
5.3.3填料高度 40
5.4丙烯蒸发器 42
5.4.1计算依据 42
5.4.2丙烯蒸发器换热面积 42
5.5循环冷却器 44
5.5.1计算依据 44
5.5.2计算换热面积 44
5.6氨蒸发器 47
5.6.1计算依据 47
5.6.2计算换热面积 47
5.7氨气过热器 48
5.7.1计算依据 48
5.7.2计算换热面积 48
5.8丙烯过热器 49
5.8.1计算依据 49
5.8.2计算换热面积 49
5.9空气加热器 50
5.9.1计算依据 50
5.9.2计算换热面积 50
5.10循环液泵 52
5.11空气压缩机 52
5.12中和液贮槽 53
第五部分课程设计心得 53
第六部分附录 54
6.1参考文献 54
6.3附图 55
年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计
摘要：
本设计为年产3.5万吨丙烯腈的合成段工艺设计，在设计中采用了丙烯氨氧化制丙烯腈法，此法能有效降低生产成本。
该设计对丙烯腈的性质、应用、国内外发展、生产方法等进行了简单介绍。
本设计的重点在于计算丙烯氨氧化生产丙烯腈过程中的物料衡算、热量衡算和主要设备的工艺计算。
通过设计计算得出流化床浓相段总高是16米，直径为6.9米，催化剂堆体积是294.9立方米，稀相段高度为10米，直径是9米，达到了预期目标。
第一部分概述
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Acrylonitrile（简称为ACN），化学分子式：
CH2=CH-CN；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。
丙烯腈在室内允许浓度为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）/%
0
2.10
7.15
10
2.55
7.17
20
3.08
7.30
30
3.82
7.51
40
4.85
7.90
50
6.15
8.41
60
7.65
9.10
70
9.21
9.90
80
10.95
11.10
表1-2丙烯腈的主要物理性质
性质
指标
性质
指标
性质
指标
沸点（101.3KPa）
78.5℃
燃点/℃
481
蒸汽压/KPa
熔点/℃
—82.0
比热容
J·kg-1·k-1
20.92±0.03
8.7℃时
6.67
相对密度（d426）
0.0806
蒸发潜热（0~77℃）
32.6kJ/mol
45.5℃时
33.33
粘度（25℃）
0.34
生成热（25℃）
151kJ/mol
77.3℃时
101.32
折射率（nD25）
1.3888
燃烧热
1761kJ/mol
临界温度
246℃
闪点/℃
0
聚合热（25℃）
72kJ/mol
临界压力
3.42MPa
1.1.2丙烯腈的化学性质及应用
丙烯腈分子中含有双键及氰基（-CN），其化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、水解、醇解、腈基及氢乙基化等反应。
聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的C=C双键上，纯丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生产过程中，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应，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应可以制得已二腈。
氰基反应包括水合反应、水解反应、醇解反应等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺。
氰乙基化反应是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反应；丙烯腈和醇反应可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液体染料的分散剂、抗静电剂、纤维处理剂、表面活性剂、医药等的原料。
丙烯腈与氨反应可制得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、己二腈和苯乙烯-己二腈树脂等，目前国内供不应求，每年需大量进口来满足市场需求，2000年进口量超过150kt。
1.2丙烯腈的生产技术的发展
1.2.1国外的发展情况
自1960年Sohio公司成功地开发了丙烯氨氧化制丙烯腈工艺以来，其他合成方法均遭淘汰，丙烯氨氧化工艺成为当代工业生产丙烯腈的唯一技术。
Sohio丙烯腈工艺日趋完善，催化剂的改进已成为提高丙烯腈收率的主要因素。
西欧有2个工厂曾采用由Distillers Ugine开发的固定床丙烯氨氧化制丙烯腈的工艺，于1990年关闭，墨西哥的1个工厂于1993年关闭，在东欧的少数工厂也陆续停工。
至今，全世界的丙烯腈生产几乎都采用流化床丙烯氨氧化工艺，即在多组分固体粉末催化剂作用下，丙烯和氨气、空气在流化床中发生氨氧化反应，生成丙烯腈，并副产乙腈和氢氰酸等。
BP公司（已收购Sohio公司）拥有丙烯腈生产装置所采用的Sohio工艺，其他专利许可公司还包括日本旭化成公司、日东公司、Solutia公司和中国石油化工集团（简称中国石化）。
对于目前正在开发的丙烯腈工艺，值得密切关注的是
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