产3000吨丙烯腈工艺设计专业课程设计说明书.docx

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题目：

年产3000吨丙烯腈工艺设计

设计题目：

年产3000吨丙烯腈工艺设计

一、主要内容及基本要求

1、设计条件

利用丙烯85%，丙烷15%（摩尔分率），液氨100%为原料，CAT-6为催化剂，使用氨氧化法生产聚合级丙烯腈（质量分数≥99.5%）。

年操作320天，设计裕量5%。

2、设计内容

（1）工艺流程简介；

（2）整个工艺过程设备的物料衡算及能量衡算；

（3）脱氢氰酸精馏塔设计计算；

（4）经济分析；

（5）安全生产及“三废”处理。

3、基本要求

（1）完成整个工艺设计计算，编写说明书；

（2）完成脱氢氰酸精馏塔的设计计算，编写说明书；

（3）绘制工艺流程流程图；

（4）绘制脱氢氰酸塔设备装配图。

二、进度安排

序号

各阶段完成的内容

完成时间

1

工艺设计计算

2周

2

塔氢氰酸塔设计计算

1周

3

绘制图纸

1周

三、应收集的资料及主要参考文献

1.《化学工艺学》，化学工业出版社，刘晓勤编，2010

2.《化工过程及设备设计》，中南工业大学出版社，涂伟萍，陈佩珍编

3.《化工工程制图》，化学工业出版社，1994

4.《化工设备选择与工艺设计》，中南工业大学出版社，刘道德编，1992

5.《化工原理》，天津大学出版社，姚玉英

6.《化工单元过程及设备课程设计》，化学工业出版社，匡国柱，史君才编

7.《化工单元过程课程设计》，王明辉，北京：

化学工业出版社，2002

8.《化学工程手册》，时钧，汪家鼎等，.北京：

化学工业出版社，1986

9.《化工单元操作及设备课程设计：

板式精馏塔的设计》，王雅琼，科学出版社

目录

1概述 1

1.1环氧乙烷法 1

1.2乙炔法 1

1.3乙醛法 2

2丙烯氨氧化法生产丙烯腈 2

2.1主副反应极其热力学 2

2.2催化剂 3

2.3工艺参数 4

2.3.1原料纯度与配比 4

2.3.2反应温度 4

2.3.3反应压力 4

2.3.4接触时间 5

3工艺设计 5

3.1设计条件 5

3.2工艺流程 5

3.2.1反应部分 5

3.2.2回收部分 7

3.2.3精制部分 7

4物料衡算与能量衡算 9

4.1物料衡算 9

4.1.1小时生产能力 9

4.1.2反应器物料衡算 9

4.1.3氨中和塔物料衡算 10

4.1.4水吸收塔物料衡算 12

4.1.5萃取精馏塔物料衡算 13

4.1.6脱氢氰酸塔物料衡算 14

4.1.7丙烯腈精制塔物料衡算 15

4.2能量衡算 15

4.2.1反应器能量衡算 16

4.2.2氨中和塔能量衡算 17

4.2.3水吸收塔能量衡算 18

4.2.4萃取精馏塔能量衡算 18

4.2.5脱氢氰酸塔能量衡算 19

4.2.6丙烯腈精制塔能量衡算 19

5主要设备工艺计算—脱氢氰酸精馏塔设计 20

5.1设计条件 20

5.2塔板数及回流比计算 20

5.3塔高 23

5.4塔板工艺设计 24

5.4.1塔径 24

5.4.2塔内件设计 25

6经济分析 27

6.1生产与消费 27

6.1.1国外概况 27

6.1.2国内概况 28

6.2市场分析 28

7安全生产与“三废”处理 29

参考文献 31

设计评述 31

1概述

丙烯腈，别名腈基乙烯，结构式：

；无色易燃液体，剧毒，有刺激味，微溶于水，易溶于有机溶剂；遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸气与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.1%~17%（体积分数）；沸点为77.3℃，熔点-82.0℃，自燃点481℃，相对密度0.8006。

丙烯腈分子中含有双键和腈基，是一个化学性质极为活泼的化合物，易发生聚合或共聚反应，是三大合成材料的重要单体。

丙烯腈聚合生成聚丙烯腈；丙烯腈可与丙烯酸甲酯、衣康酸或丙烯磺酸钠等共聚制得腈纶纤维；与丁二烯和苯乙烯共聚可制得重要的ABS塑料；与苯乙烯共聚得AS塑料；与丁二烯共聚得丁腈橡胶；丙烯腈也可与丙烯酸、丙烯酰胺、丁二腈和己二胺等的合成。

20世纪60年代前，丙烯腈主要用如下三种方法制得。

1.1环氧乙烷法

该法得到的丙烯腈产品纯度较高，但是HCN毒性很大，生产成本也高。

1.2乙炔法

该法工艺过程简单，收率高，但副反应多、产物精制困难、毒性大，而且乙炔价格高于丙烯，难以与丙烯氨氧化法竞争。

此工艺在1960年以前是生产丙烯腈的主要工艺。

1.3乙醛法

乙醛可以由大量廉价乙烯得到，该法比乙炔法有优势，但在20世纪60年代初期出现了丙烯氨氧化法，其生产成本更低，产品质量更优良，所以乙醛法在发展初期就夭折了。

由于这些方法生产成本高，毒性大，目前已被丙烯氨氧化法（即sohio法）所取代，此方法已是当今世界上生产丙烯腈的主要方法。

2丙烯氨氧化法生产丙烯腈

2.1主副反应极其热力学

丙烯氨氧化时，除生成丙烯腈外，还生成少量氢氰酸、乙腈、丙烯醛、丙烯酸、丙酮等副产物及CO、CO2、H2O等深度氧化物。

表2-1列出了丙烯氨氧化的主副反应极其热力学数据。

表2-1丙烯氨氧化主副反应极其热力学数据

反应

反应式

主反应

-569.67

-514.8

副反应

-1144.78

-942.0

-595.71

-543.8

-338.73

-353.3

-550.12

-613.4

-216.66（298K）

-237.3

-298.46（298K）

-294.1

-1276.52

-1077.3

-1491.71

-1920.9

2.2催化剂

工业上用于丙烯氨氧化反应的催化剂主要为两大类：

一类为Mo-Bi-O系的复合酸盐类，如钼酸铋、磷钨酸铋等；另一类为Sb-O系的重金属氧化物或几种金属氧化物的混合物，例如锑、铋、钼、钒、钨、铁、铀、钴、镍、碲的氧化物或是锑-铀氧化物等。

其中钼铋铁系催化剂在丙烯氨氧过程中占主导地位，大部分丙烯腈工业装置过程中占主导地位，大部分丙烯腈工业装置使用的是该催化剂。

工业上较早采用的P-Mo-Bi-O系（代号C-A）催化剂，其丙烯腈收率只有60%左右，生成副产物乙腈较多，且由于催化剂活性不够高，需用较高的反应温度（470℃），加速了MoO3的升华损失。

为了改善催化剂活性和选择性，提高丙烯腈收率，减少乙腈的生成量，在P-Mo-Bi-O催化剂的基础上不断进行改进配方的研究。

在P-Mo-Bi-Fe-Co-O五组分催化剂的基础上，开发成功P-Mo-Bi-Fe-Co-Ni-K-O七组分催化剂（C-41），大大提高了丙烯腈的收录（74%左右），选择性与活性较好，使反应温度降到435℃左右且副产物乙腈生成量显著减少。

国产催化剂的研究从20世纪60年代开始，研究人员前后研制