年产45万吨丙烯腈合成工段工艺设计.docx
《年产45万吨丙烯腈合成工段工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产45万吨丙烯腈合成工段工艺设计.docx（58页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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
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）；
（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
3
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 2
3.1丙烯腈工艺流程 2
3.2丙烯腈工艺流程示意图 3
第四部分物料衡算和热量衡算 3
4.1小时生产能力 3
4.2反应器的物料衡算和热量衡算 3
4.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 7
4.4氨中和塔物料衡算和热量衡算 9
4.5换热器物料衡算和热量衡算 14
4.6水吸收塔物料衡算和热量衡算 15
4.7空气水饱和塔釜液槽 19
4.8丙烯蒸发器热量衡算 21
4.9丙烯过热器热量衡算 22
4.10氨蒸发器热量衡算 22
4.11氨气过热器 22
4.12混合器 23
4.13空气加热器的热量衡算 24
第五部分主要设备的工艺计算 25
5.1流化床合成反应器 25
5.2空气饱和塔 27
5.3水吸收塔 28
5.4丙烯蒸发器 31
5.5循环冷却器 32
5.6氨蒸发器 34
5.7氨气过热器 35
5.8丙烯过热器 36
5.9空气加热器 36
5.10循环液泵 38
5.11空气压缩机 38
5.12中和液贮槽 38
第六部分附录 40
6.1附表 40
6.2参考文献 40
第七部分课程设计心得 42
5
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0.002mg／L，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C—C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t／a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70～80℃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5～10℃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：
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/h
B.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
0.6
0.065
0.07
0.007
0.12
E.操作压力：
进口0.023MPa，出口0.162MPa
F.反应器进口气体温度110℃，反应温度470℃，出口气体温度360℃
4.2.2物料衡算
A.反应器进口原料气中各组分的流量
B.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/h
kg/h
%（mol）
%（wt）
kmol/h
kg/h
%（mol）
%（wt）
C3H6
214.18
8995.56
6.2
10.8
16.06
674.52
0.45
0.72
C3H8
37.80
1663.2
1.09
2.0
37.80
1663.2
1.06
1.77
NH3
224.89
3823.11
6.49
4.59
32.12
546.04
0.90
0.58
O2
492.61
15763.65
14.22
18.93
104.94
3357.92
2.93
3.58
N2
1853.15
51888.25
53.48
62.3
1853.15
51888.25
51.80
55.37
H2O
642.54
11565.72
18.54
1.39
1248.68
22476.24
34.90
23.98
AN
0
0
0
0
128.51
6823.75
3.59
7.28
ACN
0
0
0
0
22.49
922.09
0.63
0.98
HCN
0
0
0
0
41.77
1127.66
1.17
1.20
ACL
0
0
0
0
14.99
840.34
0.42
0.90
CO2
0
0
0
0
77.10
3392.61
2.16
3.62
合计
3465.17
83290.49
100
100
3577.61
93712.62
100
100
4.2.3能量衡算
各物质0~t℃的平均定压比热容如下
表4-3各物质0~t℃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
∆H3
110℃,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℃，浓相段入口混合气
∆H
∆H1
∆H2
假设如下热力学途径：
各物质25～t℃的平均比热容用0～t℃的平均比热容代替，误差不大，因此，
若热损失取的5%，则需由浓相段换热装置取出的热量（即换热装置的热负荷）为：
浓相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽（饱和温度143℃）
143℃饱和蒸汽焓：
143℃饱和水焓：
B.稀相段热衡算求稀相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量
以0℃气体为衡算基准
进入稀相段的气体带入热为：
离开稀相段的气体带出热为：
若热损失为4%，则稀相段换热装置的热负荷为：
稀相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：
4.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算
4.3.1计算依据
A.入塔空
升级会员 