年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计--课程设计Word文档格式.docx

1、设备设计和选型设计图纸，30%图纸规范标注清晰方案流程图7工艺物料流程图带控制点的工艺流程图15 答辩成绩20%仪态自然语言流畅10答辩老师签名答题正确平时成绩，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答辩记录课程设计任务书学 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天要求1.确定设计方案，并画出流程框图（要求

2、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

3、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11.1 丙烯腈的性质11.1.1 丙烯腈的物理性质11.1.2 丙烯腈的化学性质及应用21.2丙烯腈的生产技术的发展31.2.1国外的发展情况31.2.2国内发展概况41.3丙烯腈生产工艺研究进展51.4丙烯氨氧化的原理61.4.1化学反应61.4.2 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83.1 丙烯腈工艺流程示意图83.2小时生产能力9第四部分 物料衡算和热量衡算104.1反应器的物料衡算和热量衡算104.1.1计算依据104.1.2 物料衡算104.1.3 热量衡算124

4、.2空气饱和塔的物料衡算和热量衡算144.2.1计算依据144.2.2物料衡算144.2.3热量衡算154.3氨中和塔物料衡算和热量衡算164.3.1计算依据164.3.2物料衡算174.3.3热量衡算184.4换热器物料衡算和热量衡算214.4.1计算依据214.4.2物料衡算214.4.3热量衡算224.5水吸收塔物料衡算和热量衡算234.5.1计算依据234.5.2物料衡算234.5.3 热量衡算264.6空气水饱和塔釜液槽274.6.1计算依据274.6.2物料衡算274.6.3热量衡算284.7丙烯蒸发器热量衡算284.7.1计算依据284.7.2有关数据294.7.3热衡算求丙烯蒸

5、发器的热负荷和冷冻盐水用量294.8丙烯过热器热量衡算294.8.1计算依据294.8.2热量衡算求丙烯过热器热负荷和加热蒸汽量294.9氨蒸发器热量衡算304.9.1计算依据304.9.2有关数据304.9.3热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量304.10氨气过热器304.10.1计算依据304.10.2热衡算求气氨过热器的热负荷和加热蒸汽用量304.11混合器314.11.1计算依据314.11.2热衡算求进口温空气的温度t314.12空气加热器的热量衡算324.12.1计算依据324.12.2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325.1合成反应器3

6、25.1.1计算依据325.1.2浓相段直径335.1.3浓相段高度335.1.4扩大段（此处即稀相段）直径345.1.5扩大段高度345.1.6浓相段冷却装置的换热面积345.1.7稀相段冷却装置的换热面积355.2空气饱和塔355.2.1计算依据355.2.2塔径的确定365.2.3填料高度385.3水吸收塔385.3.1计算依据385.3.2塔径的确定395.3.3填料高度405.4丙烯蒸发器425.4.1计算依据425.4.2丙烯蒸发器换热面积425.5循环冷却器445.5.1计算依据445.5.2计算换热面积445.6氨蒸发器475.6.1计算依据475.6.2计算换热面积475.7

7、氨气过热器485.7.1计算依据485.7.2计算换热面积485.8丙烯过热器495.8.1计算依据495.8.2计算换热面积495.9空气加热器505.9.1计算依据505.9.2计算换热面积505.10循环液泵525.11空气压缩机525.12中和液贮槽53第五部分 课程设计心得53第六部分 附录546.1参考文献546.3 附图55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

8、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3.051

9、7.5%（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）/%2.107.152.557.17203.087.30303.827.51404.857.90506.158.41607.659.10709.219.908010.9511.10表1-2丙烯腈的主要物理性质性质指标沸点

10、（101.3KPa）78.5燃点/481蒸汽压/KPa熔点/82.0比热容Jkg-1k-120.920.038.7时6.67相对密度（d426 ）0.0806蒸发潜热（077）32.6kJ/mol45.5时33.33粘度（25）0.34生成热（25）151kJ/mol77.3时101.32折射率（nD25 ）1.3888燃烧热1761kJ/mol临界温度246闪点/聚合热（25）72 kJ/mol临界压力3.42MPa1.1.2 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

11、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、

12、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DistillersUgine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