年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计.精品文档.化工工艺设计课 程 设 计年产9.5 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，50%格式规范内容完整格式是否规范10评阅教师签名内容是否完整10工艺计算正确、完整和规范物料恒算10热量衡算10设备设计和选型10设计图纸，40%图纸规范标注清晰方案流程图10评阅教师签名工艺物料流程图10带控制点的工艺流程图20 平时成绩，10%上课出勤上课出勤考核5指导

2、教师签名制图出勤制图出勤考核5合计100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 9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计设计技术参数1.生产能力： 95000 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

3、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年目录第一部分 概述5第二部分 生产方案选择5第三部分 生产流程设计6第四部分 物料衡算与热量衡算74.1小时生产能力74.2反应器的物料

4、衡算和热量衡算74.2.1计算依据74.2.2物料衡算84.2.3热量衡算94.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算114.3.1计算依据114.3.2物料衡算114.3.3热量衡算124.4氨中和塔物料衡算和热量衡算134.4.1计算依据134.4.2物料衡算144.4.3热量衡算154.5 换热器物料衡算和热量衡算174.5.1计算依据174.5.2物料衡算184.5.3热量衡算184.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算194.6.1计算依据194.6.2物料衡算194.6.3热量衡算214.7 空气水饱和塔釜液槽224.7.1计算依据224.7.2物料衡算224.7.3热量衡算234.8 丙烯蒸发

5、器热量衡算234.8.1计算依据234.8.2有关数据234.8.3热衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量234.9 丙烯过热器热量衡算244.9.1计算依据244.9.2热衡算244.10 氨蒸发器热量衡算244.10.1计算依据244.10.2有关数据244.10.3热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量244.11 氨气过热器254.11.1计算依据254.11.2热量衡算254.12 混合器254.12.1计算依据254.12.2热衡算254.13 空气加热器的热量衡算264.13.1计算依据264.13.2热衡算26第五部分 主要设备工艺计算265.1反应器265.1.1计算依据2

6、65.1.2浓相段直径275.1.3浓相段高度275.1.4扩大段（此处即稀相段）直径285.1.5扩大段高度285.1.6浓相段冷却装置的换热面积285.1.7稀相段冷却装置的换热面积285.2 空气饱和塔295.2.1计算依据295.2.2塔径的确定295.2.3填料高度305.3 水吸收塔305.3.1计算依据305.3.2塔径的确定315.3.3填料高度325.4 丙烯蒸发器335.4.1计算依据335.4.2丙烯蒸发器换热面积335.5 循环冷却器345.5.1计算依据345.5.2计算换热面积345.6 氨蒸发器355.6.1计算依据355.6.2计算换热面积365.7 氨气过热器

7、365.7.1计算依据365.7.2计算换热面积365.8 丙烯过热器375.8.1计算依据375.8.2计算换热面积375.9 空气加热器375.9.1计算依据375.9.2计算换热面积385.10 循环液泵385.11 空气压缩机395.12中和液贮槽39第六部分 设计心得39参考文献40第七部分 附录41年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计摘要：设计丙烯腈的生产工艺流程，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对丙 烯腈的工艺设计任务。第一部分 概述丙烯腈，别名，氰基乙烯；为无色易燃液体，剧毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有机溶剂

8、；遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸汽与空气混合物能成为爆炸性混合物，爆炸极限为 3.1%-17% （体积百分比）；沸点为 77.3 ，闪点 -5 ，自燃点为 481 。丙烯腈是石油化学工业的重要产品，用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物聚丙烯腈。聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛”，它强度高，比重轻，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂

9、等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。丙烯氨氧化法的优点如下(1)丙烯是目前大量生产的石油化学工业的产品，氨是合成氨工业的产品，这两种原料均来源丰富且价格低廉。(2)工艺流程比较简单经一步反应便可得到丙烯腈产物。(3)反应的副产物较少，副产物主要是氢氰酸和乙腈，都可以回收利用而且丙烯腈成品纯度较高。 (4)丙烯氨氧化过程系放热反应，在热平衡上很有利。(5)反应在常压或低压下进行，对设备无加压要求。(6)与其他生产方法如乙炔与氢氰酸合成法，环氧乙烷与氢氰酸合成法等比较，可以减少原料的配套设备(如乙炔发生装置和氰化氢合成装茸)的建设投资第二部分 生产方案选择对于此次丙烯腈的合成我选用的是丙

10、烯氨氧化法，它的氧化原理如下：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 AN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上列副反应中,生成乙腈和氢氰酸的反应是主要的。可以由丙烯直接氧化得到,也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。除上述副反应外,还有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反应。第三部分 生产流程设计液态丙烯和液态氨分别经丙蒸发器气烯蒸发器和氨化，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

11、，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左右进人氨中和塔，在7080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510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 物料衡算与热量衡算4.1小时生产能力 按年工作日300天，丙

12、烯腈损失率3%，设计裕量6%计算，年产量9.5万吨/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（1）丙烯腈产量,即（2）原料组成（摩尔分数）丙烯（C3H6）85%，丙烷（C3H8）15%（3）进反应器的原料配比(摩尔比)为（4）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（ACN）丙烯醛（ACL）二氧化碳摩尔收率0.60.0650.070.0070.12（5）操作压力进口0.203，出口0.162（6）反应器进口气体温度ll0，反应温度470，出口气体温度3604.2.2物料衡算（1）反应器进口原科气中各组分的流

13、量C3H6 C3H8 NH3 O2 H2O N2 (2) 反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈 乙腈 丙烯醛 CO2 HCN C3H8 N2 O2 C3H6 NH3 H2O (3) 反应器物料平衡表表4.2 反应器物料平衡表 流量组分反应器进口反应器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt) kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6453.0219026.846.18 9.6065.692758.980.851.36C3H879.943517.631.09 1.7879.943517.361.041.74NH3475.678086.416.494.0867.951155.150.

14、880.57O21041.9533342.414.22 16.82386.5212368.645.026.10H2O1359.0624463.0818.5412.342612.5747026.2633.9023.20N23919.72109752.0753.48 55.383919.72109752.0750.8654.15AN0000271.8114405.693.537.11ACN000047.571950.250.620.96ACL00003.17177.520.040.09CO20000163.097175.962.123.54HCN000088.342385.181.151.18合计

15、7329.36198188.431001007706.37202673.06100100 4.2.3热量衡算查阅相关资料获得各物质0110、0360、0470的平均定压比热容表4.3 各物质0t平均定压比热容物质C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLCO201101.8412.052.3010.9411.0461.88303602.6783.0132.6361.0041.0882.0081.8741.6401.9331.9661.13004702.9293.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213（1）浓相段热衡算求浓相

16、段换热装置的热负荷及产生蒸汽量 假设如下热力学途径：470，浓相段出口混合气25，反应器入口混合气25，浓相段出口混合气110，反应器入口混合气各物质25t平均比热容用0t的平均比热容代替，误差不大，因此，若热损失取的5%，则需有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0.405的饱和蒸汽（饱和温度143）143饱和蒸汽焓：143饱和水焓：（2）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： 热损失取4%，则稀相段换热装置的热负荷为：稀相段换热装置产生0.405的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：4.

17、3空气饱和塔物料衡算和热量衡算4.3.1计算依据（1）入塔空气压力0.263，出塔空气压力0.243（2） 空压机入口空气温度30，相对温度80，空压机出口气体温度170（3）饱和塔气、液比为152.4(体积比)，饱和度0.81（4）塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105，组成如下表4.4 塔顶喷淋液的组成组分ANACN氰醇ACL水合计%（Wt）0.0050.0080.00050.000299.986100（5）塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为O2 1041.95kmol/h即33342.4kg/hN2 3919.72kmol/h即 109752.07kg/hH2O 1359.

18、06kmol/h即 24463.08kg/h4.3.2物料衡算（1）进塔空气量查得30，相对湿度80%时空气温含量为0.022kg水气/kg干空气因此，进塔空气带入的水蒸气量为： （2）进塔热水量气、液比为152.4，故进塔喷淋液量为：塔顶喷淋液105的密度为，因此进塔水的质量流量为：（3）出塔湿空气量出塔气体中的的量与反应器人口气体相同，因而O2 1041.95kmol/h即33342.4kg/hN2 3919.72kmol/h即 109752.07kg/hH2O 1359.06kmol/h即 24463.08kg/h（4）出塔液量（5）空气饱和塔物料平衡表表4.5 空气饱和塔平衡表成分入塔

19、气出塔气入塔喷淋液塔釜排出液kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kg/h%(wt)kg/h%(wt)O21041.9533342.420.285 22.799 1041.95 33342.40 16.485 19.900.00 00.00 0N23919.72109752.0776.310 75.048 3919.72 109752.07 62.014 65.500.00 00.00 0H2O174.893148.083.405 2.153 1359.06 24463.08 21.502 14.60 436665.98 99.986415350.

20、98 99.986AN000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 21.84 0.00521.84 0.0053氰醇000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 34.94 0.00834.94 0.0084ACN000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 2.18 0.00052.18 0.00053ACL000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 0.87 0.00020.87 0.00021合计5136.56146242.55100 100 6320.73 167557.55 1

21、00 100 436725.81 100415410.81 100 4.3.3热量衡算（1）空气饱和塔出口气体温度 空气饱和塔出口气体中，蒸汽的摩尔分数为：根据分压定律蒸汽的实际分压为：因饱和度为0.81，所以饱和蒸汽分压应为：查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为90，因此，须控制出塔气体温度为90才能保证工艺要求的蒸汽量。（2）入塔热水温度 入塔水来自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05。（3）由热衡算求出塔热水温度t 热衡算基准：0气态空气，0液态水。(a)170进塔空气带人热量，170蒸汽焓值为，干空气在0l70的平均比热容(b)出塔湿空气带出热量90蒸汽焓，空气比热容取(c)105入塔喷淋液带入

22、热量(d)求出塔热水温度 出塔热水带出热量用表示，则热损失按5%，则代入数据, 解得：因此，出塔热水温度为78.114.4氨中和塔物料衡算和热量衡算4.4.1计算依据（1）入塔气体流量和组成与反应器出口气体相同。（2）在中和塔内全部氨被硫酸吸收，生成硫酸铵。（3）新鲜硫酸吸收剂的含量为93(wt)。（4）塔底出口液体(即循环液)的组成如下表4.6 塔底出口液体的组成组分水ANACNHCN硫酸硫酸铵合计%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100（5）进塔气温度l80，出塔气温度76，新鲜硫酸吸收剂温度30（6）塔顶压力0.122MPa，塔底压力0.142MPa。图2 氨

23、中和塔局部流程1氨中和塔； 2循环冷却器 4.4.2物料衡算（1）排出的废液量及其组成进塔气中含有的氨，在塔内被硫酸吸收生成硫酸铵。氨和硫酸反应的方程式：的生成量，即需要连续排出的流量为:塔底排出液中,(NH4)2SO4的含量为30.9%（wt），因此，排放的废液量为：排放的废液中各组分的量：（2）需补充的新鲜吸收剂（93%的H2SO4）的量为：（3）出塔气体中各组分的量C3H6 C3H8 O2 N2 AN ACN ACL HCN CO2 H2O 4.4.3热量衡算（1）出塔气体温度 塔顶气体中实际蒸汽分压为设饱和度为0.98，则与出塔气体温度平衡的饱和蒸汽分压为：入塔喷淋液的硫酸铵含量为，已

24、知硫酸铵上方的饱和蒸汽压。根据入塔喷淋液的硫酸铵含量和的值，内插得到出塔气的温度为76（2）入塔喷淋液温度 入塔喷淋液温度比气体出口温度低6，故为70（3）塔釜排出液温度表4.7 塔釜排出液温度 含 量温 度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109入塔气蒸汽分压在釜液含量下溶液上方的饱和蒸汽分压等于0.05MPa时的釜液温度即为釜液的饱和温度，用内插法从表中得到，饱和温度为83.5，设塔釜液温度比饱和温度低2.5 即81。又查硫酸铵的溶解度数据得知，80时每100g水能溶解95.3g硫酸铵

25、，而釜液的硫酸铵含量为，所以釜液温度控制81不会有硫酸铵结晶析出。（4）热衡算求循环冷却器的热负荷和冷却水用量 作图3.3的虚线方框列热平衡方程得图3 氨中和塔的热量衡算1氨中和塔； 2循环冷却器(a)入塔气体带入热入塔气体带入热量(b)出塔气体带出热各组分在076的平均比热容的值如下表4.8 各组分在076的平均比热容组分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921（c）蒸汽在塔内冷凝放热 蒸汽的冷凝热为(d)有机物冷凝放热AN的冷凝量其冷凝热为 ACN的冷凝量其冷凝热为 HC

26、N的冷凝量，其冷凝热为(e)氨中和放热；每生成1mol硫酸铵放热273.8kJ(f)硫酸稀释放热 硫酸的稀释热为749kJkg (g)塔釜排放的废液带出热量 塔釜排放的废液中，与的摩尔比为,查氮肥设计手册得此组成的硫酸铵水溶液比热容为。(h)新鲜吸收剂带入热 的比热容为(i)求循环冷却器热负荷 因操作温度不高，忽略热损失。把有关数据代入热平衡方程： 解得 (J)循环冷却器的冷却水用量W 设循环冷却器循环水上水温度32，排水温度36，则冷却水量为(5)求循环液量m 循环液流量受入塔喷淋液温度的限制。70循环液的比热容为，循环液与新鲜吸收液混合后的喷淋液比热容。 设循环液流量为m kg/h，循环冷

27、却器出口循环液温度t。 对新鲜暖收剂与循环液汇合处(附图中A点)列热平衡方程得： （1）对循环冷却器列热平衡得： （2）联解式（1）和（2）得 4.5 换热器物料衡算和热量衡算4.5.1计算依据 进口气体76，组成和流量与氨中和塔出口气相同出口气体温度40，操作压力115.5kPa4.5.2物料衡算出口气体温度40， 40饱和蒸汽压力为设出口气体中含有X kmol/h的蒸汽，根据分压定律有:解得 蒸汽的冷凝量为 因此得到换热器气体方(壳方)的物料平衡如下表4.9 换热器气体方(壳方)的物料平衡组分流量（kmol/h）C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO265.6979.94

28、2074.24386.523919.72271.7247.5088.253.17163.094.5.3热量衡算(1)换热器入口气体带入热 (等于氨中和塔出口气体带出热)(2)蒸汽冷凝放出热 40水汽化热为2401.lkJkg(3)冷凝液带出热(4)出口气体带出热出口气体各组分在040的平均摩尔热容为表4.10 出口气体各组分在040的平均摩尔热容组分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66(5)热衡算求换热器热负荷平衡方程：代入数据求得：4.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算4.6

29、.1计算依据 图4 水吸收塔的局部流程（1）入塔气流量和组成与换热器出口相同。（2）入塔器温度40，压力112Kpa。出塔气温度10，压力101Kpa（3）入塔吸收液温度5（4）出塔AN溶液中含AN 1.8%（wt）4.6.2物料衡算（1）进塔物料（包括气体和冷凝水）的组成和流量与换热器出口相同（2）出塔气的组成和量出塔干气含有O2 N2 CO2 10水的饱和蒸汽压，总压为101325Pa出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下：出塔气总量为：（3）塔顶加入的吸收水量（a）出塔AN溶液总量 出塔AN溶液中，AN为1.8%（wt），AN的量为14401.34kg/h，因此，出塔AN溶液总量为

30、（b）塔顶加入的吸收水量 作水吸收塔的总质量衡算得：（4）塔底AN溶液的组成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因为塔底AN溶液中的AN、ACN、HCN、ACL的量与进塔气、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。（5）水吸收塔平衡如下：表4.11 换水吸收塔的物料平衡组分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合计流量（kmol/h）65.6979.94342.79386.523919.72271.7247.5088.253.17163.095082.12（6）检验前面关于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假设的正确性 因系统压力小于1Mpa，气相

31、可视为理想气体，AN、ACN、ACL、HCN的量相对于水很小，故溶液为稀溶液系统服从亨利定律和分压定律。压力和含量的关系为 或 塔底排出液的温度为15(见后面的热衡算) 查得l5 时ACN、HCN、ACL和AN的亨利系数E值为ACN HCN ACL AN (a) 丙烯腈塔底 从以上计算可看出，可见溶液未达饱和。 (b)丙烯醛 塔底。含量，溶液未达饱和。 (c)乙腈塔底含量，溶液未达饱和。 (d)氢氰酸 塔底含量从计算结果可知，在吸收塔的下部，对HCN的吸收推动力为负值，但若吸收塔足够高，仍可使塔顶出口气体中HCN的含量达到要求。4.6.3热量衡算（1）入塔气带入热。各组分在040的平均摩尔热容

32、如下表4.12 各组分在040的平均摩尔热容组分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66（2）入塔凝水带人热：（3）出塔气带出热。（4）吸收水带入热（5）出塔溶液带出热溶液中各组分的液体摩尔热容如下表4.13 AN溶液中各组分的液体摩尔热容组分H2OANACNHCNACL75.3121.1107.371.55123.8（6）水冷凝放热水的冷凝热为2256kJ/kg 故 （7）等气体的溶解放热 溶解热=冷凝放热+液-液互溶放热=冷凝热的冷凝热数据如下表4.14 的冷凝热数据组分A

33、NACNACLHCN610.9765.7493.7937.2（8）热衡算求出塔液温度t热平衡方程 ：代人数据得： 解得 4.7 空气水饱和塔釜液槽4.7.1计算依据进、出口物料关系和各股物料的流量和温度如图5所示。图中，空气饱和塔液体进、出口流量和出口液体的温度由空气饱和塔物料和热衡算确定；去水吸收塔的液体流量由水吸收塔物料衡算的确定，见本文相关部分计算；排污量按乙腈解吸塔来的塔釜液量的l5%考虑；乙腈解吸塔塔釜液量和去萃取解吸塔的液体量由精制系统的物料衡算确定。4.7.2物料衡算 进料： （1）乙腈解吸塔釜液入槽量=1076350-436665.98=639684.02kg/h （2）空气饱

34、和塔塔底液入槽量=415350.98-162000=253350.98kg/h （3） 入槽软水量x kg/h 出料； （1） 去水吸收塔液体量743829.13kg/h （2） 去萃取解吸塔液体量285000kg/h作釜液槽的总质量平衡得解得 图5 饱和塔釜液槽的物料关系4.7.3热量衡算（1）入槽乙腈解吸塔釜液带入热。（2）入槽软水带入热。（3）空气饱和塔塔底液带入热，（4）去吸收塔液体带出热（5）去萃取解吸塔液体带出热（6）热衡算求槽出口液体温度t 热损失按5考虑，热平衡方程为代人数据解得 t=84.044.8 丙烯蒸发器热量衡算4.8.1计算依据 蒸发压力0.405MPa；加热剂用O的

35、冷冻盐水，冷冻盐水出口温度-2;丙烯蒸发量l002.3kg/h。4.8.2有关数据 （1）0.405MPa下丙烯的沸点为-l3，汽化热410kJkg（2） 0.405MPa下丙烷的沸点为-5，汽化热376.6kJkg4.8.3热衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量 （1） 丙烯蒸发吸收的热 （2）丙烷蒸发吸收的热。（3）丙烯蒸发器的热负荷 冷损失按l0考虑（4）冷冻盐水用量 平均温度(-1)下，冷冻盐水比热容为 冷冻盐水用量为4.9 丙烯过热器热量衡算 4.9.1计算依据 丙烯进口温度-13，出口温度65。用0.405MPa蒸汽为加热剂。4.9.2热衡算 求丙烯过热器热负荷和加热蒸汽量丙烯气

36、的比热容为，丙烷气比热容，冷损失按10考虑，需要加热蒸汽提供的热量为加热蒸汽量为上式中是0.405M Pa蒸汽的冷凝热。 4.10 氨蒸发器热量衡算4.10.1计算依据 （1）蒸发压力0.405MPa。 （2）加热剂用0.405MPa饱和蒸汽。冷凝热为。4.10.2有关数据 0405MPa下氨的蒸发温度为-7 C，汽化热为。4.10.3热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量 冷损失按10考虑，氨蒸发器的热负荷为 加热蒸汽量为 4.11 氨气过热器 4.11.1计算依据 （1）氨气进口温度-7，出口温度65。 （2）用0.405MPa蒸汽为加热剂。 （3）氨气流量。4.11.2热量衡算 求氨气过

37、热器的热负荷和加热蒸汽用量 氨气的比热容为，冷损失按10考虑，氨气过热器的热负荷为 加热蒸汽用量为4.12 混合器4.12.1计算依据 气氨进口温度65流量。 丙烯气进口温度65，流量，丙烷气进口温度65，流量。 出口混合气温度110。湿空气来自空气加热器4.12.2热衡算 求进口温空气的温度t 以0为热衡算基准。，在065的平均比热容如下表表4.15 在065的平均比热容组分C3H6C3H8NH31.5691.822.197（1）气态丙烯、丙烷带入热（2）气态氨带入热（3）温空气带入热 、和蒸汽0136的平均比热容分别为、和（4）混合器出口气体带出热（5）热衡算求进口湿空气的温度t 热损失按

38、l0考虑。热衡算方程： 代入数据： 解得 4.13 空气加热器的热量衡算4.13.1计算依据（1）入口空气温度90，出口空气温度136。（2）空气的流量和组成如下。表4.16 空气的流量和组成组分O2N2H2O合计Kg/h33342.4109752.0724463.08167557.554.13.2热衡算 求空气加热器的热负荷和加热蒸汽量 、和蒸汽90136的平均比热容分别为、和。 热损失按l0考虑，空气加热器的热负荷为 用0.608MPa的蒸汽为加热剂，其饱和温度为l64.2C，冷凝热为，加热蒸汽用量为第五部分 主要设备工艺计算5.1反应器5.1.1计算依据（1）出口气体流量7706.37k

39、mol/h；入口气体流量7329.36kmol/h。（2）气体进口压力0.203mPa，出口压力0.162mPa。（3）反应温度470，气体离开稀相段的温度为360（4）流化床内的换热装置以水为冷却剂，产生0.405Mpa（143）的饱和蒸汽。（5）接触时间10s5.1.2浓相段直径 因反应过程总物质的量增加，故按出口处计算塔径比较安全出口处气体体积流量为取空床线速2.6m/s浓相段直径为取流化床浓相段直径为6.4m5.1.3浓相段高度 按接触时间10s算，推化剂的堆体积为静床高 取膨胀比为2，则浓相段高度为取浓相段高50m校核推化剂的堆密度为640推化剂的品质推化剂负荷为实验装置的推化剂负荷

40、可达到1.77mol，本设计的值小于实验值，是可靠的。5.1.4扩大段（此处即稀相段）直径取扩大段气速为操作气速的一半即 u=1.3m/s气体流量为扩大段直径为取8.4m5.1.5扩大段高度 根据流化床直径6.4m，空塔气速2.6m/s，查图得/D=2稀相段高度 2D=5.6m取6m5.1.6浓相段冷却装置的换热面积换热装置用套管式，总差传热系数取233换热装置的热负荷已由热衡算求出 Q=1.68108kJ/h =4.67107J/S换热面积为取30%的设计裕量，则换热面积为612.9(1+0.3)=7975.1.7稀相段冷却装置的换热面积用套管式换热装置，水为冷却剂，产生0.405Mpa（1

41、43）蒸汽。总传热系数取，换热装置热负荷为Q=2.3107kJ/h =6.39106J/S又换热面积为取30%设计裕量，则换热面积为1196.69(1+0.3)=15565.2 空气饱和塔5.2.1计算依据（1） 进塔空气的组成和流量表5.1 空气饱和塔进塔空气的组成和流量组分O2N2H2O合计1014.953919.72174.895136.5633342.4109752.073148.06146242.53（2） 出塔温空气的组成和流量表5.2 空气饱和塔出塔温空气的组成和流量组分O2N2H2O合计1014.953919.721359.066320.7333342.4109752.0724

42、463.08167557.55（3）塔顶喷淋液量，温度。（4）塔底排出液量，温度。（5）塔底压力O.263MPa，塔顶压力O.243MPa。（6）人塔气温度l70，出塔气温度90。（7）填料用陶瓷拉西环(乱堆)。5.2.2塔径的确定根据拉西环的泛点速度计算公式 （A）（1）塔顶处把数据代人(A)式解得 泛点率取75，则气体空塔速度为 出塔操作条件下的气量：塔径应为： （2）塔底处把数据代入(A)式解得 气体空塔速度为 人塔气在操作条件下的气量：塔径应为： 取塔径为： 5.2.3填料高度空气水饱和塔的填料高度确定须考虑两方面的要求（1）使出塔气体中蒸汽含量达到要求。（2）使塔顶喷淋液中的ACN等

43、在塔内脱吸以使出塔釜液中ACN等的含量尽量低，以减少朽污水处理负荷并回收ACN等副产物。按工厂实践经验。取填料高度1lm5.3 水吸收塔5.3.1计算依据（1）进塔气体流量和组成表5.3 水吸收塔进塔气体流量和组成组分C3H6C3H8O2N2H2OANACNACLHCNCO2合计kmol/h65.6979.94386.523919.722074.24271.7247.503.1788.25163.097099.84Kg/h2758.983517.3612368.64109752.0737336.2414401.341947.35177.522382.867175.96191818.32（2）出

44、塔气体流量和组成表5.4 水吸收塔出塔气体流量和组成组分C3H6C3H8O2N2H2OCO2AN合计kmol/h65.6979.94386.523919.7256.62163.09少量4508.49Kg/h2758.983517.3612368.64109752.071019.167175.96少量129416.21随入塔气进入的凝水 （3）塔顶喷淋液量，含 0.005(wt)，温度5。（4）塔底排出液量，温度。（5）塔底压力ll2kPa，塔顶压力101kPa。（6）入塔气温度40，出塔气温度l0，（7）出塔气体中含量不大于0.055%(wt)。（8）填料用250Y型塑料孔板波纹填料。5.3.

45、2塔径的确定 塑料孔板渡纹填料的泛点气速计算公式为 (A)按塔底情况计算把数据代人(A)式解得 空塔气速为(泛点率取70%) 气体在操作条件下的流量为塔径应为： 取塔径为：5.3.3填料高度 液体的喷淋密度 塑料孔板液纹填料250Y的液相传质单元高度： 当时，25下的为0.187m 时，25下的为0.225m内插得到时，25下的为0.206m又 塔内液体的平均沮度为液相传质单元数计算式如下塔底 塔顶 出口气体中含有不小于0.055(wt)，因代入数据求： 填料高度为 取填料高度为：5.4 丙烯蒸发器5.4.1计算依据 （1）丙烯在管外蒸发，蒸发压力0.405MPa，蒸发温度-l3，管内用0的冷

46、冻盐水(水溶液)与丙烯换热，冷冻盐水出口温度-2。 （2） 丙烯蒸发量，冷冻盐水用量。 （3）丙烯蒸发器热负荷5.4.2丙烯蒸发器换热面积 （1）总传热系数 (a)管内给热系数。 蒸发器内安装的U型钢管80根。 冷冻盐水平均温度-l此温度下的有关物性数据如下； 冷冻盐水流速为，湍流 (b)管外液态丙烯沸腾给热系数取 (c)总传热系数 冷冻盐水方污垢热阻取，丙烯蒸发侧污垢热阻取，钢管导热系数。（2）传热平均温差 热端温差0(-13)=13，冷端温差-2-(一13)=11，传热平均温差为（3）换热面积 热负荷 换热面积为取安全系数1.2，则换热面积5.5 循环冷却器5.5.1计算依据 （1）管内循

47、环液流量。进口温度81，出口温度。 (2) 管外冷却剂为循环水，进口温度32，出口温度36，循环水流量为。(3)热负荷为。 5.5.2计算换热面积 初选型石墨换热器，换热面积为，设备壳体内径，内有外径、内径22mm、长3m的石墨管417根。换热管为正三角形排列，相邻两管的中心距（1）总传热系数(a)管内循环液侧的给热系数平均流体温度，该温度循环液的物性数据如下管内流体的流速为 湍流（b）壳程(循环水侧)的给热系数循环水平均温度，水的物性数据为正三角形排列时，当量直径的计算公式为管外流体的流速根据流体流过的最大截面积S来计算，S的计算公式为已知t=40mm，h=374mm, D=888mm代人数据得管外流体的流速为值在20001000000范围内可用下式计算给热系数代入数据得 (c)总传热系数 石墨的导热系数，石墨管壁厚5mm，循环冷却水侧污垢热阻，循环液侧污垢热阻。代人数据求K：（2）对数平均温差（3）换热面积热负