年产10万丙烯腈生产流程概念设计

1、 主要内容（主要内容（contents）第第1部分部分 设计任务书设计任务书 第第2部分部分 丙烯腈的性质和国内外生产状况丙烯腈的性质和国内外生产状况第第3部分部分 丙烷氨氧化生产丙烯腈的原理和工艺流程设计丙烷氨氧化生产丙烯腈的原理和工艺流程设计第第4部分部分 系统节能优化措施系统节能优化措施第第5部分部分 成本核算与经济性分析成本核算与经济性分析第第6部分部分 总结总结2生产任务：生产任务：n 生产能力： 10万吨/年n 产品要求： c3h3n99.5wt% 第第1 1部分部分 设计任务书设计任务书 第第2 2部分部分 丙烯腈的性质和国内外生产状况丙烯腈的性质和国内外生产状况 4物理性质物理

2、性质 丙烯腈为无色液体，沸点丙烯腈为无色液体，沸点77.3，熔点，熔点-82，密度密度0.806gcm3，闪点，闪点-1. 1(开杯开杯)，自燃点，自燃点48l，折射率，折射率1.388，属基本有机化工产品，属基本有机化工产品，是三大合成材料是三大合成材料-合成纤维、合成橡胶、塑料合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料的基本且重要的原料.1.物理和化学性质物理和化学性质5化学性质化学性质 丙烯腈为辛辣气味的无色液体，溶于水、乙醚、乙醇丙烯腈为辛辣气味的无色液体，溶于水、乙醚、乙醇、丙酮、苯和四氯化碳，与水形成共沸物，易挥发，、丙酮、苯和四氯化碳，与水形成共沸物，易挥发，有腐蚀性，有氧存在下

3、遇光和热能自行聚合，易燃，有腐蚀性，有氧存在下遇光和热能自行聚合，易燃，遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸气与遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸气与空气形成爆炸性混合物。极毒！不仅蒸气有毒，而且空气形成爆炸性混合物。极毒！不仅蒸气有毒，而且经皮肤吸入也能中毒，生产中的容许浓度为经皮肤吸入也能中毒，生产中的容许浓度为20ppm。 6丙烯腈的应用丙烯腈的应用n 丙烯腈用来生产聚丙烯纤维丙烯腈用来生产聚丙烯纤维( (即合成纤维腈纶即合成纤维腈纶) )、丙烯腈、丙烯腈- -丁二丁二烯烯- -苯乙烯塑料苯乙烯塑料(abs)(abs)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺、苯乙烯塑料和丙烯酰胺( (丙烯腈

4、水解产丙烯腈水解产物物) )。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发剂。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发剂( (过氧甲酰过氧甲酰) )作用下可聚合成一线型高分子化合物作用下可聚合成一线型高分子化合物-聚丙烯腈。聚丙烯腈。聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称 人造羊毛人造羊毛 ，它强度高，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈它强度高，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、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶。等性

5、能，是现代工业最重要的橡胶。72、国内外的生产和市场状况、国内外的生产和市场状况n 国内规模小，多为10万吨/年 以下产能；国外规模较大。8市场状况市场状况n 2008年受经济危机的影响，产量下降，到了2009年4月开始，化工产业逐步恢复，需求量大增，价格上涨很快。n 世界产量向亚洲转移；n 2009年12月份7100元/吨 10月份14000元/吨93、生产方法（技术）、生产方法（技术）n 环氧乙烷法：原料昂贵n 乙炔法 ：副产物多，不易分离n 丙烯氨氧化法：生产成本高 n 丙烷氨氧化法：流行趋势c3h8 + nh3 +2 o2 ch2 =chcn(an) + 4h2o 10丙烷氨氧化法工艺

6、路线丙烷氨氧化法工艺路线n 丙烷直接氨氧化法：以bp、三菱化学公司为代表；n 丙烷氧化脱氢后生成丙烯，然后再以常规丙烯氨氧化法生产丙烯腈 ：boc与三菱化学公司为代表开发的新工艺；n 将丙烷、氨和氧气在装填专用催化剂的管式反应器中反应生产丙烯腈：日本旭化成公司为代表。 第第3 3部分部分 丙烷氨氧化生产丙烯腈的丙烷氨氧化生产丙烯腈的 原理和工艺流程初步设计原理和工艺流程初步设计 121、总的工艺流程、总的工艺流程反应段反应段进料段进料段分离段分离段萃取解吸萃取解吸脱乙腈脱乙腈脱脱hcnhcn成品塔成品塔b1b2b3b4b5b6b7b9b10b11b12b131234567810111213b1

7、41516182021222324252627282930132、分段设计、分段设计1-反应段反应段reactorcompressb22b23o228c3h832nh33435n2序号序号物质物质流量流量kg/hr选择性选择性1c3h819052.5c3h3n反应反应60wt%ch3cn反应反应10.5wt%生成生成hcn反应反应8wt%生成生成cox反应反应13wt%2nh38587.83o239258.74n2141446.7压缩机压缩机加热加热反应器反应器丙烷和液氨分别用水加热蒸发，再经过预丙烷和液氨分别用水加热蒸发，再经过预热器预热到热器预热到6666。空气经过滤器除尘后压缩至空气经过

8、滤器除尘后压缩至0.325mpa0.325mpa左右左右，经计量进入反应器。，经计量进入反应器。反应器温度为反应器温度为750-900 750-900 反应器压力反应器压力4mpa4mpa，出口温度，出口温度200200左右左右过过程程参参数数14分段设计分段设计2-分离段分离段b2b31b4b52 34567急冷塔急冷塔氨中和氨中和固体分离固体分离解吸塔解吸塔急冷塔急冷塔 ：冷却反应生成气体：冷却反应生成气体 用硫酸中和吸收反应生成气体中未反应的氨。用硫酸中和吸收反应生成气体中未反应的氨。解吸塔解吸塔 ：吸收反应生成气体中的丙烯腈、乙腈、氢氰酸等：吸收反应生成气体中的丙烯腈、乙腈、氢氰酸等

9、有机成分，放空未反应气体。有机成分，放空未反应气体。 过过程程参参数数15分段设计分段设计3-精制段精制段(1)n 萃取解吸塔：上部进料温度萃取解吸塔：上部进料温度66，塔上部用，塔上部用 48的水萃取精馏，从塔顶（的水萃取精馏，从塔顶（70）出料为丙烯腈和水的共沸物。）出料为丙烯腈和水的共沸物。萃取剂萃取剂进料进料b1123456不凝气体不凝气体丙烯腈与水共沸气体丙烯腈与水共沸气体乙腈水溶液乙腈水溶液水和重组分水和重组分16分段设计分段设计3-精制段精制段(2)n 油水分离器 萃取塔塔顶70的共沸蒸气，经冷却到40左右，an等在水中溶解度减小，自然分为水层和油层。用挡板式分层器，将油相溢流进

10、入小贮罐，然后泵入脱氰塔，水相返回萃取塔。本设计油相成分(wt%)：an：78%; hcn：14.5%; h2o：7.5% b2b37891017分段设计分段设计3-精制段精制段(3)n 脱氢氰酸塔 123b3进料进料hcnhcnc3h3nc3h3n：97wt%97wt%精馏塔参数：精馏塔参数：最小回流比：最小回流比：0.290.29回流比回流比: :0.570.57最小塔板数最小塔板数:9:9实际塔板数实际塔板数:17:17进料板进料板: 9: 918分段设计分段设计3-精制段精制段(4)n 精制塔 123b3返回解吸塔返回解吸塔c3h3n:99.5wt%c3h3n:99.5wt%精馏塔参数

11、：精馏塔参数：最小回流比：最小回流比：0.30.3回流比回流比: :0.480.48最小塔板数最小塔板数:3:3实际塔板数实际塔板数:7:7进料板进料板: 5: 5 第第4 4部分部分 系统优化设计系统优化设计 204.1 优化设计优化设计1-反应器设计及参数控制反应器设计及参数控制反应注意点：反应注意点：1 1、温度控制；、温度控制；2 2、进料中合理控制丙烷浓度；、进料中合理控制丙烷浓度；3 3、适时补充催化剂。、适时补充催化剂。21系统优化系统优化2-反应出料压力和热能的回收反应出料压力和热能的回收计算得到急冷器热量回计算得到急冷器热量回收收23.0mw23.0mw，而假定透平，而假定透

12、平的发电效率为的发电效率为0.40.4，则，则压能回收压能回收9.2mw9.2mw。 22系统优化系统优化3- 从解吸塔排气中回收丙烯腈和丙烷从解吸塔排气中回收丙烯腈和丙烷b1134精馏塔参数：精馏塔参数：最小回流比：最小回流比：0.140.14回流比回流比: :0.280.28最小塔板数最小塔板数:3:3实际塔板数实际塔板数:7:7进料板进料板: 4: 4dstream id134temperaturek 353.1 233.5 84.7pressureatm 1.974 1.974 1.974vapor frac 1.000 0.000 0.000mole flowkmol/hr 1038

13、.367 487.399 550.968mass flowkg/hr 37077.500 21538.371 15539.129volume flow l/min252838.637 581.771 324.705enthalpymmkcal/hr -18.121 -17.898 -5.159mass frac co 0.085 15 ppm 0.202 co2 0.067 0.101 0.018 n2 0.326 36 ppm 0.779 c3h3n 0.008 0.014 c3h8 0.514 0.885 123 ppmmole flow co co2 n2 c3h3n c3h8 丙烷和丙

14、烯腈回收丙烷和丙烯腈回收23优化设计优化设计4-完善丙烯腈精制部分完善丙烯腈精制部分24物流模拟计算物流模拟计算25物流模拟计算结果物流模拟计算结果 第第5 5部分部分 成本核算与经济性分析成本核算与经济性分析 275.1 原料成本和产品收入原料成本和产品收入序号序号12345原料原料c3h8nh3c3h3nch3cnhcn单价单价（元（元/ /吨）吨）620020001400080008000?数量数量（千克千克/ /时时）19052.58587.81157427962805金额金额(元元/ /小时小时) )-118125.5-17175.61.05e+052236822440净利润净利润（

15、万美元（万美元/ /年年）2522万美元万美元/ /年年285.2主要设备成本主要设备成本 295.3 综合投资计算综合投资计算 n1、厂房建筑投资、厂房建筑投资厂房、地皮计划投资厂房、地皮计划投资$1500万，万，70年回收此项投资，合年回收此项投资，合$21.4万万/年；年；n2、设备投资、设备投资设备投资设备投资$287.5万万, 10年收回此项投资，年均年收回此项投资，年均$28.8万；万；n3、操作费用、操作费用雇佣雇佣 60 人，合人，合$60万万/年年 n4、缴税（按销售额的、缴税（按销售额的 8%算），合算），合$1345万万5、维修费：、维修费：$16.5万万n6、水、电、气

16、和汽：、水、电、气和汽：$520万万/年年7、其他原料成本、其他原料成本: $125万万/年年结余：结余： 2522 21.4 28.8 60 1345 16.5 520-125=405万美元万美元/年年,也就是说，一年可以赚钱也就是说，一年可以赚钱$405万。万。 30总结总结 利润率并不是很高，这一方面是符合国际化工企业利润状况的，约为投利润率并不是很高，这一方面是符合国际化工企业利润状况的，约为投资额的资额的5%10%，但也不是没有办法提升利润空间，可行的方法如下：，但也不是没有办法提升利润空间，可行的方法如下： （1）本设计中对于主产品的选择性设定相对不高，导致设计利润不高，如）本设计中对于主产品的选择性设定相对不高，导致设