化工专业丙烯腈工艺车间设计课程设计

1、化工专业丙烯腈工艺车间设计课程设计设计任务书22. 丙烯腈车间工艺设计43. 前言 4丙烯腈工艺设计运算5附表 37毕业设计心得39参考文献燕山大学毕业设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位:学号071610011055学生姓名蔡银辉专业（班级）化学工程与工 艺2班设计题目丙烯腈车间工艺设计设 计 技 术1.生产能力：4700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.丙烯腈缺失率：3.1%参 数6.设计裕量：6%7.年操作日300天设 计 要1.确定设计方案，画出工艺流程草图；2. 物料衡算，热量衡算3

2、. 要紧设备的工艺设计运算求4.用CAD绘制工艺流程图一张（用3#图纸打印）；5.编写设计讲明书工 作 量1.设计运算：1周2.工艺流程图与设计讲明书：0.5周3.答辩：0.5周工 作 计 划第一周：物料衡算、热量衡算及要紧设备的工艺设计运算 第二周：画图，撰写设计讲明书，答辩参 考 资 料化工设计，黄璐主编，化学工业出版社，2000年化工工艺设计手册，上海医药治理局编，化学工业出版社，2002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年指导教师签字基层教学单位主任签字燕山大学毕业设计评审意见表指导教师评语：该生在毕业设计工作期间态度（认真、较好、一样、较差）；工作（主

3、动主动、较主动、不主动主动）。（能正确、差不多能）提出设计方案；有关基础理论（扎实、 较扎实、一样、较差）；（差不多上、一样地、较好地、杰出地）完成了毕业设计任 务书所规定的任务。同意参加答辩。设计成绩为（优秀、良好、中等、及格、不及格）。指导教师：年 月 日评阅人评语：讲明书书写质量（一样、较好、良好、优秀），逻辑性（一样、较强、强），概念（较清晰、清晰、准确），图表质量（一样、较好、专门好），是一篇水平（一样、 较好、好、优秀）的毕业设计讲明书。评阅成绩为（优秀、良好、中等、及格、不及格）。答辩小组评语：在答辩过程中，该同学表述（清晰，较清晰，一样，较差），（差 不多地、一样地，较好地、圆

4、满地）回答了教师所提出的咨询题。经答辩委员会评议，答辩成绩为（优秀、良好、中等、及格、不及格）。答辩小组成员签字：年 月日毕业设计总成绩：（优秀、良好、中等、及格、不及格）丙烯腈车间工艺设计摘要：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要紧尺寸的运算，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。.言、八刖丙烯腈，别名，氰基乙烯；为无色易燃液体，剧毒、有刺 激味，微溶于水，易溶于一样有机溶剂；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773C , 闪点-5C，自

5、燃点为481 C。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

6、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，副产物要紧是氢氰酸和乙腈， 都能够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，在热平稳上专门有 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，能够减少原料的配套设备 (如乙炔发 生装置和氰化氢合成装茸 )的建设投资丙烯腈工艺设计运算1. 生产能力： 4700 吨/年2. 原料：丙烯 85%，丙烷 15%(摩尔分率)；液氨 100% 3产品：1.8% (

7、wt)丙烯腈水溶液4. 生产方法：丙烯氨氧化法5. 丙烯腈缺失率： 3.1%6. 设计裕量： 6%7. 年操作日 300 天 丙烯腈工艺流程的确定 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230C左右进人氨中和塔，在7080C下用硫酸吸取反应器出口气体中 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取热

8、后，返回塔顶循环使用同时补充部分新奇酸液，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 进入水吸取塔，用510C的水吸取丙烯腈和其他副产物.水 吸取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。二 物料衡算和热量衡算小时生产能力接年工作日300天，丙烯腈缺失率3.1%、设计裕量6% 运算，年产量为4300吨/年，则每天每小时产量为:713.39kg/h4700 1000 1.06 1.031300 24反应器的物料衡算和热量街算（1）运算依据A .丙烯腈产量 713.39kg /h，即 13.46kmol/hB. 原

9、料组成（摩尔分数）丙烯85%,丙烷15%C. 进反应器的原料配比（摩尔比）为C3H4: NH3:O2 :H2O1:1.05 : 23: 3D. 反应后各产物的单程收率为物质丙烯腈（AN）氰化氢（HCN乙腈(ACN)丙烯醛（ACL）二氧化碳摩尔收率0.60.0650.070.0070.12E. 操作压力进口 0. 203MPa，出口 0 162MPaF. 反应器进口气体温度110 C,反应温度470C，出口气体温度360 C（2）物料衡算A .反应器进口原科气中各组分的流量C3H613.46/0.622.43kmol/h942.06kg / hC3H822 430.15 3.96kmol / h

10、 174.16kg/ h0.85NH322.43 1.0523.55kmol /h 400.38kg/ h。222.43 2.351.59kmol/h1650.85kg/hH2O22.43 367.33kmol /h 1211.92kg/ hN251 590.79194.08kmol / h 5434.15kg/ h0.21B .反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈13.46kmol/h = 713.19kg/h乙腈322.43 0.07 2.36kmol/h 96.56kg / h丙烯醛22.43 0.007 0.16kmol / h 9.20kg /hCO23 22.43 0.12 8.0

11、7kmol /h 355.29kg/hHCN3 22.43 0.065 4.37kmol /h 118.09kg/hC3H83.96kmol / h 174.16kg/ hN2194.08kmol / h 5434.15kg / hO23951.59-13.46-4.37-0.16-2.36-8.0723 2= 12.41 kmol/h 396.96kg/ hC3H612122.43- 4.37-0.16-2.36-13.46- 8.07333=3.09kmol /h 129.78 kg/hNHa23.55-13.46-2.36-4.37=3.36 kmol /h 57.12kg /hH2O6

12、7.33+3 13.46+2 2.36+2 4.37+8.07+0.16= 129.40 kmol / h 2329.40kg / h(3) 热量衡算查阅有关资料获得各物质各物质0110C、0360C、0470C的平均定压比热容浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量各物质25tC的平均比热容用otC的平均比热容代替，误差不大，因此，H1=(942.06 1.841+174.16 2.05+400.38 2.301+1650.85 0.941+5434.151.046+1211.92 1.883)(25-110)=-10.65 105kJ/hH2=-(13.46 103 512.5 2

13、.36 103 362.3 4.37 103 315.1 0.16 103 353.1 8.07 103 641)1.48 107kJ/hH 3=(129.78 2.929+174.16 3.347+57.12 2.929+396.96 1.046+5434.151.109+2329.202.092+713.39 2.029+96.56 2.10+118.09 1.724+69.20 2.172+355.29 1.213)(470-25)=6.5610 kJ / h5766H= H1 H2 H310.65 101.48 106.56 109.31 10 kJ / h若热缺失取H的5%,则需有浓

14、相段换热装置取出的热量 (即换热装置的热负荷)为：Q (1 0.05) 9.31 1068.84 1 06kJ/h浓相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽(饱和温度14143 C饱和蒸汽焓：isteam 2736 kJ / kg143C饱和水焓：iH2O 601.2kJ / kg6产生的蒸汽量二8.84 104140.90kg/h2736 601.2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0C气体为衡算基准7+57.12 2.929+396.96 1.046+5434.151.109+2329.202.092+96.56 2.10+118.091.724+9.20 2.172+6

15、355.29 1.213)(470-0)=6.2510 kJ /hQ2=(.'013+57.12 2.636+396.96 1.004+5434.15 1.088+2329.20 2.088+713.39 1.874+96.56 1.933+118.09 1.64+9.20 1.966+热缺失取55% ,.则稀相段换热装置5的热负荷为：Q (1 O.Og Q2)(1 0.04)(6.25 106 5.16 106) 1.05 106kJ/h稀相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：61.05 102736 601.2491.85kg/h2.3空气饱和塔物料衡算和热量

16、衡算(1) 运算依据A .入塔空气压力0.263MPa，出塔空气压力0.243MPaB. 空压机入口空气温度30C,相对温度80%,空压机出 口气体温度170 CC. 饱和塔气、液比为152.4(体积比)，饱和度0.81D .塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105C，组成如下组分ANACN氰醇ACL水合计%(Wt)0.0050.0080.00050.000299.986100E.塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为 O251.59Kmol/h 即 1650.88kg/hN2194.08Kmol/h 即 5434.15kg/h片甥物料街Km°l/h即1211.94kg/hA

17、 .进塔空气量进塔干空气量(51.59 194.08) 245.67mol/h 7084.89kg/h查得30C,相对湿度80%时空气温含量为0.022kg水气/k g干空气.因此，进塔空气带入的水蒸气量为：0.022 7084.89 155.87kg/hB .进塔热水量气、液比为152.4,故进塔喷淋液量为:322.57m /h2730.263152.4塔顶喷淋液105 C的密度为958kg/m 3，因此进塔水的质量245.67 22.4沁二流量为:22.57 95821620.98kg/hc.出塔湿空气量出塔气体中的02、N2、H2O的量与反应器人口气体相同，因 而02 51.59Kmol

18、/h 即 1650.88kg/hN2194.08Kmol/h 即 5434.15kg/hH0 出塔液量l/h 即 1211.94kg/h 塔内水蒸发量 1211.94 155.87 1056.07kg/h出塔液流量 21620.98 1056.07 20564.91kg/h(3)热衡算A .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：6733100%21.5%67.33 194.08 51.59按照分压定律.蒸汽的实际分压为：Ph2O yH,O p 0.215 0.2430.05225MPa因饱和度为0.81,.因此饱和蒸汽分压应为：0.05225/0.81 0.0645MP

19、a 64500Pa查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为90C，因此，须操纵出塔气体温度为90C .才能保证工艺要求的蒸汽量。B .入塔热水温度入塔水来自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105 C。(a) 170C进塔空气带人热量Q1 ,170C蒸汽焓值为2773.3kJ/kg，干空气在0I70C的平均比热容 Cp 1.004kJ/(kg ?K)6Q1(1650.88 5434.15) 1.004(1700)(155.87 2773.3)1.642 10 kJ / h(b) 出塔湿空气带出热量Q290C蒸汽焓 2660kJ/kg，空气比热容取 Cp 1.004kJ/(kg ?K)6Q2(1650.88 54

20、34.15) 1.004(900)(1211.94 2660)3.864 10 kJ / h(c) 105C入塔喷淋液带入热量Q3Q321620.98 4.184(105 0)0.950 1 07kJ/h(d) 求出塔热水温度t 出塔热水带出热量用Q4表示，则Q420564.91 4.184t86043.6.11热缺失按5%,则Q 损 0.05(1.642 106 9.937 106) 5.79 105kJ/h热平稳方程Q1 Q Q2 Q4 Q损代人数据，1.642 106 0.950 107 3.864 106 86043.6t 5.79 105解得T=77.86C因此，出塔热水温度为77.

21、86C2.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算(1) 运算依据A .入塔气体流量和组成与反应器出口气体相同。B .在中和塔内全部氨被硫酸吸取，生成硫酸铵。C. 新奇硫酸吸取剂的含量为93% (wt)。D .塔底出口液体(即循环液)的组成如下组分水ANACNHCN硫酸硫酸铵合计1% (wt)68.530.030.020.0160.530.90100E. 进塔气温度180 C,出塔气温度76C，新奇硫酸吸取 剂温度30 CF. 塔顶压力0.122MPa,塔底压力0.142MPa。(2 )物料衡算A .排出的废液量及其组成进塔气中含有 57.12kg/h的氨， 在塔内被硫酸吸取生成硫酸铵。氨和硫酸反应的方

22、程式：2NH3 H2SO4 (NH4)2SO4(NH4)2SO4的生成量，即需要连续排出的(NH4)2SO4流量为: 57.12 卫乙 221.76kg/h2 17塔底排出液中,(NH4)2SO4的含量为30.9% (wt),因此， 排放的废液量为：H2O76/O.3097.6717c66853491.82kg /hAN放的废液中7各各组分的量53kg/hACN 717.67 0.00020.1435kg/ h删L您7殊000016 °1148kgz儿斗C需补充的新奇6吸取剂5(3)3%姆°)的量为：O7H467sQ396.7»6762i °30工 跆8

23、 kg / hN出塔气体543各组分的量AN713.39 0.2 713.19kg/hACN96.56 0.13 96.43kg / hACL 热衡算).20kg/hHCN出塔气8体温度11塔顶气体中实际蒸汽分压为CO2355.29 kg/hPh2O yH,oP 0.3053 0.1220.0373MPaH2C2329.20 180.89 0.07 491.82 1850.04 kg /h设饱和度为0.98,则与出塔气体温度平稳的饱和蒸汽分压为:pH2O0.0373/ 0.98 0.03801MPa入塔喷淋液的硫酸铵含量为100昱19 45g (NH J2SO4/100gH2。，已知硫酸铵上方

24、的饱和蒸 68.53汽压如表。按照入塔喷淋液的硫酸铵含量和Ph2o的值，内插得到出塔气的温度为76CB.入塔喷淋液温度入塔喷淋液温度比气体出口温度低6C,故为70CC.塔釜排出液温度温 度量404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109入塔气蒸汽分压 Ph2o yH2oP 0.3449 0.1420.05Mpa，在釜液(NH4)2SO4 .含量45g(NHbSO。/100 gO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835C,设塔

25、釜液温度比饱和温 度低25C 即81 C。又查硫酸铵的溶解度数据得知，80C 时.每100g水能溶解95.3g硫酸铵，而釜液的硫酸铵含量为 45g(NH 4)2SO4/100gH2。,因此釜液温度操纵81 C可不能有硫酸 铵结晶析出。热衡算求循环冷却器的热负荷和冷却水用量作图10 3的虚线方框列热平稳方程得Q-! Q3 Q4 Q5 Q6 Q8 Q2 Q7 Q9入塔气体带入热Q1入塔气体带入热量Q 2.53 106kJ/h(b) 出塔气体带出热Q2各组分在076C的平均比热容的值如下组分C3H6C3H8O2N2H2OANHCNACNACLCO2Cp1.7151.9660.94141.0461.8

26、831.3471.3931.4061.3430.921Q2=(129.78 1.715+174.'6 1.966+39696 0.9414+5434.15 1.046+18(0041.883+713.19 1.374+96.43 1.406+117.98 1.393+9.20 1.343+5355.29 0.921)(76-0)=8.9110 kJ /h(c) 蒸汽在塔内冷凝放热Q3蒸汽在塔内的冷凝量 二进塔气体带入蒸汽-出口气带出蒸汽=2329.20-1850.04=479.16kg/h蒸汽的冷凝热为2246.6kJ / kgQ3479.16 2246.61 0.76 1 05kJ

27、/h(d) 有机物冷凝放热Q4AN的冷凝量0.2153kg/h .其冷凝热为615kJ /kgACN的冷凝量0.1435kg /h .其冷凝热为728kJ / kgHCN的冷凝量0.1148kg/h，其冷凝热为878.6kJ / kgQ40.2153 615 0.1435 728 0.1148 878.6337.74kJ /h(e) 氨中和放热Q5;每生成1mol硫酸铵放热273.8kJ227.80 10005Q5273.84.60 10 kJ / h132硫酸稀开释热Q6硫酸的稀释热为749kJ/ kg5Q6749 180.891.35 10 kJ /h(g) 塔釜排放的废液带出热量Q7塔釜

28、排放的废液中，出0与(NH4)2SO4的摩尔比为 I91.82 / 22780，查氮肥设计手册得此组成的硫酸铵水溶液比热18132容为 3.347kJ /(kg?K)。5Q7717.67 3.347(800)1.92 10 kJ / h(h) 新奇吸取剂带入热Q830 C、93% H 2SO4 的比热容为 1.603kJ /(kg?K)。Q8180.89 1.603(30 0)8699.00kJ /h(i) 求循环冷却器热负荷Q9因操作温度不高，忽略热缺失。把有关数据代入热平 稳方程：2.53 106 10.76 105 337.74 4.60 105 1.35 105 8699.004.60

29、 105 1.92 105 Q9解得Q9 3.12 106kJ /h(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 32C，排水温度36C,则冷却水量为51.864 10 kg/h 186.4t/ hw 312 106 4.184(36 32)求循环液量m循环液流量受入塔喷淋液温度的限制70C循环液的比热容为3.368kJ/(kg?K)，循环液与新奇吸取液混合后的喷淋液比热容3.364kJ /(kg?K)设循环液流量为m kg/h，循环冷却器出口循环液温 度t C。对新奇暖收剂与循环液汇合处(附图中A点)列热平稳方程得:m 3.368t9267 (m 192.7) 3.364 70

30、(1)对循环冷却器列热平稳得：6m 3.347 81 m 3.368t Q93.56 10(2)联解式(1)和(2)得m 88204kg/ht 70.1 C2.5 换热器物料衡算和热量衡算(1) 运算依据进口气体76C，组成和流量与氨中和塔出口气相同出口气体温度40C，操作压力115.5kPa。(2) 物料衡算出口气体温度40C, 40C饱和蒸汽压力为Pho 55.32mmHg 7.375kPa设出口气体中含有X kmol/h的蒸汽，按照分压定律有：X115.57.375371.36 102.78 x解得 x 15.11kmol/h271.99 kg/h蒸汽的冷凝量为1850.04 271.9

31、9 1578.05kg /h因此得到换热器气体方(壳方)的物料平稳如下(3) 热衡算A .换热器入口气体带入热Q1(等于氨中和塔出口气体带出5Q18.91 10 kJ /hB .蒸汽冷凝放出热Q2 :40C水汽化热为2401 IkJ/kE6Q21578.05 2401.13.79 10 kJ /hC.冷凝液带出热Qa5Q31578.05 4.184(400)2.64 10 kJ / hD .出口气体带出热Q4 ；出口气体各组分在040C的平均摩尔热容为组分C3H6C3H8。2N2H2OANACNHCNACLCO2Cp61.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7

32、665.6138.66Q.(3.0961.923.96 7238 12.41 29.46 194.08 29.29 151.11 3675 134663.352.36 52.09 4.37 62.760.16 65.618.07 38.66)(400)5E.热彳衡算求换热器热负荷Q5平稳方程：Q1 Q2 Q3 Q4 Q5代入数据求得：Q54.07 106kJ/h2.6 水吸取塔物料衡算和热量衡算(1)运算依据A .入塔气流量和组成与换热器出口相同。B .入塔器温度40C，压力112Kpa。出塔气温度10C, 压力101KpaC.入塔吸取液温度5CD .出塔AN溶液中含AN1.8% (wt)(2

33、 )物料衡算A .进塔物料(包括气体和凝水)的组成和流量与换热器 出口相同B .出塔干气含有 C3H 6 3.09kmol/h(129.78kg/h)、C3H83.96kmol /h(174.16kg/ h)、O2 12.41kmol /h(396.96kg/h)、N2 194.08kmol / h(5434.15kg /h)、CO2 8.07kmol / h(355.25kg / h)10C水的饱和蒸汽压p“ 1228Pa,，总压为101325Pa出塔器中干气总量=3.09+3.96+12.41 + 194.08+8.07=221.61 kmol/h出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，运算如

34、下：1228221.61 2.72kmol / h 48.94kg/ h101325 1228出塔气总量为：129.78 174.16 396.96 5434.15 355.256490.90kg /hC.塔顶加入的吸取水量(a) 出塔AN溶液总量出塔AN溶液中，AN为1.8%(wt), AN的量为758.8kg/h，因此，出塔 AN溶液总量为71 3.39/0.018=39632.78kg/h(b) 塔顶加入的吸取水量作水吸取塔的总质量衡算得：入塔吸收液量塔底AN溶液量出塔气体总量入塔气量凝水量39632.78 6490.90 8173.99 1578.05 36371.64kg/ hD .

35、塔底AN溶液的组成和量AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸取，因为塔底 AN溶液中的AN、CAN、HCN、 ACL的量与进塔气、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔 水平稳求出。AN溶液中的水=塔顶加入水+进塔气液混合物中的水-出塔气带出的水=36371.64+271.99+1578.05-48.94=38270.62kg/hE水吸取塔平稳如下: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，气相可视为理想气体，AN、AC N、ACL、HCN的量有关于水专门小，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PiE1X1 或 Pi E

36、iX塔底排出液的温度为15C (见后面的热衡算)查得15 C时ACN、HCN、ACl .禾口 AN的亨利系数E值为 ACNE 4atm 405.3kPaHCNE 18atm 1824kPaACLE 3333mHg 444.4kPa(ANANE 8atm 810kPa塔底pAN0.052 112 5.82kPax*an 业 5820.0072Ean810从以上运算可看出，Xan 0.006203 Xan，可见溶液未达饱(b)丙烯醛ACLXaclpACLPaclEacl0.000606 1120.068kPa0.068444.40.0002塔底ACL。含量Xacl 0.0000723 x；cl，溶

37、液未达饱和。(C)乙腈ACNPacn 0.009 1121.016kPaXacnpACNEACN1.016405.30.0025塔底 ACN 含量 Xacn 0.00108Xacn , 溶液未达饱和(d)氢氰酸HCNPhcn 0.017 112 1.892kPa0.00100.00202Xhcn*pHCN1.892XhcnEhcn1824塔底HCN含量从运算结果可知，在吸取塔的下部，对 HCN的吸取推动 力为负值，但若吸取塔足够高，仍可使塔顶出口气体中 HCN 的含量达到要求。(3)热量衡算A .入塔气带入热Q1各组分在040C的平均摩尔热容如下组分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHC

38、NACLCO2Cp61.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66Q (3.09 61.92 3.96 72.38 12.41 29.46 194.08 29.29 15.11 36.75 13.4663.35 2.36 52.09 4.37 62.76 0.16 65.61 8.07 38.66)(40 0)B .入塔3凝水带人热hQ2:5Q21578.05 4.184(40 0)2.64 10 kJ / hC.出塔气带出热Q3。Q3 (3.09 61.92 3.96 72.38 12.41 29.46 194.08 29.292.72 3

39、6.75 8.07 38.66)(10 0) 6.94 104kJ/hD .吸取水带入热Q45Q436371.64 4.184(5 0)7.61 10 kJ / hE.出塔AN溶液带出热Q5AN溶液中各组分的液体摩尔热容如下组分H2OANACNHCNACLCp75.3121.1107.371.55123.8Q5 (2126.15 75.3 13.46 121.1 2.35 107.3 4.37 71.55 0.16 123.8)t162313.7t水冷凝放热Q6水冷凝量271.99 48.94 223.05 kg/h水的冷凝热为 2256kJ/kg 故 Q6 225.36 2256 5.03

40、105kJ/hG. AN、ACN、ACL、HCN等气体的溶解放热Q?溶解热=冷凝放热+液-液互溶放热二冷凝热AN、ACN、ACL、HCN的冷凝热数据如下组分ANACNACLHCNCp610.9765.7493.7937.2Q7713.19 610.9 96.43 765.7 9.20 493.7 117.98 937.26.25 105kJ/hH .热衡算求出塔液温度t热平稳方程Q1 Q2 Q4 Q6 Q7 Qa Q5 :代人数据得：3.47 105 2.64 105 7.61 105 5.03 105 6.25 1056.94 104 162313.7t解得 t 15.0 C2.7空气水饱和

41、塔釜液槽(1)运算依据 进、出口物料关系和各股物料的流量和温度如图 10.4 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； 去水吸取塔的液体流量由水吸 取塔物料衡算的确定， 见本文有关部分运算； 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。(2) 物料衡算进料：A 乙腈解吸塔釜液入槽量 =56650-21620.78=35029.0 2kg/hB. 空气饱和塔塔底液入槽量 =20564.91-8500=12064. 91kg/hC. 入槽软水量 x kg/h出料；A. 去水吸取

42、塔液体量 36371.64kg/hB. 去萃取解吸塔液体量 l5000kg/h 作釜液槽的总质量平稳得35029.02 12064.91 x 36371.64 15000解得 x 4277.71kg / h(3) 热量衡算A .入槽乙腈解吸塔釜液带入热Qi。Q1 35029.01 4.184(105 0) 1.54 107kJ/ hB. 入槽软水带入热 Q2 。5Q2 4277.71 4.184(30 0) 5.369 105kJ /hC. 空气饱和塔塔底液带入热Q3,6Q3 12064.91 4.184(93.94 0) 4.74 106kJ/ hD .去吸取塔液体带出热Q4Q4 36371

43、.64 4.184(t 0) 152178.94t kJ /hE. 去萃取解吸塔液体带出热Q5Q5 15000 4.184( t 0) 62760t kJ / hF. 热衡算求槽出口液体温度t热缺失按 5考虑，热平稳方程为0.95( Q1 Q2+Q3) =Q4 Q5代人数据：7560.95(1.54 107 5.369 105 4.74 106) (152178.94 62760)t解得t=91.39C2.8 丙烯蒸发器热量衡算(1) 运算依据蒸发压力0.405MPa;加热剂用0C的冷冻盐水，冷冻盐水出口温度 2C ;丙烯蒸发量IOO2.3kg/h。(2) 有关数据A. 0.405MPa下丙烯

44、的沸点为-l3 C,汽化热410J/k zB. 0 405MPa下丙烷的沸点为-5 C,汽化热376.6kJ kg(3) 热衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量A. 丙烯蒸发吸取的热 Q1Q1 942.06 410 3.86 105kJ/ hB. 丙烷蒸发吸取的热Q2。4Q2174.16 376.6 6.56 10 kJ / hC. 丙烯蒸发器的热血荷Q冷缺失按10 %考虑545Q 1.1(3.86 106.56 10 )4.97 10 kJ/hD. 冷冻盐水用量平均温度(-1C )下，冷冻盐水比热容为3.47kJ/(kg K) 冷冻盐水用量为54 97 105W71577.5kg/h3.4

45、70( 2)2.9丙烯过热器热量衡算(1)运算依据 丙烯进口温度-13C,出口温度65C。用0. 405MPa蒸汽为加热剂。(2) 热衡算求丙烯过热器热负荷和加热蒸汽量丙烯气的比热容为l.464kJ/(kg K)，丙烷气比热容1.715kJ/(kg K)，冷缺失按10%考虑，需要加热蒸汽提供的热 量为5Q 1.1(942.06 1.464 174.16 1.715)65( 13)1.44 10 kJ /h加热蒸汽量为51.44 105W67.35kg /h2138.上式中2138kJ/kg是0.405M Pa蒸汽的冷凝热。2.10氨蒸发器热量衡算(1)运算依据A. 蒸发压力0.405MP&am

46、p;B. 加热剂用0.405MPa饱和蒸汽。冷凝热为2138kJ/kg。有关数据0. 405MPa下氨的蒸发温度为-7 C,汽 化热为 I276kj/kg。(3 )热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量冷缺失按10%考虑，氨蒸发器的热负荷为5Q 400.38 1276 1.15.62 10 kJ / h5加热蒸汽量为 W 5.62 10262.85kg/h21382.11气氨过热器(1) 运算依据A .气氨进口温度 7C，出口温度65C。B. 用0.405MPa蒸汽为加热剂。C. 气氨流量 366.36kg/h。(2) 热衡算求气氨过热器的热负荷和加热蒸汽用量氨气的比热容为2.218kJ/(k

47、g.K)，冷缺失按10%考虑，气 氨过热器的热负荷为4Q 400.38 2.21865 ( 7) 1.17.03 10 kJ / h加热蒸汽用量为47.03 104W32.90kg/ h21382.12混合器(1)运算依据气氨进口温度65C.流量366.36kg/h丙烯气进口温度65C,流量942.06kg/h,丙烷气进口 温度 65C，流量 174.16kg/h。出口混合气温度110C。湿空气来自空气加热器(2)热衡算求进口温空气的温度t 以0C为热衡算基准。C3H6、C3H8、NHa，在065C的平均比热容如下表组分C3H6C3H8NH3Cp1.5691.822.197A .气态丙烯、丙烷

48、带入热Qi .5Q (942.06 1.569 174.16 1.82)(650)1.17 10 kJ / hB .气态氨带入热Q24Q2400.38 2.197(650)5.72 10 kJ / hC. 温空气带入热Q3N2、O2和蒸汽0136C的平均比热容分别为1.046kJ/(kg ?K)、 1.841kJ/(kg ?K)和 1.925kJ/(kg ?K)Q3 (5434.15 1.046 1650.85 1.841 1211.92 1.925)(t 0)11056.2& kJ/hD .混合器出口气体带出热Q4Q4(942.06 1.569 174.16 1.82 400.38

49、2.197 5434.15 1.0461650.85 1.841 1211.92 1.925)(110 0) 1.51 106kJ/hE. 热衡算求进口湿空气的温度t热缺失按10 %考虑。热衡算方程：0.9( Q1 Q2+Q3) =Q4代入数据：0.9(1.17 105 5.72 104+11056.28t) =1.51 106解得 t=136.03C2.13空气加热器的热量衡算(1)运算依据A. 入口空气温度90C，出口空气温度136CB .空气的流量和组成如下。组分氧氮水合计:Kg/h1756.45781.51288.68826.5(2)热衡算求空气加热器的热负荷和加热蒸汽量N2、。2和蒸

50、汽90136C的平均比热容分别为 1.046kJ/(kg ?K)、1.84kJ/(kg ?K)和 1.925kJ/(kg ?K)。热缺失按10 %考虑，空气加热器的热负荷为Q (5434.15 1.046 1650.85 1.841 1211.92 1.925)(136 90) 1.155.59 10 kJ/h用0.608MPa的蒸汽为加热剂，其饱和温度为I64.2C,冷凝热为2066kJ/kg,加热蒸汽用量为55 59 10 W 559270.79kg / h2066三要紧设备的工艺运算3.1空气饱和塔(1)运算依据A.进塔空气的组成和流量组分氧氮水合计Kmol/h51.59194.088.

51、66254.33Kg/h1650.855434.15155.877240.87B.出塔温空气的组成和流量组分氧氮水合计Kmol/h51.59194.0867.33313.00Kg/h1650.855434.151211.948296.94C. 塔顶喷淋液量21620.98kg/h,温度105C。D .塔底排出液量20564.91kg/h,温度939C。E.塔底压力O.263MPa,塔顶压力 O.243MPa。F. 人塔气温度170C,出塔气温度90CG. 填料用 50 50 4.5陶瓷拉西环(乱堆)(2)塔径的确定按照拉西环的泛点速度运算公式1.75 - G2Wfag0 2lg3l. 0.02

52、2glA .塔顶处8296.941/41/8G(A)32.135kg /m 273 90 0.1013313.00 22.4 -958kg / m2730.243l 0.282mPa?SL=21620.98kg/hG=8296.94kg/h把数据代人(A)式解得wf 1.725m/s泛点率取75%，则气体空塔速度为w 0.75 1.728 1.294m/s出塔操作条件下的气量:V 313.00 22.4塔径应为：d273 900.10133886.33m3/h 1.080m3/s2731.0800.2430.785 1.3071.03mB. 塔底处7240.8732.293kg/ m273 90 0.1013232.72 22.4 -975kg / m 2730.243L=20564.91kg/hG=7240.87kg/h把数据代入(A)式解得wF 1.705m / s气体空塔速度为