年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺处理设计

_年产3.5万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 签名栏评阅教师签名格式规范格式是否规范10内容完整内容是否完整10设计说明，50%物料恒算10工艺计算正确、完整和热量衡算10规范设备设计和选型10设计图纸， 图纸规范40% 标注清晰

评阅教师签名方案流程图 10工艺物料流程图 10_带控制点的工艺20流程图平时成绩，上课出勤上课出勤考核5指导教师签名10%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设计题目

学生姓名年产 3.5

专业（班级）万吨丙烯腈合成工段工艺设计1.生产能力：35000 吨/年设2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩尔分率）；液氨100%谢谢阅读计3.产品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液技4.生产方法：丙烯氨氧化法术5.丙烯腈损失率：3%参6.设计裕量：6%数7.年操作日：300天_1.确定设计方案，并画出流程框图（要求见4（1））；精品文档放心下载设 2.物料衡算，热量衡算计要 3.主要设备的工艺设计计算求4.绘图要求：（1）流程框图（CAD或者PPT绘，截图在方案设计中）；精品文档放心下载（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）；精品文档放心下载（4）制带控制点的工艺流程图（CAD或手绘，A3图纸）；感谢阅读5.编写设计说明书1.设计计算：1.5周工作 2.工艺流程图与设计说明书：1周量3.答辩：0.5周第一周：物料衡算、热量衡算及主要设备的工艺设计计算工第二周：画图，撰写设计说明书，作第三周：答辩计划参《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，化学谢谢阅读考工业出版社，2009年资《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年精品文档放心下载料第一部分概述_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谢谢阅读广泛的应用。丙烯腈，英文名Acrylonifrile（简称为ACN），化学分子式：CH2=CH-CN；感谢阅读分子量：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、精品文档放心下载四氯化碳、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精品文档放心下载0.002MG/L，在空中的爆炸极限为3.05~17.5%（体积）。因此，在生产、贮存和运输中，谢谢阅读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℃，精品文档放心下载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—水感谢阅读三元共沸混合物。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）/%02.107.15102.557.17203.087.30303.827.51404.857.90506.158.41607.659.10709.219.908010.9511.10_表1-2丙烯腈的主要物理性质性质指标性质指标性质指标沸点78.5℃燃点/℃481蒸汽压/KPa(101.3KPa)熔点/℃—82.0比热容/J.kg-1.20.92±0.038.7℃时6.67K-1相对密度(d426)0.0806蒸发潜热32.6kJ/mol45.5℃时33.33(0~77℃)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/℃0聚合热(25℃)72kJ/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、谢谢阅读水解、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的C=C双键上，纯丙烯腈在光的作用下能自行谢谢阅读聚合，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（阻精品文档放心下载聚剂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、丁谢谢阅读二烯、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、感谢阅读塑料、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精品文档放心下载应、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。谢谢阅读氰乙基化反应是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反应；丙烯腈和醇反应可谢谢阅读制取烷氧基丙胺，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、感谢阅读医药等的原料。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、聚氨酯溶剂感谢阅读和催化剂。_丙烯腈主要用来生产ABS树脂，丙烯酰胺、丙烯酸纤维、己二睛和苯乙烯-己二睛树精品文档放心下载脂等，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。感谢阅读1.2丙烯腈的生产状况1.2.1世界丙烯腈生产与消费概况全世界丙烯腈的生产主要集中在美国、西欧和日本等国家和地区。全世界1999年丙烯精品文档放心下载腈总生产能力为，523.3万t(见表1-3)。美国、日、西欧丙烯腈生产能力合计为357万t，谢谢阅读占世界总能力的66.9％。1999年世界丙烯腈需求量为480万t，产量470万t。预计到感谢阅读2000年，世界丙烯腈总生产能力将达到585万t，产量及消费量将达到507万t。其中用感谢阅读于腈纶的消费量为275万t，用于ABS、AS为126万t，其它106万t(见表1-4)。今年台谢谢阅读塑公司4月和年末各有10万t/a装置投产、美国Solutia公司8月25万t/a装置建成，还感谢阅读会增加45万t生产能力。2000年是日本旭化成、三菱化学和韩国东西石油化学、泰光产谢谢阅读业等公司的定期检修年，这会缓和对新增能力投产的冲击。感谢阅读表1-3 1999年世界丙烯腈生产能力(万t/a)感谢阅读国家和地区生产能力国家和地区生产能力美国164.2土耳其9.0德国44巴西9.0意大利19南非7.5荷兰18.5印度3.0西班牙11.5罗马尼亚8.0英国28.0保加利亚4.5墨西哥16.5日本71.8韩国37俄罗斯24中国(总计)38.8中国台湾省18.0合计532.3_表1-4 世界丙烯腈消费结构(万t)年份19951996199719982000生产能力463508533545585产量415437451469507消费量415437451469507腈纶231244251260275ABS/AS100107110115126其它84869094106开工率(％)90868586871.2.2国内生产概况我国内烯腈生产起步于1968年。八十年代开始，我国丙烯腈工业发展很快，从国外引精品文档放心下载进技术目前正在运行的生产装置有9套(包括中国台湾省),总生产能力为58.8万t，加上精品文档放心下载采用国内技术的生产装置，总生产能力为59.3万t。正在计划建设的生产装置有上海石化精品文档放心下载公司25万t／a，金陵石化公司6.6万t／a。另外，有不少装置也准备将其生产能力扩大。精品文档放心下载到2000年，我国丙烯腈总生产能力可达80多万t，其中中国大陆丙烯腈生产能力可达42谢谢阅读万～45万t/a，台湾省丙烯脂生产能力为38万t/a。这样，我国2000年丙烯腈总生产能精品文档放心下载力将居世界第二位，而仅次于美国。我国丙烯腈生产能力。见表1-5。精品文档放心下载表1-5 我国丙烯腈生产能力(万t/a)生产厂家生产能力采用技术备注上海石化股份有限公司5BP技术实际可达到7大庆石化总厂化工一厂6BP技术大庆油田聚合物厂6BP技术齐鲁石化公司丙烯腈厂4BP技术齐鲁石化公司齐胜化工厂0.5国内技术_兰化公司石化厂3.2BP技术抚顺石化公司腈纶厂5BP技术计划扩展7吉化公司化肥厂6.6BP技术安庆石化公司腈纶厂5BP技术台湾CPDC公司18BP技术合计59.31.3我国丙烯腈发展方向1.4丙烯氨氧化的原理1.4.1化学反应在工业生产条件下,丙烯氨氧化反应是一个非均相催化氧化反应:谢谢阅读CHCHCHNH3OCHCHCNHO32322232H512.5kJ/mol与此同时,在催化剂表面还发生如下一系列主要的副反应。精品文档放心下载（1）生成乙腈(ACN)：CHCHCH3NH3O3CHCNHO3223222332H362.3kJ/mol（2）生成氢氰酸(HCN)。CHCHCHNHO3HCN6HO32322H315.5kJ/mol（3）生成丙烯醛。CHCHCH OCH CHCHOHO感谢阅读3 2 2 2 2_H353.1kJ/mol(4)生成二氧化碳。CHCHCH9OCOHO32223232H641kJ/mol上述副反应中,生成乙腈和氢氰酸的反应是主要的。CO2、CO和H2O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。1.4.2催化剂感谢阅读丙烯氨氧化所采用的催化剂主要有两类,即Mo系和Sb系催化剂。（1）Mo系催化剂工业上最早使用的是P-Mo-Bi-O(C-A)催化剂,其代表组成为PBi9Mo12O52。活性组分为MoO3和Bi2O3.Bi的作用是夺取丙烯中的氢,Mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。因而是一个双功能催化剂。P是助催化剂,起提高催化剂选择性的作用。这种催化剂要求的反应温度较高(460～490℃),丙烯腈收率60%左右。由于在原料气中需配入大量水蒸气,约为丙烯量的3倍(mol),在反应温度下Mo和Bi因挥发损失严重,催化剂容易失活,而且不易再生,寿命较短,只在工业装置上使用了不足10年就被C-21、C-41等代替。精品文档放心下载（2）Sb系催化剂Sb系催化剂在60年代中期用于工业生产,有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。初期使用的Sb-U-O催化剂活性很好,丙烯转化率和丙烯腈收率都较高,但由于具有放射性,废催化剂处理困难,使用几年后已不采用。Sb-Fe-O催化剂由日本化学公司精品文档放心下载_开发成功,即牌号为NB-733A和NB-733B催化剂。据文献报道,催化剂中Fe/Sb比为1∶1(mol),X光衍射测试表明,催化剂的主体是FeSbO4,还有少量的Sb2O4。工业运转结果表明,丙烯腈收率达75%左右,副产乙腈生成量甚少,价格也比较便宜,添加V、Mo、W等可改善该催化剂的耐还原性。谢谢阅读1.4.3反应机理和动力学丙烯氨氧化生成丙烯腈的反应机理,目前主要有两种观点。感谢阅读可简单地用下式表示。第二部分生产方案选择第三部分工艺流程设计3.1丙烯腈工艺流程示意图3.2小时生产能力按年工作日300天，丙烯腈损失率3%，设计裕量为6%，年产量为谢谢阅读3.5万吨计算，则每天每小时产量：3500010001.061.035307.36kg/h精品文档放心下载30024第四部分物料衡算和热量衡算_4.1反应器的物料衡算和热量衡算4.1.1计算依据（1）丙烯腈产量 5307.36kg/h，即F=100.03kmol/h谢谢阅读（2）原料组成（摩尔分数） 丙烯（C3H6）85%，丙烷（C3H8）谢谢阅读15%（3）进反应器的原料配比（摩尔分数）为C3H6:NH3:O2:H2O=1:1.05:23:3感谢阅读反应后各产物的单程收率为：丙烯腈氰化氢乙腈丙烯醛物质（AN）（HCN）（CAN）（ACL）CO2摩尔收率0.60.0650.070.0070.12（4）操作压力进口：0.203MPa，出口：0.162MPa（5）反应器进口气体温度110℃，反应温度470℃，出口气体温度360℃精品文档放心下载4.1.2 物料衡算（1）反应器进口原料气中各组分的流量C3H6:100.03/0.6=166.72kmol/h=7002.1kg/h谢谢阅读C3H8：166.720.1529.42kmol/h1294.53kg/h0.85精品文档放心下载NH3：166.721.05175.06kmol/h2975.95kg/h精品文档放心下载O2：166.722.3383.46kmol/h12270.59kg/h谢谢阅读_H2O：166.723500.16kmol/h9002.88kg/h精品文档放心下载N2：383.460.791442.54kmol/h40391.12kg/h0.21感谢阅读（2）反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈：5307.36kg/hF=100.03kmol/h精品文档放心下载乙腈：32166.720.0717.51kmol/h717.77kg/h谢谢阅读_丙烯醛：166.720.007kmol/hkg/h1.1765.53CO：3166.720.12kmol/h2640.84kg/h2kmol/hkg/hHCN：3166.720.06532.51877.78CHkmol/hkg/h38N：1442.54kmol/hkg/h239O2：383.462100.0332.511.1717.513260.0292.20kmol/h2950.4kg/h感谢阅读：166.72132.511.17217.51100.01160.02CH3333623.02kmol/h966.98kg/h谢谢阅读NH3：175.0632.5117.51100.0325.01kmol/h425.17kg/h谢谢阅读H2O：500.163100.03232.51217.5160.021.17精品文档放心下载961.48kmol/h17306.64kg/h谢谢阅读（3）：反应器物料平衡表流量和组成组分反应器进口反应器出口kmol/kg/h%(mol%(wt)kmol/kg/h%(mol%(wt)h)h)C3H6166.727002.106.189.6023.02966.980.831.32C3H829.421294.531.091.7829.421294.531.061.78NH3175.062975.956.494.0825.01425.170.900.58O2383.4612270.514.2216.8292.202950.403.314.05_9N21442.540391.153.4855.381442.540391.151.7955.374242H2O500.169002.8818.5412.34961.4817306.634.5223.734丙烯腈0000100.035307.363.597.28（AN）乙腈000017.51717.770.630.98（ACN）氰化氢000032.51877.781.171.20（HCN）丙烯醛00001.1765.530.040.09（ACL）CO2000060.022640.842.163.62合计2697.372937.11001002784.972944.110010067124.1.3热量衡算查阅相关资料获得各物质各物质0～110℃、0～360℃、0～470℃感谢阅读的平均定压比热容C3H物质CHNHONH2OANHCNACNACLCO3832226cp/kJ/(kg·K)0~110 1.84 2.05 2.301 0.941 1.046 1.883精品文档放心下载_℃10~3602.671.871.641.963.0132.6361.0041.0882.0081.9331.130℃84060~4702.922.021.722.173.3472.9391.0461.1092.0922.101.213℃9942（1）浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量谢谢阅读假设如下热力学途径：H1各物质25~t℃平均比热容用0~t℃的平均比热容代替，误差不大精品文档放心下载因此:1(7002.11.8411294.532.052975.952.30112270.590.941感谢阅读40391.121.0469002.881.883)(25110)7916940.23kJ/h感谢阅读 (100.03103512.517.51103362.332.51103315.5精品文档放心下载21.17103353.160.02103641)106752100kJ/h精品文档放心下载3(966.982.9291294.533.347425.172.9392950.41.046精品文档放心下载40391.121.10917306.642.0925307.362.029717.771.724谢谢阅读877.782.165.532.1722640.841.213)(47025)感谢阅读48814314.75kJ/h 7916940.2310675210048814314.75谢谢阅读1 2 365854725.48kJ/h若热损失取的5%，则需有浓相段换热装置取出的热量（即换热装感谢阅读置的热负荷）为：Q(10.05)65854725.4862561989.21kJ/h感谢阅读_浓相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽（饱和温度143℃）感谢阅读143℃饱和蒸汽焓：isteam2736kJ/kg感谢阅读143℃饱和水焓：iH2O601.2kJ/kg精品文档放心下载所以：产生的蒸汽量62561989.2129305.78kg/h2736-601.2谢谢阅读（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谢谢阅读以0℃气体为衡算基准进入稀相段的气体带入热为：Q (966.982.9291294.533.347425.172.9392950.41.046精品文档放心下载140391.121.10917306.642.0925307.362.029717.771.724精品文档放心下载877.782.165.532.1722640.841.213)(4700)感谢阅读51556691.98kJ/h离开稀相段的气体带出热为：Q (966.982.6781294.533.013425.172.6362950.41.004精品文档放心下载240391.121.08817306.642.0085307.361.874717.771.640感谢阅读877.781.93365.531.9662640.841.130)(3600)感谢阅读37873108.11kJ/h热损失取4%，则稀相段换热装置的热负荷为：QQQ)(10.04)(51556691.9837873108.11)kJ/h12稀相段换热装置产生0.405的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：精品文档放心下载13136240.516153.38kg/h2736601.2感谢阅读4.2空气饱和塔的物料衡算和热量衡算4.2.1计算依据(1)入塔空气压力0.263MPa，出塔空气压力0.243MPa精品文档放心下载(2)空压机入口空气温度30℃，相对温度80％，空压机出口气体温谢谢阅读_度170℃饱和塔气、液比为152.4(体积比)，饱和度0.81感谢阅读塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105℃，组成如下:谢谢阅读组分 AN ACN 氰醇 ACL 水 合计%（Wt）0.005 0.008 0.0005 0.0002 99.986 100谢谢阅读塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为:O2：383.46kmol/h，即12270.59kg/h感谢阅读N2：1442.54kmol/h，即40391.12kg/hH2O：500.16kmol/h，即9002.88kg/h4.2.2物料衡算谢谢阅读（1）进塔空气量进塔干空气量383.461442.541826kmol/h52661.71kg/h精品文档放心下载查得30℃，相对湿度80%时空气温含量为0.022kg水气/kg干空精品文档放心下载气．因此，进塔空气带入的水蒸气量为：0.02252661.711158.56kg/h精品文档放心下载（2）进塔热水量气、液比为152.4，故进塔喷淋液量为：2731700.10131m3h182622.42730.263152.4167.75/塔顶喷淋液105℃的密度为，因此进塔水的质量流量为：感谢阅读167.75958160703.05kg/h谢谢阅读（3）出塔湿空气量_出塔气体中的O2、N2、H2O的量与反应器入口气体相同，因而：感谢阅读O2：383.46kmol/h，即12270.59kg/h精品文档放心下载N2：1442.54kmol/h，即40391.12kg/h精品文档放心下载H2O：500.16kmol/h，即9002.88kg/h感谢阅读（4）出塔液量塔内水蒸发量9002.88-1158.567844.32kg/h感谢阅读所以，出塔液流量160703.05-7844.32152858.73kg/h谢谢阅读4.2.3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：500.16100%21.5%383.461442.54500.16根据分压定律，蒸汽的实际分压为：P y P0.2150.2430.05225MPa感谢阅读H2O H2O饱和度为0.81，．所以饱和蒸汽分压应为：0.052250.0645MPa64500Pa谢谢阅读0.81查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为90℃，因此，须控制出塔气体精品文档放心下载温度为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，105℃（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_①170℃进塔空气带入的热量Q1：170℃蒸汽焓值为2773.3kJ/kg，干空气在0~l70℃的平均比热容精品文档放心下载p1.004kJ/(kgK)所以，Q （12270.5940391.12）1.004（170-0）1158.562773.3谢谢阅读112201335.11kJ/h②出塔湿空气带出热量Q290℃蒸汽焓2660kJ/kg，空气比热容取Cp1.004kJ/kgK谢谢阅读Q (12270.5940391.12)1.004(900)9002.882660精品文档放心下载228706172.92kJ/h③105℃入塔喷淋液带入热量Q3Q3160703.054.184(105-0）70600063.93kJ/h谢谢阅读④求出塔热水温度t出塔热水带出热量:Q4152858.734.184t639560.93tkJ/h精品文档放心下载热损失按5%者，则Q损0.05（12201335.1170600063.93）4140069.95kJ/h精品文档放心下载热平衡方程Q1+Q3=Q2+Q4+Q损即12201335.11+70600063.93=28706172.92+639560.93t+41400精品文档放心下载69.95解得t=78.11℃故，出塔热水温度为78.11℃4.3氨中和塔物料衡算和热量衡算4.3.1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)的组成如下组分 水 AN ACN HCN 硫酸 硫酸铵 合计%（wt）68.53 0.03 0.02 0.016 0.5 30.90 100精品文档放心下载（5）进塔气温度l80℃，出塔气温度76℃，新鲜硫酸吸收剂温度30℃感谢阅读（6）塔顶压力0.122MPa，塔底压力0.142MPa谢谢阅读图2 氨中和塔局部流程1—氨中和塔； 2—循环冷却器4.3.2物料衡算（1）排出的废液量及其组成进塔气中含有425.17kg/h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：2NHHSO(NH)SO谢谢阅读3 2 4 4 2 4(NH)SO的生成量，即需要连续排出的(NH)SO的流量为：感谢阅读424424132kgh425.172171650.66/_塔底排出液中,(NH4)2SO4的含量为30.9%（wt），因此，排放的废液感谢阅读量为:1650.66/0.3095341.94感谢阅读排放的废液中．各组分的量:H2O：5341.940.68533660.83kg/h精品文档放心下载AN：5341.940.00031.60kg/h精品文档放心下载CAN：5341.940.00021.07kg/h感谢阅读HCN：5341.940.000160.85kg/h谢谢阅读H2SO4：5341.940.00526.71kg/h谢谢阅读(NH4)2SO4：5341.940.3091650.66kg/h感谢阅读（2）需补充的新鲜吸收剂（93%的H2SO4）的量为：谢谢阅读(5341.940.005425.1798kgh217)/0.931346.45/（3）出塔气体中各组分的量C3H6：966.98kg/h=23.02kmol/h精品文档放心下载C3H8: 1294.53kg/h=29.42kmol/h谢谢阅读O2：2950.40kg/h=92.20kmol/h感谢阅读N2：40391.12kg/h=1442.54kmol/h感谢阅读AN：5307.36-0.12=5307.24kg/h=100.02kmol/h精品文档放心下载ACN：717.77-0.08=717.69kg/h=17.50kmol/h谢谢阅读ACL：65.53kg/h=1.17kmol/hHCN：877.78-0.06=877.72kg/h=32.51kmol/h感谢阅读CO2：2640.84kg/h=60.02kmol/h感谢阅读_H2O：17306.64+1346.45×0.07-3660.83=13740.06kg/h=763.34kmol/h谢谢阅读4.3.3热量衡算（1）出塔气体温度y

736.34HO2

736.3460.0232.511.1717.50100.021442.5492.2023.0229.42谢谢阅读0.298塔顶气体中实际蒸汽分压为：PH2O=yH2OP=0.298×0.122=0.0364MPa精品文档放心下载设饱和度为0.98，则与出塔气体温度平衡的饱和蒸汽分压为：感谢阅读P0.0364MPaHO入塔喷淋液的硫酸铵含量为：10030.9gNH)SO/100gHO68.534242已知硫酸铵上方的饱和蒸汽压如表含量4550温度40700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109根据入塔喷淋液的硫酸铵含量和PH2O的值，内插得到出：感谢阅读塔气的温度为76.7℃（2）入塔喷淋液温度入塔喷淋液温度比气体出口温度低6.7℃，故为70℃精品文档放心下载_（3）塔釜排出液温度yH2O=0.3452入塔气水蒸汽分压：PH2O=yH2OP=0.3452×0.142=0.049MPa谢谢阅读在釜液(NH4)2SO4含量(45g(NH)SO/100gHO)下溶液上方的饱和蒸4242汽分压等于0.049MPa时的釜液温度即为釜液的饱和温度，用内插谢谢阅读法从表中得到，饱和温度为83.53℃，设塔釜液温度比饱和温度低感谢阅读2.53℃ 即81℃。又查硫酸铵的溶解度数据得知，80℃时．每100g感谢阅读水能溶解95.3g硫酸铵，而釜液的硫酸铵含量为(45g(NH)SO/100gHO)，所以釜液温度控制81℃不会有硫酸铵结晶感谢阅读4 2 4 2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感谢阅读图3 氨中和塔的热量衡算1—氨中和塔； 2—循环冷却器Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q2+Q7+Q9谢谢阅读①入塔气体带入热_入塔气体带入热量Q1=2.53×106kJ/h②出塔气体带出热各组分在0～76.7℃的平均比热容的值如下组分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO2C1.7151.9660.9411.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921p4Q2=(966.98×1.715+1294.53×1.966+2950.4×0.9414+40391.12×1.046+13740.06×1.883+1.347×5307.24+1.393×感谢阅读877.72+1.406×717.69+1.343×65.53+0.921×2640.84)×谢谢阅读(76.7-0)=87003.38×76.7=6673159kJ/h③蒸汽在塔内冷凝放热蒸汽在塔内的冷凝量=进塔气体带入蒸汽-出口气带出蒸汽谢谢阅读=17306.64-13740.06=3566.58kg/h蒸汽的冷凝热为2246.6kJ/kgQ3=3566.58×2246.6=8012678.63kJ/h④有机物冷凝放热精品文档放心下载AN的冷凝量1.60kg/h，其冷凝热为615kJ/kg谢谢阅读ACN的冷凝量1.07kg/h，其冷凝热为728kJ/kg感谢阅读HCN的冷凝量0.85kg/h，其冷凝热为878.6kJ/kg感谢阅读Q4=1.6×615+1.07×728+0.85×878.6=2509.77kg/h⑤氨中和放热感谢阅读_每生成1mol硫酸铵放热273.8kJ1650.661000273.83423869kJ/h感谢阅读5132⑥硫酸稀释放热硫酸的稀释热为749kJ/kgQ6=0.93×1346.45×749=937896.68kJ/h⑦塔釜排放的废液带出热量精品文档放心下载塔釜排放的废液中，H2O与的(NH4)2SO4的摩尔比为感谢阅读3660.83/1650.66203.38/12.51，查氮肥设计手册得此组成的硫酸感谢阅读18 132铵水溶液比热容为3.347kJ/(kgK）Q7=5341.94×3.347×(80-0)=1430357.85kJ/h感谢阅读⑧新鲜吸收剂带入热30C时，93%HSO的比热容为1.603kJ/(kgK)感谢阅读2 4Q8=1346.45×1.603×(30-0)=64750.78kJ/h感谢阅读⑨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有：解得：Q 2.5310666731598012678.632509.773423869937896.68精品文档放心下载91430357.8964750.786868188.01kJ/h谢谢阅读⑩循环冷却器的冷却水用量设循环冷却器循环水上水温度32℃，排水温度36℃感谢阅读_则冷却水量为：W6868188.01410384.08kg/h4.184(3632)（5）循环液量循环液流量受入塔喷淋液温度的限制，70℃循环液的比热容为精品文档放心下载3.368kJ/(kgK)，循环液与新鲜吸收液混合后的喷淋液比热容为谢谢阅读3.364kJ/(kgK)设循环液流量为mkg/h，循环冷却器出口循环液温度t℃精品文档放心下载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：精品文档放心下载m×3.368t+9267=(m+192.7)×3.364×70精品文档放心下载(1)对循环冷却器列热平衡得:m×3.347×81－m×3.368t=6868188.01谢谢阅读(2)联解式(1)(2)得：m=193942.26kg/ht70C4.4换热器物料衡算和热量衡算谢谢阅读AN溶液去精制AN溶液来自水吸收塔气体来自氨中和塔 气液混合物去水吸收塔换热器4.4.1计算依据进口气体76.7℃，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115.5kPa谢谢阅读_4.4.2物料衡算进口气组成及流量如下组分流量C3H623.02kmol/hC3H829.42kmol/hO292.20kmol/hN21442.54kmol/hAN100.02kmol/hACN17.50kmol/hACL1.17kmol/hHCN32.51kmol/hCO260.02kmol/hH2O763.34kmol/h合计2561.74kmol/h出口气体温度40℃，40℃饱和蒸汽压力为P 7.375MPa感谢阅读HO2设出口气体中含有xkmol/h的蒸汽，根据分压定律有：精品文档放心下载x2561.74763.34x115.57.375感谢阅读解得x=122.67kmol/h=2208kg/h精品文档放心下载故，蒸汽的冷凝量为13740.06-2208=11532.06kg/h精品文档放心下载因此得到换热器气体方(壳方)的物料平衡如下：组 C3H6 C3H8 H2O O2 N2 AN ACN HCN ACL CO2 冷凝水 合计精品文档放心下载_分流2561.23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.0640.7量7Kmol/h4.4.3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）谢谢阅读Q1=6673159kJ/h（2）蒸汽冷凝放出热40℃水汽化热为2401.1kJ／kgQ2=11532.06×2401.1=27689629.27kJ/h（3）冷凝液带出热谢谢阅读Q3=11532.06×4.184×(40-0)=1930005.56kJ/h（4）出口气体带出热感谢阅读出口气体各组分在0～40℃的平均摩尔热容为：组分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2谢谢阅读p61.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66谢谢阅读Q4=（23.0×61.92+29.4×72.38+36.75×122.7+92.2×29.46+1442.5×29.29+63.35×100+17.50×52.09+32.51×谢谢阅读62.76+1.17×65.61+60.0×38.66）×(40-0)=2588466.41kJ/h谢谢阅读（5）热衡算求换热器热负荷平衡方程：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5代入数据求得：Q5=29844316.3kJ/h4.5水吸收塔物料衡算和热量衡算_4.5.1计算依据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℃感谢阅读（4）出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）4.5.2物料衡算（1）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进口气量=23×42+29.4×44+122.7×18+92.2×32+1442.5×28+100×53+17.5×41+32.51×27+1.17×56+60×44=57409.39kg/h感谢阅读（2）出塔气的组成和量出塔干气含有：C3H6 23kmol/h=966kg/h谢谢阅读C3H8 29.4kmol/h=1293.6kg/h谢谢阅读O2 92.2kmol/h=2950.4kg/hN2 1442.5kmol/h=40390kg/h_CO2 6.7kmol/h=294.8kg/h10℃水的饱和蒸汽压P 1228Pa，总压P=101325pa感谢阅读2出塔器中干气总量=23+29.4+92.2+1442.5+6.7=1593.8kmol/h谢谢阅读出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下：12281593.8kmolhkgh101325122819.55/351.95/出 塔 气 总 量 为 ：966+1293.6+2950.4+40390+294.8=45894.8kg/h精品文档放心下载（3）塔顶加入的吸收水量①出塔AN溶液总量出塔AN溶液中，AN为1.8%（wt），AN的量为5307.36kg/h，因此，出塔AN溶液总量为5307.36/0.018=294853.33kg/h②塔顶加入的吸收水量精品文档放心下载作水吸收塔的总质量衡算得：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=294853.33+45894.8－57409.39－11532.06精品文档放心下载=271806.68kg/h（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、精品文档放心下载CAN、HCN、ACL的量与进塔气、液混合物相同，AN溶液中的水谢谢阅读量按全塔水平衡求出AN溶液中的水量=塔顶加入水+进塔气液混合物中的水-出塔气带出的水谢谢阅读_=271806.68+763.34×18-351.95精品文档放心下载=285194.85kg/h（5）水吸收塔平衡如下:组C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合计分入流量192塔23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.01气Kmol/h含量0.0520.00910.01690.00061出流塔23.029.418.8292.21442.5000060.01666量气（6）检验前面AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假设的正确性感谢阅读因系统压力小于1Mpa，气相可视为理想气体，AN、ACN、ACL、感谢阅读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感谢阅读压定律。压力和含量的关系为：pEx 或pExl l l i i i塔底排出液的温度为15℃(见后面的热衡算)查得15℃时ACN