【《丙烯腈合成工段工艺设计及计算案例》4100字】

丙烯腈合成工段工艺设计及计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u327401.1工艺流程选择 2108511.2丙烯氨氧化法反应机理 4202081.3影响丙烯腈产量的因素 5108391.3.1催化剂--生产丙烯腈的关键 5239141.3.2原料纯度 6212571.3.3原料配比 6270271.3.4接触时间 751041.3.5反应温度 836741.3.6反应压力 8103111.4工艺流程图 976631.5工艺计算 1155951.5.1计算依据 11311991.5.2计算方法 11100271.5.3反应器的物料衡算和热量衡算 1274671.5.4废热锅炉1 1425523（1）计算条件： 1428660（2）物料衡算： 1424405（3）热量衡算： 14169531.5.5空气饱和塔 1528199表1.13物料衡算一览表 1513482表1.14热量衡算一览表 15128461.5.6氨中和塔 1630375（1）计算依据 168604（2）物料衡算 1726957（3）热量衡算 19254731.5.7换热器 2016450（1）换热器局部流程图 2019028（2）计算依据 20971（3）物料衡算 2026194（4）热量衡算 2041431.5.8水吸收塔 2025519（1）计算依据 2026005（2）物料衡算 2223454（3）热量衡算 22295751.5.9空气饱和塔塔釜液槽的物质衡算与热量计算 2313872（1）计算依据 239652（2）物料衡算 2427807（3）热量衡算 24255181.5.10丙烯蒸发器 2513953（1）计算依据 25952（2）热量衡算 25168801.5.11丙烯过热器 2528896（1）计算依据 2521943（2）热量衡算 2517771.5.12氨蒸发器 2630195（1）计算依据 2631500（2）热量衡算 2699421.5.13氨气过热器 267650（1）计算依据 261648（2）热量衡算 26278781.5.14混合器 2732152（1）计算依据 2720979（2）热量衡算 2724301.5.15空气加热器 2711576（1）计算依据 2727242（2）热量衡算 271.1工艺流程选择生产丙烯腈的方法如下：1.乙炔法：1.环氧乙烷法：3.乙醛—氢氰酸法：4.氨氧化法[10],[11],[12]：表1.1生产丙烯腈方法的比较

1.2丙烯氨氧化法反应机理主反应：生成丙烯腈的主反应2CH2=CH-CH3+2NH3+3O2→2CH2CHCN+6H2O-ΔH=123.3kcal/mol副反应：生成乙腈的副反应2CH2=CH-CH3+3NH3+3O2→3CH3CN+6H2O-ΔH=86.6kcal/mol生成氢氰酸的副反应CH2=CH-CH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O-ΔH=75.38kcal/mol生成丙烯醛的副反应CH2=CH-CH3+O2→CH2CHCHO+H2O-ΔH=84.4kcal/mol丙烯完全燃烧反应2CH2=CH-CH3+9O2→6CO2+6H2O-ΔH=153.35kcal/mol1.3影响丙烯腈产量的因素丙烯氨氧化法有很多副反应，这必然会导致产物丙烯腈产量降低，为了得到尽可能多的产品，减少副产品的产生，探讨影响丙烯腈产量的因素，找到最佳反应条件很有必要。1.3.1催化剂--生产丙烯腈的关键国内丙烯氨氧化生产丙烯腈的催化剂有三大系列如下表：表1.2国内丙烯氨氧化生产丙烯腈的催化剂的效果这些催化剂的催化效果都很棒，但是还没有工业化。本次设计采用的催化剂是P-Mo-Bi-O(C-A)催化剂，反应温度在470℃左右，丙烯腈收率大概在0.6左右。

1.3.2原料纯度原料丙烯由烃裂化气或催化裂化气中分离出来，其中杂质对反应影响如下表：表1.3原料丙烯中杂质对反应的影响综上所述，丁烯或较高烯烃的含量要少，硫化物最好在反应前除掉。1.3.3原料配比合理的原料加入比例，有利于反应进行。影响如下表1.4，表1.5，表1.6：表1.4丙烯与氨的加入比例对反应的影响

表1.5丙烯与空气的加入比例对反应的影响表1.6丙烯与水蒸气的加入比例对反应的影响1.3.4接触时间接触时间的长短对反应的影响如下表1.7表1.7接触时间对反应的影响

1.3.5反应温度温度对丙烯氨氧化反应的影响如下表1.8表1.8温度对反应的影响1.3.6反应压力由主反应式得知:加压有利于丙烯腈的反应方向向右推移,对于本工艺生产合成丙烯腈有利。然而实际上这种加压效果远远不如正常压。所以,一般来说,在常压下的反应,有时候增压就是为了克服管道阻力。

1.4工艺流程图年产7.5万吨丙烯腈合成厂生产工段的技术操作过程如下图所示:图1.1年产7.5万吨丙烯腈合成工段的工艺流程图工艺流程说明：如图所示，原料丙烯经蒸发器蒸发再加热,氨经蒸发器蒸发再加热,原料空气由空压机输送到空气饱和塔再从塔顶释放出来,由空气加热器加热，将三个物料混合,从流化床底部经气体分布板输送到流化床反应器进行丙烯氨氧化反应。反应结束后的气体通过旋风式分离器捕获并生成空气夹带的催化剂颗粒,然后放置到尾气冷却器中使用水冷却,再通到废热锅炉1，利用余热。气体从废热锅炉去向急冷塔(氨中和塔)底部，用高密度喷淋的循环水将气体冷却降温。并用1.5%(w)左右的硫酸中和气体中未反应的氨。因此,中和物料塔的加热冷却处理过程也可以说成就是对化学反应中和物料的快速加热冷却处理过程,故急冷中和塔亦时也可以简称为氨中塔。因为在每当有氨气的存在,就会可能发生一系列副反应，对反应不利，降低反应设备的生产能力，而且副反应产物可能会直接阻碍排气管道。将溶解反应后的物料经急冷塔加热除去未与水发生溶解反应的气体二氧化氮和新鲜空气及其中的水和氨并将其置于高温换气加热器中保温室等待40℃左右后送入水吸收塔,利用反应后的不希望有的副反应产物在水中的溶解度与期望产物在水中溶解度的差异,用水当作吸收剂快速除去反应后的气体中的副产物。将中和后的气体由水吸收塔底加入,水由塔上的顶层加入,使它们之间与水进行了一种逆流式的接触,以利于达到较好地有效提高气体被水吸收的工作效率。吸收后塔釜的溶液就是丙烯腈的水溶液，里面含有多种副产物，再将塔釜液由泵送回换热器，在有换热器送去精制工段进行丙烯腈精制。其它其他气体需要自塔楼楼顶向空气中排放即可，因为达到了排放标准。空气饱和塔塔底入空气，塔顶入来自乙腈解析塔(精制工段用塔)塔釜的液体，其中一部分进入釜液槽。饱和塔塔釜液由泵送至釜液槽，一部分送去排污。釜液槽另加入软水。釜液槽出口液体一部分由泵送至萃取解析塔(精制工段用塔)，一部分由泵送至水吸收塔作吸收液，去作吸收液的过程中经过换热锅炉2，可以利用余热，产生可以重复利用的水蒸气。

1.5工艺计算按年工作日300天，丙烯腈损失率3%，设计裕量5%计算，丙烯腈小时产量为：75000×1000×1.05×1.03/(300×24)=11265.625kg/h1.5.1计算依据《化工原理》第四版（上册）《化工原理》第四版（下册）1.5.2计算方法A.物料衡算的计算方法：(详细计算过程参考附件1)1.先列出计算条件：物料的性质，配比，产率，损失率等等；1.参考工艺流程图或者局部流程图，根据物料衡算算出各物料的量B.热量衡算的计算方法：(详细计算过程参考附件1)1.列出计算条件：设备的反应温度，反应压力，物料的相态，对应温度下的焓值1.选取衡算基准：0℃的物质3.运用热量计算公式算出各过程的热4.列出衡算表5.运用热量衡算算出所需要的数据

1.5.3反应器的物料衡算和热量衡算物料衡算：表1.9反应器进口物料衡算一览表名称量C3H82756.2kg/hNH36336.0kg/hO226076.8kg/hH2O19131.2kg/hN285867.5kg/hC3H614909.0kg/h表1.10反应器出口物料衡算一览表名称量ACN(乙腈)1527.5kg/hACL(丙烯醛)139.0kg/hCO25611.2kg/hHCN(氢氰酸)1867.8kg/hC3H82756.2kg/hN285867.5kg/hO26268.8kg/hC3H62057.7kg/hNH3901.7kg/hH2O36779.4kg/hAN(丙烯腈)11267.8kg/h

热量衡算反应的热力学途径如图：图1.2反应的热力学途径表1.11热量衡算一览表名称热量ΔH1-1.68×107kJ/hΔH2-1.27×108kJ/hΔH31.05×108kJ/hΔH-1.39×108kJ/h浓相段换热器热负荷1.32×108kJ/h稀相段换热器热负荷1.85×107kJ/h

1.5.4废热锅炉1（1）计算条件：参考工艺流程图与工艺流程说明热损失按10%计（2）物料衡算：气体只是经过废热锅炉1，没有发生反应，出入口气体流量和组成不变，与反应器出口相同。热量衡算：表1.12热量衡算一览表名称热量kJ/h进口气体带入热8.03×107出口气体带出热3.81×107能取出的热量3.80×107kJ/h产生蒸汽量17800kg/h

1.5.5空气饱和塔物料衡算表1.13物料衡算一览表名称量进塔干空气量111944.3kg/h相对湿度为80%的空气带进的水蒸汽的量2461.8kg/h进塔105℃的水341527.0kg/h出塔湿空气量如计算依据e塔内水蒸发量16669.4kg/h出塔液量324857.6kg/h热量衡算表1.14热量衡算一览表名称热量进塔空气带入热1.59×107kJ/h出塔湿空气带出热6.10×107kJ/h105℃入塔喷淋液带入热1.50×108kJ/h出塔热水带出热1359204t出塔热水温度t=78.1℃

1.5.6氨中和塔计算依据图1.3氨中和塔局部流程图

物料衡算表1.15物料衡算一览表名称量排出的废液量11341.7kg/h废液中各组分的量AN3.4kg/hACN1.3kg/hHCN1.3kg/hH2SO456.7kg/h3504.6kg/hH2O7771.5kg/h需补充的吸收剂（93%的新鲜硫酸）2858.7kg/h出塔气体中各组分的量C3H82756.2kg/hC3H62057.7kg/hO26268.8kg/hN285867.5kg/hAN11264.4kg/hACN1525.2kg/hHCN1865.5kg/hCO25611.2kg/hH2O29207.0kg/hACL139.0kg/h

热量衡算表1.16热量衡算一览表名称热量入塔气体带入热3.81×107kJ/h出塔气体带出热1.41×107kJ/h塔内蒸汽冷凝热1.70×108kJ/hAN、ACN、HCN的冷凝热5786.2kJ/h氨中和放热7.3×106kJ/h硫酸的稀释热1.0×106kJ/h排放废液带出热3.1×106kJ/h新鲜吸收剂带入热1.4×105kJ/h循环冷却器热负荷1.0×108kJ/h循环冷却器的冷却水用量1.2×107kg/h循环液量5.7×106kg/h循环冷却器出口循环液温度70.0℃

1.5.7换热器（1）换热器局部流程图图1.4换热器局部流程图（2）计算依据参考工艺流程图和换热器局部流程图获取温度、压力相关数据（3）物料衡算表1.17物料衡算一览表名称量换热器出口的气体中含有的蒸汽4694.4kg/h蒸汽的冷凝量24511.6kg/h（4）热量衡算表1.18热量衡算一览表名称热量进入气体带入热量1.41×107kJ/h蒸汽冷凝放热5.9×107kJ/h冷凝液带出热4.1×106kJ/h出口气体带出热7.5×106kJ/h换热器的热负荷6.15×107kJ/h1.5.8水吸收塔计算依据图1.5水吸收塔局部流程图

物料衡算表1.19物料衡算一览表名称量进塔物料组成与换热器出口相同出塔气中含有水蒸气774.0kg/h出塔气总量103336.4kg/h出塔AN溶液625868.1kg/h塔顶加入的用作吸收的水582641.0kg/h塔底AN溶液中的水611074kg/h出塔气体中的AN、ACN、HCN、ACL0（3）热量衡算表1.20热量衡算一览表名称热量入塔气带入热7.5×106kJ/h进塔凝水带入热4.1×106kJ/h出塔气体带出热1.7×106kJ/h塔顶加入的吸收用水带入热1.2×107kJ/h出塔AN溶液带出热1.6×106t水冷凝放热8.8×106kJ/hAN、ACN、ACL、HCN等溶解时放热9.9×106kJ/h出塔液温度t=15.6℃

1.5.9空气饱和塔塔釜液槽的物质衡算与热量计算计算依据空气饱和塔的物料平衡；水吸收塔的物料平衡；丙烯腈精致工段的物料平衡；排污量按乙腈解析塔塔釜液量的15%算，热损失5%。图1.6空气饱和塔塔釜液槽的局部流程图

物料衡算表1.21物料衡算一览表名称量由乙腈解析塔塔釜液进入釜液槽的流量508223.0kg/h空气饱和塔塔低液入槽量197395.1kg/h由釜液槽送去水吸收塔的液体量582641.0kg/h由釜液槽送去萃取解析塔的液体量225000.0kg/h入槽软水量102021.9kg/h热量衡算表1.22热量衡算一览表名称热量一部分乙腈解析塔塔釜液带入的热1.2×108KJ/h注入釜液槽的软水带入的热1.3×107KJ/h由空气饱和塔一部分塔釜液带来的热6.5×107KJ/h由釜液槽送去吸收塔的液体带出的热2437769.9tKJ/h去萃取解析塔的液体带出的热941400tKJ/h釜液槽出口的液体温度t=83.8℃

1.5.10丙烯蒸发器计算依据参考工艺流