【《丙烯腈合成工艺的物料衡算和热量衡算计算过程案例》6100字】

丙烯腈合成工艺的物料衡算和热量衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u27818丙烯腈合成工艺的物料衡算和热量衡算计算过程案例 1242821总体方案的工艺设计 195211.1丙烯腈的物料流程图 183571.2设计任务 249422物料衡算和热量衡算 2232882.1丙烯腈每小时的生产能力 2309732.1.1反应器的物料衡算和热量衡算 210432.1.2沸热锅炉的热量衡算 799362.1.3空气饱和塔的热量衡算和物料衡算 8226092.1.4氨中和塔的热量衡算和物料衡算 1114332.1.5换热器的热量衡算和物料衡算 19193432.1.6水吸收塔的热量衡算和物料衡算 2158072.1.7空气水饱和塔釜液槽的物料衡算和热量衡算 2628062.1.8丙烯蒸发器的热量衡算 28263982.1.9丙烯过热器热量衡算 28148112.1.10氨蒸发器的热量衡算 2954982.1.11气氨过热器 29109572.1.12混合器 30182252.1.13空气加热器的热量衡算 3177062.1.14吸收水第一冷却器 3144992.1.15吸收水第二冷却器 3264642.1.16吸收水第三冷却器 321总体方案的工艺设计1.1丙烯腈的物料流程图图1.2物料流程图1.2设计任务(1)设计的项目名称：丙烯腈的合成工艺设计；(2)生产方法：采用的是丙烯氨氧化法制，所采用的原料为氨、丙烯和氧；(3)生产能力：年产吨丙烯腈合成工艺设计；(4)温度：850华氏度；(5)压力：0.2MPa；(6)接触时间：2-6s；(7)原料配比：C3H6:NH3:O2:H2O=1.0:1.05:1.3:3(摩尔比)；(8)原料组成：各个物质占液态丙烯原料的百分比分别为丙烯,丙烷；氨；(9)丙烯腈在合成工段所占的比例为。2物料衡算和热量衡算2.1丙烯腈每小时的生产能力一年按天计算，的损失率为，设计裕量为，则的小时产量为2.1.1反应器的物料衡算和热量衡算(1)计算依据a.原料组成含b.进入反应器的原料配比为c.如表反应后各产物的单程转化率d.丙烯腈的产量,即；e.被认为是气体进入温度，出口气体温度为，反应温度为；f.反应器的进出口操作压力分别为。(2)物料衡算a.下面计算的是原料气中各组分的流量(反应器进口)C3H6C3H8NH3O2H2ON2b.混合气中各组分的流量(反应器出口)AN(丙烯腈)AC(丙烯醛)CAN(乙腈)HCN(氰化氢)CO2N2C3H8O2C3H6NH3H2Oc.反应器物料平衡表如表3-2反应器物料平衡表(3)热量衡算表各物质在下的平均定压比热容表[10]a.则假设热力学途径如下图：图2.1浓相段的热力学途径可得各个物质在25-t℃下的平均比热容可以用0-t℃下的平均比热容代替了，这样代替误差不会太大，所以各物质的热量如下 假设热量损失是的，这样就可以计算出浓相段装置所放出的热为：就从上面的计算可以看到此处的压力为，产生的饱和温度(饱和蒸汽),可以查到饱和蒸汽焓和饱和水焓分别为如下所示下的饱和蒸汽焓为下的饱和水焓为因此浓相段所产生的蒸汽量b.采用热量衡算计算稀相段的装置带入的热量和带出的热量衡算的基准是以0℃气体为基准。带入的热带带出的假设稀相段的换热装置按照热损失的来计算，则则可以算出稀相段装置在产生的饱和蒸汽下，所产生的蒸汽量为2.1.2沸热锅炉的热量衡算(1)计算依据a.由上面可以得到反应器出口的气体就是该出的气体组成b.被认为是气体出去时的温度，被认为是气体出去时的出压力c.是气体进来时的温度，是气体进来时的压力d.是在锅炉水侧产生的饱和蒸汽为(2)热衡算衡算基准(是指以的气体作为衡算基准)。下表所显示的比热容是各个物质在下的表各个物质在下的平均比热容表a.它所带出的热量就是上面计算出来气体带入的热量(稀相段)则有b.出口气体带出的热c.采用热衡算来求需要取出的热量Q计算所需要放出的热量时，此时热损失按照计算，则d.产生的蒸汽量下面来计算下的值2.1.3空气饱和塔的热量衡算和物料衡算(1)计算依据a.被看做是空气出塔的压力，被看做是空气进塔的压力b.和这两个值分别是饱和塔气、液体积比为和饱和度c.被认为是空压机的相对湿度，被当成是空压机的入口气体温度，被当成是空压机出口气体温度d.乙腈的解吸塔釜液就是塔顶喷淋液，温度被看做是，则各组分的组成如下：表3-5塔顶喷淋液的组成e.下面计算塔顶湿空气的量和成的组成，这些量可以从上面的计算中找到则即即即(2)物料衡算a.进入塔的空气量进入塔的干空气的量=我们可以从相关资料上查出下的相关数据，空气湿含量为，所以，可以求出进塔带进去的水蒸气量为 b.热水进去塔的量是气液比，这是查出来的，所以下面就可以计算出进口塔的喷淋液在下的是塔顶喷淋液的密度，这样就可以计算出水进入塔的质量流量 c.出口塔的湿空气的量因为出口塔气体中的的量等于反应器入口气体中的的量，所以即即即d.出口塔液流量塔内水的蒸发量因此，出口塔液流量e.饱和塔物料平衡表3-6饱和塔物料平衡(3)热衡算a.出口气体温度(指的是空气饱和塔的出口气体温度)从上面的表中得，蒸汽的摩尔分数看做为(空气饱和塔的出口气体),则根据分压定律可以求出实际的蒸汽分压为在这儿被看为饱和度，下面就可以计算出来我们要的分压： 这样一来对应的得到了饱和温度为，所以，就是我们所定义的出口的温度。b.热水温度温度是。c.是热水的出塔温度，计算如下，则的液态水，的气态空气都是热衡算的基准。(a)温度为时进入塔的空气带入的热量为查得的蒸汽焓值为，()是干空气的平均比热容。(b)出口塔中湿空气所带出的热量为查得在90℃下的蒸汽焓为，空气的比热容可以取。(c)在105℃这种情况下喷淋液进到塔的热量是(d)热水温度热水出塔的时候带出的热量可以用表示，因此 热量损失按照计算，则则热平衡方程为将数据代入得：可以解得所以，解得出口塔的热水温度为。2.1.4氨中和塔的热量衡算和物料衡算(1)计算依据a.直接可以采用上面的反应器出口气体的组成这个数值。b.就是新鲜硫酸吸收剂的含量。c.循环液(塔底出口液体)的组成如下：表3-7塔底出口液的组成e.被认为是塔底的压力，这个数值被认为是塔顶的压力。f.被看做是新鲜硫酸吸收剂的温度，这个值就看做是进口塔气体的温度，这个值就定为出口塔气体的温度。(2)物料衡算：如图氨中和塔局部流程所示图2.1氨中和塔局部流程注：1-氨中和塔；2-循环冷却器a.废液从塔里面出来的量和组成，则这个值就是氨在进口塔气体的含量，在塔内经过一系列的反应最终生产硫酸铵，则发生反应的方程式为： 的生成量为： 由上面的计算可以看到的相对分子量是，而的相对分子量是。这样计算下来的话的含量占塔底排出液的，所以，接下来计算出来的是就是废液的排出量： 下面试废液放出来的物质的大小：b.需将这个数值补充到里面的量为：b.下面计算了气体出塔的量为：O2d.如下表所示表氨中和塔循环系统物料平衡(3)热衡算a.气体出塔的温度下面的计算就是计算所需要的假设为饱和度，那么就可以计算出气体出塔温度的平衡饱和蒸气分压为： 的含量为，如表所示。根据的值和入塔喷淋液的含量，采用内插法可以得到为出口塔气体的温度表硫酸铵溶液上方的饱和蒸汽压为入塔蒸汽的分压，饱和蒸汽分压等于的时候在釜液含量下釜液的饱和温度，为饱和温度，是用内插法从表中得到的饱和温度，可以设为饱和温度比塔釜液温度，所以塔釜液温度为。但是，经过查该物质的溶解度就可以得到，在时，每的水能溶解的硫酸铵，然而就是釜液的硫酸铵含量，因此塔釜液的温度应该控制在。d.循环冷却器的冷却水用量和负荷作图的虚线方框列出热平衡方程式得图氨中和塔的热量衡算注：1-氨中和塔，2-循环冷却器(a)为气体进去塔里面所带入的热量其实从整个设计中可以得到气体进入塔的热量就是气体出废热锅炉的热量，因此有(b)为被认为是气体出来塔的时候带的热下面的平均比热容值就是下的表各组分在的平均比热容(c)把认为是从他里面放出蒸汽切冷却的热 因为蒸汽的冷凝热为，所以有 (d)是有机物冷凝放出的热的冷凝量，它的冷凝热为的冷凝量，它的冷凝热为的冷凝量，它的冷凝热为因此(e)是氨中和时放出的热但是每生成硫酸铵所放出的热为所以(f)是硫酸稀释放出的热已知硫酸的稀释热为故(g)把看成是在塔下面生成的废而放出的热当做是硫酸铵水溶液的比热容,这是通过氮肥设计手册查得的，而塔釜排放的废液中，与的摩尔比为。所以(h)是新鲜吸收剂带入的热量因为为的比热容。因此(i)把看成是循环冷却器的热负荷可以忽略热损失，则求解可得(j)当做是循环冷却器的冷却水用量假设循环冷却器的循环水上水温度为，排水温度为，因此冷却水量为 e.计算出循环液流量是循环液的比热容，为新鲜吸收液和循环液混合后的喷淋液比热容。假设为循环液的流量，单位是，为循环冷却器出口的循环液温度。则可以计算出循环液和新鲜吸收剂汇合处的热： (1)列循环冷却器的热平衡得： (2)把上面的两个式子结合起来，有 2.1.5换热器的热量衡算和物料衡算(1)计算依据把这儿的流量和组成可以看做是上面的氨中和塔的，且气体进来时的温度为，其他出去时温度为以及操作压力为。(2)物料衡算[11]由上面的图可以得到为出口气体温度，所以下的饱和蒸汽压为 假设的蒸汽是出口气体中的，可以根据分压定律得： 可以解得因此，蒸汽的冷凝量为 所以得到了下面的换热器气体的物料平衡表表3-10换热器气体物料平衡表(3)热量衡算a.是气体进入换热器所带入的热量 b.是蒸汽冷凝所放出的热是40℃下水的汽化热 c.是冷凝液带出的热量 d.是出口气体带出的热量表3-11在0-40℃的出口气体各组分的平均摩尔热容因此b.换热器的热负荷用热衡算可以求得则，热平衡方程式为:将数据带入得：求得2.1.6水吸收塔的热量衡算和物料衡算(1)计算依据(见下图)图3.3水吸收塔的局部流程a.为气体出塔的温度，为压力，为气体进入塔的温度，为压力。b.此处的量就是入塔气的组成和流量。c.占出口塔溶液的。d.入塔吸收液温度为。(1)物料衡算a.其实从整个的设计来看换热器出口的流量和组成就等于进口塔物料的流量和组成。b.气体排出塔口的流量和组成假设入塔气中的等组分全被水吸收(后面得以效验)，等组分不溶于水，所以，出口塔干气含有、、、、。因此，采用分压定律可以求出气体出塔的蒸汽量，则计算如下：由于为水的总压，为饱和蒸汽压，。所以，水蒸气在出口塔气体中的量为： 所以出口塔的气体总量为：c.塔顶所加入的吸收水量(a)从塔中出去的量从塔中出去的量中，的量为895.538kg/h，为，因此，出口塔溶液总量为(b)把吸收水从塔最上面加入的量 d.溶液在塔底的量和组成水将全部吸收，因为在溶液中的量等于进口塔气、液混合物的量，按照全塔水量的平衡可以计算出溶液中的水量。 水吸收塔的物料平衡如下。表3-12水吸收塔的物料平衡f.这儿的溶液可以认为是稀溶液，系统也就服从分压定律和亨利定律。即压力和含量的关系为 式中指的是亨利系数。经查得时的的亨利系数的数值为①①②①（a）塔底从上面的计算结果可以得到，，可以得出溶液没有达到饱和。（b）丙烯醛 塔底的含量，所以溶液没有达到饱和。（c）乙腈 ①，②可以得到塔底的的含量，所以溶液没有达到饱和。（d）氢氰酸 故塔底的的含量从上述计算可以得到，为了让的含量在塔顶出口气体中的含量达到要求的话，必须要求吸收塔的高度达到足够高。(3)热量衡算a.是入塔气体带入的热量各组分在的平均摩尔热容如下表表各组分在下的平均摩尔热容b.是进入塔的冷凝水带入的热量 c.把看做是气体出来塔的热量 d.是吸收水所带入的热量 e.是出口塔溶液所带出的热量表3-14AN溶液中各组分的液体摩尔热容f.是水冷凝时放出的热量水的冷凝量水的冷凝热为因此f.等气体的溶解时放出的热量下表是的冷凝热数据表3-15AN、ACN、ACL、HCN的冷凝热h.是出口塔液体的温度（用热量衡算求）热平衡方程为将数据带入得：求得2.1.7空气水饱和塔釜液槽的物料衡算和热量衡算(1)计算依据:如下图所可以明显的看出个物料进出口的关系和各个物料的流量和组成从图中可以看到，需要求的量可以通过空气饱和塔的热量和物料衡算分别算出出口液体的温度和空气饱和塔液体的进出口的流量；还可以通过水吸收塔的物料衡算计算出水吸收塔的液体流量，可以从计算中得到；排污量是按照的乙腈解吸塔来的塔釜液量所考虑的；最后通过精制系统的物料衡算可以计算出萃取解吸塔的液体量和乙腈解吸塔塔釜液量。(2)物料衡算进料：进入槽的软水量出料：a.去水吸收塔的液体量b.去萃取解吸塔的液体量做出釜液槽的总质量平衡式得 求得(3)热量衡算a.是乙腈的塔釜液进入槽所带入的热量 b.是入槽软水带入的热量 c.是空气饱和塔塔底液带入的热量 d.是去吸收塔液体带出的热量 e.是去萃取解吸塔液体带出的热量 f.采用热量衡算来求解出口液体温度热平衡方程式为(热量损失按照5来考虑) 将数据带入得： 求得 2.1.8丙烯蒸发器的热量衡算(1)计算依据的冷冻盐水被认为是加热剂，是冷冻盐水的出口温度；是蒸发压力；是丙烯的蒸发量。(2)相关数据a.丙烯在下是汽化热，沸点为b.丙烷在下是汽化热，沸点为(3)求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水的用量a.把看做是丙烯蒸发时吸收的热量 b.吧看做是丙烷蒸发时所吸收的热量 c.是丙烯蒸发器的热负荷冷量损失按照考虑d.是冷冻盐水的用量冷冻盐水的比热容为，前提条件是在平均温度下。所以冷冻盐水的用量为2.1.9丙烯过热器热量衡算(1)计算依据采用的蒸汽作为加热剂。是丙烯的出口温度，是进口温度。(2)计算加热蒸汽量和丙烯过热器的热负荷把这个数值看做是丙烷的比热容，把这个数值看做是丙烯的比热容，冷量损失按照来考虑，所以需要加热蒸汽所提供的热量为 因此，加热蒸汽量为上面式子中的就是在下蒸汽的冷凝热。2.1.10氨蒸发器的热量衡算(1)计算依据a.把这个数值看做是蒸发的压力。b.是冷凝热，的饱和蒸汽被认为是加热剂。(2)相关数据下是氨的汽化热，是蒸发温度。(3)求加热蒸汽的用量和氨蒸发器的热负荷如果把这个数看做是冷量损失的占比，接下来算出来的负荷就是我们需要的 因此加热蒸汽的用量为 2.1.11气氨过热器(1)计算依据a.把看做是是气氨出该塔的温度，把看做是气氨进入该塔的温度。b.加热剂采用的是0的蒸汽。c.是气氨的流量。(2)采用热量衡算来求加热的蒸汽用量和气氨过热蒸汽的热负荷是氨气的比热容，把这个数值看做是冷量损失的占比，则下面计算出来的数值就是我们所需要的 因此，加热蒸汽的用量为 2.1.12混合器(1)计算依据:把这个值当做是气氨的流量，把这个值当做是气氨的进口温度。把这个值认为是丙烯气的流量，这个值被认为是进口温度，这个值被认为是丙烷气的流量，这个值被认为进口温度。而这个值被认为是出口混合气的温度。湿空气来自空气加热器(2)求进口湿空气的温度，热衡算的基准是。下表是在下的平均比