年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计

1、化工工艺设计课 程 设 计年产4.5万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设计说明，40%格式规范内容完整格式是否规范8评阅教师签名内容是否完整8工艺计算正确、完整和规范物料恒算8热量衡算8设备设计和选型8设计图纸，30%图纸规范标注清晰方案流程图7评阅教师签名工艺物料流程图8带控制点的工艺流程图15 答辩成绩20%仪态自然语言流畅语言流畅10答辩老师签名答题正确10平时成绩，10%上课出勤上课出勤考核5指导教师签名制图出勤制图出勤考核5合计100答辩记录 化

2、工工艺设计课程设计任务书 学 号学生姓名专业（班级）设计题目年产 4.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计设计技术参数1.生产能力： 45000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.丙烯腈损失率：3%6.设计裕量：6%7.年操作日300天设计要求1.确定设计方案，并画出流程框图（要求见4（1）；2.物料衡算，热量衡算3.主要设备的工艺设计计算4.绘图要求：（1）流程框图（cad或者ppt绘，截图在方案设计中）；（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

3、）；（4）制带控制点的工艺流程图（cad或手绘，a3图纸）；5.编写设计说明书工作量1.设计计算：1.5周2.工艺流程图与设计说明书：1周3.答辩：0.5周工作计划第一周：物料衡算、热量衡算及主要设备的工艺设计计算第二周：画图，撰写设计说明书，第三周：答辩参考资料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，化学工业出版社，2009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年目录第一部分 概述1第二部分 设计技术参数2第三部分 工艺流程设计23.1 丙烯腈工艺流程23.2 丙烯腈工艺流程示意图3第四部分 物料衡算和热量衡算34.1 小时生产能力34.

4、2 反应器的物料衡算和热量衡算34.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算74.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算94.5换热器物料衡算和热量衡算144.6水吸收塔物料衡算和热量衡算154.7 空气水饱和塔釜液槽194.8 丙烯蒸发器热量衡算214.9 丙烯过热器热量衡算224.10氨蒸发器热量衡算224.11 氨气过热器224.12 混合器234.13 空气加热器的热量衡算24第五部分 主要设备的工艺计算255.1流化床合成反应器255.2空气饱和塔275.3 水吸收塔285.4 丙烯蒸发器315.5 循环冷却器325.6 氨蒸发器345.7 氨气过热器355.8 丙烯过热器365.9空气加热器365

5、.10循环液泵385.11空气压缩机385.12中和液贮槽38第六部分 附录406.1附表406.2 参考文献40第七部分 课程设计心得42丙烯腈合成工段工艺设计第一部分 概述丙烯腈是重要的有机化工产品，在丙烯系列产品中居第二位，仅次于聚丙烯。在常温常压下丙烯腈是无色液体，味甜，微臭，沸点77.3。丙烯腈有毒，室内允许浓度为0.002mgl，在空气中爆炸极限(体积分数)为3.05%17.5%，与水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有cc双键和氰基，化学性质活泼，能发生聚合、加成、氰基和氰乙基等反应，制备出各种合成纤维、合成橡胶、塑料、涂料等。近年来，丙烷氨氧化生产丙

6、烯腈的研究也取得长足进展，现已处于中试阶段。这一方面是由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低得多，另一方面也为惰性的丙烷开拓了新的应用领域。但就目前的技术水平来看，固定资产投资大，转化率低，选择性不高，目前报道的丙烷的转化率67%，选择性60%，还难以和丙烯氨氧化法相竞争，但其前景看好，根据美国斯坦福研究所18万ta丙烯腈概念设计，丙烷为原料生产丙烯腈的成本只是丙烯的64%。研究开发的催化剂主要有v-sb-al-o、v-sb-w-al-o、ga-sb-a1-o、v-bi-mo-o等。丙烯腈是重要的有机原料，主要用于橡胶合成（如丁腈橡胶）、塑料合成（如abs，as树脂、聚丙烯酰胺等）、有机合成、制造

7、腈纶、尼龙66等合成纤维、杀虫剂、抗水剂、粘合剂等。丙烯氨氧化法制丙烯腈（an）生产过程的主反应为该反应的反应热为 主要的副反应和相应的反应热数据如下：（1） 生成氰化氢（hcn） hcn（2）生成丙烯醛（acl） acl（3）生成乙腈（acn） acn（4）生成co2和h2o co2第二部分 设计技术参数1.生产能力：45000 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.丙烯腈损失率：3%6.设计裕量：6%7.年操作日：300天第三部分 工艺流程设计3.1 丙烯腈工艺流程液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器

8、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230左右进入氨中和塔，在7080下用硫酸吸收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收热后，返回塔顶循环使用同时补充部分新鲜酸液，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收塔，用510的水吸收丙烯腈和其他副产物水吸收塔塔底得到古丙烯腈约1.8的丙烯腈水溶液，经换热

9、器与氨中和塔出口气体换热，湿度升高后去精制工段。废热锅炉 冷却剂 冷却剂 反应器 冷冻盐水 深井水 循环水去萃取解吸塔 来自乙腈解吸塔釜液 软水 饱和塔釜液槽 尾气 an溶液去精制 换热器 硫酸循环 冷却器 冷却器 液态丙烯储罐 丙烯蒸发器 丙烯过热器 液氨储罐 加热剂 氨气过热器 加热剂 氨蒸发器 空气 空气饱和塔 混合器 空气加热器加热剂 废液排放 氨中和塔 水吸收塔 软水蒸汽3.2 丙烯腈工艺流程示意图图1 丙烯腈合成工段生产工艺流程示意图第四部分 物料衡算和热量衡算4.1 小时生产能力按年工作日300天，丙烯腈损失率3%、设计裕量6%计算，年产量为45000吨/年，则每天每小时产量为：

10、 4.2 反应器的物料衡算和热量衡算4.2.1计算依据a. 丙烯腈产量6823.75kg/h，即128.51kmol/hb. 原料组成（摩尔分数）：丙烯（c3h6）85%,丙烷（c3h8）15%c. 进反应器的原料配比（摩尔比）为d. 反应后各产物的单程收率为：表4-1 反应后各产物的单程收率物质丙烯腈（an）氰化氢（hcn）乙腈（can）丙烯醛（acl）二氧化碳摩尔收率0.60.0650.070.0070.12e. 操作压力：进口0.023mpa，出口0.162mpaf. 反应器进口气体温度110，反应温度470，出口气体温度3604.2.2 物料衡算a. 反应器进口原料气中各组分的流量 b

11、. 反应器出口原料气中各组分的流量丙烯腈 乙腈 丙烯醛 hcn c. 反应器物料平衡表如表4-2表4-2 反应器物料平衡表组分反应器进口反应器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)c3h6214.188995.566.210.816.06674.520.450.72c3h837.801663.21.092.037.801663.21.061.77nh3224.893823.116.494.5932.12546.040.900.58o2492.6115763.6514.2218.93104.943357.922.933.58n21853.1551

12、888.2553.4862.31853.1551888.2551.8055.37h2o642.5411565.7218.541.391248.6822476.2434.9023.98an0000128.516823.753.597.28acn000022.49922.090.630.98hcn000041.771127.661.171.20acl000014.99840.340.420.90co2000077.103392.612.163.62合计3465.1783290.491001003577.6193712.621001004.2.3 能量衡算各物质0t的平均定压比热容如下表4-3 各物

13、质0t平均定压比热容a. 浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量h3110,反应器入口混合气470，浓相段出口混合气25，反应器出口混合气25，浓相段入口混合气hh1h2假设如下热力学途径：各物质25t的平均比热容用0t的平均比热容代替，误差不大，因此， 若热损失取的5%，则需由浓相段换热装置取出的热量（即换热装置的热负荷）为：浓相段换热装置产生0.405 mpa的饱和蒸汽（饱和温度143）143饱和蒸汽焓：143饱和水焓：b. 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0气体为衡算基准进入稀相段的气体带入热为： 离开稀相段的气体带出热为： 若热损失为4%，则稀相段换热装置的

14、热负荷为：稀相段换热装置产生0.405mpa的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：4.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算4.3.1计算依据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30，相对温度80%，空压机出口气体温度170c. 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105，组成如下表4-4 塔顶喷淋液的组成组分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4.3.2物料衡算a. 进塔空气量查得30，相

15、对湿度80%时空气温含量为0.022kg水气/kg干空气因此，进塔空气带入的水蒸汽量为：b. 进塔热水量气、液比为152.4，故进塔喷淋液量为塔顶喷淋液105的密度为958kg/m3，因此进塔水的质量流量为：c. 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d. 出塔液量4.3.3热量衡算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：根据分压定律蒸汽的实际分压为：因饱和度为0.81，所以饱和蒸汽分压应为：查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为90，因此，须控制出塔气体温度为90，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

16、塔塔釜，105。c. 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。(a) 170进塔空气带入热量q1170蒸汽焓值为, 干空气在0l70的平均比热容 (b) 出塔湿空气带出热量q290蒸汽焓 ，空气比热容取 (c) 105入塔喷淋液带入热量q3(d)求出塔热水温度t 出塔热水带出热量用q4表示，则热损失按5%计，则热平衡方程 代入数据，解得 t=78.1因此，出塔热水温度为78.14.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算4.4.1计算依据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收，生成硫酸铵c. 新鲜硫酸吸收剂的含量为93(wt)d. 塔底出口液体(

17、即循环液)的组成如下表4-5 塔底出口液体的组成组分水anacnhcn硫酸硫酸铵合计%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100e. 进塔气温度180，出塔气温度76，新鲜硫酸吸收剂温度30f. 塔顶压力0.122mpa，塔底压力0.142mpa图2 氨中和塔局部流程1氨中和塔； 2循环冷却器4.4.2物料衡算a. 排出的废液量及其组成进塔气中含有的氨，在塔内被硫酸吸收生成硫酸铵氨和硫酸反应的方程式：的生成量，即需要连续排出的流量为：塔底排出液中，的含量为30.9%（wt），因此，排放的废液量为：排放的废液中各组分的量：b. 需补充的新鲜硫酸吸收剂（93%的）的量为：c

18、. 出塔气体中各组分的量4.4.3热量衡算a. 出塔气体温度塔顶气体中实际蒸汽分压为：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：入塔喷淋液的硫酸铵含量为，已知硫酸铵上方的饱和蒸汽压如表4-6所示。表4-6 硫酸铵上方的饱和蒸汽压(nh4)2so4含量/g(nh4)2so4/gh2o温度/404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109根据入塔喷淋液的硫酸铵含量和的值，内插得到出塔气的温度为76b. 入塔喷淋液温度 入塔喷淋液温度比气体出口温度低6，故为70c. 塔釜排出液温度入塔气

19、蒸汽分压，在釜液，含量下溶液上方的饱和蒸汽分压等于时的釜液温度即为釜液的饱和温度，用内插法从4-6中得到，饱和温度为83.5，设塔釜液温度比饱和温度低2.5，即81。又查硫酸铵的溶解度数据得知，80时每100g水能溶解95.3g硫酸铵，而釜液的硫酸铵含量为，所以釜液温度控制81不会有硫酸铵结晶析出。d. 热衡算求循环冷却器的热负荷和冷却水用量作图3的虚线方框列热平衡方程得图3 氨中和塔的热量衡算1氨中和塔； 2循环冷却器（a）入塔气体带入热q1 入塔气体带入热量与废热锅炉出口气体带出热量相同(b) 出塔气体带出热q2各组分在076的平均比热容的值如下表4-7 各组分在076的平均比热容组分c3

20、h6c3h802n2h2oanhcnacnaclco21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921(c) 蒸汽在塔内冷凝放热q3蒸汽的冷凝热为(d) 有机物冷凝放热q4an的冷凝量其冷凝热为acn的冷凝量其冷凝热为hcn的冷凝量，其冷凝热为(e) 氨中和放热q5每生成1mol硫酸铵放热273.8kj(f) 硫酸稀释放热q6硫酸的稀释热为749kjkg(g) 塔釜排放的废液带出热量q7塔釜排放的废液中，与的摩尔比为，查氮肥设计手册得此组成的硫酸铵水溶液比热容为。(h) 新鲜吸收剂带入热q8的比热容为。(i)求循环冷却器热负荷q9因操作温度

21、不高，忽略热损失。把有关数据代入热平衡方程：解得 (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32，排水温度36，则冷却水量为e. 求循环液量m 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，循环液与新鲜吸收液混合后的喷淋液比热容。设循环液流量为m kg/h，循环冷却器出口循环液温度t。对新鲜吸收剂与循环液汇合处(附图中a点)列热平衡方程得： (1)对循环冷却器列热平衡得： (2)联解式(1)和(2)得 4.5换热器物料衡算和热量衡算换热器气体来自氨中和塔76气液混合物去水吸收塔40an溶液去精制an溶液来自水吸收塔4.5.1计算依据进口气体76，组成和流量与氨中和塔出口

22、气相同。出口气体温度40，操作压力115.5kpa。4.5.2物料衡算 出口气体温度40， 40饱和蒸汽压力为设出口气体中含有x kmol/h的蒸汽，根据分压定律有：解得 蒸汽的冷凝量为 因此得到换热器气体方(壳方)的物料平衡如下表4-8 换热器气体方(壳方)的物料平衡组分c3h6c3h8h2oo2n2anacnhcnaclco2合计流量/(kmol/h)16.0637.80994.21104.941853.15128.5122.4941.7714.9977.103291.02 4.5.3热量衡算a. 换热器入口气体带入热 (等于氨中和塔出口气体带出热)q1b. 蒸汽冷凝放出热q240水汽化热

23、为2401.lkjkgc冷凝液带出热q3d出口气体带出热q4出口气体各组分在040的平均摩尔热容为表4-9 出口气体各组分在040的平均摩尔热容组分c3h6c3h8o2n2h2oanacnhcnaclco261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66 e热衡算求换热器热负荷q5平衡方程： 代入数据求得：4.6水吸收塔物料衡算和热量衡算4.6.1计算依据（见图4）图4 水吸收塔的局部流程a入塔气流量和组成与换热器出口相同。b入塔器温度40，压力112kpa。出塔气温度10，压力101kpac入塔吸收液温度5d出塔an溶液中含an1.8%（w

24、t）4.6.2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出塔气的组成和量出塔干气含有、10水的饱和蒸汽压，总压为101325pa 出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下：出塔气总量为：c塔顶加入的吸收水量（a）出塔an溶液总量 出塔an溶液中，an为1.8%（wt），an的量为，因此，出塔an溶液总量为（b）塔顶加入的吸收水量 作水吸收塔的总质量衡算得：d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、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衡求出。e水吸收塔平衡如下：表4-10 水吸

25、收塔的物料平衡组分c3h6c3h8h2oo2n2anacnhcnaclco2合计流量16.0637.80236.41104.941853.15128.5122.4941.7714.9977.102533.22f. 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、acn、acl、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压定律。压力和含量的关系为或查得15 时acn、hcn、acl和an的亨利系数e值为(a) an塔底 从以上计算可看出，可见溶液未达饱和。(b) 丙烯醛acl塔底。含量，溶液未达饱和。(c) 乙腈

26、acn塔底含量，溶液未达饱和。(d) 氢氰酸hcn塔底含量从计算结果可知，在吸收塔的下部，对hcn的吸收推动力为负值，但若吸收塔足够高，仍可使塔顶出口气体中hcn的含量达到要求。4.6.3热量衡算a入塔气带入热q1各组分在040的平均摩尔热容如下表4-11各组分在040的平均摩尔热容组分c3h6c3h8o2n2h2oanacnhcnaclco261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66 b入塔凝水带入热q2c出塔气带出热q3 d吸收水带入热e出塔an溶液带出热q5溶液中各组分的液体摩尔热容如下表4-12 an溶液中各组分的液体摩尔热容组

27、分h2oanacnhcnacl75.3121.1107.371.55123.8f水冷凝放热q6水的冷凝热为2256kj/kg，故g等气体的溶解放热溶解热=冷凝放热+液-液互溶放热=冷凝热的冷凝热数据如下表4-13 an、can、acl、hcn的冷凝热数据组分anacnaclhcn610.9765.7493.7937.2h热衡算求出塔液温度t热平衡方程 代入数据得：解得 4.7 空气水饱和塔釜液槽4.7.1计算依据空气饱和塔液体进、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；去水吸收塔的液体流量由水吸收塔物料衡算的确定，见本文相关部分计算；排污量按乙腈解吸塔来的塔釜液量的15%考虑；乙

28、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。 4.7.2物料衡算进料： a乙腈解吸塔釜液入槽量 b.空气饱和塔塔底液入槽量 c. 入槽软水量x kg/h出料； a. 去水吸收塔液体量351322.57kg/h b. 去萃取解吸塔液体量135882kg/h作釜液槽的总质量平衡得解得 图5 饱和塔釜液槽的物料关系4.7.3热量衡算a入槽乙腈解吸塔釜液带入热q1b. 入槽软水带入热q2c空气饱和塔塔底液带入热q3d去吸收塔液体带出热q4e去萃取解吸塔液体带出热q5f热衡算求槽出口液体温度t热损失按5考虑，热平衡方程为代入数据：解得 4.8 丙烯蒸发器热量衡算4.8.1计算依据 蒸

29、发压力0.405mpa；加热剂用0的冷冻盐水，冷冻盐水出口温度-2;丙烯蒸发量8416.4kg/h。4.8.2有关数据a. 0.405mpa下丙烯的沸点为-13，汽化热410kjkgb. 0.405mpa下丙烷的沸点为-5，汽化热376.6kjkg4.8.3热量衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量a. 丙烯蒸发吸收的热q1b. 丙烷蒸发吸收的热q2c. 丙烯蒸发器的热负荷q冷损失按10%考虑d冷冻盐水用量平均温度(-1)下，冷冻盐水比热容为冷冻盐水用量为4.9 丙烯过热器热量衡算4.9.1计算依据 丙烯进口温度-13，出口温度65，用0.405mpa蒸汽为加热剂。4.9.2热量衡算 求丙烯过

30、热器热负荷和加热蒸汽量丙烯气的比热容为，丙烷气比热容，冷损失按10%考虑，需要加热蒸汽提供的热量为加热蒸汽量为.上式中2138kj/kg是0.405m pa蒸汽的冷凝热。4.10氨蒸发器热量衡算4.10.1计算依据 a. 蒸发压力0.405mpa。 b. 加热剂用0.405mpa饱和蒸汽，冷凝热为2138kj/kg4.10.2有关数据 0.405mpa下氨的蒸发温度为-7，汽化热为1276kjkg4.10.3热量衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量 冷损失按10考虑，氨蒸发器的热负荷为加热蒸汽量为 4.11 氨气过热器4.11.1计算依据a氨气进口温度-7，出口温度65。b. 用0.405mp

31、a蒸汽为加热剂。c氨气流量3823.11kg/h。4.11.2热量衡算 求氨气过热器的热负荷和加热蒸汽用量 氨气的比热容为2.218kj/(kg.k)，冷损失按10%考虑，氨气过热器的热负荷为加热蒸汽用量为4.12 混合器4.12.1计算依据气氨进口温度65流量3823.11kg/h丙烯气进口温度65，流量8416.4kg/h，丙烷气进口温度65，流量1663.2kg/h。出口混合气温度110。湿空气来自空气加热器。4.12.2热衡算 求进口温空气的温度t 以0为热衡算基准。、，在065的平均比热容如下表表4-14 c3h6、c3h8、nh3在065的平均比热容组分c3h6c3h8nh31.5

32、691.822.197a气态丙烯、丙烷带入热q1b气态氨带入热q2c温空气带入热q3 、和蒸汽0136的平均比热容分别为、和d混合器出口气体带出热q4e. 热衡算求进口湿空气的温度t 热损失按10%考虑。热衡算方程：代入数据： 解得 4.13 空气加热器的热量衡算 4.13.1计算依据a. 入口空气温度90，出口空气温度136。b空气的流量和组成如下。表4-15 空气的流量和组成组分氧氮水合计kg/h15763.6551888.2511565.7279217.624.13.2热衡算 求空气加热器的热负荷和加热蒸汽量 、和蒸汽90136的平均比热容分别为、和。热损失按l0考虑，空气加热器的热负荷

33、为用0.608mpa的蒸汽为加热剂，其饱和温度为164.2，冷凝热为2066kj/kg，加热蒸汽用量为第五部分 主要设备的工艺计算5.1流化床合成反应器5.1.1计算依据a. 出口气体流量；入口气体流量。b. 气体进口压力，出口压力。c. 反应温度，气体离开稀相段的温度为，流化床内的换热装置以水为冷却剂，产生的饱和蒸汽。e. 接触时间5.1.2浓相段直径 因反应过程总物质的量增加，故按出口处计算塔径比较安全出口处气体体积流量为取空床线速，浓相段直径为取流化床浓相段直径为5.1.3浓相段高度 按接触时间算，推化剂的堆体积为静床高 取膨胀比为2，则浓相段高度为取浓相段高校核推化剂的堆密度为推化剂的

34、品质 推化剂负荷为实验装置的推化剂负荷可达到，本设计的值小于实验值，是可靠的。5.1.4扩大段（此处即稀相段）直径取扩大段气速为操作气速的一半即气体流量为扩大段直径为 5.1.5扩大段高度 根据流化床直径，空塔气速，查图得稀相段高度 5.1.6浓相段冷却装置的换热面积换热装置用套管式，总差传热系数取换热装置的热负荷已由热衡算求出换热面积为取的设计裕量，则换热面积为5.1.7稀相段冷却装置的换热面积用套管式换热装置，水为冷却剂，产生蒸汽。总传热系数取，换热装置热负荷为又换热面积为取设计裕量，则换热面积为5.2空气饱和塔5.2.1计算依据a. 进塔空气的组成和流量表5-1 空气饱和塔进塔空气的组成

35、和流量组分氧氮水合计kmol/h492.611853.15236.412582.17kg/h15763.6551888.254255.3871907.28b. 出塔温空气的组成和流量表5-2 空气饱和塔出塔温空气的组成和流量组分氧氮水合计kmol/h492.611853.15994.21333997kg/h15763.6551888.2517895.7585547.65c塔顶喷淋液量206449kg/h，温度105。d塔底排出液量196379.87kg/h，温度84.58。e塔底压力0.263mpa，塔顶压力0.243mpa。f入塔气温度170，出塔气温度90。g填料用陶瓷拉西环(乱堆)。5.

36、2.2塔径的确定根据拉西环的泛点速度计算公式 (a)a.塔顶处把数据代入(a)式解得 泛点率取75，则气体空塔速度为 出塔操作条件下的气量：塔径应为： b. 塔底处把数据代入(a)式解得 气体空塔速度为 入塔气在操作条件下的气量：塔径应为： 取塔径为：5.2.3填料高度空气水饱和塔的填料高度确定须考虑两方面的要求a.使出塔气体中蒸汽含量达到要求。b.使塔顶喷淋液中的acn等在塔内脱吸以使出塔釜液中acn等的含量尽量低，以减少朽污水处理负荷并回收acn等副产物。按工厂实践经验。取填料高度11m。5.3 水吸收塔5.3.1计算依据a.进塔气体流量和组成表5-3 水吸收塔进塔气体流量和组成组分c3h

37、6c3h8o2n2h2o合计kmol/h16.0637.80104.941853.15994.21kg/h674.521663.23357.9251888.2517895.75组分anacnaclhcnco2kmol/h128.5122.4914.9941.7777.103291.02kg/h6823.75922.09840.341127.663392.6188586.09b.出塔气体流量和组成表5-4 水吸收塔出塔气体流量和组成组分c3h6c3h8o2n2h2oco2an合计kmol/h16.0637.80104.941853.15236.4177.10少量2325.46kg/h674.52

38、1663.23357.9251888.254255.383392.61少量65231.88随入塔气进入的凝水15075.85kg/hc.塔顶喷淋液量351322.57kg/h，含an0.005(wt)，温度5。d.塔底排出液量379097.22kg/h，温度18.35。e.塔底压力112kpa，塔顶压力101kpa。f.入塔气温度40，出塔气温度10，g.出塔气体中an含量不大于0.055%(wt)。h.填料用250y型塑料孔板波纹填料。5.3.2塔径的确定 塑料孔板渡纹填料的泛点气速计算公式为： (a)按塔底情况计算把数据代入(a)式解得 空塔气速为(泛点率取70%) 气体在操作条件下的流量

39、为塔径应为： 取塔径为：5.3.3填料高度液体的喷淋密度 塑料孔板液纹填料250y的液相传质单元高度： 当时，25下的 时，25下的内插得到时，25下的又 塔内液体的平均温度为 则 液相传质单元数计算式如下塔底 塔顶 出口气体中含有an不小于0.055(wt)，因此 填料高度为 取填料高度为：5.4 丙烯蒸发器5.4.1计算依据a.丙烯在管外蒸发，蒸发压力0.405mpa，蒸发温度-13，管内用0的冷冻盐水(17.5naoh水溶液)与丙烯换热，冷冻盐水出口温度-2。b.丙烯蒸发量，冷冻盐水用量。c.丙烯蒸发器热负荷5.4.2丙烯蒸发器换热面积 a.总传热系数(a)管内给热系数蒸发器内安装的u型

40、钢管80根。冷冻盐水平均温度-1此温度下的有关物性数据如下； 冷冻盐水流速为 湍流 (b)管外液态丙烯沸腾给热系数取 (c)总传热系数 冷冻盐水方污垢热阻取，丙烯蒸发侧污垢热阻取，钢管导热系数。b.传热平均温差 热端温差0-(-13)=13，冷端温差-2-(-13)=11，传热平均温差为c.换热面积热负荷 换热面积为取安全系数1.2，则换热面积为5.5 循环冷却器.5.5.1计算依据a.管内循环液流量。进口温度81，出口温度70.0。b.管外冷却剂为循环水，进口温度32，出口温度36，循环水流量为。c.热负荷为。 5.5.2计算换热面积 初选gh90-105型石墨换热器，换热面积为105m2，

41、设备壳体内径d=880mm，内有外径32mm、内径22mm、长3m的石墨管417根。换热管为正三角形排列，相邻两管的中心距t=40mma总传热系数(a)管内循环液侧的给热系数平均流体温度，该温度循环液的物性数据如下管内流体的流速为(b)壳程(循环水侧)的给热系数循环水平均温度，34水的物性数据为正三角形排列时，当量直径的计算公式为管外流体的流速根据流体流过的最大截面积s来计算，s的计算公式为已知t =40mm，=32mm，h=374mm, d=888mm代入数据得管外流体的流速为 值在20001000000范围内可用下式计算给热系数代入数据得 (c)总传热系数 石墨的导热系数，石墨管壁厚5mm

42、，循环冷却水侧污垢热阻，循环液侧污垢热阻。 代入数据求k： b.对数平均温差c.面积热负荷 换热面积为取安全系数1.2则换热面积为。因此，选gh90105-1型石墨换热器，其换热面积已足够。5.6 氨蒸发器5.6.1计算依据a.氨蒸发压力0.405mpa，蒸发温度-7b.加热剂为0.405mpa蒸汽，温度143。c.热负荷5.6.2计算换热面积a.总传热系数 蒸汽冷凝时的给热系数取，液氨沸腾的给热系数取，不锈钢导热系数，管壁厚4mm，两侧污垢热阻取代入数据求k： b.平均温度差c.换热面积 氨蒸发器热负荷为换热面积为取换热面积为：5.7 氨气过热器5.7.1计算依据a.进口气氨温度-7出口气氨

43、温度65。b.加热剂为0.405mpa蒸汽，温度143。c.热负荷5.7.2计算换热面积a.总传热系数 管壳式换热器用作加热器时，一方为蒸汽冷凝、一方为气体情况下，k值的推荐范围是)取 b.平均温度差 冷端温差为143-(-7)=150，热端温差为143-65=78。c.换热面积 热负荷为换热面积为取安全系数1.2，则换热面积为：，选浮头式热交换器型，换热面积，符合要求。 5.8 丙烯过热器5.8.1计算依据a.进口气体温度-l3，出口气体温度65。b.加热剂为0.405mpa蒸汽，温度143。c.热负荷5.8.2计算换热面积a.总传热系数 管壳式换热器用作加热器时，一方为蒸汽冷凝、一方为气体

44、情况下，k值的推荐范围是)取 b.平均温度差 冷端温差为143-(-13)=156，热端温差为143-65=78。c.面积 热负荷为换热面积为取安全系数1.2，则换热面积为：，选浮头式热交换器型，换热面积25.6m2，符合要求。5.9空气加热器5.9.1计算依据a.空气走管内，加热蒸汽走管间。b.进口气体温度90，出口气体温度136，气体进口压力0.243mpa，气体的流量和组成如下：表5-5 空气加热器气体的流量和组成组分氧氮水合计kmol/h492.611853.15236.412582.17kg/h15763.6551888.254255.3871907.28c.加热蒸汽为0.608mp

45、a(对应的饱和温度为164.2)，流量为。d.热负荷为 即5.9.2计算换热面积 初选浮头式换热器一台，换热器有的管子268根。a.总传热系数(a)管内(空气一侧)的给热系数，管内气体的平均温度为，113空气的物性数据为：, , 空气的密度 (b)管外蒸汽冷凝侧给热系数 取(c)总传热系数 钢的导热系数为 ，空气侧污垢热阻 ，蒸汽冷凝侧污垢热阻代入数据求总传热系数： b.对数平均温度差c.换热面积 安全系数取1.2，则换热面积应为。5.10循环液泵循环液质量流量90271.70kg/h，循环液密度为1140kg /m3因此循环液的体积流量为又 选用80fvz-30的耐腐蚀泵，三台。正常使用两台

46、，备用一台。80fvz-0泵的流量为，扬程30m。5.11空气压缩机在产品样本上，活塞式空气压缩机的排气量指是后一级排出的空气，换算为第一级进气条件时气体的体积藏量。现第一级进气条件为常压，温度按30计，排出气体的摩尔流量为270.6kmol/h,则排气量(换算为第一级进气条件)为因工艺要求排出压力为0.263mpa，故选用排气量为，排气压力为0.35mpa的5l-55/3.5型空气压缩机三台，正常操作用两台，备用一台。5.12中和液贮槽按停车时中和塔塔板上的吸收液流入贮槽所需要的容积确定贮槽的容积，中和塔塔径1.8m，20块塔板，板上液层高度0.082m，这些液体若全部流入贮槽，总体积为考虑到停车检修时，原存于塔底的一定高度的液体，亦需排入中和液贮槽存放，则该贮槽舶装料系数取0.8，故可选贮槽容积应大于4.2m3。中和塔的操作压力为0.263mpa，在国家标准容器系列gbl428 74(卧式椭圆封头容器，工作压力0.254mpa)中选用工作压力0.25mpa，公称容器6m3的型号，此容