年产5000吨丙烯腈设计说明书

荆楚理工学院
化工过程开发实训报告
JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
化工设计模拟实训报告
学院: 班级:
学生姓名: 学号: 实训内容: 年产5000吨丙烯腈合成段设计
报告完成日期: 2014 年12 月10 日
指导教师评语:
_____________________________________________________
成绩(五级记分制):
教师签名:
目录
第一章设计条件及任务 (3)
1.1设计任务 (3)
1.2 丙烯腈的物理性质 (3)
1.3 丙烯腈的化学性质 (3)
1.4 丙烯腈的发展简史及展望 (4)
1.5 市场分析 (4)
第二章物料衡算和热量衡算 (5)
2.1主要反应 (5)
2.2 生产工艺流程 (6)
2.3物料衡算 (6)
第三章ASPEN模拟 (7)
3.1物质输入 (7)
3.2物性方法 (7)
3.3物料输入 (8)
3.4主副反应 (9)
3.5其他各单元操作条件 (10)
第四章计算结果 (13)
模拟流程图 (14)
第一章设计条件及任务
1.1设计任务
年产5000t/a丙烯腈合成段设计（aspen模拟）
按工作日300天，丙烯腈损失率3.1%，设计裕量6%计算丙烯腈小时生产量
原料组成：（摩尔分数）含C3H685% 、C3H815%。

进反应器的原料配比（摩尔比）为C3H6∶C3H8∶O2 =1:1.05:2.3
反应后各产物单程收率见下表：
物质丙烯腈（AN）氰化氢（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）CO2摩尔收率0.6 0.065 0.7 0.007 0.12
操作压力0.203MPa ，出口压力0.162MPa，
反应器进口温度110℃，反应温度450℃，气体出口温度350℃。

其他设计参数查相关手册。

1.2 丙烯腈的物理性质
丙烯腈在常温常压下是无色液体，熔点－82℃、密度0.80ｇ/m3、沸点77.3℃。

味甜具有刺激性的微臭味、有毒。

室内允许浓度为0.002mg/L，爆炸极限为3.05%―17.5%。

能溶于许多有机溶剂中，与水部分互溶。

丙烯腈可与苯、四氯化碳、甲醇形成二元共沸物能与水形成最低共沸物。

1.3 丙烯腈的化学性质
丙烯腈：化学式CH2=CH-CN含有双键和氰基其化学性质活泼，易聚合.也易与其他发生加成反应。

是三大合成材料―合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料。

是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。

其用途分配：合成纤维约占40%―60%.树脂和橡胶约占15%―28%。

此外还有丙烯酰胺等有机产品。

另外丙烯腈可制得丙烯酸酯等。

丙烯在引发剂(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、应用广泛。

1.4 丙烯腈的发展简史及展望
第二次世界大战前夕，发现丙烯腈的共聚物可极大改善合成橡胶的耐油和耐溶剂性，丙腈烯因而开始受到重视。

战争期间，德国开发了环氧乙烷和氢氰酸合成丙烯腈的氰乙醇法工艺。

后来，德国法本公司又开发了乙炔和氢氰酸直接合成丙烯腈的乙炔法。

在1960年以前，此法是丙烯腈的主要生产方法。

其后，丙烯腈在合成纤维、树脂等方面的新应用，又促进了丙烯腈新生产方法的研究及其产量激增。

1960年，美国俄亥俄标准油公司采用流化床反应器开发丙烯氨化氧化一步合成丙烯腈工艺并投入工业生产，引起丙烯腈生产工艺的巨大变革。

1983年，世界丙烯腈年产量已达3Mt，几乎全部采用丙烯氨化氧化法生产。

目前全球95%以上的装置采用BP公司开发的丙烯氨氧化法技术，催化剂是丙烯腈合成的关键，用M O、Bi、C O等数十种金属混合氧化物，反应温度为35℃，丙烯转化率达到96.4%，丙烯腈转化率为80.2%。

近年来丙烷氨化氧化法生产丙烯腈的研究已经取得了长足性的进展，现处于中试阶段，就一方面由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低的多，但另一方面也为惰性的丙烷开拓新的领域，就目前的技术水平看，投资大、转化率低、选择性不高等多方面弱点，所以在目前还不能和丙烯氨化氧化法相媲美，所以丙烯氨化氧化法至今经久不衰。

1.5 市场分析
我国丙烯腈主要用作腈纶，2000年我国丙烯腈产量约为400kt,消费量约为550kt，消费结构与腈纶占85%，ABS/AS约占7%，丙烯酰胺约占3%，其他为5%,由于国内供应不足，国内近期有多家企业计划扩建丙烯腈装置。

近十年来我国发展迅速，1988年产量为80.5kt，2000年约为400kt，年增长率约为14.3%，丙烯腈的生产与消费主要集中在美国，西欧，日本与工业发达国家和地区，他们生产能力约占全球生产能力的66.2%。

第二章物料衡算和热量衡算
2.1主要反应
丙烯氨化氧化法：反应的主要副产物为氢氰酸、乙腈和二氧化碳、水等。

生产上，原料气中丙烯、氨、空气之体积比为1:（1～1.2）:（9.5～11.5）。

原料气从底部通入流化床反应器，反应温度430～450℃、压力0.16～0.18MPa（绝对压力），反应热用软水循环回收，发生高压蒸汽。

反应后气体经洗涤、吸收、精馏等可得到高纯度丙烯腈。

由于氢氰酸为剧毒物质，可就近与氢氧化钠溶液制成氰化钠，或与丙酮反应制成丙酮氰醇，用作合成甲基丙烯酸的原料。

乙腈提纯后，虽可用作选择性溶剂及中间体，但用量不大，因此许多工厂常常把它烧掉，此法原料便宜，成本低，目前已是丙烯腈最主要的生产方法。

主反应：生产丙烯腈﹙AN﹚
C3H6+NH3+3
2
O2 CH2=CHCN+3H2
反应热：()r
298
-ΔH=512.5kJ mol
主要的副反应
（1）生成氰化氢(HCN) C3H6+NH3+3O2→3HCN=6H2O
()
r298
-ΔH=315.1kJ mol
（2）生成丙烯醛（ACL）C3H6+O2→CH=CH-CHO+H2O
()
r298
-ΔH=353.1kJ mol
（3）生成乙腈（ACN）C3H6+3
2
NH3+
3
2
O2→
3
2
CH3CN+3H2O
()
r298
-ΔH=362.3kJ mol
（4）生成CO2和H2O C3H6+9
2
O2→3CO2+3H2O
()
r298
-ΔH=641kJ mol
2.2 生产工艺流程
液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器和氨蒸发器气化，然后分别在丙烯过热器和氨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后进入混合器。

混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。

反应出口的高温气体先经过废热锅炉回收热量，气体冷却到230℃左右进入氨中和塔，在70―80℃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氨的酸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氨的废液。

氨中和塔出口气体经换热器冷却后进水吸收塔，用5―10℃的水吸收丙烯腈和其他副产物。

水吸收塔塔底得到含丙烯腈约1.8%的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中和塔出口气体换热，温度升高后去精制工段。

见工艺流程图（附图模拟流程图）。

2.3物料衡算
主反应：C 3H 6+NH 3+32
O 2 CH 2=CHCN+3H 2 已知：进料摩尔比：C 3H 6∶C 3H 8∶O 2 =1:1.05:2.3，工作日：300天 丙烯腈损失率3.1%，裕量6%
原料组成：C3H6：C3H8=0.85:0.15
丙烯腈的质量流量：h kg h
kg /44.6942430010005000=⨯⨯ 丙烯腈的实际摩尔流量：
h kmol h kg /32.14/9.75806.1031.144.694==⨯⨯
丙烯腈的选择性0.6，所需丙烯量：h kmol /87.236.032.14=÷
所需丙烷的量：h kmol /21.415.085.087.23=⨯÷
所需氨气的量：h kmol /06.2505.187.23=⨯
所需氧气的量：h kmol /90.543.287.23=⨯
所需氮气的量：h kmol /53.20621
7990.54=⨯ 所以总进料量：F=314.57kmol/h
第三章ASPEN模拟3.1物质输入
根据主副反应，将流程出现的所有物质输入
3.2物性方法
3.3物料输入
根据物料衡算结果，输入各物质的摩尔流量①空气
②氨气
③原料气
④硫酸
⑤水
3.4主副反应
①反应条件
②反应方程式
3.5其他各单元操作条件
①空气压缩机操作条件
②压力变换器（控制阀）操作条件
③反应出口高温气体冷却器操作条件
④氨中和塔操作条件
⑤泵操作条件
⑥换热器操作条件
⑦分离器操作条件
⑧水吸收塔操作条件
第四章计算结果各主要流程物料性质与组成如下：
其中，7为反应器出口物料；
9为氨中和塔塔底出料；
10为氨中和塔塔顶出料；
13为分离器塔底出料；
14为分离器塔顶出料；
15为水吸收塔塔顶出料；
16为水吸收塔塔底出料；
模拟流程图。