年产5000吨丙烯腈设计说明书

, J -荆楚理工学院化G工过过程ERS!发实训报告L oGY化工设计模拟实训报告学院: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:第一章设计条件及任务1.1设计任务目录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 1.5 市场分析第二章 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 3.1物质输入 3.2物性方法 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143. 3.第一章设计条件及任务年产5000t/a丙烯腈合成段设计（as pen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C3H 685%、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:操作压力0.203MPa，出口压力0.162MPa,反应器进口温度110C，反应温度450C，气体出口温度350C。

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—82C、密度0.80 g /m3、沸点773C。

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。

是三大合成材料一合成纤维、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一聚丙烯腈。

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I960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1983 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。

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35E，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 430〜450C 、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 ） 3C 3H 6+NH 3+—O 2——> CH 2=CHCN+3H 2 2 反应热：（-A H r 298 =512.5kJ/mol 主要的副反应 (1)生成氰化氢(HCN) C 3H 6+NH 3+3O 2 T 3HCN=6H 2O(-A H r ；298 =315.1kJ/mol(2)生成丙烯醛(ACL ) C 3H 6+O2T CH=CH-CHO+H 20(-A H r；298=353.1kJmol(3)3 3 3生成乙腈 (ACN ) C 3H 6+—NH 3+ —O 2 T -CH 3CN+3H 2O2 2 2(-A H r)298=362.3kJ/mol9生成 CO 2和 H 2O C 3H 6+-O2T 3CO 2+3H 2O 2(-A Hd 98 =641kJ/mol7954 90 X ——=206.53kmol / h21F=314.57kmol/h2.2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 r 左右进入氨中和塔，在70— 80C 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— 10C 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3主反应：C 3H 6+NH 3+3O 2 — CH 2=CHCN+3H 2 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 5000咒 1000kg … ------------ = 694.44kg / h 300X24h 丙烯腈的实际摩尔流量： 丙烯腈的质量流量:694.44 X 1.031 X 1.06 = 758.9kg / h = 14.32kmol / h 丙烯腈的选择性 0.6,所需丙烯量：14.32-0.6 =23.87kmol/h 所需丙烷的量: 23.87 子0.85x0.15 =4.21kmol /h 所需氨气的量: 23.87 >M.05=25.06kmol /h 所需氧气的量: 23.87X2.3 =54.90kmol/h所需氮气的量: 所以总进料量: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electianj Pelroleum ] Nor conventional | Enterprise Dat 訪吕妊|Component ID Type Camponent name FormulaC3HG Corvenlicnal PROFVLENE C3HE-2C3H8Conventional PROPANE C3H8NH3 Conventional AMMONIA H3N02Convenlional 0>C/GEN02N2 Conventional NITROGEN N2C3H3N Conventional ACRYLONITRILE C3H3NH20Convenlionai WATER H20H匚忖Coriventional HYDROGE N-CYAh CHNC2H3N Convenlional ACETONITRILE C2H3NC3H40 Conventional /ACROLEIN 匚3H4t]C02Conventional CARBONDIOXIDE C02H2S04 Corvenliotial SULFURIC-ACID H2SO4N2HeSO4 Corvenlicnal AMMONIUM 与ULF [NH4)2S04 r Define components3.2物性方法^Global Flowsheet Sections | Referenced |Pfopertv methods & models Propertv method:Process type:method：RK-ASPEN I'R K-ASPEN2—厂M edify propert^J modelsPetroleum calculationoptionsFree-water method：[计.u 户，3 Water solubility：jElecUoIvte calculationoptionsChemistry ID: 厂Hsa； fl nrriffiryl l~ P。

屮1 山也CJXfeCtiOn r~ U?.e lie.丽Uce hue-components3.3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pecificationa Flash Options | "j | CcTjponcnh Atk. | EO Oprions② 氨气-CompositionI MO I S -FI OAI F] I kmal/Mdq pec*ficatian£ Flash Options LcT,-;?on5nL AWi EO OptionsSubstream name:7 MIXED1 Temperature▼国匚 B |P ressure肛MPa创State variables ③原料气內 pecifications亡 onip orientVaheC3H8NH325 06dSutjstream name: /MIXED IlKlpi I. Ill\厂 State variables CompositionMole-Flow 31 kmol/brComponentValueC3H6 23.87 —C3He4.21NH3Substream name: [y MIXED牯"eriifT.-'i I厂 Stale variables—Compositiion T emperalure 25P r assure0.1MPaJCoimponenl VaheNH3□2 54.9N2206.53Flash OptionsI 匚 JijuiI EO Options I[Mole-Flow二I kmol/hr④硫酸CompositionI Mole-Frac 〒 | |Comporent ValueN2匚 3H3NH200.07HCNC2H3NC3H4O匚02H23O40.93N2HeS04Fei 3!npe!='i-ne-CompositionComponenlValueN2匚 3H3NH201 1 1—-b I400003.4主副反应①反应条件^Specifications! ^Redctions | 匚ombusthn | Heat of Reaction Pressure上0.1MPaI emperature400C▼Valid phases f Vapor-Only②反应方程式y Specificalioos yReactionf Combusbon | Heat of Reaction | Selectivity | P£D |Rxn N Q . Specification type Stoichiometry1Frau 一 conversion C3He+ NH3 + 1.5 02-> C3H3N + 3H2O2Frac, conversion C3HG+ 3NH3+ 3 02 -> 3 HCN + G H203 Frac, canversian C3H6 + 02 -> C3H4O + H204 Frac, conversion C3HG+ 1.5NH3+ 1.5 021 5C2H3N+ 3 H205Fiac. conversionC3H6+ 4.5O2-> 3H20 + 3 C02-State variables|| T emperalure9国1 Pressure|o.iMPaTotal How:Mole奇|| kkmol加 3=- 11□/占 pecificaliDns||y MIXED SubSt ream rij<ne: ^Specif icationsj Flash Options Comporrsni' Ahr. I EO Options1 T emperature|25 [CJd1 Pressure“MIXEDE ubEheam name: n State variables IMPa3FEh Option* EO Ophons3.5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 ^0perationj - .^ePs ■ f' | I ili Hoi" 1 ifil | FrCalculation type总 Adiabatic Flash iFoi specified outlet pressure {pressure changer) C Ldculate valve flcvj coefficient for specified outlet pies^ure [de$fgnj C Calculate ouKet pressure for ^pec^ied valve (rating)'■■'du 匚卜「也 hl 柠 sofMic 副"一-C Flow Flash options Valid phases:LiquidError ^oler^nte ：③ 反应出口高温气体冷却器操作条件pecihcatians Flash Options ] Utility | r Fbsh specificationsr Valid phases V apor-I. i^ui JMaximum its 阳tions: PressureJ 匚on— FeeFigurdtiort ystreairid stneamsName胡*4呦Stageuire| Cond&msf |Conventior [卜 0Abo'/e-Scage H2S041Above-StageP ICiduct slfHmsName StagePbdse101Vapof f315Liquid//CortigLfatcT |/Streams ^Pressure 詁p ：.二 |ITeinq ：:；护in ： View:jTop/Uathjn〒Top $tage / Condenser pressueSt^ge 1 /Conden5?f puKSne ：'1|bar二JStage 2 pressure (optcraQff Stage 2 presstre:p ；ia jJ 厂 Cordenser pres5ue drop ：jj,_jlessure drop for rest column (optional]• Stage pre 测redmp;p$iJf ColLiifri pressuie drop ：⑤ 泵操作条件JSp ec*fjcatian£Calculalion Options | Power Loss ] Cotiverc-Model and type Model: Type:Outlet spec ：ificationr Discharge pressure:t 1J 俗 Pressure increase: 3 4barC Pressure ratio:C Poweir required:J⑥ 换热器操作条件^Specifications Flash Options | Utility |I emperatureT|15 CPressurebarI '；'apor-1 IP 」3^ConfiguratFan ^Slreamsj y Pressure j 二，厂i 匸 肯CofTipiescorlllsentropicC TurbineVievf；Top GcittomT op clajje)Condenser prewwe----------Stage 1 / Condense! pressure： 1 [bar Stage 2 pressure (optional)<* Stage 2 pressure:C Condenser pressure drop: p^ia [;:疵-Pressure drop for rest cf column[optional](* Stage pressure drop:pwi y Configuration | ^SUeams Pressure Ccnc&rssr | Th: View: J I MilT op sbge ? Condenser pc亡mireStage 1 / Condensef pressure:Stage 2 pressure (optional)(* Stage 2 pressure:C 匸on denser p ressurePressure drop For rest of column (optional](* Stage pressure drop:C I bar psipecification? Flssh Options | Eritrainnnerit | Utility |Temperatuie 二|15|c Pressure bar 厂Valid phases|Vapor-Liiquid⑧水吸收塔操作条件^Configuration | ^Streams ^Pressure Condenser j TH^Configuration yStieams| yPressure| or e - ：er |第四章计算结果各主要流程物料性质与组成如下:MdteridE:川I Lod i 'v/ciik I % Curves | 卩船.Q P.吃j 帥'〉隔|jJ, Formal：二J Siream Table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。