丙烯腈合成工段工艺设计
丙烯腈合成工段工艺设计
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：年产万吨丙烯腈工艺设计
学生：
1．设计（论文）的主要任务及目标
对年产万吨丙烯腈工艺设计，主要包括生产的工艺流程设计，工艺计算，设备的设计与选型，环境保护，工业卫生与劳动安全。
绘制生产工艺流程图和主要设备结构图。
产品纯度：99%
生产天数：330天／年
方程式为：通过查阅文献自己确定
反应原料：通过查阅文献自己确定
物料配比为：通过查阅文献自己确定
2. 设计（论文）的基本要求和内容
主要内容
（1）说明部分：文献评述及装置概况；工艺参数，经济指标及产品规格。
（2）计算部分：工艺计算（物料衡算、能量衡算、主要设备计算）
（3）绘图部分：带控制点工艺流程图、主要设备工艺条件图
基本要求
（1）熟练查阅与课题有关资料
（2）能在老师的指导下，综合运用所学知识和自学知识确立设计方案；（3）能按时完成设计任务；
（4）能独立撰写设计说明书，要求语言流畅、逻辑性强、观点正确。
；
（5）能独立绘制设计图纸。
3．主要参考文献
（1）杨祖荣，化工原理，化学工业出版社；
（2）徐秀娟，化工制图，北京理工大学出版社；
（3）时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒，化学工程手册（上、下），化学工业出版社。
（4）中国石化集团上海工程有限公司，化学工艺手册（上、下），化学工业出版社。
4．进度安排。
丙烯腈合成工艺设计毕业设计
有关“丙烯腈合成工艺设计”的毕业设计
有关“丙烯腈合成工艺设计”的毕业设计如下：
1.前期准备：了解丙烯腈的性质、应用以及国内外市场情况，收集相关文献资料，明确设
计任务和要求。
2.工艺路线选择：根据丙烯腈的生产原理和方法，选择适合的生产工艺路线。
比如，你可
以选择以丙烯为原料，通过氨氧化法生产丙烯腈的工艺路线。
3.工艺流程设计：在选定工艺路线的基础上，设计详细的工艺流程。
包括原料的预处理、
反应条件控制、产品的后处理等各个环节。
同时，需要确定主要设备和操作参数。
4.设备选型与设计：根据工艺流程的需求，选型和设计相关的设备，如反应器、分离器、
换热器等。
设备的选型和设计需要满足生产工艺的要求，同时要考虑设备的可靠性、经济性等因素。
5.控制系统设计：设计自动控制系统，实现对生产过程的自动监测和控制。
包括温度、压
力、流量等关键参数的自动控制和调节，确保生产过程的稳定和产品质量。
6.安全与环保设计：考虑生产过程中的安全和环保问题。
比如，针对可能的危险因素制定
相应的安全防范措施，确保生产过程的安全；同时，要考虑废气的处理、废水的处理等环保问题，确保生产过程符合环保要求。
7.经济性分析：对整个生产过程进行经济性分析，包括原料成本、设备投资、运行费用等
方面的计算和分析。
通过经济性分析，评估生产过程的经济效益和可行性。
8.编写毕业设计报告：在完成上述各项任务后，编写详细的毕业设计报告。
报告应包括引
言、工艺设计、设备选型与设计、控制系统设计、安全与环保设计、经济性分析、结论等部分。
丙烯腈合成工段的工艺设计
丙烯腈合成工段的工艺设计丙烯腈（Acrylonitrile）是一种重要的有机化合物，它是丙烯酸系列产品的关键原料。
丙烯腈主要通过丙烯、氨和空气在催化剂的作用下合成得到。
以下是丙烯腈合成工段的工艺设计：1.反应器设计：丙烯腈合成反应是一种气-液-固三相反应，反应器类型一般选用鼓泡塔式反应器。
反应器材质一般选用不锈钢材质，如316L 等，以耐受腐蚀性强的介质。
反应器设计应考虑传质、传热和搅拌等因素，以确保反应的均匀性和高效性。
2.催化剂装填：催化剂是丙烯腈合成反应的关键因素，目前常用的催化剂有贵金属催化剂和非贵金属催化剂。
催化剂的装填方式应根据催化剂的特性进行选择，以保证催化剂与液相充分接触，提高催化效率。
3.工艺流程设计：丙烯腈合成的工艺流程一般包括原料准备、反应、分离、精制等步骤。
原料准备包括丙烯、氨和空气的压缩、冷却和混合；反应包括在催化剂存在下，丙烯、氨和空气的氧化还原反应；分离包括将反应产物中的气体和液体分离出来；精制包括将液体产物进一步分离提纯为高纯度的丙烯腈。
4.控制系统设计：为了确保工艺的稳定性和安全性，需要设计一套完善的控制系统。
控制系统应包括温度、压力、流量等参数的监测和控制，以及报警、安全阀等安全装置的设置。
5.环保设计：丙烯腈合成过程中会产生废气、废水和废渣等废弃物，需要进行环保设计，包括废气处理系统、废水处理系统和废渣处理系统等。
废气处理系统可采用吸附法、吸收法、燃烧法等方法进行处理；废水处理系统可采用生化处理、膜分离等方法进行处理；废渣处理系统可采用固化处理、焚烧处理等方法进行处理。
总之，丙烯腈合成工段的工艺设计需要综合考虑反应器、催化剂、工艺流程、控制系统和环保等因素，以确保工艺的稳定性和高效性，同时满足环保要求。
年产9.5 万吨丙烯腈合成工段实用工艺设计
年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计《课程设计》成绩评定栏化工工艺设计课程设计任务书目录第一部分概述 (7)第二部分生产方案选择 (7)第三部分生产流程设计 (8)第四部分物料衡算与热量衡算 (10)4.1小时生产能力 (10)4.2反应器的物料衡算和热量衡算 (10)4.2.1计算依据 (10)4.2.2物料衡算 (10)4.2.3热量衡算 (12)4.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (13)4.3.1计算依据 (13)4.3.2物料衡算 (14)4.3.3热量衡算 (15)4.4氨中和塔物料衡算和热量衡算 (16)4.4.1计算依据 (16)4.4.2物料衡算 (17)4.4.3热量衡算 (18)4.5 换热器物料衡算和热量衡算 (21)4.5.1计算依据 (21)4.5.2物料衡算 (22)4.5.3热量衡算 (22)4.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算 (23)4.6.1计算依据 (23)4.6.2物料衡算 (23)4.6.3热量衡算 (25)4.7 空气水饱和塔釜液槽 (27)4.7.1计算依据 (27)4.7.2物料衡算 (27)4.7.3热量衡算 (28)4.8 丙烯蒸发器热量衡算 (29)4.8.1计算依据 (29)4.8.2有关数据 (29)4.8.3热衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量 (29)4.9 丙烯过热器热量衡算 (29)4.9.1计算依据 (29)4.9.2热衡算 (29)4.10 氨蒸发器热量衡算 (30)4.10.1计算依据 (30)4.10.2有关数据 (30)4.10.3热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量 (30)4.11 氨气过热器 (30)4.11.1计算依据 (30)4.11.2热量衡算 (30)4.12 混合器 (30)4.12.1计算依据 (30)4.12.2热衡算 (31)4.13 空气加热器的热量衡算 (31)4.13.1计算依据 (31)4.13.2热衡算 (32)第五部分主要设备工艺计算 (32)5.1反应器 (32)5.1.1计算依据 (32)5.1.2浓相段直径 (32)5.1.3浓相段高度 (33)5.1.4扩大段（此处即稀相段）直径 (33)5.1.5扩大段高度 (33)5.1.6浓相段冷却装置的换热面积 (33)5.1.7稀相段冷却装置的换热面积 (34)5.2 空气饱和塔 (34)5.2.1计算依据 (34)5.2.2塔径的确定 (34)5.2.3填料高度 (36)5.3 水吸收塔 (36)5.3.1计算依据 (36)5.3.2塔径的确定 (36)5.3.3填料高度 (37)5.4 丙烯蒸发器 (38)5.4.1计算依据 (38)5.4.2丙烯蒸发器换热面积 (38)5.5 循环冷却器 (40)5.5.1计算依据 (40)5.5.2计算换热面积 (40)5.6 氨蒸发器 (42)5.6.1计算依据 (42)5.6.2计算换热面积 (42)5.7 氨气过热器 (43)5.7.1计算依据 (43)5.7.2计算换热面积 (43)5.8 丙烯过热器 (43)5.8.1计算依据 (43)5.8.2计算换热面积 (43)5.9 空气加热器 (44)5.9.1计算依据 (44)5.9.2计算换热面积 (44)5.10 循环液泵 (45)5.11 空气压缩机 (45)5.12中和液贮槽 (46)第六部分设计心得 (46)参考文献 (47)第七部分附录 (47)年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计摘要：设计丙烯腈的生产工艺流程，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对丙 烯腈的工艺设计任务。
年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计
年产万吨丙烯腈合成工段工艺设计《课程设计》成绩评定栏化工工艺设计课程设计任务书目录第一部分概述................................. 错误!未定义书签。
第二部分生产方案选择.......................... 错误!未定义书签。
第三部分生产流程设计.......................... 错误!未定义书签。
第四部分物料衡算与热量衡算.................... 错误!未定义书签。
小时生产能力.................................... 错误!未定义书签。
反应器的物料衡算和热量衡算...................... 错误!未定义书签。
计算依据 ........................................... 错误!未定义书签。
物料衡算 ........................................... 错误!未定义书签。
热量衡算 ........................................... 错误!未定义书签。
空气饱和塔物料衡算和热量衡算.................... 错误!未定义书签。
计算依据 ........................................... 错误!未定义书签。
物料衡算 ........................................... 错误!未定义书签。
热量衡算 ........................................... 错误!未定义书签。
氨中和塔物料衡算和热量衡算...................... 错误!未定义书签。
计算依据 ........................................... 错误!未定义书签。
丙烯腈合成工段工艺流程
丙烯腈合成工段工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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丙烯腈合成工段的工艺设计
丙烯腈合成工段的工艺设计前言毕业设计是培养学生运用理论知识进行实际设计能力的重要实践教学环节，是理论与实际结合的重要连接点。
在教师指导下毕业设计可以培养我们独立思考，运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合的分析和解决工程实际问题的能力。
本次毕业设计所设计的内容为年产6万吨丙烯腈合成工段的工艺设计，通过认真细听老师课堂上讲解和任务布置，我们了解到了为完成设计需要查找资料的方向，并进行了细心的查阅，掌握了基本的理论知识。
对于刚进行设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是设计课程需要培养的重要方面，化工设计非常强调标准规范。
但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。
通过设计应知道如何查取数据知道如何查找资料对丙烯腈合成工段的工艺设计有了一个全新的认识，知道如何选取相关数据参数，建立一个工程概念，知道工程和理论的区别。
对于物料衡算和热量衡算、主要设备的工艺计算（反应器）等都有一个全新的认识和了解，知道如何使用手册和资料，认识工程。
一、产品的性状、用途、国内外市场情况1.1 丙烯腈简介丙烯腈是一种重要的有机合成单体，在丙烯产品系列中居第二，仅次于聚丙烯，是三大合成材料(纤维、橡胶、塑料)的重要化工原料，主要用来生产聚丙烯腈纤维(腈纶)、丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯(ＡＢＳ)塑料、苯乙烯(ＡＳ)塑料、丙烯酰胺等。
丙烯腈在合成纤维、合成树脂等高分子材料中占有显著地位，应用前景广阔。
除此之外，丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用于建材及日用品中1.2 丙烯腈物化性质1.2.1 丙烯腈物理性质无色或淡黄色液体，有特殊气味，分子量：53.06 沸点：77.3℃冰点：－83.5 ℃生成热：184.2 kJ/mol(25℃) 燃烧热：1761.5 kJ/mol 聚合热：72.4 kJ/mol 蒸汽压：11.0KPa(20℃) 闪点：0℃自燃点：481℃爆炸极限：在空气中 3.0%～17%（体积）油水分配系数：辛醇/水分配系数的对数值为-0.92 毒性：剧毒，毒作用似氢氰酸溶解性：溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚、乙醇等有机溶剂，微溶于水1.2.2 丙烯腈化学性质丙烯腈由于分子结构带有C=C双键及-CN键，所以化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。
年产1万吨丙烯腈合成工段的设计
年产1万吨丙烯腈合成工段的设计摘要丙烯腈是石油化学工业的重要产品，是合成聚丙烯腈纤维，丁腈橡胶和合成塑料的重要单体。
本文采用的是原料来源丰富、操作简单的丙烯氨氧化法生产丙烯腈。
通过对从原料的处理到丙烯腈的合成工段的主要单元进行物料和热量衡算，对空气加热器、丙烯蒸发器、氨蒸发器的工艺计算，算出了部分设备的换热面积，完成了对丙烯腈合成工段的初步设计。
关键词丙烯腈；丙烯氨氧化法；生产；设计目录1 丙烯腈的概论 (1)1.1 丙烯系产品的生产 (1)1.2 丙烯氨氧化生产丙烯腈 (2)1.2.1 丙烯腈的性质和用途 (2)1.2.2 丙烯腈的生产方法 (3)1.2.3 反应原理 (3)1.2.4 操作条件 (4)1.2.5 工艺流程 (6)1.2.6 典型设备－流化床反应器 (8)2 总体方案工艺设计 (10)2.1 设计任务 (10)2.2 流程确定 (10)3 工艺设计计算 (12)3.1 物料衡算与热量衡算 (12)3.1.1 反应器的物料衡算和热量衡算 (12)3.1.2 废热锅炉的物料衡算和热量衡算 (15)3.1.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (16)3.1.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算 (19)3.1.5 换热器物料衡算和热量衡算 (22)3.1.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算 (23)3.1.7 空气水饱和塔釜液槽 (25)3.1.8 丙烯蒸发器热量衡算 (26)3.1.9 丙烯过滤器热量衡算 (26)3.1.10 氨蒸发器热量衡算 (27)3.1.11 气氨过热器 (27)3.1.12 混合器 (27)3.1.13 空气加热器的热量衡算 (28)3.2 主要设备的工艺计算 (29)3.2.1 流化床合成反应器 (29)3.2.2 空气饱和塔 (30)3.2.3 丙烯蒸发器 (33)4 车间布置设计 (35)4.1 厂房建筑 (35)4.2 生产操作 (35)4.3 设备装修 (35)4.4 安全要求 (36)4.5 车间布置说明 (36)5 环境保护和安全措施要求 (37)5.1 丙烯腈生产中的三废处理 (37)5.2 生产安全及防护措施 (37)6 结论 (39)参考文献 (41)致谢 (40)附录 (41)1 丙烯腈的概论丙烯腈是一种无色、易燃易爆有刺激性臭味的液体，能自聚，在常温、常压下呈黄色。
丙烯腈合成工段工艺设计
《化工工艺学》课程设计任务书一、设计时间2010年06月06日－2010年06月18日二、设计题目年产6000吨丙烯腈合成工段工艺设计三、设计条件（1）年生产天数300天（2）原料用丙烯，氨，空气为原料。
原料组成：液态丙烯原料含丙烯85%（mol），丙烷15%(mol)；液态氨含氨100%。
（3）生产方法和工艺参数采用丙烷氨氧化法：丙烷在催化剂的作用下与氨和氧气（或空气）反应合成丙烯腈，反应方程式：主反应：C3H8 + NH3 +2O2 →CH2=CHCN(AN) + 4H2O（60%）H6(PEN) + H2OC3H8 + 0.5O2 →C3C3H6 + NH3 +1.5 O2 → CH2=CHCN(AcN) + 3H2O副反应：①生成乙腈：C3H6 + 1.5NH3 + 1.5O2 → 1.5CH3CN + 3H2O （10.5%）②生成氢氰酸：C3H6 + 3NH3 + 3O2 → 3HCN + 6H2O （8%）③生成COx：C3H8+ 4O2 → 2CO+CO2 +4 H2O 13%④生成氮气：2 NH3 + 1.5 O2→N2+ 3 H2O典型的反应条件为：温度: 850华氏度；压力: 约1atm；接触时间: 2-6s；C3H8:NH3:O2:N2＝1.0:1.5:3.15:11.85 (摩尔比)实验室中已经得到的转化率为20-80%。
当丙烷转化率达91%时，该催化剂对丙烯腈选择性可达最大65.5%。
四、设计任务课程设计主要任务包括：一．1.生产能力 6000吨/年2.产品要求 C3H3N≥99.5wt%二、工艺计算。
（1）物料衡算并绘制物料流程图；（2）对工段各设备的热量衡算；（3）主要设备选型说明；（4）填写设备一览表。
三，消耗与排出一览表（1），工段原料消耗表。
（2）,工段能量消耗表。
（3），工段排出除物综合表。
四，带控制点的工艺流程图，绘制物料流程图和主要设备图。
五，厂址的选择方法，车间的布置。
年产10万吨丙烯腈合成段工艺设计毕业设计
年产10万吨丙烯腈合成段工艺设计摘要：本毕业设计以年产量为10万吨的丙烯腈合成段为对象，针对丙烯腈的制备工艺进行了设计。
通过评估各种工艺方案的经济性和可行性，选择了最佳的工艺方案，并对其进行了详细的工艺设计和计算。
最后，通过可行性分析和经济效益评估，证明该工艺方案具备良好的可持续性和经济性。
关键词：丙烯腈；合成段；工艺设计；经济性；可行性1.引言丙烯腈是一种重要的有机合成原料，广泛应用于纺织、染料、制药等领域。
随着产业的发展，对丙烯腈的需求不断增加，因此，设计一套高效、经济的丙烯腈合成段工艺对于提高产能和降低生产成本至关重要。
2.工艺选择在众多的丙烯腈合成工艺中，一般采用丙烯腈蒸汽氢化法。
该方法以丙烯和氰化氢为原料，通过催化剂的作用，在一定的温度和压力下，发生气相反应生成丙烯腈。
该工艺具有反应速度快、选择性高以及产能大的优点，因此被广泛应用于丙烯腈工业化生产。
3.工艺设计本设计中，选用了催化剂为铜铁催化剂，在催化剂的作用下，丙烯和氰化氢发生反应生成丙烯腈。
反应器采用固定床反应器，并且在反应器进出口处设置了合理的温度和压力控制装置，以维持反应器内的温度和压力稳定。
此外，还设计了循环冷却系统，以控制反应器的温度。
4.工艺计算根据选定的工艺方案，进行了工艺计算。
首先，确定了每个反应器的操作条件，包括反应温度和压力。
然后，计算了每个反应器的反应物质的摩尔流量和转化率。
最后，计算了丙烯腈的产量和纯度。
5.可行性分析和经济效益评估通过对工艺方案的可行性分析和经济效益评估，证明了该工艺方案具备良好的可持续性和经济性。
在该工艺方案下，年产10万吨的丙烯腈可以高效、稳定地生产出来，同时满足质量要求和环保要求。
在经济效益方面，该工艺方案可以降低生产成本，提高利润空间。
6.结论本毕业设计以年产10万吨丙烯腈合成段为对象，通过对丙烯腈的制备工艺进行了设计。
通过对各种工艺方案的评估，选择了最佳的工艺方案，进行了详细的工艺设计和计算。
毕业论文-年产1.2万吨丙烯腈合成工段的工艺设计
目录第一章文献综述 (1)1.1丙烯腈简述 (1)1.2 市场调研 (1)1.2.1 国际现状 (1)1.2.2 国内现状 (2)1.3 丙烯腈的合成方法和工艺条件 (2)1.3.1 丙烷氨氧化法 (2)1.3.2 丙烯氨氧法 (3)1.3.3 方案的选择 (3)1.3.4 反应过程分析 (3)第二章总体工艺方案设计 (6)2.1 设计任务 (6)2.2 流程确定 (6)第三章工艺设计计算 (8)3.1 物料衡算与热量衡算 (8)3.1.1反应器的物料衡算与热量衡算 (8)3.2废热锅炉的物料衡算与热量衡算 (11)3.3氨中和塔物料衡算和热量横算 (12)3.4氨中和塔换热器物料衡算和热量衡算 (18)3.5水吸收塔物料衡算和热量衡算 (19)3.6丙烯蒸发器热量衡算 (22)3.7丙烯过热器热量衡算 (22)3.8氨蒸发器热量衡算 (23)3.9气氨过热器 (23)3.10混合器 (23)3.11空气加热器的热量衡算 (24)3.12吸收水第一冷却器 (24)3.13吸收水第二冷却器 (25)3.14吸收水第三冷却器 (25)第四章主要设备的工艺计算 (26)4.1水吸收塔 (26)4.2合成反应器 (28)4.3废热锅炉 (29)4.4丙烯蒸发器 (31)4.5 吸收水第一冷却器 (32)4.6吸收水第三冷却器 (34)4.7氨蒸发器 (35)4.8 气氨过热器 (36)4.9 丙烯过热器 (36)4.10空气加热器 (37)4.11循环液泵 (38)4.12空气压缩机 (38)第五章安全与环保 (40)5.2生产安全及防护措施 (40)第六章结论与展望 (44)参考文献 ................................................. 错误!未定义书签。
附录 (45)致谢 (46)摘要摘要本文介绍了丙烯腈生产基本情况及年产12000吨合成工艺系统流程，介绍了丙烯腈的生产情况，合成基本原理，发展前景及工艺流程的概述和工艺合成的基本方法，并且对设备进行物料，热量衡算和工艺计算。
丙烯腈合成工段的工艺设计
丙烯腈合成工段的工艺设计丙烯腈是一种重要的有机合成原料，广泛用于合成合成纤维、橡胶、胶粘剂、改进剂等化工产品。
丙烯腈的合成工艺设计需要考虑原料选择、催化剂选择、反应条件控制、分离纯化等方面的问题。
下面是一个简要的丙烯腈合成工段的工艺设计：1.原料选择：丙烯腈的主要原料是丙烯和氨气。
丙烯一般通过裂解石油乙烯或丁烯得到，氨气则需要通过空气氮气与氢气还原得到。
原料的纯度和质量对反应的效果和产品质量有重要影响。
2.催化剂选择：丙烯腈的合成一般采用过渡金属催化剂如钯、铑等。
催化剂的选择要考虑活性高、寿命长、易于回收等因素。
3.反应条件控制：丙烯腈的合成反应一般在高温高压下进行。
反应温度一般在200-300℃之间，反应压力一般在1.5-3.0MPa之间。
反应时间一般在数小时到数十小时之间。
反应物的摩尔比例对反应效果和产率也有影响。
4.反应器设计：丙烯腈的合成反应器一般采用密封的连续式流动反应器或批量反应器。
反应器的设计要考虑反应物的混合均匀性、热平衡控制、反应物的质量转移等问题。
5.分离纯化：合成反应结束后，需要对反应产物进行分离纯化。
一般采用蒸馏、萃取、结晶等方法进行。
丙烯腈和其他副产物的分离纯化需要考虑产品纯度、成本控制、环保要求等因素。
6.产品储运：合成得到的丙烯腈产品需要进行储存和运输。
产品储运过程中要注意防止产品吸湿、避免阳光直射、防止火源等安全措施。
以上是一个简要的丙烯腈合成工段的工艺设计。
在实际生产中，还需要根据具体的工艺条件和要求进行进一步优化和调整，以提高反应效率和产品质量。
年产一万吨丙烯腈合成工段工艺设计
年产一万吨丙烯腈合成工段工艺设计目录一､概论及设计任务 (2)二､生产方案 (2)2.1 工艺技术方案及原理 (2)2.2 设备方案 (3)2.3 工程方案 (3)三､物料衡算和热量衡算 (3)3.1 生产工艺及物料流程 (3)3.2 小时生产能力 (5)3.3 物料衡算和热量衡算 (5)3.3.1 反应器的物料衡算和热量衡算 (5)3.3.2 废热锅炉的热量衡算 (7)3.3.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (8)3.3.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算 (10)3.3.5 换热器物料衡算和热量衡算 (13)3.3.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算 (15)3.3.7 空气水饱和塔釜液槽 (18)3.3.8 丙烯蒸发器热量衡算 (19)3.3.9 丙烯过热器热量衡算 (19)3.3.10 氨蒸发器热量衡算 (20)3.3.11 气氨过热器 (20)3.3.12 混合器 (20)3.3.13 空气加热器的热量衡算 (21)3.3.14 吸收水第一冷却器 (21)3.3.15 吸收水第二冷却器 (22)3.3.16 吸收水第三冷却器 (22)四､主要设备的工艺计算 (22)4.1 空气饱和塔 (22)4.2 水吸收塔 (24)4.3 合成反应器 (26)4.4 废热锅炉 (27)4.5 丙烯蒸发器 (29)4.6 循环冷却器 (30)4.7 吸收水第一冷却器 (31)4.8 吸收水第二冷却器 (32)4.9 吸收水第三冷却器 (33)4.10 氨蒸发器 (34)4.11 气氨过热器 (35)4.12 丙烯过热器 (35)4.13 空气加热器 (35)4.14 循环液泵 (36)4.15 空气压缩机 (36)4.16 中和液贮槽 (37)五､工艺设备一览表 (37)六､原料消耗综合表 (39)七､能量消耗综合表 (40)八､排出物综合表 (41)九､主要管道流速表 (41)十､环境保护和安全措施 (44)10.1丙烯腈生产中的废水和废气及废渣的处理 (44)10.2生产安全及防护措施 (45)1､概论及设计任务概论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0.002mg/L,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C—C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t/a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､制造腈纶､尼龙66等膈成纤维､杀虫剂､抗水剂､粘合剂等｡设计任务①设计项目名称丙烯腈合成工段②生产方法以丙烯､氨､空气为原料,用丙烯氨氧化法合成丙烯腈｡③生产能力年生产天数300天,产量10000t/a丙烯腈｡④原料组成液态丙烯原料含丙烯85%(mol);液态氨原料含氨100%｡⑤工段产品为丙烯腈水溶液,含丙烯腈约1.8%(wt)｡2､生产方案2.1 工艺技术方案及原理20世纪60年代以前,丙烯腈的生产采用环氧乙烷､乙醛､乙炔等为原料和HCN反应制得,但HCN 有剧毒,生产成本高｡1960年美国Standard石油公司(Sohio)(现BP公司)开发成功丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新工艺,又称Sohio法｡由于丙烯价廉易得,又不需剧毒的HCN,从此丙烯腈的生产发生了根本的变化｡迄今为止,丙烯腈的工业生产都以此方法进行｡丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五种工艺路线,即Sohio法､Snam法､Distiners-Ugine法､Montedison UOP和O.S.W法,上述五种工艺路线的化学反应完全相同,丙烯､氨和空气通过催化剂生成丙烯腈,其中Sohio法和Montedison-UOP法采用流化床反应器,其他方法采用固定床反应器｡相比较而言,Sohio法有一定的先进性,Snam法和Distillers-Ugine法丙烯的消耗定额比较高,而固定床反应器的单台生产能力远小于流化床反应器,不利于扩大生产能力,而且固定床反应温度难以实现最优化操作,因此,目前Sohio法应用比较普遍,约占全球总生产能力的90%｡中国引进的也是Sohio技术｡本工程采用丙烯氨氧化的原理,丙烯氨氧化法制丙烯腈(AN)生产过程的主反应为C3H6+NH3+3/2O2 CH2=CHCN+3H2O该反应的反应热为 (-△H r)298=586.5kJ/mol AN主要的副反应和相应的反应热数据如下:(1)生成氢化氰(HCN)C3H6 + 3NH3 +3O2 3HCN + 6H20(-△H r)298=315.1kJ/mol HCN(2)生成丙烯醛(ACL)C3H6 + O2 CH2=CH-CHO + H2O(-△H r)298=353.1kJ/mol ACN(3)生成乙腈(ACN)C3H6 + 3/2NH3 + 3/2O2 3/2CH3CN + 3H2O(-△H r)298=362.3kJ/mol ACN(4)生成CO2和H2OC3H6 + 9/2O2 3CO2 + 3H2O(-△H r)298=641kJ/mol CO22.2主要设备方案2.2.1 催化设备众所周知,在丙烯腈生产中,催化剂起着十分重要的作用｡催化剂正在不断地更新换代,实践证明,居世界领先水平的催化剂有美国BP的C-49MC､日本化学公司的NS-733D以及我国的MB-93､MB-96等｡这些催化剂的应用都可为丙烯腈的生产带来显著的经济效益｡从催化剂的国产化方面考虑,结合扩能改造,应逐步采用效能更为优异的MB-93和MB-96催化剂｡其余的车间工段装置,在相应的车间工段设立控制室,进行监视控制操作｡锅炉房电站生产装置的运行控制方式,采用炉机集中控制｡(包括炉､机､除氧给水系统)｡将炉机控制室设在装置建筑物内,以利于对机组进行监视控制｡2.2.2控制系统全厂选用一套中心DCS 系统,分别对仪表进行控制｡对连锁较多的装置还采用PLC系统｡DCS 及PLC系统考虑进口｡在线自动分析仪表,基本上采用国内引进技术生产的红外线自动分析器和紫外线自动分析器,在线质谱仪考虑进口,在线色谱仪选用国内引进技术生产的或者进口｡本系统也考虑了能联结全厂生产调度,操作管理站即生产总调度站,以及电气控制站及其马达控制中心和马达的驱动装置,从而实现生产过程综合自动化｡合成丙烯腈生产过程中,为了达到最佳的合成效果,H2/N2必须进行严格控制,由于工艺过程对H2/N2配比干扰因素较多,应迅速检测出氢氮比,为此选用采集周期短的质谱仪测出氢氮比,从而能实现多变量预估控制,并使合成塔入口的氢氮比,波动最小,得到最佳氢氮比,产生最好的经济效益｡2.3程方案土建工程方案选择及原则确定1)建筑结构设计符合技术先进､经济合理､安全适用2)在满足工艺生产的前提下,厂房布置尽量一体化,设备尽可能露天设置或采用敞开式,半敞开式｡3)尽量采用普及或放式通难度不大的建筑物配件｡4)充分利用地方建材3､物料衡算和热量衡算3.1､生产工艺及物料流程生产工艺流程示意图如下:流程简介如下: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｡混合气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｡中和塔出口气体经换热器冷却后进入水吸收塔,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｡物料流程图示意如下:3.2､小时生产能力按年工作日300天,丙烯腈损失率3.1%､设计裕量6%计算,丙烯腈小时产量为h kg /86.151724300031.106.1100010000=⨯⨯⨯⨯3.3 物料衡算和热量衡算3.3.1反应器的物料衡算和热量衡算 (1)计算依据a. 丙烯腈产量 1517.86kg/h,即28.63kmol/hb.原料组成(摩尔分数) 含C 3H 6 85%,C 3H 8 15%c.进反应器的原料配比(摩尔分数)为 C 3H 6 : NH 3 : O 2 : H 2O=1:1.05:23:3e. 操作压力 进口0.203MPa, 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360℃g.化学参数如表(2)物料衡算a. 反应器进口原料气中各组分的流量C 3H 6 28.63/0.6=47.72 kmol/h=2004.2 kg/hC 3H 8 (47.72/0.85)×0.15= 8.42 kmol/h =370.5 kg/h NH 3 47.72×1.05=50.11 kmol/h = 851.87 kg/h O 2 47.72×2.3=109.76 kmol/h=3512.32 kg/hH 2O 47.72×3=143.16 kmol/h=2576.88 kg/hN 2 (109.76/0.21)×0.79=412.9 kmol/h=11561.4 kg/h b. 反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈(AN) 28.63 kmol/h=1517.86 kg/h乙腈(ACN) 3/2 ×47.72×0.07=5.01 kmol/h=205.4 kg/h 丙烯醛(ACL) 47.72×0.007=0.33 kmol/h=18.48 kg/hCO 2 3×47.72×0.12=17.18 kmol/h=755.9 kg/h HCN 3×47.72×0.065=9.31 kmol/h=251.2 kg/h C 3H 8 8.42 kmol/h =370.5 kg/h N 2 412.9 kmol/h=11561.4 kg/hO 2 109.76-(3/2)×28.63-9.31-0.33-5.01-9/(3×2)×17.18 =26.40kmol/h=844.8 kg/h C 3H 6 47.72-(1/3)×9.31-0.33-(2/3)×5.01-28.63-(1/3)×17.18=6.59 kmol/h =276.7kg/hNH 3 50.11-28.63-5.01-9.31=7.16 kmol/h=121.7 kg/hH 2O 143.16+3×28.63+2×5.01+2×9.31+17.18+0.33 =275.2 kmol/h=4953.6 kg/hc.反应器物料平衡表(3)热量衡算各物质0~t℃的平均定压比热容如下浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量hkJ H /10266.2)11025)(883.188.2576046.14.11561941.032.3512301.287.85105.25.370841.12.2004(61⨯-=-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=∆△H △H 2 △H 1△H 3hkJ H /10055.310)64118.171.35333.01.31531.93.36201.55.51263.28(732⨯-=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=∆hkJ H /10396.1)25470)(213.19.755172.248.18724.12.25110.24.205029.286.1517092.26.4953109.14.11561046.18.844929.27.121347.35.370929.27.276(73⨯=-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=∆h kJ H H H H /10886.110396.110055.310266.27776321⨯-=⨯+⨯-⨯-=∆+∆+∆=∆若热损失取ΔH 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:Q=(1-0.05)×1.886×107=1.792×107kJ/h浓相段换热装置产生0.405Mpa 的饱和蒸汽(饱和温度143℃), 143℃饱和蒸汽焓i steam =2736kJ/kg 143℃饱和水焓i H2O =601.2kJ/kg∴ 产生的蒸汽量=h kg /83942.601273610792.17=-⨯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hkJ Q /10334.1)0470)(213.19.755172.248.18724.12.25110.24.205092.26.4953109.14.11561046.18.844939.27.121347.35.370929.27.276(71⨯=-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯= 离开稀相段的气体带出的热为hkJ Q /10083.1)0360)(130.19.755966.148.18640.12.251933.14.205874.186.1517008.26.4953088.14.11561004.18.844636.27.121013.35.370678.27.276(72⨯=-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯= 若热损失为4%,则稀相段换热装置的热负荷为6772110410.2)10083.110334.1)(04.01())(04.01(⨯=⨯-⨯-=--=Q Q Q稀相段换热装置产生0.405Mpa 的饱和蒸汽,产生的蒸汽量为 h kg G /9.11282.601273610410.26=-⨯=3.3.2废热锅炉的热量衡算(1)计算依据a.入口气体和出口气体的组成与反应器出口气体相同b.入口气体温度360℃,压力0.162Mpac.出口气体温度180℃,压力0.152MPad.锅炉水侧产生0.405Mpa 的饱和蒸汽 (2)热衡算以0℃气体为衡算基准各物质在0~180℃的平均比热容为a. 入口气体带入热(等于反应器稀相段气体带出热b. h kJ Q /10083.171⨯=c.出口气体带出热hkJ Q /10269.5)0180)(004.19.755586.148.18485.12.251607.14.205552.186.1517925.16.4953154.14.11561962.08.844406.27.121343.25.370071.27.276(62⨯=-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯= d. 热衡算求需要取出的热量Q 按热损失10%计,需取出的热量为h kJ Q Q Q /10005.5)10269.510083.1(9.0)(9.066721⨯=⨯-⨯=-= e. 产生蒸汽量产生0.405Mpa 饱和蒸汽的量为h kJ G /23442.601273610005.56=-⨯=3.3.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (1)计算依据a.入塔空气压力0.263Mpa,出塔空气压力0.243 Mpab.空压机入口空气温度30℃,相对湿度80%,空压机出口气体温度170℃c.饱和塔气､液比为152.4(体积比),饱和度0.81e.塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为 O 2 109.76kmol/h 即3512.32kg/h N 2 412.9kmol/h 即11561.4kg/h H 2O 143.16kmol/h 即2576.88kg/h (2)物料衡算 a.进塔空气量进塔干空气量等于(109.76+412.9)=522.65kmol/h=15073kg/h查得30℃,相对湿度80%时空气湿含量为0.022水气/kg 干空气,因此,进塔空气带入的水蒸气量为 0.022×15073=331.6kg/h b.进塔热水量液比为152.4,故进塔喷淋液量为h m /59.494.1521263.01013.027********.22)9.41276.109(3=⨯⨯+⨯⨯+塔顶喷淋液(105℃)的密度为958kg/m 3,因此进塔水的质量流量为49.59×958=47507kg/h C.出塔湿空气量出塔气体中的O 2 ､N 2､H 2O 的量与反应器入口气体相同,因此 O 2 109.76kmol/h 即3512.32kg/h N 2 412.9kmol/h 即11561.4kg/h H 2O 143.16kmol/h 即2576.88kg/h d.出塔液量塔内水蒸发量=2576.88—331.6=2245.28kg/h ∴ 塔液流量=47507—2245.28=45261.7kg/h e. 饱和塔物料衡算表a.空气饱和塔出口气体温度 从物料平衡表得知,空气饱和塔出口气体中,蒸汽的摩尔分数为0.215,根据分压定律,蒸汽的实际分压为MPa P y P O H o H 05655.0243.0215.022=⨯==因饱和度为0.81,所以饱和蒸汽分压应为: 0.05655/0.81=0.0698Mpa=69800Pa查饱和蒸汽表,得到对应的饱和温度为90℃,因此,必须控制出塔气体温度在90℃,才能保证工艺要求的蒸汽量b.入塔热水温度 入塔水来自精制段乙腈解吸塔塔釜,105℃c.由热衡算求出热水温度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Q 1170℃蒸汽焓值为2773.3kJ/kg,干空气在0~170℃的平均比热容）K kg kJ c p ·/(004.1= h kJ Q /10492.33.27736.3310170004.14.1156132.351261⨯=⨯+-⨯+=）（）（(b)出塔湿空气量带出热量Q 290℃蒸汽焓2660kJ/kg,,空气比热容取1.044kJ/(kg·K)h kJ Q /10217.8266088.2576090004.14.1156132.351262⨯=⨯+-⨯+=）（）（(c)105℃入塔喷淋液带入热量Q 3h kJ Q /10087.2)0105(184.44750773⨯=-⨯=(d)求出塔热水温度t 出塔热水带出的热量用Q 4表示,则 t t Q 189375184.47.452614=⨯=按热损失5%计,则h kJ Q /10170.1)10983.110492.3(05.0676⨯=⨯+⨯= 热平衡方程 Q 1+Q 3=Q 2+Q 4+Q 代入数据:667610170.118937510217.810087.210492.3⨯++⨯=⨯+⨯t 解得t=79℃3.3.4氨中和塔物料衡算和热量衡算(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.塔底出口液体的组成如下:组分 H 2O AN ACN HCN H 2SO 4 (NH 4)2SO 4合计 %(wt)68.530.030.020.0160.530.90100e.进塔温度180℃,出塔温度76℃,新鲜硫酸吸收剂温度30℃f.塔顶压力0.122MPa,塔底压力0.142MPa (2)物料衡算a.排出的废液量及其组成进塔其中含有72.95kg/h 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如下: 2NH 3+H 2SO 4(NH 4)2SO 4硫酸铵的生成量,即需要连续排出的424)(SO NH 的流量为h kg /5.472172132121.7=⨯⨯塔底排出液中,424)(SO NH 的含量为30.9%(wt),因此, 排放的废液量为472.5/0.309=1529.1kg/h 排放的废液中,各组分的量:H 2O 1529.1×0.6853=1047.9kg/h AN 1529.1×0.0003=0.459kg/h ACN 1529.1×0.0002=0.3058kg/h HCN 1529.1×0.00016=0.2447kg/h H 2SO 4 1529.1×0.005=7.647kg/h(NH 4)2SO 4 1529.1×0.309=472.7kg/h a. 需补充的新鲜吸收剂(93%硫酸)的量为: h kg /5.38593.0/21798121.70.0051529.1=⨯⨯+⨯）（ c.出塔气体中各组分的量 C 3H 6 276.7kg/h C 3H 8 370.5kg/h O 2 844.8kg/h N 2 11561.4kg/hAN 1517.86-0.459=1517.401kg/h ACN 205.4-0.3058=205.09kg/h ACL 18.48kg/hHCN 251.2-0.2447=250.96kg/h CO 2 755.9kg/hH 2O 出塔气中的水=入塔气中带入的水+新鲜吸收剂带入水-废液排出的水 =4953.6+385.5×0.07-1047.9=3932.685kg/h(3) 热衡算a. 出塔气体温度 塔顶气体中实际蒸汽分压为p H2O =y H2O p=0.2980×0.122=0.0363MPa设饱和度为0.98,则与塔气体温度平衡的饱和蒸汽分压为:P ○H2O =0.03636/0.98=0.0371MPa入塔喷淋液的硫酸铵含量为100×30.9/68.53=45g(NH 4)2SO 4/100g H 2O,已知硫酸铵溶液上方的饱和蒸汽压如表10.1所示｡根据入塔喷淋液的硫酸铵含量和p ○H2O 的值,内插得到出塔气的温度为76℃｡b.入塔喷淋液的温度入塔喷淋液温度比气体出口温度低6℃,故为70℃｡ C.塔釜排出液温度表10.1硫酸铵溶液上方的饱和蒸汽压/MPa (NH 4)2SO 4含量/lg [(NH 4)2S O 4/gH 2O]温度/℃40 45 5070 0.027960.027560.0271680 0.04252 0.0419 0.04129 900.06290.061990.06109入塔气蒸气分压P H2O =y H2O p=0.3452×0.142=0.049MPa,在釜液(NH 4)2SO 4含量[45g(NH 4)2SO 4/100gH 2O]下溶液上方的饱和蒸汽分压等于0.049MPa 时的釜液温度即为釜液的饱和温度,内插法从表10.1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45g(NH 4)2SO 4/100gH 2O,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Q 1 +Q 3+ Q 4+ Q 5+ Q 6+ Q 8=Q 7+Q 2+Q 9(a)入塔气体带出热Q 1 入塔气体带入热量与废热锅炉出口气体带出热量相同｡Q 1=5.269×106kJ/h(b)出塔气体带出热Q 2各组分在0~76℃的平均比热容的值如下:hkJ Q /10892.1)076()921.09.755343.148.18406.196.250393.11.205347.186.1517883.1685.3932046.14.115619414.08.844966.15.370715.17.276(62⨯=-⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=(c)蒸汽在塔内冷凝放热Q 3蒸汽在塔内的冷凝量=进塔气体带入蒸汽-出口气带出蒸汽 =4953.6-3932.685=1020.9kg/h蒸汽的冷凝热为2246.6 kJ/ kgQ 3=1020.9×2246.6=2.294×106kJ/h(d)有机物冷凝放热Q 4AN 的冷凝量 0.0.459 kg/h,其冷凝热为615 kJ/ kg物质 C 3H 6C 3H 8O 2N 2H 2OANHCNACNACLCO 2E P /[kJ/(kg·k)]1.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921ACN 的冷凝量 0.3058 kg/h,其冷凝热为728 kJ/ kg HCN 的冷凝量 0.2447 kg/h,其冷凝热为878.6 kJ/ kg所以 h kJ Q /9.7196.8782447.07280.3058615459.04=⨯+⨯+⨯= (e)氨气和放热Q 5每生成1mol 硫酸铵放热273.8kJh kJ Q /10801.98.27313210007.47253⨯=⨯⨯=(f)硫酸稀释放热Q 6硫酸的稀释热为749 kJ/ kg H 2SO 4∴ Q 6=358.515×749=2.685×105kJ/h (g)塔釜排放的废液带出热量Q 7塔釜排放的废液中H 2O 与(NH 4)2SO 4的摩尔比为1327.472189.1047,查氮肥设计手册得此组分的硫酸铵水溶液比热容为3.347 kJ/(kg·K)∴ Q 7=1529.1×3.347×(81-0)=4.145×105kJ/h (h)新鲜吸收剂带入热Q 830℃､93% H 2SO 4的比热容为1.603 kJ/(kg·K)｡ ∴ Q 8=385.5×1.603×(30-0)=18539kJ/h (i)求循环冷却器热负荷Q 8因操作温度不高,忽略热损失｡把数据代入平衡方程:956556610145.410892.11853910685.210801.99.71910294.210269.5Q +⨯+⨯=+⨯+⨯++⨯+⨯解得 Q 9=6.524×106kJ/h (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℃｡W=6.524×106/[4.184(36-32)]=3.898×105kg/h=389.8t/he. 求循环液量m30℃循环液的比热容为 3.368kJ/(kg·K),循环液与新鲜吸收液混合后的喷淋液比热容为3.364 kJ/(kg·K)｡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列热平衡方程得:m×3.368t+18539=(m+395.5) ×3.364×70 (1)对循环冷却器列热平衡方程得:m×3.347×81-m×3.368t= Q 9=6.524×106(2)解析(1)和(2)得m=183051kg/h t=70.04℃ 3.3.5 换热器物料衡算和热量衡算(1)计算依据进口气体76℃,组成和流量与氨中和塔出口气体相同;出口气体温度40℃,操作压力115.5kPa ｡ (2)物料衡算出口气体温度40℃,40℃饱和蒸汽压力为P oH2O =55.32mmHg=7.375kPa设出口气体中含有x kmol/h 的蒸汽,根据分压定律有:375.75.115)5.21818.733(=⨯+-xx解得 x=35.10kmol/h=631.8kg/h∴ 蒸汽的冷凝量为 3932.685-631.8=3300.885kg/h 因此得到换热气体壳方的物料平衡如下:(3)热量衡算a.换热器入口气体带入热Q 1=1.892×106kJ/hb. 蒸汽冷凝放热Q 2 h kJ Q /10925.71.2401885.330062⨯=⨯=c.冷凝液带出热Q 3 h kJ Q /10524.5)040(184.4885.330053⨯=-⨯=d.出口气体带出热Q 4出口气体各组分在0~40℃的平均比热容如下:5410410.7)040)(66.3818.1761.6533.076.6231.909.5201.535.6363.2875.3610.3529.299.41246.2940.2638.7242.892.6159.6(⨯=-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=Qe.热衡算求换热器的热负荷 热平衡方程:54321Q Q Q Q Q ++=+带入数据得:5556610410.710524.510925.710892.1Q +⨯+⨯=⨯+⨯Q 5=8.534×106kJ/h3.3.6水吸收塔物料衡算和热量衡算(1)计算依据a.入塔气流量和组成与换热器出口气相同b. 入塔气温度40℃,压力112kPa ｡出塔气温度10℃,压力101 kPac.入塔吸收液温度5℃d.出塔AN 溶液中含AN1.8%(wt) (2)物料衡算a.进塔物流流量和组成与换热器出口相同b.出塔气量和组成设入塔气中的AN ､HCN ､ACL ､CAN 等组分全部被水吸收,C 3H 6,C 3H 8,O 2,N 2,CO 2,等组分不溶于水,因此,出塔干气体有C 3H 66.59Kmol/h(276.7KJ/h),C 3H 88.42Kmol/h(370.5KJ/h),O 226.40Kmol/h(844.8KJ/h),N 2412.9Kmol/h(11561.4KJ/h),CO 217.18Kmol/h(755.9KJ/h)｡出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得,计算如下:10℃水的饱和蒸气压 a P 1228P OH 2=。
8设计示例
六、设计结果汇总
3、能量消耗综合表
（见下表）
六、设计结果汇总 3、能量消耗综合表
4、排出物综合表
5、管道流速表
6、工艺流程图
1:空气饱和塔;2:氨蒸发器;3:氨过热器;4:丙烯蒸发器;5:丙烯过热器;6:空气加热器 7:混合器;8:合成反应器;9:废热锅炉;10:锅炉给水器;11:氨中和塔;12:循环泠却器; 13:中和液贮槽;14:中和液循环泵;15:换热器;16:水吸收塔;17:吸收水第一泠却器; 18:吸收水第二泠却器;19:吸收水第三泠却器;20:空气饱和塔釜液槽;21:吸收水泵
二、生产方法及反应原理
丙烯氨氧化法制丙烯腈(AN)生产过 程的副反应有：
C3 H 6 3 NH 3 3O2 3HCN 6 H 2O, H 298 315.1kJ / m olHCN C3 H 6 O2 CH 2 CH CHO H 2O, H 298 353.1kJ / m olACL 3 3 3 C3 H 6 NH 3 O2 CH 3CN 3H 2O, H 362.3kJ / m olACN 2 2 2 9 C3 H 6 O2 3CO2 3H 2O, H 641kJ / m olCO 2 2
第八章 设计示例
示例：5000t/a丙烯腈
合成工段的工艺设计
示例：5000t/a丙烯腈合成工段的工艺设计
一、设计任务
二、生产方法及反应原理
三、本设计的生产工艺流程示意图 四、物料衡算和热量衡算（反应器）
五、主要设备的工艺计算（反应器）
六、设计结果汇总
一、设计任务
(1)设计项目名称：丙烯腈合成工段 (2)生产方法： 以丙烯、氨、空气为原料，用丙烯氨氧化 法合成丙烯腈 (3)生产能力： 年产5000t丙烯腈 (4)原科组成 ： 液态丙烯原料含丙烯85％（mol)，丙烷15 ％(mol)；液态氨原料含氨100％。 (5)工段产品为丙烯腈水溶液，含丙烯腈约1.8％(wt)
年产9.5万吨丙烯腈合成工段工艺的设计说明
年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计《课程设计》成绩评定栏化工工艺设计课程设计任务书目录第一部分概述 (7)第二部分生产方案选择 (7)第三部分生产流程设计 (8)第四部分物料衡算与热量衡算 (10)4.1小时生产能力 (10)4.2反应器的物料衡算和热量衡算 (10)4.2.1计算依据 (10)4.2.2物料衡算 (10)4.2.3热量衡算 (12)4.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (13)4.3.1计算依据 (13)4.3.2物料衡算 (14)4.3.3热量衡算 (15)4.4氨中和塔物料衡算和热量衡算 (16)4.4.1计算依据 (16)4.4.2物料衡算 (17)4.4.3热量衡算 (18)4.5 换热器物料衡算和热量衡算 (21)4.5.1计算依据 (21)4.5.2物料衡算 (22)4.5.3热量衡算 (22)4.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算 (23)4.6.1计算依据 (23)4.6.2物料衡算 (23)4.6.3热量衡算 (25)4.7 空气水饱和塔釜液槽 (27)4.7.1计算依据 (27)4.7.2物料衡算 (27)4.7.3热量衡算 (28)4.8 丙烯蒸发器热量衡算 (29)4.8.1计算依据 (29)4.8.2有关数据 (29)4.8.3热衡算求丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量 (29)4.9 丙烯过热器热量衡算 (29)4.9.1计算依据 (29)4.9.2热衡算 (29)4.10 氨蒸发器热量衡算 (30)4.10.1计算依据 (30)4.10.2有关数据 (30)4.10.3热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量 (30)4.11 氨气过热器 (30)4.11.1计算依据 (30)4.11.2热量衡算 (30)4.12 混合器 (30)4.12.1计算依据 (30)4.12.2热衡算 (31)4.13 空气加热器的热量衡算 (31)4.13.1计算依据 (31)4.13.2热衡算 (32)第五部分主要设备工艺计算 (32)5.1反应器 (32)5.1.1计算依据 (32)5.1.2浓相段直径 (32)5.1.3浓相段高度 (33)5.1.4扩大段（此处即稀相段）直径 (33)5.1.5扩大段高度 (33)5.1.6浓相段冷却装置的换热面积 (33)5.1.7稀相段冷却装置的换热面积 (34)5.2 空气饱和塔 (34)5.2.1计算依据 (34)5.2.2塔径的确定 (34)5.2.3填料高度 (36)5.3 水吸收塔 (36)5.3.1计算依据 (36)5.3.2塔径的确定 (36)5.3.3填料高度 (37)5.4 丙烯蒸发器 (38)5.4.1计算依据 (38)5.4.2丙烯蒸发器换热面积 (39)5.5 循环冷却器 (40)5.5.1计算依据 (40)5.5.2计算换热面积 (40)5.6 氨蒸发器 (42)5.6.1计算依据 (42)5.6.2计算换热面积 (42)5.7 氨气过热器 (43)5.7.1计算依据 (43)5.7.2计算换热面积 (43)5.8 丙烯过热器 (43)5.8.1计算依据 (43)5.8.2计算换热面积 (43)5.9 空气加热器 (44)5.9.1计算依据 (44)5.9.2计算换热面积 (44)5.10 循环液泵 (45)5.11 空气压缩机 (46)5.12中和液贮槽 (46)第六部分设计心得 (46)参考文献 (47)第七部分附录 (47)年产9.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计摘要：设计丙烯腈的生产工艺流程，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对丙 烯腈的工艺设计任务。
年产45万吨丙烯腈合成工段工艺设计
丙烯腈是一种重要的化工原料，广泛应用于合成纤维、橡胶、塑料等行业。
下面将对年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计进行详细说明。
丙烯腈的合成主要有两种方法，一种是直接氧化合成法，另一种是丙烯氰化合成法。
在本工艺设计中我们采用丙烯氰化合成法进行丙烯腈的合成。
丙烯氰化合成法主要包括以下几个步骤：丙烯氰化、丙烯腈提取、脱水、脱氢、精馏等。
1.丙烯氰化丙烯通过氰化剂和催化剂反应生成丙烯腈。
反应条件为高温高压，反应温度为200-300℃，反应压力为1.5-2.5MPa。
催化剂主要采用金属氧化物催化剂，如钒、钼、钴等。
2.丙烯腈提取丙烯腈通过吸收剂进行提取，常用的吸收剂为甲醇和丁二醇。
在提取过程中，通过洗涤和分离等操作将丙烯腈和吸收剂进行分离，从而得到纯度较高的丙烯腈。
3.脱水提取得到的丙烯腈中含有少量的水分，需要进行脱水处理。
常用的脱水方法有蒸馏和分子筛脱水，脱水温度一般为50-70℃，脱水后得到较干净的丙烯腈。
4.脱氢脱水后的丙烯腈通过加热进行脱氢反应，将丙烯腈转化为丙烯。
脱氢反应的条件为高温高压，一般反应温度为400-500℃，反应压力为0.1-0.3MPa。
脱氢反应需要使用催化剂，常用的催化剂有镍和钼催化剂。
5.精馏脱氢反应后得到的丙烯通过精馏得到纯度较高的丙烯产品。
精馏操作主要包括原初分馏和精馏塔设计。
原初分馏主要是将气态丙烯从液态副产物中分离出来，精馏塔设计主要是通过多级分馏将丙烯的纯度提高到达要求。
以上是年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计的基本步骤，具体实施时还需要考虑一些细节问题，如反应温度、压力的选择、催化剂的选择和催化剂的再生等。
在实施过程中还需要进行工艺试验和工艺优化，以确保工艺的稳定性和高效性。
年产35万吨丙烯腈合成工段工艺设计
丙烯腈是一种重要的有机化工原料，在合成纤维、橡胶及塑料等领域有广泛的应用。
本文将对年产3.5万吨丙烯腈合成工段的工艺设计进行详细介绍。
1.原料及工艺流程：主要原料为丙烯、氰化氢和氨水。
工艺流程包括预聚合、纳米银催化预处理、氰化反应、分离及净化等步骤。
2.预聚合：在预聚合反应釜内，将丙烯加入反应器中，加入适量的过硫酸铵作为引发剂，反应温度控制在40-60摄氏度，反应时间控制在2-4小时。
预聚合反应生成的产物经过后续分离，得到丙烯腈的预聚物。
3.纳米银催化预处理：将预聚物经过过滤、浓缩等处理步骤，得到的丙烯腈预处理物。
将预处理物与纳米银催化剂进行混合，反应温度控制在50-70摄氏度，反应时间控制在2-4小时。
纳米银催化预处理能够提高丙烯腈的氰化反应速率，减少副反应产物的生成。
4.氰化反应：将纳米银催化处理后的预处理物，加入氰化氢和氨水，反应温度控制在50-70摄氏度，反应时间控制在4-6小时。
氰化反应得到的产物经过后续分离，得到丙烯腈产品。
5.分离及净化：将氰化反应得到的产物进行提纯，去除杂质和副产物。
首先将反应混合物通过加热器进行升温至适宜的温度，然后进入精馏器进行精馏分离。
通过不同馏分的收集，得到纯度较高的丙烯腈产品。
6.环境保护：为了减少工艺过程中的环境污染，可以在各个环节设置相应的废气、废液处理设备，对废气进行洗涤、吸收和焚烧处理，对废液进行中和、沉降和过滤处理，以实现废物的资源化和无害化处理。
7.安全措施：在工艺设计中，需要考虑火灾、爆炸、中毒等安全问题，设置自动控制装置和安全监测系统，确保工艺操作的安全可靠。
8.节能措施：在工艺设计中，应充分考虑节能措施，如加热系统的优化设计、余热回收利用等，以提高能源利用效率，减少工艺过程的能源消耗。
以上是年产3.5万吨丙烯腈合成工段的工艺设计的详细介绍，通过合理的工艺流程设计、环境保护和安全措施的考虑，能够实现高效、安全和可持续的丙烯腈生产。
丙烯腈合成工段的工艺设计教学提纲
丙烯睛合成工段的工艺设计丙烯腈合成工段的工艺设计毕业设计是培养学生运用理论知识进行实际设计能力的重要实践教学环节，是理论与实际结合的重要连接点。
在教师指导下毕业设计可以培养我们独立思考，运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合的分析和解决工程实际问题的能力。
本次毕业设计所设计的内容为年产6万吨丙烯腈合成工段的工艺设计，通过认真细听老师课堂上讲解和任务布置，我们了解到了为完成设计需要查找资料的方向，并进行了细心的查阅，掌握了基本的理论知识。
对于刚进行设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是设计课程需要培养的重要方面，化工设计非常强调标准规范。
但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。
通过设计应知道如何查取数据知道如何查找资料对丙烯腈合成工段的工艺设计有了一个全新的认识，知道如何选取相关数据参数，建立一个工程概念，知道工程和理论的区别。
对于物料衡算和热量衡算、主要设备的工艺计算（反应器）等都有一个全新的认识和了解，知道如何使用手册和资料，认识工程。
一、产品的性状、用途、国内外市场情况1.1丙烯腈简介丙烯腈是一种重要的有机合成单体，在丙烯产品系列中居第二，仅次于聚丙烯，是三大合成材料（纤维、橡胶、塑料）的重要化工原料，主要用来生产聚丙烯腈纤维（腈纶）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS ）塑料、苯乙烯（AS ）塑料、丙烯酰胺等。
丙烯腈在合成纤维、合成树脂等高分子材料中占有显著地位，应用前景广阔。
除此之外，丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用于建材及日用品中1.2 丙烯腈物化性质1.2.1丙烯腈物理性质无色或淡黄色液体，有特殊气味，分子量：53.06 沸点：77.3 C 冰点：—83.5 C 生成热：184.2 kJ/mol（25 C）燃烧热：1761.5 kJ/mol 聚合热：72.4 kJ/mol 蒸汽压：11.0KPa（20 C）闪点：0C 自燃点：481C爆炸极限：在空气中3.0%〜17% （体积）油水分配系数：辛醇/水分配系数的对数值为-0.92 毒性：剧毒，毒作用似氢氰酸溶解性：溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚、乙醇等有机溶剂，微溶于水1.2.2丙烯腈化学性质丙烯腈由于分子结构带有C=C双键及-CN键，所以化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。
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毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目：年产万吨丙烯腈工艺设计
学生： _______
1. 设计(论文)的主要任务及目标
对年产万吨丙烯腈工艺设计，主要包括生产的工艺流程设计，工艺计算，设备的设计与选型，环境保护，工业卫生与劳动安全。
绘制生产工艺流程图和主要设备结构图。
产品纯度：99%
生产天数：330天/年
方程式为：通过查阅文献自己确定反应原料：通过查阅文献自己确定物料配比为：通过查阅文献自己确定
2. 设计(论文)的基本要求和内容
主要内容
(1)说明部分：文献评述及装置概况；工艺参数，经济指标及产品规格。
(2)计算部分：工艺计算(物料衡算、能量衡算、主要设备计算)
(3)绘图部分：带控制点工艺流程图、主要设备工艺条件图基本要求
(1)熟练查阅与课题有关资料
(2)能在老师的指导下，综合运用所学知识和自学知识确立设计方案；
(3)能按时完成设计任务；
(4)能独立撰写设计说明书，要求语言流畅、逻辑性强、观点正确。
；
(5)能独立绘制设计图纸。
3. 主要参考文献
(1)杨祖荣，化工原理，化学工业出版社；
(2)徐秀娟，化工制图，北京理工大学出版社；
(3)时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒，化学工程手册(上、下)，化学工业出版社。
(4)中国石化集团上海工程有限公司，化学工艺手册(上、下)，化学工业出版社。
4. 进度安排。