产1万吨丙烯腈合成工段设计-心血之作

石河子大学

届毕业论文

年产1万吨丙烯腈合成工段的设计

学校：石河子大学

学院：化学工程学院

学生姓名：

专业：化学工程与工艺

完成时间：2013/6/3

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

ABSTRACT

Acrylonitrile is an important product for the petrochemical industry, synthetic acrylic fiber, acrylonitrile-butadiene rubber and synthetic plastics important monomers. This article is a rich source of raw materials, production of ammonia oxidation of propylene nitride. From raw materials handling to the synthesis of acrylonitrile unit's main unit for material and energy balance, air heaters, propylene evaporator, ammonia evaporator process calculation, worked out some of the equipment of the heat transfer area, completed the preliminary design of the raw material process.

Key words acrylonitrile; propylene ammonia oxidation；production；design

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 (9)

2.1 设计任务 (9)

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 (18)

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 (22)

3.1.7 空气水饱和塔釜液槽 (24)

3.1.8 丙烯蒸发器热量衡算 (25)

3.1.9 丙烯过滤器热量衡算 (25)

3.1.10 氨蒸发器热量衡算 (26)

3.1.11 气氨过热器 (26)

3.1.12 混合器 (26)

3.1.13 空气加热器的热量衡算 (27)

3.2 主要设备的工艺计算 (28)

3.2.1 流化床合成反应器 (28)

3.2.2 空气饱和塔 (29)

3.2.3 丙烯蒸发器 (32)

4 车间布置设计 (34)

4.1 厂房建筑 (34)

4.2 生产操作 (34)

4.3 设备装修 (34)

4.4 安全要求 (35)

4.5 车间布置说明 (35)

5 环境保护和安全措施要求 (36)

5.1 丙烯腈生产中的三废处理 (36)

5.2 生产安全及防护措施 (36)

6 结论 (38)

参考文献 (40)

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。由于含有－CN，因此其有剧毒，空气中最高允许浓度为45ppm。

它是重要的基本有机原料之一，它与丁二烯共聚生成丁腈橡胶，是三大合成材料的重要单体。丙烯腈其用途十分广泛。世界上大多数国家50％以上的丙烯腈用于生产腈纶纤维。我国用于生产腈纶的丙烯腈占80％以上。此外，丙烯腈还用于生产ABS、AS、丙烯酰胺、丁腈橡胶及丁腈胶乳、己二腈/己二胺、丙烯腈阻隔性树脂、聚丙烯腈碳纤维等。

生产丙烯腈的方法主要有环氧乙烷法、乙炔法及丙烯氨氧化法。前两种方法因为原料昂贵，需要剧毒的HCN为原料，生产成本高，从而限制了丙烯腈生产的发展。而丙烯氨氧化法具有原料价廉易得，可一步合成、投资少、生产成本低等优点得到广泛应用。

此次设计采用的是丙烷氨氧化法：即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。

1.1 丙烯系产品的生产

丙烯的主要来源有两个，一是由炼油厂裂化装置的炼厂气回收；二是在石油烃裂解制乙烯时联产所得。丙烯大部分一直来自炼油厂，近年来，由于裂解装置建设较快，丙烯产量相应提高较快。和世界市场一样，近年来我国丙烯的发展速度也逐渐超过了乙烯。2000年，我国乙烯需求量478.89万吨，而丙烯的需求量却达到498.85万吨，首次超过乙烯，之后丙烯的需求量一种保持在乙烯之上。

与乙烯相似，由于丙烯分子中含有双键和α-活泼氢，所以具有很高的化学反应活性。在工业生产中，利用丙烯的加成反应、氧化反应、羧基化、烷基化及其聚合反应等，可得一系列有价值的衍生物。

丙烯是重要的有机化工原料，用于生产聚丙烯、异丙苯、羰基醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、异丙醇等。聚丙烯是我国丙烯最大的消费衍生物。2003年，我国聚丙烯的产量为445.5万吨，消耗丙烯约444.0万吨，约占全国丙烯总消费量的72.1%，；2004年我国聚丙烯产量为474.9万吨，消耗丙烯约480.0万吨，比2003年增长约8.1%；丙烯腈是我国丙烯的第二大衍生物，2003年，我国丙烯腈的产量约为56.0万吨，消费丙烯约62.7万吨，约占全国丙烯总消费量的10.2%；2004年产量约为58.0万吨，消费丙烯约为65.0万吨，比2003年增长约3.7%；环氧丙烷是我国丙烯的第三大消费衍生物，2003年，全国环氧丙烷的产量约为39.8万吨，消耗丙烯约35.8万吨，约占全国丙烯总消费量的5.8%；2004年产量约为42.0万吨，消耗丙烯约37.8万吨，比2003年增长约13.1%；丁醇和辛醇也是丙烯的主