化工原理課程設(shè)計(jì)丙烯腈車(chē)間工藝設(shè)計(jì)

1、燕山大學(xué)里仁學(xué)院化工專業(yè)課程設(shè)計(jì)目 錄第一部分 分生產(chǎn)方法 3第二部分 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 4第三部分 物料衡算和熱量衡算 4 3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 4 3.2 小時(shí)生產(chǎn)能力5 3.3 反應(yīng)器的物料衡算和熱量街算 5 3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算8 3.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算10 3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算15 3.7 水吸收塔物料衡算和熱量衡算 17 3.8 空氣水飽和塔釜液槽 21 3.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算23 3.10 丙烯過(guò)熱器熱量衡算 23 3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算 24 3.12 氨氣過(guò)熱器24 3.13 混合器 24 3.14 空氣加熱器的熱量衡算 2

2、5第四部分 主要設(shè)備的工藝計(jì)算 26 4.1 空氣飽和塔26 4.2 水吸收塔28 4.3 丙烯蒸發(fā)器30 4.4 循環(huán)冷卻器 32 4.5 氨蒸發(fā)器 34 4.6 氨氣過(guò)熱器 35 4.7 丙烯過(guò)熱器 354.8 空氣加熱器364.9 循環(huán)液泵374.10 空氣壓縮機(jī)384.11中和液貯槽 38第五部分 附錄 395.1附表395.2 參考文獻(xiàn)41第六部分 課程設(shè)計(jì)心得 42丙烯腈車(chē)間工藝設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)丙烯腈的生產(chǎn)工藝流程，通過(guò)對(duì)原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定及對(duì)主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)，完成對(duì)丙 烯腈的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。第一部分 生產(chǎn)方法丙烯腈，別名，氰基乙烯；為無(wú)色易

3、燃液體，劇毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有機(jī)溶劑；遇火種、高溫、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)，其蒸汽與空氣混合物能成為爆炸性混合物，爆炸極限為 3.1%-17% （體積百分比）；沸點(diǎn)為 77.3 ，閃點(diǎn) -5 ，自燃點(diǎn)為 481 。丙烯腈是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，用來(lái)生產(chǎn)聚丙烯纖維(即合成纖維腈綸)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(abs)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解產(chǎn)物)。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引發(fā)劑(過(guò)氧甲酰)作用下可聚合成一線型高分子化合物聚丙烯腈。聚丙烯腈制成的腈綸質(zhì)地柔軟，類似羊毛，俗稱“人造羊毛”，它強(qiáng)度高，比重輕，保溫性好，耐日光、耐酸和耐大多數(shù)溶劑。丙烯腈與

4、丁二烯共聚生產(chǎn)的丁腈橡膠具有良好的耐油、耐寒、耐溶劑等性能，是現(xiàn)代工業(yè)最重要的橡膠，應(yīng)用十分廣泛。丙烯氨氧化法的優(yōu)點(diǎn)如下(1)丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品，氨是合成氨工業(yè)的產(chǎn)品，這兩種原料均來(lái)源豐富且價(jià)格低廉。 (2)工藝流程比較簡(jiǎn)單經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。 (3)反應(yīng)的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要是氫氰酸和乙腈，都可以回收利用而且丙烯腈成品純度較高。 (4)丙烯氨氧化過(guò)程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上很有利。 (5)反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備無(wú)加壓要求。(6)與其他生產(chǎn)方法如乙炔與氫氰酸合成法，環(huán)氧乙烷與氫氰酸合成法等比較，可以減少原料的配套設(shè)備(如乙炔發(fā)生裝置和氰化氫合成裝茸)的建設(shè)

5、投資。丙烯氨氧化法制丙烯腈（an）生產(chǎn)過(guò)程的主反應(yīng)為該反應(yīng)的反應(yīng)熱為 an主要的副反應(yīng)和相應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下：（1） 生成氰化氫（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 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1.生產(chǎn)能力：3900噸/年2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩爾分率）；液氨100%3.產(chǎn)品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液4.生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5.丙烯腈損失率：3.1%6.設(shè)計(jì)裕量：6%7.年操作日300天 第三部分 物料衡算和熱量核算3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙蒸發(fā)器氣烯蒸發(fā)器和氨化，然后分別在丙

6、烯過(guò)熱器和氨氣過(guò)熱器過(guò)熱到需要的溫度后進(jìn)入混合器；經(jīng)壓縮后的空氣先通過(guò)空氣飽和塔增濕，再經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱至一定溫度進(jìn)入混合器。溫合器出口氣體混合物進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行丙烯的氨氧化反應(yīng)。反應(yīng)器出口的高溫氣體先經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230左右進(jìn)人氨中和塔，在7080下用硫酸吸收反應(yīng)器出口氣體中未反應(yīng)的氨，中和塔塔底的含硫酸銨的酸液經(jīng)循環(huán)冷卻器除去吸收熱后，返回塔頂循環(huán)使用同時(shí)補(bǔ)充部分新鮮酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸銨的廢液。氨中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)入水吸收塔，用510的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物水吸收塔塔底得到古丙烯腈約1.8的丙烯腈水溶液，經(jīng)換熱器與氨中和塔出口氣體換熱，濕

7、度升高后去精制工段。圖1 丙烯腈合成工段生產(chǎn)工藝流程示意圖3.2 小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3.1、設(shè)計(jì)裕量6計(jì)算，年產(chǎn)量為3900噸/年，則每天每小時(shí)產(chǎn)量為： 3.3 反應(yīng)器的物料衡算和熱量街算(1)計(jì)算依據(jù)a丙烯腈產(chǎn)量，即b. 原料組成(摩爾分?jǐn)?shù)) 丙烯85%，丙烷15%c進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)為 d. 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為物質(zhì)丙烯腈（an）氰化氫（hcn）乙腈(acn)丙烯醛(acl)二氧化碳摩爾收率0.60.0650.070.0070.12表1 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率e. 操作壓力進(jìn)口0.203，出口0.162f反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度ll0，反應(yīng)溫度470，出口

8、氣體溫度360(2)物料衡算a反應(yīng)器進(jìn)口原科氣中各組分的流量 b反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量 = (3)熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0110、0360、0470的平均定壓比熱容表2 各物質(zhì)0t平均定壓比熱容a 濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量假設(shè)如下熱力學(xué)途徑： 各物質(zhì)25t的平均比熱容用ot的平均比熱容代替，誤差不大，因此，若熱損失取的5%，則需有濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負(fù)荷）為：濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405的飽和蒸汽（飽和溫度143）143飽和蒸汽焓：143飽和水焓： b 稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量以0氣體為衡算基準(zhǔn)進(jìn)入稀相段

9、的氣體帶入熱為：離開(kāi)稀相段的氣體帶出熱為：熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a入塔空氣壓力0.263，出塔空氣壓力0.243b空壓機(jī)入口空氣溫度30，相對(duì)溫度80，空壓機(jī)出口氣體溫度170c飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81d塔頂噴淋液為乙腈解吸塔釜液，溫度105，組成如下組分anacn氰醇acl水合計(jì)%（wt）0.0050.0080.00050.000299.986100表3 塔頂噴淋液的組成e塔頂出口濕空氣的成分和量按反應(yīng)器入口氣體的要求為(2)物料衡算a進(jìn)塔

10、空氣量查得30，相對(duì)濕度80%時(shí)空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空氣因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為：b進(jìn)塔熱水量 氣、液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為： 塔頂噴淋液105的密度為，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：c出塔濕空氣量出塔氣體中的的量與反應(yīng)器人口氣體相同，因而d出塔液量 (3)熱量衡算a空氣飽和塔出口氣體溫度 空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為： 根據(jù)分壓定律蒸汽的實(shí)際分壓為： 因飽和度為0.81，所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為： 查飽和蒸汽表得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度為90，因此，須控制出塔氣體溫度為90才能保證工藝要求的蒸汽量。b入塔熱水溫度 入塔水來(lái)自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05。 c由熱衡

11、算求出塔熱水溫度t 熱衡算基準(zhǔn)：0氣態(tài)空氣，0液態(tài)水。 (a)170進(jìn)塔空氣帶人熱量，170蒸汽焓值為，干空氣在0l70的平均比熱容(b)出塔濕空氣帶出熱量90蒸汽焓，空氣比熱容取 (c)105入塔噴淋液帶入熱量(d)求出塔熱水溫度 出塔熱水帶出熱量用表示，則熱損失按5%，則 熱平衡方程代人數(shù)據(jù)，解得 t=78.11因此，出塔熱水溫度為78.113.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同。b在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，生成硫酸銨。c新鮮硫酸吸收劑的含量為93(wt)。d塔底出口液體(即循環(huán)液)的組成如下組分水a(chǎn)nacnhcn硫酸硫酸銨合計(jì)%（wt）

12、68.530.030.020.0160.530.90100表4 塔底出口液體的組成e進(jìn)塔氣溫度l80，出塔氣溫度76，新鮮硫酸吸收劑溫度30f塔頂壓力0.122mpa，塔底壓力0.142mpa。 圖2 氨中和塔局部流程1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器(2)物料衡算 a排出的廢液量及其組成進(jìn)塔氣中含有的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸銨。氨和硫酸反應(yīng)的方程式： 的生成量，即需要連續(xù)排出的流量為:塔底排出液中,(nh4)2so4的含量為30.9%（wt），因此，排放的廢液量為：排放的廢液中各組分的量：b. 需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%的h2so4）的量為：c 出塔氣體中各組分的量(3)熱衡算a出塔氣體溫度 塔

13、頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為設(shè)飽和度為0.98，則與出塔氣體溫度平衡的飽和蒸汽分壓為：入塔噴淋液的硫酸銨含量為，已知硫酸銨上方的飽和蒸汽壓如表 。根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和的值，內(nèi)插得到出塔氣的溫度為76b入塔噴淋液溫度 入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低6，故為70c塔釜排出液溫度 含 量溫 度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109表5 塔釜排出液溫度入塔氣蒸汽分壓，在釜液含量下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于時(shí)的釜液溫度即為釜液的飽和溫度，用內(nèi)插法從表中得到，飽和溫度為83.5，設(shè)塔釜液溫度比飽和

14、溫度低2.5 即81。又查硫酸銨的溶解度數(shù)據(jù)得知，80時(shí)每100g水能溶解95.3g硫酸銨，而釜液的硫酸銨含量為，所以釜液溫度控制81不會(huì)有硫酸銨結(jié)晶析出。d 熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量 作圖3.3的虛線方框列熱平衡方程得 圖3 氨中和塔的熱量衡算1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器(a) 入塔氣體帶入熱入塔氣體帶入熱量(b)出塔氣體帶出熱各組分在076的平均比熱容的值如下組分c3h6c3h802n2h2oanhcnacnaclco21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921表6 各組分在076的平均比熱容(b) 蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱

15、 蒸汽的冷凝熱為 (d)有機(jī)物冷凝放熱an的冷凝量其冷凝熱為 acn的冷凝量其冷凝熱為 hcn的冷凝量，其冷凝熱為 (e)氨中和放熱； 每生成1mol硫酸銨放熱273.8kj (f)硫酸稀釋放熱 硫酸的稀釋熱為749kjkg (g)塔釜排放的廢液帶出熱量 塔釜排放的廢液中，與的摩爾比為,查氮肥設(shè)計(jì)手冊(cè)得此組成的硫酸銨水溶液比熱容為。 (h)新鮮吸收劑帶入熱 的比熱容為。 (i)求循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷 因操作溫度不高，忽略熱損失。把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程： 解得 (j)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量w 設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度32，排水溫度36，則冷卻水量為e 求循環(huán)液量m 循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限

16、制。 70循環(huán)液的比熱容為，循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容。 設(shè)循環(huán)液流量為m kg/h，循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度t。 對(duì)新鮮暖收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中a點(diǎn))列熱平衡方程得： (1) 對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡得： (2)聯(lián)解式(1)和(2)得 3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) 進(jìn)口氣體76，組成和流量與氨中和塔出口氣相同 出口氣體溫度40，操作壓力115.5kpa。(2)物料衡算 出口氣體溫度40， 40飽和蒸汽壓力為 設(shè)出口氣體中含有x kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有: 解得 蒸汽的冷凝量為 因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下組分流量c3h6c3h8h2oo2

17、n2anacnhcnaclco2合計(jì)2.593.2985.1510.31161.1211.171.9533.630.1306.70286.04表7 換熱器氣體方(殼方)的物料平衡(3)熱衡算a換熱器入口氣體帶入熱(等于氨中和塔出口氣體帶出熱) b蒸汽冷凝放出熱：40水汽化熱為2401.lkjkg c冷凝液帶出熱 d出口氣體帶出熱；出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容為組分c3h6c3h8o2n2h2oanacnhcnaclco261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66表8 出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容 e熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平

18、衡方程：代入數(shù)據(jù)求得：37 水吸收塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)（見(jiàn)圖4） 圖4 水吸收塔的局部流程a入塔氣流量和組成與換熱器出口相同。b入塔器溫度40，壓力112kpa。出塔氣溫度10，壓力101kpac入塔吸收液溫度5d出塔an溶液中含an1.8%（wt）(2)物料衡算a進(jìn)塔物料（包括氣體和凝水）的組成和流量與換熱器出口相同b出塔氣的組成和量出塔干氣含有、 、 、 10水的飽和蒸汽壓，總壓為101325pa出塔器中干氣總量=2.59+3.29+10.31+161.12+6.70=184.01kmol/h出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：出塔氣總量為：c塔頂加入的吸收水量（a

19、）出塔an溶液總量 出塔an溶液中，an為1.8%（wt），an的量為591.97kg/h，因此，出塔an溶液總量為591.97/0.018=42155.6kg/h（b）塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：d塔底an溶液的組成和量 an、acn、hcn、acl全部被水吸收，因?yàn)樗譨n溶液中的an、can、hcn、acl的量與進(jìn)塔氣、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：組分流量c3h6c3h8h2oo2n2anacnhcnaclco2合計(jì)2.593.2912.2310.31161.1211.171.9553.630.1306.70211.90表9 水吸

20、收塔的物料平衡f.檢驗(yàn)前面關(guān)于an、acn、acl、hcn全部溶于水的假設(shè)的正確性 因系統(tǒng)壓力小于1mpa，氣相可視為理想氣體，an、acn、acl、hcn的量相對(duì)于水很小，故溶液為稀溶液系統(tǒng)服從亨利定律和分壓定律。壓力和含量的關(guān)系為 或 塔底排出液的溫度為15(見(jiàn)后面的熱衡算) 查得l5 時(shí)acn、hcn、acl和an的亨利系數(shù)e值為 (a)an塔底 從以上計(jì)算可看出，可見(jiàn)溶液未達(dá)飽和。 (b)丙烯醛acl 塔底。含量，溶液未達(dá)飽和。 (c)乙腈塔底含量，溶液未達(dá)飽和。 (d)氫氰酸 塔底含量從計(jì)算結(jié)果可知，在吸收塔的下部，對(duì)hcn的吸收推動(dòng)力為負(fù)值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣體中h

21、cn的含量達(dá)到要求。(3)熱量衡算a入塔氣帶入熱。各組分在040的平均摩爾熱容如下組分c3h6c3h8o2n2h2oanacnhcnaclco261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66表10 各組分在040的平均摩爾熱容b入塔凝水帶人熱： c出塔氣帶出熱。d吸收水帶入熱 e出塔溶液帶出熱溶液中各組分的液體摩爾熱容如下組分h2oanacnhcnacl75.3121.1107.371.55123.8表11 an溶液中各組分的液體摩爾熱容f. 水冷凝放熱水的冷凝熱為2256kj/kg 故 g等氣體的溶解放熱 溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱

22、=冷凝熱的冷凝熱數(shù)據(jù)如下組分anacnaclhcn610.9765.7493.7937.2表12 an、can、acl、hcn的冷凝熱數(shù)據(jù)h熱衡算求出塔液溫度t 熱平衡方程 ：代人數(shù)據(jù)得： 解得 3.8 空氣水飽和塔釜液槽(1)計(jì)算依據(jù)進(jìn)、出口物料關(guān)系和各股物料的流量和溫度如圖3.5所示。圖中，空氣飽和塔液體進(jìn)、出口流量和出口液體的溫度由空氣飽和塔物料和熱衡算確定；去水吸收塔的液體流量由水吸收塔物料衡算的確定，見(jiàn)本文相關(guān)部分計(jì)算；排污量按乙腈解吸塔來(lái)的塔釜液量的l5%考慮；乙腈解吸塔塔釜液量和去萃取解吸塔的液體量由精制系統(tǒng)的物料衡算確定。(2)物料衡算 進(jìn)料： a乙腈解吸塔釜液入槽量 = 49

23、100-17999.45=31100.55kg/h b. 空氣飽和塔塔底液入槽量=17123.73-7365=9758.73kg/h c. 入槽軟水量x kg/h 出料； a. 去水吸收塔液體量kg/h b. 去萃取解吸塔液體量l5000kg/h作釜液槽的總質(zhì)量平衡得解得 圖5 飽和塔釜液槽的物料關(guān)系(3)熱量衡算a入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱。b. 入槽軟水帶入熱。c空氣飽和塔塔底液帶入熱， d去吸收塔液體帶出熱 e去萃取解吸塔液體帶出熱 f熱衡算求槽出口液體溫度t 熱損失按5考慮，熱平衡方程為代人數(shù)據(jù)：解得 t=80.123.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) 蒸發(fā)壓力0.405mpa；加熱

24、劑用o的冷凍鹽水，冷凍鹽水出口溫度-2;丙烯蒸發(fā)量l002.3kg/h。(2)有關(guān)數(shù)據(jù) a. 0.405mpa下丙烯的沸點(diǎn)為-l3，汽化熱410kjkzb. 0 405mpa下丙烷的沸點(diǎn)為-5，汽化熱376.6kjkg(3)熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量 a. 丙烯蒸發(fā)吸收的熱 b. 丙烷蒸發(fā)吸收的熱。 c. 丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 冷損失按l0考慮 d冷凍鹽水用量 平均溫度(-1)下，冷凍鹽水比熱容為3.47kj() 冷凍鹽水用量為3.10 丙烯過(guò)熱器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) 丙烯進(jìn)口溫度-13，出口溫度65。用0.405mpa蒸汽為加熱劑。(2)熱衡算 求丙烯過(guò)熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量

25、丙烯氣的比熱容為l.464kj/()，丙烷氣比熱容1.715kj/()，冷損失按10考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為 加熱蒸汽量為.上式中2138kj/kg是0.405m pa蒸汽的冷凝熱。3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) a. 蒸發(fā)壓力0.405mpa。 b. 加熱劑用0.405mpa飽和蒸汽。冷凝熱為2138kj/kg。(2)有關(guān)數(shù)據(jù) 0405mpa下氨的蒸發(fā)溫度為-7 c，汽化熱為l276kjkg。(3)熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 冷損失按10考慮，氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為 加熱蒸汽量為 3.12 氨氣過(guò)熱器(1)計(jì)算依據(jù) a氨氣進(jìn)口溫度-7，出口溫度65。 b. 用0.40

26、5mpa蒸汽為加熱劑。 c氨氣流量332.37kg/h。(2)熱量衡算 求氨氣過(guò)熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 氨氣的比熱容為2.218kj/(kg.k)，冷損失按10考慮，氨氣過(guò)熱器的熱負(fù)荷為 加熱蒸汽用量為 3.13 混合器(1)計(jì)算依據(jù) 氣氨進(jìn)口溫度65流量220.09kg/h。 丙烯氣進(jìn)口溫度65，流量518kg/h，丙烷氣進(jìn)口溫度65，流量95.74kg/h。 出口混合氣溫度110。濕空氣來(lái)自空氣加熱器(2)熱衡算 求進(jìn)口溫空氣的溫度t 以0為熱衡算基準(zhǔn)。、，在065的平均比熱容如下表組分c3h6c3h8nh31.5691.822.197表13 c3h6、c3h8、nh3在065的平均比

27、熱容a氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱b氣態(tài)氨帶入熱 c溫空氣帶入熱 、和蒸汽0136的平均比熱容分別為、和d混合器出口氣體帶出熱e. 熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度t 熱損失按l0考慮。 熱衡算方程：代入數(shù)據(jù)： 解得 t=141.343.14 空氣加熱器的熱量衡算 (1)計(jì)算依據(jù) a. 入口空氣溫度90，出口空氣溫度136。b空氣的流量和組成如下。組分氧氮水合計(jì)kg/h1756.45781.51288.68826.5表14 空氣的流量和組成(2)熱衡算 求空氣加熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽量 、和蒸汽90136的平均比熱容分別為、和。 熱損失按l0考慮，空氣加熱器的熱負(fù)荷為 用0.608mpa的蒸汽為加熱劑，其飽和

28、溫度為l64.2c，冷凝熱為2066kj/kg，加熱蒸汽用量為 第四部分 主要設(shè)備的工藝計(jì)算4.1 空氣飽和塔(1)計(jì)算依據(jù)a. 進(jìn)塔空氣的組成和流量組分氧氮水合計(jì)kmol/h42.83161.1212.23216.18kg/h1370.434511.43220.146102表15 空氣飽和塔進(jìn)塔空氣的組成和流量b. 出塔溫空氣的組成和流量組分氧氮水合計(jì)kmol/h42.83161.1285.15289.1kg/h1370.434511.431532.707414.7表16 空氣飽和塔出塔溫空氣的組成和流量c塔頂噴淋液量17999.45kg/h，溫度105。d塔底排出液量17123.73kg/

29、h，溫度93.9。e塔底壓力o.263mpa，塔頂壓力o.243mpa。f人塔氣溫度l70，出塔氣溫度90。g填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。(2)塔徑的確定根據(jù)拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式 (a)a塔頂處l=17999.45kg/h g=7414.56kg/h 把數(shù)據(jù)代人(a)式解得 泛點(diǎn)率取75，則氣體空塔速度為 出塔操作條件下的氣量：塔徑應(yīng)為：b. 塔底處 l= 17123.73kg/h g=6102kg/h把數(shù)據(jù)代入(a)式解得 氣體空塔速度為 人塔氣在操作條件下的氣量：塔徑應(yīng)為：取塔徑為：1.0m(3)填料高度空氣水飽和塔的填料高度確定須考慮兩方面的要求a. 使出塔氣體中蒸汽含量達(dá)到要求。b.

30、 使塔頂噴淋液中的acn等在塔內(nèi)脫吸以使出塔釜液中acn等的含量盡量低，以減少朽污水處理負(fù)荷并回收acn等副產(chǎn)物。按工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。取填料高度1lm4.2 水吸收塔(1)計(jì)算依據(jù)a. 進(jìn)塔氣體流量和組成組分c3h6c3h8o2n2h2o合計(jì)kmol/h2.593.2910.31161.1285.15kg/h108.78144.76329.924511.361532.70組分anacnaclhcnco2kmol/h11.171.9530.1302.636.70285.04kg/h592.0180.077.2871.01294.807672.69表17 水吸收塔進(jìn)塔氣體流量和組成b出塔氣體流量和組成

31、組分c3h6c3h8o2n2h2oco2an合計(jì)kmol/h2.593.2910.31161.1212.236,70少量196.24kg/h108.78144.76329.924511.36220.14294.8少量5609.76表18 水吸收塔出塔氣體流量和組成隨入塔氣進(jìn)入的凝水876.64kg/h c 塔頂噴淋液量30908.35kg/h，含 0.005(wt)，溫度5。 d 塔底排出液量32887.2kg/h，溫度21.15。 e. 塔底壓力ll2kpa，塔頂壓力101kpa。 f 入塔氣溫度40，出塔氣溫度l0， g 出塔氣體中含量不大于0.055%(wt)。h 填料用250y型塑料孔

32、板波紋填料。(2)塔徑的確定 塑料孔板渡紋填料的泛點(diǎn)氣速計(jì)算公式為 (a)按塔底情況計(jì)算l=30908.35 kg/h g= 7622.69 kg/h 把數(shù)據(jù)代人(a)式解得 空塔氣速為(泛點(diǎn)率取70%) 氣體在操作條件下的流量為塔徑應(yīng)為： 取塔徑為：1.2m(3)填料高度 液體的噴淋密度 塑料孔板液紋填料250y的液相傳質(zhì)單元高度： 當(dāng)時(shí)，25下的為0.187m 時(shí)，25下的為0.225m內(nèi)插得到時(shí)，25下的為0.206m又 塔內(nèi)液體的平均沮度為(5+13.24)/2=9.12 液相傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式如下 塔底 塔頂 出口氣體中含有不小于0.055(wt)，因此 代入數(shù)據(jù)求： 填料高度為 取填

33、料高度為：5m4.3 丙烯蒸發(fā)器(1)計(jì)算依據(jù) a. 丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力0.405mpa，蒸發(fā)溫度-l3，管內(nèi)用0的冷凍鹽水(17.5naoh水溶液)與丙烯換熱，冷凍鹽水出口溫度-2。 b. 丙烯蒸發(fā)量518kg/h，冷凍鹽水用量kg/h。 c. 丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積 a總傳熱系數(shù) (a)管內(nèi)給熱系數(shù)。 蒸發(fā)器內(nèi)安裝的u型鋼管80根。 冷凍鹽水平均溫度-l此溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下； 冷凍鹽水流速為 ，過(guò)渡流 (b)管外液態(tài)丙烯沸騰給熱系數(shù)取 (c)總傳熱系數(shù) 冷凍鹽水方污垢熱阻取，丙烯蒸發(fā)側(cè)污垢熱阻取，鋼管導(dǎo)熱系數(shù)。 b. 傳熱平均溫差 熱端溫差0(-13)=13，

34、冷端溫差-2-(一13)=11，傳熱平均溫差為c換熱面積 熱負(fù)荷 換熱面積為 取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為4.4 循環(huán)冷卻器(1)計(jì)算依據(jù) a管內(nèi)循環(huán)液流量90272kg/h。進(jìn)口溫度81，出口溫度70.1。 b. 管外冷卻劑為循環(huán)水，進(jìn)口溫度32，出口溫度36，循環(huán)水流量為190000kg/h c熱負(fù)荷為kj/h (2)計(jì)算換熱面積 初選gh90-105型石墨換熱器，換熱面積為105m2，設(shè)備殼體內(nèi)徑d=880mm，內(nèi)有外徑32mm、內(nèi)徑22mm、長(zhǎng)3m的石墨管417根。換熱管為正三角形排列，相鄰兩管的中心距t=40mma. 總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)循環(huán)液側(cè)的給熱系數(shù)平均流體溫度，該溫度循環(huán)液

35、的物性數(shù)據(jù)如下 管內(nèi)流體的流速為 (c) 殼程(循環(huán)水側(cè))的給熱系數(shù)循環(huán)水平均溫度(32+36)/2=34，34水的物性數(shù)據(jù)為 正三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑的計(jì)算公式為管外流體的流速根據(jù)流體流過(guò)的最大截面積s來(lái)計(jì)算，s的計(jì)算公式為已知t=40mm，=32mm，h=374mm, d=888mm代人數(shù)據(jù)得 管外流體的流速為 值在20001000000范圍內(nèi)可用下式計(jì)算給熱系數(shù) 代入數(shù)據(jù)得 (c)總傳熱系數(shù) 石墨的導(dǎo)熱系數(shù)，石墨管壁厚5mm，循環(huán)冷卻水側(cè)污垢熱阻，循環(huán)液側(cè)污垢熱阻。代人數(shù)據(jù)求k： b對(duì)數(shù)平均溫差 c. 換熱面積熱負(fù)荷 換熱面積為 取安全系數(shù)l.2則換熱面積為。因此，選gh90105-1型

36、石墨換熱器，其換熱面積已足夠。4.5 氨蒸發(fā)器(1)計(jì)算依據(jù) a. 氨蒸發(fā)壓力0.405mpa，蒸發(fā)溫度-7。 b加熱劑為0.405mpa蒸汽，溫度143。 c熱負(fù)荷(2)計(jì)算換熱面積 a總傳熱系數(shù) 蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)取，液氨沸騰的給熱系數(shù)取，不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)，管壁厚4mm，兩側(cè)污垢熱阻取代人數(shù)據(jù)求k： b平均溫度差c.換熱面積氨蒸發(fā)器熱負(fù)荷為 換熱面積為 取換熱面積為：4.6 氨氣過(guò)熱器(1)計(jì)算依據(jù) a. 進(jìn)口氣氯溫度-7出口氣氨溫度65。 b加熱劑為0.405mpa蒸汽，溫度143。c熱負(fù)荷(2)計(jì)算換熱面積 a總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時(shí)，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，k值

37、的推薦范圍是)取 b平均溫度差 冷端溫差為143-(-7)=150，熱端溫差為l43-65=78。c.換熱面積 熱負(fù)荷為 換熱面積為 取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為：，選浮頭式熱交換器型，換熱面積，符合要求。 4.7 丙烯過(guò)熱器(1)計(jì)算依據(jù) a. 進(jìn)口氣體溫度一l3，出口氣體溫度65。 b加熱劑為0.405mpa蒸汽，溫度143。c熱負(fù)荷(2)計(jì)算換熱面積 a總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時(shí)，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，k值的推薦范圍是)取 b平均溫度差 冷端溫差為143-(-13)=156，熱端溫差為l43-65=78。c.換熱面積 熱負(fù)荷為 換熱面積為 取安全系數(shù)1.2，則換熱

38、面積為：，選浮頭式熱交換器型，換熱面積25.6m2，符合要求。4.8 空氣加熱器(1)計(jì)算依據(jù) a空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。 b進(jìn)口氣體溫度90，出口氣體溫度l36，氣體進(jìn)口壓力0243mpa，氣體的流量和組成如下：組分氧氮水合計(jì)kg/h1370.434511.43220.146102kmol/h42.83161.1212.23216.18表19 空氣加熱器氣體的流量和組成c加熱蒸汽為0.608mpa(對(duì)應(yīng)的飽和溫度為l64.2)，流量為288kg/h。d熱負(fù)荷為 即(2)計(jì)算換熱面積 初選浮頭式換熱器一臺(tái)，換熱器有的管子268根。a. 總傳熱系數(shù) (a)管內(nèi)(空氣一側(cè))的給熱系數(shù)，管內(nèi)氣體

39、的平均溫度為(90+136)/2=113，113空氣的物性數(shù)據(jù)為：, , 空氣的密度 (b)管外蒸汽冷凝側(cè)給熱系數(shù) 取(c)總傳熱系數(shù) 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為，空氣側(cè)污垢熱阻，蒸汽冷凝側(cè)污垢熱阻 代入數(shù)據(jù)求總傳熱系數(shù)： b對(duì)數(shù)平均溫度差c.換熱面積 安全系數(shù)取1.2，則換熱面積應(yīng)為35.43m2，所選換熱面積80.4m2，符合要求。4.9 循環(huán)液泵 循環(huán)液質(zhì)量流量90271.70kg/h，循環(huán)液密度為1140kg /m3因此循環(huán)液的體積流量為 又 選用80fvz-30的耐腐蝕泵，三臺(tái)。正常使用兩臺(tái)，備用一臺(tái)。80fvz-0泵的流量為，揚(yáng)程30m。4.10 空氣壓縮機(jī)在產(chǎn)品樣本上，活塞式空氣壓縮機(jī)的排氣

40、量指是后一級(jí)排出的空氣，換算為第一級(jí)進(jìn)氣條件時(shí)氣體的體積藏量?，F(xiàn)第一級(jí)進(jìn)氣條件為常壓，溫度按30計(jì)，排出氣體的摩爾流量為270.6kmol/h,則排氣量(換算為第一級(jí)進(jìn)氣條件)為 因工藝要求排出壓力為0.263mpa，故選用排氣量為，排氣壓力為035mpa的5l-55/3.5型空氣壓縮機(jī)三臺(tái)，正常操作用兩臺(tái)，備用一臺(tái)。4.11中和液貯槽按停車(chē)時(shí)中和塔塔板上的吸收液流入貯槽所需要的容積確定貯槽的容積，中和塔塔徑1.8m，20塊塔板，板上液層高度0.082m，這些液體若全部流入貯槽，總體積為 考慮到停車(chē)檢修時(shí)，原存于塔底的一定高度的液體，亦需排入中和液貯槽存放，則該貯槽舶裝料系數(shù)取0.8，故可選貯

41、槽容積應(yīng)大于4.2m3。 中和塔的操作壓力為0263mpa，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)容器系列jbl428 74(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.254mpa)中選用工作壓力0.25mpa，公稱容器6m3的型號(hào)，此容器的直徑為1600mm，長(zhǎng)度為2600mm。第五部分 附錄5.1附表反應(yīng)器物料平衡表成分入塔氣出塔氣kmol/hkg/hkmol/hkg/h18.627822.59108.703.29144.583.29144.5819.55332.372.8047.6042.831370.4310.31329.92161.124511.43161.124511.4355.861005.48107.371932.660011.17591.97001.95580.16003.6398.03000.137.30006.70294.94合計(jì)301.278146.29311.608147.29飽和塔物料平衡表成分入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排除液kmol/hkg/hkmol/hkg/hkg/hkg/h42.831370.4342.831370.4300161.124511.43161.124511.430