(完整版)年產(chǎn)10萬噸丙烯腈合成段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

1、年產(chǎn) 10 萬噸丙烯腈合成段工藝設(shè)計(jì)The Process Design of 100kta Acrylonitrile bySynthesis目錄摘要 .Abstract .引言 .第一章文獻(xiàn)綜述 .1.1丙烯腈的概況 .1.1.1丙烯腈的發(fā)展 .1.1.2丙烯腈的應(yīng)用方向 .1.2國內(nèi)丙烯腈市場簡況 .1.2.1現(xiàn)狀 .1.2.2國內(nèi)丙烯腈消費(fèi)情況 .1.3國外丙烯腈市場簡況 .1.3.1現(xiàn)狀 .1.3.2國外丙烯腈消費(fèi)情況 .1.4丙烯腈的性質(zhì) .1.4.1化學(xué)性質(zhì) .1.4.2物理性質(zhì) .第二章 工藝流程介紹 .2.1生產(chǎn)方法簡述 .2.2工藝流程說明 .2.3工藝條件 .2.3.1反

2、應(yīng)溫度 .2.3.2反應(yīng)壓力 .2.3.3接觸時(shí)間 .2.3.4原料純度 .第三章 物料衡算和熱量衡算 .3.1小時(shí)生產(chǎn)能力 .3.2物料衡算和熱量衡算 .3.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 .3.2.2廢熱鍋爐的熱量衡算 .3.2.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算 .3.2.4換熱器物料衡算和熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書3.2.5丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書3.2.6丙烯過熱器熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書3.2.7氨蒸發(fā)器熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書3.2.8氣氨過熱器 .錯(cuò)誤！未定義書3.2.9混合器 .錯(cuò)誤！未定義書3.2.10 空氣加熱器的熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書第四章 流化床反應(yīng)

3、器的工藝計(jì)算 .錯(cuò)誤！未定義書4.1計(jì)算依據(jù) .錯(cuò)誤！未定義書4.2濃相段直徑 .錯(cuò)誤！未定義書4.3濃相段高度 .4.4擴(kuò)大段直徑 .4.5擴(kuò)大段高度 .4.6濃相段冷卻裝置的換熱面積 .4.7稀相段冷卻裝置的換熱面積 .第五章原料消耗綜合表 .錯(cuò)誤！未定義書5.1原料消耗 .錯(cuò)誤！未定義書5.2能量消耗綜合表 .錯(cuò)誤！未定義書第六章丙烯腈生產(chǎn)中的廢水和廢氣處理 .錯(cuò)誤！未定義書結(jié) 論致 謝.錯(cuò)誤！未定義書參考文獻(xiàn) .附錄 A 工藝流程圖附錄 B 設(shè)備圖年產(chǎn) 10 萬噸丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 10 萬噸丙烯腈的合成段工藝設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中采用了丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈法，此法能有

4、效的降低生產(chǎn)成本。在該設(shè)計(jì)中對丙烯腈的國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀、性質(zhì)、用途、生產(chǎn)方法進(jìn)行了簡單的介紹。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的反應(yīng)部分。工藝條件包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、接觸時(shí)間、原料純度，反應(yīng)原理有主、副反應(yīng)、催化劑。通過物料衡算對丙烯腈的年生產(chǎn)能力、原料液流量進(jìn)行了計(jì)算。通過設(shè)計(jì)計(jì)算得流化床的濃相段總高是13 米，濃相段直徑為4 米，催化劑的堆體積為67.4 立方米，稀相段高度為8 米。稀相段直徑為6 米，經(jīng)過合成丙烯腈含量最終達(dá)到了 3% ，經(jīng)精餾后丙烯腈單程收率為78% ，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。關(guān)鍵詞： 丙烯腈；丙烯氨氧化法；工藝流程；溫度The Process Design of 1

5、00kta Acrylonitrile bySynthetsisAbstract: This is designed to 100kta acrylonitrile synthesis section process design, the design used in the production of acrylonitrile, propylene ammoxidation method, this method can effectively reduce production costs. In this design, the status of domestic and fore

6、ign production of acrylonitrile, nature, purpose, method of producing a simple introduction. The design focus design calculations propylene ammoxidation reaction part of the production of acrylonitrile. Process conditions include a reaction temperature, reaction pressure, contact time, purity of raw

7、 materials, a main reaction mechanism, side reactions, catalyst. Count of annual production capacity, raw material liquid flow acrylonitrile were calculated by mass balance. Dense phase fluidized bed section through the design calculated the total of the diameter of 6 meters, through the synthesis o

8、f acrylonitrile content eventually reach 3%, after one-way distillation of acrylonitrile yield of 78% ,to achieve the desired goal. Keywords: acrylonitrile; ammonia oxidation of propylene; process; temperature引言丙烯腈是重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，在丙烯系列產(chǎn)品中居第二位，僅次于聚丙烯。在常溫常壓下丙烯腈是無色液體，味甜，微臭，沸點(diǎn)77.3。丙烯腈有毒，室內(nèi)允許濃度為0.002mgL，在空氣中爆

9、炸極限 (體積分?jǐn)?shù) )為3.05 17.5，與水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有C C 雙鍵和氰基， 化學(xué)性質(zhì)活潑， 能發(fā)生聚合、 加成、氰基和氰乙基等反應(yīng)，制備出各種合成纖維、合成橡膠、塑料、涂料等。近年來，丙烷氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的研究也取得長足進(jìn)展，現(xiàn)已處于中試階段。這一方面是由于價(jià)格的因素，丙烷的價(jià)格比丙烯低得多，另一方面也為惰性的丙烷開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。但就目前的技術(shù)水平來看，固定資產(chǎn)投資大，轉(zhuǎn)化率低，選擇性不高，目前報(bào)道的丙烷的轉(zhuǎn)化率67，選擇性 60，還難以和丙烯氨氧化法相競爭，但其前景看好，根據(jù)美國斯坦福研究所 18 萬 ta 丙烯腈概念設(shè)計(jì)，丙烷為

10、原料生產(chǎn)丙烯腈的成本只是丙烯的 64。研究開發(fā)的催化劑主要有V-Sb-Al-O 、 V-Sb-W-Al-O 、Ga-Sb-A1-O 、 V-Bi-Mo-O 等。本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說明和圖紙兩部分。說明書主要包括工藝流程的確定，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型等。圖紙包括工藝流程圖，主設(shè)備圖等。第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 丙烯腈的概況1.1.1 丙烯腈的發(fā)展20 世紀(jì) 60 年代以前，丙烯腈的生產(chǎn)采用環(huán)氧乙烷、乙醛、乙炔等為原料和 HCN 反應(yīng)制得，但 HCN 有劇毒，生產(chǎn)成本高。1960 年美國 Standard石油公司 (Sohio)(現(xiàn) BP 公司 )開發(fā)成功丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新工藝

11、，又稱 Sohio法。由于丙烯價(jià)廉易得， 又不需劇毒的 HCN ，從此丙烯腈的生產(chǎn)發(fā)生了根本的變化。迄今為止，丙烯腈的工業(yè)生產(chǎn)都以此方法進(jìn)行。1.1.2 丙烯腈的應(yīng)用方向丙烯腈是合成纖維，合成橡膠和合成樹脂的重要單體。由丙烯腈制得聚丙烯腈纖維即腈綸，其性能極似羊毛，因此也叫合成羊毛。丙烯腈與丁二烯共聚可制得丁腈橡膠，具有良好的耐油性，耐寒性，耐磨性，和電絕緣性能，并且在大多數(shù)化學(xué)溶劑，陽光和熱作用下，性能比較穩(wěn)定。丙烯腈與丁二烯、苯乙烯共聚制得ABS 樹脂，具有質(zhì)輕、耐寒、抗沖擊性能較好等優(yōu)點(diǎn)。丙烯腈水解可制得丙烯酰胺和丙烯酸及其酯類。它們是重要的有機(jī)化工原料，丙烯腈還可電解加氫偶聯(lián)制得己二腈

12、，由己二腈加氫又可制得己二胺， 己二胺是尼龍 66 原料?？芍圃炜顾畡┖湍z粘劑等， 也用于其他有機(jī)合成和醫(yī)藥工業(yè)中，并用作谷類熏蒸劑等。此外，該品也是一種非質(zhì)子型極性溶劑、作為油田泥漿助劑 PAC142 原料。丙烯腈是一種重要的有機(jī)化工原料，其用途十分廣泛。世界上大多數(shù)國家 50以上的丙烯腈用于生產(chǎn)腈綸纖維。 我國用于生產(chǎn)腈綸的丙烯腈占80以上。此外，丙烯腈還用于生產(chǎn)丙烯腈-丁二烯 -苯乙烯塑料 (ABS)、丙苯樹脂 (AS)、丙烯酰胺、丁腈橡膠及丁腈膠乳、己二腈己二胺、丙烯腈阻隔性樹脂、聚丙烯腈碳纖維等 1。1.2 國內(nèi)丙烯腈市場簡況1.2.1 現(xiàn)狀我國內(nèi)烯腈生產(chǎn)起步于 1968 年。八十年

13、代開始， 我國丙烯腈工業(yè)發(fā)展很快，從國外引進(jìn)技術(shù)目前正在運(yùn)行的生產(chǎn)裝置有 9 套 (包括中國臺(tái)灣省 ) ，總生產(chǎn)能力為 58.8 萬 t，加上采用國內(nèi)技術(shù)的生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力為 59.3 萬 t。正在計(jì)劃建設(shè)的生產(chǎn)裝置有上海石化公司25 萬 ta，金陵石化公司 6.6萬 ta。另外，有不少裝置也準(zhǔn)備將其生產(chǎn)能力擴(kuò)大。到 2000 年，我國丙烯腈總生產(chǎn)能力達(dá) 80 多萬 t，其中中國大陸丙烯腈生產(chǎn)能力達(dá) 42 萬 45 萬 ta，臺(tái)灣省丙烯脂生產(chǎn)能力為 38 萬 ta。 這樣，我國 2000 年丙烯腈總生產(chǎn)能力將居世界第二位，而僅次于美國。我國丙烯腈產(chǎn)量自進(jìn)入 90 年代以來有較大的增長。 1

14、998 年我國丙烯腈產(chǎn)量僅為 8.05 萬 t， 1992 年產(chǎn)量即達(dá) 16.5 萬 t。隨著新裝置的投產(chǎn)，產(chǎn)量逐年增長，但還不能滿足國內(nèi)對丙烯腈需求， 需進(jìn)口一定數(shù)量的丙烯腈。我國內(nèi)烯腈產(chǎn)量自進(jìn)入 90 年代以來有較大的增長。 1998 年我國丙烯腈產(chǎn)量僅為 8.05 萬 t ， 1992 年產(chǎn)量即達(dá) 16.5 萬 t。隨著新裝置的投產(chǎn)，產(chǎn)量逐年增長，但還不能滿足國內(nèi)對丙烯腈需求， 需進(jìn)口一定數(shù)量的丙烯腈。1.2.2國內(nèi)丙烯腈消費(fèi)情況近年來，我國的丙烯腈主要用于生產(chǎn)脂綸，大約占85左右。其次為ABSS 丙烯腈樹脂。約占丙烯腈用量的6 8。其他為現(xiàn)烯酰胺：大慶油田石化總廠新建的5 萬 ta 丙

15、烯酰胺裝置投產(chǎn)后， 用于生產(chǎn)丙烯酰胺的丙烯腈量有較大幅度的增長，約占3。 1999 年底，國內(nèi)丙烯腈價(jià)格開始上漲，至今年 4 月初達(dá) 1030010700 元 t。 國際市場丙烯腈價(jià)格堅(jiān)挺，亞洲市場價(jià)格也呈現(xiàn)上漲勢頭。由于日本旭化成為首的亞洲地區(qū)的丙烯腈生產(chǎn)裝置相繼進(jìn)入檢修期，丙烯臘有可能出現(xiàn)短期供不應(yīng)求的局面。我國丙烯腈消費(fèi)80以上用于腈綸的生產(chǎn)， 腈綸市場的波動(dòng)將會(huì)嚴(yán)重影響丙烯腈的生產(chǎn)。因此，適當(dāng)減少用于腈綸的比例，拓寬其它產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域是十分必要的， 我國 2000 年腈綸的產(chǎn)能分別達(dá)到40 萬 t 和 54 萬 t，腈綸對丙烯腈的需求為40 萬 45 萬 t 。2000 年，我國 AB

16、S 樹腈的生產(chǎn)能力達(dá)到31 萬 32 萬 t ，以開工率80計(jì)，其產(chǎn)量達(dá)24 萬 26 萬 t，需求丙烯腈10 萬 12 萬 t。丙烯酰胺對丙烯腈的需求約為5 萬t，SAN 樹脂、丁腈橡膠及其它方面的需求共約10 萬 t，因此，2000 年我國對丙烯腈的總需求為缺口約65 萬 72 萬 t，中國大陸的丙烯腈生產(chǎn)能力僅為20 萬 t。2015 年我國丙烯腈的需求達(dá)150 多萬42萬50萬 10t，缺口較大。所以，仍需進(jìn)口一定數(shù)量的丙烯腈才能滿足市場需求。1.3 國外丙烯腈市場簡況1.3.1 現(xiàn)狀全世界丙烯腈的生產(chǎn)主要集中在美國、西歐和日本等國家和地區(qū)。 全世界 1999 年丙烯腈總生產(chǎn)能力為 5

17、23.3 萬 t。美國、日、西歐丙烯腈生產(chǎn)能力合計(jì)為 357 萬 t ，占世界總能力的 66.9。 1999 年世界丙烯腈需求量為480 萬 t ，產(chǎn)量 470 萬 t。 2000 年，世界丙烯腈總生產(chǎn)能力達(dá)到 585 萬 t ，產(chǎn)量及消費(fèi)量達(dá)到 507 萬 t。其中用于腈綸的消費(fèi)量為 275 萬 t，用于 ABS、AS 為126 萬t，其它106 萬t。今年臺(tái)塑公司4 月和年末各有10 萬ta 裝置投產(chǎn)、美國Solutia 公司8 月25 萬ta 裝置建成，還會(huì)增加45 萬t 生產(chǎn)能力。 2000 年是日本旭化成、三菱化學(xué)和韓國東西石油化學(xué)、泰光產(chǎn)業(yè)等公司的定期檢修年，這會(huì)緩和對新增能力投產(chǎn)

18、的沖擊。美國現(xiàn)有丙烯腈生產(chǎn)裝置6 套，總計(jì)生產(chǎn)能力為 164.2 萬 t。世界絕大多數(shù)丙烯腈裝置采用的技術(shù)是BP 公司的。 1997 年， BP 公司丙烯腈生產(chǎn)能力占世界總丙烯腈生產(chǎn)能力的11.7，占有份額最大。目前，日本旭化成國內(nèi)丙烯腈產(chǎn)量已達(dá)40 萬 t，供應(yīng)能力達(dá) 57 萬 t，躍居為世界第二大丙烯腈生產(chǎn)廠家。美國丙烯腈的開工率到 1999 年幾乎達(dá)到滿負(fù)荷， 隨著新增能力的開工，其開工率會(huì)逐漸降低。美國腈綸纖維的 80左右出口，主要出口到遠(yuǎn)東。 1997 年美國丙烯腈出口量幾乎占本年產(chǎn)量的 50，預(yù)計(jì)如此高的出口比例可一直延續(xù)到 2015 年。西歐的丙烯腈生產(chǎn)裝置共有 9 套， 其中最

19、大的為德國 Erdoelchemie 公司和英國 BASF 公司，各為 28 萬 tg。西歐丙烯腈用于腈綸纖維占的比例較大，其次為 ABS SAN 樹脂。中國是一個(gè)大的腈綸纖維和 ABS 樹脂進(jìn)口國，因此，中國這類產(chǎn)品的進(jìn)口和出口的增加和減少會(huì)對歐洲和美國的丙烯腈工業(yè)產(chǎn)生很大的影響。據(jù)預(yù)測，在今后十年，西歐丙烯腈在腈綸纖維方面的需求將繼續(xù)保持不景氣的狀態(tài)。由于聚丙烯酰胺需求的快速增長，所以丙烯酰胺對丙烯腈需求的增長最快。 2015 年西歐丙烯臘總需求量為 400 萬 t， 1996 2005 年丙烯腈需求的年增長率為 0.9。1.3.2 國外丙烯腈消費(fèi)情況近年，西歐丙烯腈供求平衡， 這種狀況將

20、持續(xù)下去。 自 1996 年以來開工率一直很高，直到2015 年也將繼續(xù)保持較高的水平。日本現(xiàn)有 6 個(gè)丙烯腈生產(chǎn)廠家，最大的廠家是旭化成公司，生產(chǎn)能力達(dá) 37.7 萬 t a。日本 1997 年丙烯腈的需求量為70.6 萬 t，2005 年總需求量為 77.5 萬 t. 1996 2005 年平均年增長率為 1.1。日本丙烯腈最主要的應(yīng)用是腈綸纖維。 1997 年腈綸消耗丙烯腈的比例為 52.4，樹脂與橡膠占 29.7，其它為 17.9。日本在 1997 年之前進(jìn)口丙烯腈數(shù)量較大，是世界上最大的丙烯腈進(jìn)口國之一。 1997 年之后，日本期望其供需能夠平衡。韓國以前只有東西石油化學(xué)公司一家生產(chǎn)

21、丙烯腈， 1996 年其生產(chǎn)能力由 9 萬 t a 擴(kuò)大到 11 萬 ta。 泰光產(chǎn)業(yè)公司于 1998 年建成 25 萬 ta 丙烯腈生產(chǎn)裝置。 1997 年韓國丙烯腈的需求量為35.5 萬t ，其中66用于晴綸纖維，但ABS 對丙烯腈的需求增長最快。2000 年，韓國是一個(gè)丙烯腈進(jìn)口國，隨著泰光產(chǎn)業(yè)公司25 萬 ta 丙烯腈裝置的投產(chǎn)，其進(jìn)口量將會(huì)明顯地減少。目前，印度只有IPCL 一家公司生產(chǎn)丙烯腈，其生產(chǎn)能力為3 萬 ta。計(jì)劃于 2000 年在古吉拉特新建一套10 萬 ta 丙烯腈裝置，另外，IOC 公司也打算建一能力為7.5 萬 ta 的丙烯腈裝置。印度丙烯腈主要用于脂綸纖維的生產(chǎn)。

22、 1996 年丙烯腈的需求為 9.5 萬t。 19962000 年間年平均增長速度為 10， 2000 年需求量達(dá) 13.9 萬 t。在新裝置建成之前 , 印度丙烯腈的需求缺口較大 2。另據(jù)報(bào)道 , 旭化成公司與沙特阿拉伯合建一25 萬 ta 的丙烯腈生產(chǎn)裝置。沙特因原料充亞洲目前丙烯腈生產(chǎn)能力為 310 萬 t，2015 年將達(dá)到 400 萬 t ，而 2015 年亞洲丙烯腈總需求為 457 萬 t，按所有裝置都以 100的開工率計(jì)， 還需從域外進(jìn)口 57 萬 t。亞洲幾套大型裝置，如韓國泰光產(chǎn)業(yè)25 萬 ta 裝置、臺(tái)塑 20 萬 ta 及旭化成 20 萬 ta 裝置建成后，將大大改善亞洲

23、地區(qū)丙烯腈的供給狀況。因亞洲丙烯腈需求較大的增長，上述裝置的投產(chǎn)也不會(huì)引起丙烯腈的過剩3。1.4 丙烯腈的性質(zhì)1.4.1 化學(xué)性質(zhì)易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱易引起燃燒，并放出有毒氣體。與氧化劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、胺類、溴反應(yīng)劇烈。在火場高溫下，能發(fā)生聚合放熱，使容器破裂 41.4.2 物理性質(zhì)無色液體，有苦杏仁味。表 1.4 丙烯腈主要物理性質(zhì)分子量53.06閃點(diǎn)-5熔點(diǎn)-83.6沸點(diǎn)77.3相對密度0.81臨界壓力3.5MPa飽和蒸汽壓13.33KPa臨界溫度263燃燒熱1757.7KJmol引燃溫度480第二章工藝流程介紹2.1 生產(chǎn)方法簡述丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五種工

24、藝路線，即Sohio法、 Snam 法、Distiners-Ugine法、 Montedison UOP 和 O.S.W 法，上述五種工藝路線的化學(xué)反應(yīng)完全相同，丙烯、氨和空氣通過催化劑生成丙烯腈，其中Sohio法和 Montedison-UOP 法采用流化床反應(yīng)器， 其他方法采用固定床反應(yīng)器。相比較而言， Sohio法有一定的先進(jìn)性， Snam 法和 Distillers-Ugine 法丙烯的消耗定額比較高，而固定床反應(yīng)器的單臺(tái)生產(chǎn)能力遠(yuǎn)小于流化床反應(yīng)器，不利于擴(kuò)大生產(chǎn)能力，而且固定床反應(yīng)溫度難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化操作，因此，目前 Sohio法應(yīng)用比較普遍，約占全球總生產(chǎn)能力的90。中國引進(jìn)的也是

25、Sohio 技術(shù) 5。本設(shè)計(jì)采用丙烯氨氧化的原理，丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生產(chǎn)過程的主反應(yīng)為C3H 6 +NH 3+32O2CH 2=CHCN+3H2O該反應(yīng)的反應(yīng)熱為（-H r ） 298=586.5kJmol AN主要的副反應(yīng)和相應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下：(1)生成氫化氰（ HCN ）C3H6 + 3NH 3 +3O23HCN + 6H20（ -H r ）298=315.1kJmol HCN(2)生成丙烯醛（ ACL ）C3H6 + O2CH 2=CH-CHO + H 2O（ -H r ）298=353.1kJmol ACN(3)生成乙腈（ ACN ）C3H6 + 32NH 3 + 32O2

26、32CH3CN + 3H2O（ -H r ）298=362.3kJmol ACN(4)生成 CO2 和 H2OC3H6 + 92O23CO2 +3H2O（ -H r ） 298=641kJmol CO22.2 工藝流程說明在 10 萬噸丙烯腈生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計(jì)過程中， 綜合考慮現(xiàn)有一些丙烯腈生產(chǎn)裝置在熱量平衡上的不足之處，立足于全系統(tǒng)熱能的充分利用，以最大限度地達(dá)到節(jié)能降耗的效果，同時(shí)本著節(jié)約投資、方便操作與維護(hù)的原則對工藝流程進(jìn)行合理優(yōu)化， 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) 10 萬噸丙烯腈生產(chǎn)裝置的工藝流程。參見10 萬噸丙烯腈生產(chǎn)裝置帶物料點(diǎn)工藝流程簡圖?？諝庖喊币簯B(tài)丙烯圖 2.1 丙烯腈生產(chǎn)簡圖流程簡介

27、如下：液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器氣化，然后分別在丙烯過熱器和氨氣過熱器過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?；旌蠚獬隹诘母邷貧怏w先經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230左右進(jìn)入氨中和塔，在 70 80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。中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)入水吸收塔，用5 10的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物，水吸收塔塔底得到含丙烯腈約 1.8%的丙烯腈水溶液， 經(jīng)換熱器與氨中和塔

28、出口氣體換熱，溫度升高后去精制工段 6。2.3 工藝條件2.3.1 反應(yīng)溫度應(yīng)溫度是丙烯氨氧化合成丙烯腈的重要參數(shù)，它不僅影響反應(yīng)速率，也影響反應(yīng)選擇性。一般，在623K 以下，幾乎沒有氨氧化反應(yīng)發(fā)生，要獲得高收率的丙烯腈，必須控制較高的反應(yīng)溫度。查資料得丙烯在P-Mo-Bi-OSiO 2 催化劑上氨氧化反應(yīng)溫度對主、副反應(yīng)產(chǎn)物收率的影響，隨著反應(yīng)溫度的升高，丙烯腈收率增加，在733K 左右出現(xiàn)最大值，而副產(chǎn)物在690K 左右出現(xiàn)最大值，超過最適宜溫度，丙烯腈收率和副產(chǎn)物乙腈及氫氰酸的收率都下降，表明在過高溫度時(shí)連串副反應(yīng)（主要是深度氧化反應(yīng)）加劇。適宜的反應(yīng)溫度與催化劑的活性有關(guān)。當(dāng)反應(yīng)溫度

29、高于743K 時(shí)，丙烯腈收率明顯下降，高溫也會(huì)使催化劑的穩(wěn)定性下降。2.3.2 反應(yīng)壓力丙烯氨氧化的主、副反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)K 的數(shù)值都很大，故可將這些反應(yīng)看作不可逆反應(yīng)。此時(shí)，反應(yīng)壓力的變化對反應(yīng)的影響僅表現(xiàn)在動(dòng)力學(xué)上。由前述的動(dòng)力學(xué)方程可知，反應(yīng)速度與丙烯的分壓成正比，故提高丙烯分壓，對反應(yīng)是有利的，而且還可提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。但在加快反應(yīng)速度的同時(shí)，反應(yīng)熱也在激增，過高的丙烯分壓使反應(yīng)溫度難以控制。實(shí)驗(yàn)又表明，增加反應(yīng)壓力，催化劑的選擇性會(huì)降低，從而使丙烯腈的收率下降，故丙烯氨氧化反應(yīng)不宜在加壓下進(jìn)行。反應(yīng)器中的壓力只是為了克服后續(xù)設(shè)備的阻力。通常操作壓力為55KPa 左右。對于流化

30、床反應(yīng)器 , 為 0.0490.059MPa( 表壓 )2.3.3 接觸時(shí)間接觸時(shí)原料氣在催化劑床層中的停留時(shí)間常稱接觸時(shí)間。間與主、副反應(yīng)產(chǎn)物單程收率以及丙烯轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，對主反應(yīng)而言，增加接觸時(shí)間，對提高丙烯腈單程收率是有利的，對副反應(yīng)而言，增加接觸時(shí)間除生成的副反應(yīng)外, 其余的收率均沒有明顯增長, 即接觸時(shí)間的變化對它們的影響不大。由此可知, 適當(dāng)增加接觸時(shí)間對丙烯氨氧化生成丙烯腈的主反應(yīng)是有利的 , 隨著丙烯轉(zhuǎn)化率的提高, 丙烯腈的單程收率也會(huì)增加 , 但過分延長接觸時(shí)間 , 丙烯深度氧化生成 CO 2 的量會(huì)明顯增加 , 導(dǎo)致丙烯腈收率降低。另外，接觸時(shí)間的延長，降低了反應(yīng)器的生產(chǎn)能

31、力，對工業(yè)生產(chǎn)也是不利的。適宜的接觸時(shí)間與催化劑的活性、 選擇性以及反應(yīng)溫度有關(guān)， 對于活性高、選擇性好的催化劑，適宜的接觸時(shí)間應(yīng)短一些，反之則應(yīng)長一些；反應(yīng)溫度高時(shí)，適宜的接觸時(shí)間應(yīng)短一些，反之則應(yīng)長一點(diǎn)。一般生產(chǎn)上選用的接觸時(shí)間，流化床為 510s。2.3.4 原料純度原料丙烯由烴類裂解氣或催化劑裂解氣分離得到 , 一般純度都很高 , 但仍有碳二、丙烷及少量碳四 , 也可能有微量硫化物。在這些雜質(zhì)中 , 丙烷和其他烷烴對氨氧化反應(yīng)沒有影響 , 但碳四中的丁烯比丙烯更容易與氧反應(yīng) , 會(huì)消耗氧 , 而使催化劑活性下降。而硫化原料氨的純度達(dá)到肥料級就能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求 ; 原料空氣一般需經(jīng)過除

32、塵、酸 - 堿洗滌 , 除去空氣中的固體粉塵 , 酸性和堿性雜質(zhì)后就可在生產(chǎn)中使用 7。第三章物料衡算和熱量衡算3.1 小時(shí)生產(chǎn)能力本次設(shè)計(jì)產(chǎn)量較大，采用雙塔并聯(lián)生產(chǎn)，以下計(jì)算只計(jì)算單塔。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，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為 :5000010001.061.031300243.2 物料衡算和熱量衡算3.2.1 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算計(jì)算依據(jù)a. 丙烯腈產(chǎn)量7589kg=2736kJkg7589kg/h飽和水焓 9iH2O=601.2kJkg143產(chǎn)生的蒸汽量 =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

33、相段的氣體帶入熱為 :Q1(13832.92918533.347608.62.93942241.046578151.109247502.09210272.112581.72493.52.17237801.213)47007.372107 kJ/h離開稀相段的氣體帶出的熱為:Q2 (1383 2.929 1853 3.013 608.6 2.636 4224 1.004 57815 1.088 24750 2.008 7590 1.874 1027 1.9331258 1.64093.5 1.9663780 1.130)(3600)5.417 106 KJ/h若熱損失為 4% ，則稀相段換熱裝置

34、的熱負(fù)荷為:Q (1 0.04)(Q1 Q2 ) (1 0.04)(7.732 107 5.417 106 )1.877 107 KJ/h（ 3-2 ）稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405Mpa 的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：1.877107G8790kg/h2736601.23.2.2 廢熱鍋爐的熱量衡算（ 1）計(jì)算依據(jù)a. 入口氣體和出口氣體的組成與反應(yīng)器出口氣體相同 b. 入口氣體溫度 360，壓力 0.162Mpac. 出口氣體溫度 180，壓力 0.152MPa d. 鍋爐水側(cè)產(chǎn)生 0.405Mpa 的飽和蒸汽（ 2）熱衡算以 0氣體為衡算基準(zhǔn)表 3.4 各物質(zhì)在0 180的平均比熱容物質(zhì)C3

35、HC3HNH 3O2N2H2ANHCACACCO268ONNLCpkJ(kg 2.072.342.400.961.051.921.551.481.601.581.00K. 入口氣體帶入熱（等于反應(yīng)器稀相段氣體帶出熱）b. 出口氣體帶走熱 :Q2 (1383 2.071 1853 2.343 608.6 2.406 4224 0.962 57815 1.054 24750 1.925 7590 1.552 1258 1.485 1027 1.607 93.5 1.586 3780 1.004)(180 0)2.53 106 kJ/hc.熱衡算求需要取出的熱量Q按熱損失

36、10% 計(jì)，需取出的熱量為 :Q0.9(Q1Q2 )0.9(5.417 1072.53 107 )2.590 106 kJ/h（ 3-3）d. 產(chǎn)生蒸汽量產(chǎn)生 0.405Mpa 飽和蒸汽的量為 :2.598107G12170kg/h273606012（ 3-4）3.2.3 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 0.263Mpa, 出塔空氣壓力 0.243 Mpab.空壓機(jī)入口空氣溫度 30，相對濕度 80% ，空壓機(jī)出口氣體溫度 170 c. 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：表 3.5噴淋液的

37、組成物質(zhì)ANACN氰醇ACLH 2O合計(jì)% （ wt）0.0050.0080.00050.000299.986100e. 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:O2548.9kmols濃相段直徑為 :取流化床濃相段直徑為4m。4.3 濃相段高度按接觸時(shí)間 10s計(jì)算，催化劑的堆體積應(yīng)為:靜床高 :mH 1RHo =27.3=14.6 15m取濃相段高 15m。校核 13:催化劑的堆密度為催化劑質(zhì)量W=674640=431360kg=431.4t催化劑負(fù)荷為 :477.21000=1.106mol/(hkg cat)431360試驗(yàn)裝置的催化劑負(fù)荷可達(dá)到，本設(shè)計(jì)的值小于試驗(yàn)值，是可靠的。4.4 擴(kuò)大段 (此處即稀相段 )直徑取擴(kuò)大段氣速為操作氣速的一半即u=0.3ms氣體流量 :V 7971.3 22.4273 3600.1013258870m 3 /h=71.9m 3 /s2730.162擴(kuò)大段直徑為 :取 6m。4.5 擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床直徑4m，空塔氣速 0.6ms. 查圖 14H 1 D=2 稀相段高度 :4.6 濃相段