年產(chǎn)35萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計

1、化工工藝設(shè)計 課 程 設(shè) 計年產(chǎn)3.5萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計年 級 2013專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師設(shè)計成績完成日期2016 年 月 日課程設(shè)計成績評定欄評定基元評審要素評審內(nèi)涵分值評分簽名欄設(shè)計說明，50%格式規(guī)范內(nèi)容完整格式是否規(guī)范10評閱教師簽名內(nèi)容是否完整10工藝計算正確、完整和規(guī)范物料恒算10熱量衡算10設(shè)備設(shè)計和選型10設(shè)計圖紙，40%圖紙規(guī)范標(biāo)注清晰方案流程圖10評閱教師簽名工藝物料流程圖10帶控制點的工藝流程圖20 平時成績，10%上課出勤上課出勤考核5指導(dǎo)教師簽名制圖出勤制圖出勤考核5合計100化工工藝設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計題目

2、年產(chǎn) 3.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)1.生產(chǎn)能力： 35000 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%6.設(shè)計裕量：6%7.年操作日：300天設(shè)計要求1.確定設(shè)計方案，并畫出流程框圖（要求見4（1）；2.物料衡算，熱量衡算3.主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算4.繪圖要求：（1）流程框圖（CAD或者PPT繪，截圖在方案設(shè)計中）；（2）方案流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；（3）工藝物料流程圖（帶物料表，CAD或手繪，A3圖紙）；（4）制帶控制點的工藝流程圖（CAD或手繪，A3圖紙

3、）；5.編寫設(shè)計說明書工作量1.設(shè)計計算：1.5周2.工藝流程圖與設(shè)計說明書：1周3.答辯：0.5周工作計劃第一周：物料衡算、熱量衡算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算第二周：畫圖，撰寫設(shè)計說明書，第三周：答辯參考資料化工工藝設(shè)計手冊第四版(上下冊)，中國石化集團(tuán)上海工程有限公司編，化學(xué)工業(yè)出版社，2009年化學(xué)化工物性參數(shù)手冊，青島化工學(xué)院等編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年第一部分 概述1.1 丙烯腈的性質(zhì)1.1.1 丙烯腈的物理性質(zhì)丙烯腈是一種非常重要的有機(jī)化工原料，在合成纖維、樹脂、橡膠急膠粘劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。丙烯腈，英文名Acrylonifrile（簡稱為ACN），化學(xué)分子式：CH2=CH-

4、CN；分子量：53.1。丙烯腈在常溫下是無色或淡黃色液體，劇毒，有特殊氣味；可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有機(jī)溶劑；與水互溶，溶解度見表1-1。丙烯腈在室內(nèi)允許濃度為0.002MG/L，在空中的爆炸極限為3.0517.5%（體積）。因此，在生產(chǎn)、貯存和運輸中，必須有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等會成二元共沸混合物，和水的共沸點為 71，共沸點中丙烯腈的含量為88%（質(zhì)量），在有苯乙烯存在下，還能形成丙烯腈苯乙烯水三元共沸混合物。丙烯腈的主要物理性質(zhì)見表1-2。表 1-1 丙烯腈與水的相互溶解度溫度/水在丙烯腈中的溶解度（質(zhì)量）/%丙烯腈在水中的溶解度（質(zhì)量

5、）/%02.107.15102.557.17203.087.30303.827.51404.857.90506.158.41607.659.10709.219.908010.9511.10表 1-2 丙烯腈的主要物理性質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)沸點(101.3KPa)78.5燃點/481蒸汽壓/KPa熔點/82.0比熱容/J.kg-1. K-120.92±0.038.7時6.67相對密度(d426 )0.0806蒸發(fā)潛熱(077)32.6kJ/mol45.5時33.33粘度(25)0.34生成熱(25)151kJ/mol77.3時101.32折射率(nD25 )1.3888燃燒熱17

6、61kJ/mol臨界溫度246閃點/0聚合熱(25)72 kJ/mol臨界壓力3.42MPa1.1.2 丙烯腈的化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用丙烯腈分子中含有雙鍵及氰基（-CN ），其化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，可以發(fā)生加成、聚合、水解、醇解、腈基及氫乙基化等反應(yīng)。聚合反應(yīng)和加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯腈的 C=C 雙鍵上，純丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生產(chǎn)過程中，通常要加少量阻聚劑，如對苯酚甲基醚（阻聚劑MEHQ）、對苯二酚、氯化亞銅和胺類化合物等。除自聚外，丙烯腈還能與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一種或幾種發(fā)生共聚反應(yīng)，由此可制得合成纖維、塑料、涂料和粘合劑等。丙烯腈經(jīng)電解加氫

7、偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二腈。氰基反應(yīng)包括水合反應(yīng)、水解反應(yīng)、醇解反應(yīng)等，丙烯腈和水在銅催化劑存在下，可以水合制取丙烯酰胺。氰乙基化反應(yīng)是丙烯腈與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng)；丙烯腈和醇反應(yīng)可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯腈與氨反應(yīng)可制得1，3 丙二胺，該產(chǎn)物可用作紡織溶劑、聚氨酯溶劑和催化劑。丙烯腈主要用來生產(chǎn) ABS 樹脂，丙烯酰胺、丙烯酸纖維、己二睛和苯乙烯-己二睛樹脂等，目前國內(nèi)供不應(yīng)求，每年需大量進(jìn)口來滿足市場需求，2000 年進(jìn)口量超過150kt。1.2丙烯腈的生產(chǎn)狀況1.2.1世界丙烯腈生產(chǎn)與消費概況全世界丙烯

8、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，523.3萬t(見表1-3) 。美國、日、西歐丙烯腈生產(chǎn)能力合計為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。 預(yù)計到2000年，世界丙烯腈總生產(chǎn)能力將達(dá)到585萬t，產(chǎn)量及消費量將達(dá)到507萬t。其中用于腈綸的消費量為275萬t，用于ABS、AS為126萬t，其它106萬t(見表1-4)。今年臺塑公司4月和年末各有10萬t/a裝置投產(chǎn)、美國Solutia公司8月25萬t/a裝置建成，還會增加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)、

9、泰光產(chǎn)業(yè)等公司的定期檢修年，這會緩和對新增能力投產(chǎn)的沖擊。表1-3 1999年世界丙烯腈生產(chǎn)能力(萬t/a)國家和地區(qū)生產(chǎn)能力國家和地區(qū)生產(chǎn)能力美國164.2土耳其9.0德國44巴西9.0意大利19南非7.5荷蘭18.5印度3.0西班牙11.5羅馬尼亞8.0英國28.0保加利亞4.5墨西哥16.5日本71.8韓國37俄羅斯24中國(總計)38.8中國臺灣省18.0合計532.3表1-4 世界丙烯腈消費結(jié)構(gòu)(萬t)年份19951996199719982000生產(chǎn)能力463508533545585產(chǎn)量415437451469507消費量415437451469507腈綸23124425126027

10、5ABS/AS100107110115126其它84869094106開工率()90868586871.2.2國內(nèi)生產(chǎn)概況我國內(nèi)烯腈生產(chǎn)起步于1968年。八十年代開始，我國丙烯腈工業(yè)發(fā)展很快，從國外引進(jìn)技術(shù)目前正在運行的生產(chǎn)裝置有9套 (包括中國臺灣省) , 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)能力可達(dá)80多萬t，其中中國大陸丙烯腈生產(chǎn)能力可達(dá)42萬45萬t/a，臺灣省丙烯脂生產(chǎn)能力為38萬t/a。 這樣，我

11、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。我國丙烯腈生產(chǎn)能力。見表1-5。表1-5 我國丙烯腈生產(chǎn)能力(萬t/a)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力采用技術(shù)備 注上海石化股份有限公司5BP技術(shù)實際可達(dá)到7大慶石化總廠化工一廠6BP技術(shù)大慶油田聚合物廠6BP技術(shù)齊魯石化公司丙烯腈廠4BP技術(shù)齊魯石化公司齊勝化工廠0.5國內(nèi)技術(shù)蘭化公司石化廠3.2BP技術(shù)撫順石化公司腈綸廠5BP技術(shù)計劃擴(kuò)展7吉化公司化肥廠6.6BP技術(shù)安慶石化公司腈綸廠5BP技術(shù)臺灣CPDC公司18BP技術(shù)合計59.31.3我國丙烯腈發(fā)展方向1.4丙烯氨氧化的原理化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)條件下,丙烯氨氧化反應(yīng)是一個非均相催化氧化反應(yīng):

12、與此同時,在催化劑表面還發(fā)生如下一系列主要的副反應(yīng)。（1）生成乙腈(ACN)：（2）生成氫氰酸(HCN)。（3）生成丙烯醛。(4)生成二氧化碳。上述副反應(yīng)中,生成乙腈和氫氰酸的反應(yīng)是主要的。CO2、CO和H2O可以由丙烯直接氧化得到,也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。除上述副反應(yīng)外,還有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反應(yīng)。1.4.2 催化劑丙烯氨氧化所采用的催化劑主要有兩類,即Mo系和Sb系催化劑。（1）Mo系催化劑工業(yè)上最早使用的是P-Mo-Bi-O(C-A)催化劑,其代表組成為PBi9Mo12O52。活性組分為MoO3和Bi2O3.Bi的作用是奪取丙烯中的氫,Mo的作用是往丙烯中引

13、入氧或氨。因而是一個雙功能催化劑。P是助催化劑,起提高催化劑選擇性的作用。這種催化劑要求的反應(yīng)溫度較高(460490),丙烯腈收率60%左右。由于在原料氣中需配入大量水蒸氣,約為丙烯量的3倍(mol),在反應(yīng)溫度下Mo和Bi因揮發(fā)損失嚴(yán)重,催化劑容易失活,而且不易再生,壽命較短,只在工業(yè)裝置上使用了不足10年就被C-21、C-41等代替。（2）Sb系催化劑Sb系催化劑在60年代中期用于工業(yè)生產(chǎn),有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。初期使用的Sb-U-O催化劑活性很好,丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯腈收率都較高,但由于具有放射性,廢催化劑處理困難,使用幾年后已不采用。Sb-Fe-O催化劑由日本化

14、學(xué)公司開發(fā)成功,即牌號為NB-733A和NB-733B催化劑。據(jù)文獻(xiàn)報道,催化劑中Fe/Sb比為11(mol),X光衍射測試表明,催化劑的主體是FeSbO4,還有少量的Sb2O4。工業(yè)運轉(zhuǎn)結(jié)果表明,丙烯腈收率達(dá)75%左右,副產(chǎn)乙腈生成量甚少,價格也比較便宜,添加V、Mo、W等可改善該催化劑的耐還原性。1.4.3 反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)丙烯氨氧化生成丙烯腈的反應(yīng)機(jī)理,目前主要有兩種觀點。可簡單地用下式表示。第二部分 生產(chǎn)方案選擇第三部分 工藝流程設(shè)計3.1 丙烯腈工藝流程示意圖3.2小時生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3%，設(shè)計裕量為6%，年產(chǎn)量為3.5萬噸計算，則每天每小時產(chǎn)量：第四部分 物

15、料衡算和熱量衡算4.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算4.1.1計算依據(jù)（1）丙烯腈產(chǎn)量 5307.36kg/h，即F=100.03kmol/h（2）原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)） 丙烯（C3H6）85%，丙烷（C3H8）15%（3）進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為C3H6:NH3:O2:H2O=1:1.05:23:3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（CAN）丙烯醛（ACL）CO2摩爾收率0.60.0650.070.0070.12（4）操作壓力 進(jìn)口：0.203MPa ，出口：0.162MPa（5）反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度110，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度3604.1.2 物料衡算

16、（1）反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H6:C3H8：NH3：O2：H2O：N2：（2）反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈：5307.36kg/h F=100.03kmol/h乙腈 ：丙烯醛：CO2：HCN：C3H8：N2：O2：C3H6：NH3：H2O：（3）：反應(yīng)器物料平衡表流量和組成組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6166.727002.106.189.6023.02966.980.831.32C3H829.421294.531.091.7829.421294.531.061.78NH3175.0629

17、75.956.494.0825.01425.170.900.58O2383.4612270.5914.2216.8292.202950.403.314.05N21442.5440391.1253.4855.381442.5440391.1251.7955.37H2O500.169002.8818.5412.34961.4817306.6434.5223.73丙烯腈（AN）0000100.035307.363.597.28乙腈（ACN）000017.51717.770.630.98氰化氫（HCN）000032.51877.781.171.20丙烯醛（ACL）00001.1765.530.040.

18、09CO2000060.022640.842.163.62合計2697.3672937.171001002784.9172944.12100100 熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0110、0360、0470的平均定壓比熱容物質(zhì)C3H6H2OANHCNACNACL01101.8412.052.3010.9411.0461.88303602.6783.0132.6361.0041.0882.0081.8741.6401.9331.9661.13004702.9293.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213（1）濃相段熱衡算求濃相段換熱裝

19、置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量110，反應(yīng)器入口混合氣470，濃相段出口混合氣25，反應(yīng)器入口混合氣25，濃相段出口混合氣假設(shè)如下熱力學(xué)途徑： 各物質(zhì)25t平均比熱容用0t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0.405MPa 的飽和蒸汽（飽和溫度143）143飽和蒸汽焓：143飽和水焓：所以：（2）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)入稀相段的氣體帶入熱為：離開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：

20、4.2空氣飽和塔的物料衡算和熱量衡算4.2.1計算依據(jù)(1)入塔空氣壓力0.263MPa ，出塔空氣壓力0.243MPa(2) 空壓機(jī)入口空氣溫度30，相對溫度80，空壓機(jī)出口氣體溫度170(3) 飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81(4) 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%（Wt）0.0050.0080.00050.000299.986100(5) 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:O2：383.46kmol/h，即12270.59kg/hN2：1442.54 kmol/h，即40391.12 kg/hH2O：5

21、00.16kmol/h，即9002.88 kg/h物料衡算（1）進(jìn)塔空氣量查得30，相對濕度80%時空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空氣因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為：（2）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：（3）出塔濕空氣量出塔氣體中的 O2、N2、H2O的量與反應(yīng)器入口氣體相同，因而：O2：383.46kmol/h，即12270.59kg/hN2：1442.54 kmol/h，即40391.12 kg/hH2O：500.16kmol/h，即9002.88 kg/h（4）出塔液量熱量衡算（1）空氣飽和塔出口氣體溫度空氣

22、飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為：根據(jù)分壓定律，蒸汽的實際分壓為：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（2）入塔熱水溫度入塔水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105（3）由熱衡算求出塔熱水溫度t熱衡算基準(zhǔn)：0氣態(tài)空氣，0液態(tài)水170進(jìn)塔空氣帶入的熱量Q1：170蒸汽焓值為2773.3kJ/kg，干空氣在0l70的平均比熱容出塔濕空氣帶出熱量Q290蒸汽焓2660kJ/kg，空氣比熱容取105入塔噴淋液帶入熱量Q3求出塔熱水溫度t出塔熱水帶出熱量:熱損失按5%者，則熱平衡方程Q1+Q3=Q2+Q4+Q損

23、即12201335.11+70600063.93=28706172.92+639560.93t+4140069.95解得t=78.11故，出塔熱水溫度為78.114.3氨中和塔物料衡算和熱量衡算計算依據(jù)（1）入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同（2）在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，生成硫酸銨（3）新鮮硫酸吸收劑的含量為93(wt)（4）塔底出口液體(即循環(huán)液)的組成如下組分水ANACNHCN硫酸硫酸銨合計%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100（5）進(jìn)塔氣溫度l80，出塔氣溫度76，新鮮硫酸吸收劑溫度30（6）塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa圖2 氨

24、中和塔局部流程1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器物料衡算（1）排出的廢液量及其組成進(jìn)塔氣中含有 425.17kg/h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:H2O：AN：CAN：HCN：H2SO4：(NH4)2SO4：（2）需補充的新鮮吸收劑（93%的H2SO4）的量為：（3）出塔氣體中各組分的量C3H6：966.98kg/h=23.02kmol/hC3H8: 1294.53kg/h=29.42kmol/hO2：2950.40kg/h=92.20k

25、mol/hN2：40391.12kg/h=1442.54kmol/hAN：5307.36-0.12=5307.24kg/h=100.02kmol/hACN：717.77-0.08=717.69kg/h=17.50kmol/hACL：65.53kg/h=1.17kmol/hHCN：877.78-0.06=877.72kg/h=32.51kmol/hCO2：2640.84kg/h=60.02kmol/hH2O：17306.64+1346.45×0.07-3660.83=13740.06kg/h=763.34kmol/h熱量衡算（1）出塔氣體溫度塔頂氣體中實際蒸汽分壓為：PH2O=yH2O

26、P=0.298×0.122=0.0364MPa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 含 量溫 度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和PH2O的值，內(nèi)插得到出：塔氣的溫度為76.7（2）入塔噴淋液溫度入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低6.7，故為70（3）塔釜排出液溫度yH2O=0.3452入塔氣水蒸汽分壓：PH2O=yH2OP=0.3452×0.142=0.049M

27、Pa在釜液(NH4)2SO4含量()下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于0.049MPa時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83.53，設(shè)塔釜液溫度比飽和溫度低2.53 即81。又查硫酸銨的溶解度數(shù)據(jù)得知，80時每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不會有硫酸銨結(jié)晶析出。（4）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Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q2+Q7+Q9入塔氣體帶入熱入塔氣體帶入熱量Q1=2.53×106kJ/h出塔氣體帶出熱各

28、組分在076.7的平均比熱容的值如下組分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921Q2=(966.98×1.715+1294.53×1.966+2950.4×0.9414+40391.12×1.046+13740.06×1.883+1.347×5307.24+1.393×877.72+1.406×717.69+1.343×65.53+0.921×2640.84) ×(7

29、6.7-0)=87003.38×76.7=6673159kJ/h蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量=進(jìn)塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽=17306.64-13740.06=3566.58kg/h蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kgQ3=3566.58×2246.6=8012678.63kJ/h有機(jī)物冷凝放熱AN的冷凝量1.60kg/h，其冷凝熱為 615kJ/kgACN的冷凝量1.07kg/h，其冷凝熱為 728kJ/kgHCN的冷凝量0.85kg/h，其冷凝熱為878.6kJ/kgQ4=1.6×615+1.07×728+0.85×878.6=

30、2509.77kg/h氨中和放熱每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ硫酸稀釋放熱硫酸的稀釋熱為749kJ/kgQ6=0.93×1346.45×749=937896.68kJ/h塔釜排放的廢液帶出熱量塔釜排放的廢液中，H2O與的(NH4)2SO4的摩爾比為 ，查氮肥設(shè)計手冊得此組成的硫酸銨水溶液比熱容為Q7=5341.94×3.347×(80-0)=1430357.85kJ/h新鮮吸收劑帶入熱的比熱容為Q8=1346.45×1.603×(30-0)=64750.78kJ/h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

31、方程有：解得：循環(huán)冷卻器的冷卻水用量設(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：（5）循環(huán)液量循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制，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為設(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對新鮮暖收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點)列熱平衡方程得：m×3.368t+9267=(m+192.7) ×3.364×70 (1)對循環(huán)冷卻器列熱平衡得:m×3.347×81m×3.368t=6868188.01 (2)聯(lián)解式(1)(2)得：m=193942.26kg/h 4.4換

32、熱器物料衡算和熱量衡算換熱器AN溶液去精制AN溶液來自水吸收塔氣體來自氨中和塔氣液混合物去水吸收塔 計算依據(jù)進(jìn)口氣體76.7，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物料衡算進(jìn)口氣組成及流量如下組分流量C3H623.02kmol/hC3H829.42kmol/hO292.20kmol/hN21442.54kmol/hAN100.02kmol/hACN17.50kmol/hACL1.17kmol/hHCN32.51kmol/hCO260.02kmol/hH2O763.34kmol/h合計2561.74kmol/h出口氣體溫度40， 40飽和蒸汽壓力為設(shè)出口氣體中含

33、有x kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：解得 x=122.67kmol/h=2208kg/h故，蒸汽的冷凝量為13740.06-2208=11532.06kg/h因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下：組分流量Kmol/hC3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2冷凝水合計23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.0640.72561.7熱量衡算（1）換熱器入口氣體帶入熱（等于氨中和塔出口氣體帶出熱）Q1=6673159kJ/h（2）蒸汽冷凝放出熱40水汽化熱為2401.1kJkgQ2=11532.06×2401.1=

34、27689629.27kJ/h（3）冷凝液帶出熱Q3=11532.06×4.184×(40-0)=1930005.56kJ/h（4）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C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66Q4=（23.0×61.92+29.4×72.38 +36.75×122.7+92.2×29.46+1442.5×29.29+63.35×100+17.50×52

35、.09+32.51×62.76+1.17×65.61+60.0×38.66）×(40-0)=2588466.41kJ/h（5）熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平衡方程：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5代入數(shù)據(jù)求得：Q5=29844316.3kJ/h4.5水吸收塔物料衡算和熱量衡算計算依據(jù)水吸收塔的局部流程（1）入塔氣流量和組成與換熱器出口相同（2）入塔器溫度40，壓力112Kpa；出塔氣溫度10，壓力101Kpa（3）入塔吸收液溫度5（4）出塔AN溶液中含AN 1.8%（wt）物料衡算（1）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進(jìn)口氣量=23×

36、42+29.4×44+122.7×18+92.2×32+1442.5×28+100×53+17.5×41+32.51×27+1.17×56+60×44=57409.39kg/h（2）出塔氣的組成和量出塔干氣含有：C3H6 23kmol/h =966kg/hC3H8 29.4kmol/h=1293.6kg/hO2 92.2kmol/h=2950.4kg/hN2 1442.5kmol/h=40390kg/hCO2 6.7kmol/h=294.8kg/h10水的飽和蒸汽壓，總壓P=101325pa出塔器中干氣總

37、量=23+29.4+92.2+1442.5+ 6.7=1593.8kmol/h出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下：出塔氣總量為：966+1293.6+2950.4+40390+294.8=45894.8kg/h（3）塔頂加入的吸收水量出塔AN溶液總量出塔AN溶液中，AN為1.8%（wt），AN的量為5307.36kg/h，因此，出塔AN溶液總量為5307.36/0.018=294853.33kg/h塔頂加入的吸收水量作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：入塔吸收液量=塔底AN溶液量+出塔氣體總量入塔氣量凝水量 =294853.33+45894.857409.3911532.06 =271806.

38、68kg/h（4）塔底AN溶液的組成和量AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因為塔底AN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AN溶液中的水量=塔頂加入水+進(jìn)塔氣液混合物中的水-出塔氣帶出的水 =271806.68+763.34×18-351.95 =285194.85kg/h（5）水吸收塔平衡如下:入塔氣組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計流量Kmol/h23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.01921含量0.0520.00910.01690

39、.00061出塔氣流量23.029.418.8292.21442.5000060.01666（6）檢驗前面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(見后面的熱衡算)查得15時ACN、HCN、ACL和AN的亨利系數(shù)E值為：AN E=810kPaACL E=444.4kPaACN E=405.3kPaHCN E=1824kPaAN塔底AN=0.052×112=5.82kPa 從以上計算可看出，溶液未飽和ACLACL=0.0006×112=0.0672kPa，溶液未達(dá)飽和ACNACN=0.0091×112=1.0192kPa，溶液未達(dá)飽和HCNHCN=0.0169×112=1.8928kPa從計算結(jié)果可知，在吸收塔的下部，對HCN的吸收推動力為負(fù)值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣體中HCN的含量達(dá)到要求4.5.3 熱量衡算（1）入塔氣帶入熱各組分在040的平均摩爾熱容如下：組分C3H6C