年產(chǎn)9.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流年產(chǎn)9.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì).精品文檔.化工工藝設(shè)計(jì)課 程 設(shè) 計(jì)年產(chǎn)9.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)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(jì)成績完成日期2016 年 月 日課程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)和選型10設(shè)計(jì)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(diǎn)的工藝流程圖20 平時(shí)成績，10%上課出勤上課出勤考核5指導(dǎo)

2、教師簽名制圖出勤制圖出勤考核5合計(jì)100化工工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計(jì)題目年產(chǎn) 9.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1.生產(chǎn)能力： 95000 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(jì)裕量：6%7.年操作日300天設(shè)計(jì)要求1.確定設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算4.繪圖要求：（1）流程框圖（CAD或者PPT繪，截圖在方案設(shè)計(jì)中）；（2）方案流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；（3）工藝物

3、料流程圖（帶物料表，CAD或手繪，A3圖紙）；（4）制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；5.編寫設(shè)計(jì)說明書工作量1.設(shè)計(jì)計(jì)算：1.5周2.工藝流程圖與設(shè)計(jì)說明書：1周3.答辯：0.5周工作計(jì)劃第一周：物料衡算、熱量衡算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算第二周：畫圖，撰寫設(shè)計(jì)說明書，第三周：答辯參考資料化工工藝設(shè)計(jì)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年目錄第一部分 概述5第二部分 生產(chǎn)方案選擇5第三部分 生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)6第四部分 物料衡算與熱量衡算74.1小時(shí)生產(chǎn)能力74.2反應(yīng)器的物料

4、衡算和熱量衡算74.2.1計(jì)算依據(jù)74.2.2物料衡算84.2.3熱量衡算94.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算114.3.1計(jì)算依據(jù)114.3.2物料衡算114.3.3熱量衡算124.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算134.4.1計(jì)算依據(jù)134.4.2物料衡算144.4.3熱量衡算154.5 換熱器物料衡算和熱量衡算174.5.1計(jì)算依據(jù)174.5.2物料衡算184.5.3熱量衡算184.6 水吸收塔物料衡算和熱量衡算194.6.1計(jì)算依據(jù)194.6.2物料衡算194.6.3熱量衡算214.7 空氣水飽和塔釜液槽224.7.1計(jì)算依據(jù)224.7.2物料衡算224.7.3熱量衡算234.8 丙烯蒸發(fā)

5、器熱量衡算234.8.1計(jì)算依據(jù)234.8.2有關(guān)數(shù)據(jù)234.8.3熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量234.9 丙烯過熱器熱量衡算244.9.1計(jì)算依據(jù)244.9.2熱衡算244.10 氨蒸發(fā)器熱量衡算244.10.1計(jì)算依據(jù)244.10.2有關(guān)數(shù)據(jù)244.10.3熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量244.11 氨氣過熱器254.11.1計(jì)算依據(jù)254.11.2熱量衡算254.12 混合器254.12.1計(jì)算依據(jù)254.12.2熱衡算254.13 空氣加熱器的熱量衡算264.13.1計(jì)算依據(jù)264.13.2熱衡算26第五部分 主要設(shè)備工藝計(jì)算265.1反應(yīng)器265.1.1計(jì)算依據(jù)2

6、65.1.2濃相段直徑275.1.3濃相段高度275.1.4擴(kuò)大段（此處即稀相段）直徑285.1.5擴(kuò)大段高度285.1.6濃相段冷卻裝置的換熱面積285.1.7稀相段冷卻裝置的換熱面積285.2 空氣飽和塔295.2.1計(jì)算依據(jù)295.2.2塔徑的確定295.2.3填料高度305.3 水吸收塔305.3.1計(jì)算依據(jù)305.3.2塔徑的確定315.3.3填料高度325.4 丙烯蒸發(fā)器335.4.1計(jì)算依據(jù)335.4.2丙烯蒸發(fā)器換熱面積335.5 循環(huán)冷卻器345.5.1計(jì)算依據(jù)345.5.2計(jì)算換熱面積345.6 氨蒸發(fā)器355.6.1計(jì)算依據(jù)355.6.2計(jì)算換熱面積365.7 氨氣過熱器

7、365.7.1計(jì)算依據(jù)365.7.2計(jì)算換熱面積365.8 丙烯過熱器375.8.1計(jì)算依據(jù)375.8.2計(jì)算換熱面積375.9 空氣加熱器375.9.1計(jì)算依據(jù)375.9.2計(jì)算換熱面積385.10 循環(huán)液泵385.11 空氣壓縮機(jī)395.12中和液貯槽39第六部分 設(shè)計(jì)心得39參考文獻(xiàn)40第七部分 附錄41年產(chǎn)9.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)丙烯腈的生產(chǎn)工藝流程，通過對原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定及對主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)，完成對丙 烯腈的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。第一部分 概述丙烯腈，別名，氰基乙烯；為無色易燃液體，劇毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有機(jī)溶劑

8、；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

9、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，這兩種原料均來源豐富且價(jià)格低廉。(2)工藝流程比較簡單經(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，對設(shè)備無加壓要求。(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)投資第二部分 生產(chǎn)方案選擇對于此次丙烯腈的合成我選用的是丙

10、烯氨氧化法，它的氧化原理如下：丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生產(chǎn)過程的主反應(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上列副反應(yīng)中,生成乙腈和氫氰酸的反應(yīng)是主要的?？梢杂杀┲苯友趸玫?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)。第三部分 生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)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

11、，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)換熱器與圖1 丙烯腈合成工段生產(chǎn)工藝流程示意圖第四部分 物料衡算與熱量衡算4.1小時(shí)生產(chǎn)能力 按年工作日300天，丙

12、烯腈損失率3%，設(shè)計(jì)裕量6%計(jì)算，年產(chǎn)量9.5萬噸/年，則每天每小時(shí)產(chǎn)量為：4.2反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算4.2.1計(jì)算依據(jù)（1）丙烯腈產(chǎn)量,即（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(摩爾比)為（4）反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為表4.1 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率物質(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（5）操作壓力進(jìn)口0.203，出口0.162（6）反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度ll0，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度3604.2.2物料衡算（1）反應(yīng)器進(jìn)口原科氣中各組分的流

13、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 乙腈 丙烯醛 CO2 HCN C3H8 N2 O2 C3H6 NH3 H2O (3) 反應(yīng)器物料平衡表表4.2 反應(yīng)器物料平衡表 流量組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt) kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6453.0219026.846.18 9.6065.692758.980.851.36C3H879.943517.631.09 1.7879.943517.361.041.74NH3475.678086.416.494.0867.951155.150.

14、880.57O21041.9533342.414.22 16.82386.5212368.645.026.10H2O1359.0624463.0818.5412.342612.5747026.2633.9023.20N23919.72109752.0753.48 55.383919.72109752.0750.8654.15AN0000271.8114405.693.537.11ACN000047.571950.250.620.96ACL00003.17177.520.040.09CO20000163.097175.962.123.54HCN000088.342385.181.151.18合計(jì)

15、7329.36198188.431001007706.37202673.06100100 4.2.3熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)0110、0360、0470的平均定壓比熱容表4.3 各物質(zhì)0t平均定壓比熱容物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLCO201101.8412.052.3010.9411.0461.88303602.6783.0132.6361.0041.0882.0081.8741.6401.9331.9661.13004702.9293.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213（1）濃相段熱衡算求濃相

16、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：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110，反應(yīng)器入口混合氣各物質(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0.405的飽和蒸汽（飽和溫度143）143飽和蒸汽焓：143飽和水焓：（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：4.

17、3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算4.3.1計(jì)算依據(jù)（1）入塔空氣壓力0.263，出塔空氣壓力0.243（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，組成如下表4.4 塔頂噴淋液的組成組分ANACN氰醇ACL水合計(jì)%（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 1041.95kmol/h即33342.4kg/hN2 3919.72kmol/h即 109752.07kg/hH2O 1359.

18、06kmol/h即 24463.08kg/h4.3.2物料衡算（1）進(jìn)塔空氣量查得30，相對濕度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： （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的量與反應(yīng)器人口氣體相同，因而O2 1041.95kmol/h即33342.4kg/hN2 3919.72kmol/h即 109752.07kg/hH2O 1359.06kmol/h即 24463.08kg/h（4）出塔液量（5）空氣飽和塔物料平衡表表4.5 空氣飽和塔平衡表成分入塔

19、氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排出液kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kg/h%(wt)kg/h%(wt)O21041.9533342.420.285 22.799 1041.95 33342.40 16.485 19.900.00 00.00 0N23919.72109752.0776.310 75.048 3919.72 109752.07 62.014 65.500.00 00.00 0H2O174.893148.083.405 2.153 1359.06 24463.08 21.502 14.60 436665.98 99.986415350.

20、98 99.986AN000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 21.84 0.00521.84 0.0053氰醇000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 34.94 0.00834.94 0.0084ACN000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 2.18 0.00052.18 0.00053ACL000.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 0.87 0.00020.87 0.00021合計(jì)5136.56146242.55100 100 6320.73 167557.55 1

21、00 100 436725.81 100415410.81 100 4.3.3熱量衡算（1）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，l05。（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。(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

22、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%，則代入數(shù)據(jù), 解得：因此，出塔熱水溫度為78.114.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算4.4.1計(jì)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)的組成如下表4.6 塔底出口液體的組成組分水ANACNHCN硫酸硫酸銨合計(jì)%（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

23、中和塔局部流程1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器 4.4.2物料衡算（1）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：（2）需補(bǔ)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 C3H8 O2 N2 AN ACN ACL HCN CO2 H2O 4.4.3熱量衡算（1）出塔氣體溫度 塔頂氣體中實(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

24、知硫酸銨上方的飽和蒸汽壓。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76（2）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70（3）塔釜排出液溫度表4.7 塔釜排出液溫度 含 量溫 度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109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0.05MPa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

25、，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。（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(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表4.8 各組分在076的平均比熱容組分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921（c）蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱 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 HC

26、N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(5)求循環(huán)液量m 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。 設(shè)循環(huán)液流量為m kg/h，循環(huán)冷

27、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(diǎn))列熱平衡方程得： （1）對循環(huán)冷卻器列熱平衡得： （2）聯(lián)解式（1）和（2）得 4.5 換熱器物料衡算和熱量衡算4.5.1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115.5kPa4.5.2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)的物料平衡如下表4.9 換熱器氣體方(殼方)的物料平衡組分流量（kmol/h）C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO265.6979.94

28、2074.24386.523919.72271.7247.5088.253.17163.094.5.3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)(2)蒸汽冷凝放出熱 40水汽化熱為2401.lkJkg(3)冷凝液帶出熱(4)出口氣體帶出熱出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容為表4.10 出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66(5)熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平衡方程：代入數(shù)據(jù)求得：4.6 水吸收塔物料衡算和熱量衡算4.6

29、.1計(jì)算依據(jù) 圖4 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）4.6.2物料衡算（1）進(jìn)塔物料（包括氣體和冷凝水）的組成和流量與換熱器出口相同（2）出塔氣的組成和量出塔干氣含有O2 N2 CO2 10水的飽和蒸汽壓，總壓為101325Pa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：（3）塔頂加入的吸收水量（a）出塔AN溶液總量 出塔AN溶液中，AN為1.8%（wt），AN的量為14401.34kg/h，因此，出塔AN溶液總量為

30、（b）塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：（4）塔底AN溶液的組成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因?yàn)樗譇N溶液中的AN、ACN、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。（5）水吸收塔平衡如下：表4.11 換水吸收塔的物料平衡組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計(jì)流量（kmol/h）65.6979.94342.79386.523919.72271.7247.5088.253.17163.095082.12（6）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

31、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l5 時(shí)ACN、HCN、ACL和AN的亨利系數(shù)E值為ACN HCN ACL AN (a) 丙烯腈塔底 從以上計(jì)算可看出，可見溶液未達(dá)飽和。 (b)丙烯醛 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HCN的含量達(dá)到要求。4.6.3熱量衡算（1）入塔氣帶入熱。各組分在040的平均摩爾熱容

32、如下表4.12 各組分在040的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66（2）入塔凝水帶人熱：（3）出塔氣帶出熱。（4）吸收水帶入熱（5）出塔溶液帶出熱溶液中各組分的液體摩爾熱容如下表4.13 AN溶液中各組分的液體摩爾熱容組分H2OANACNHCNACL75.3121.1107.371.55123.8（6）水冷凝放熱水的冷凝熱為2256kJ/kg 故 （7）等氣體的溶解放熱 溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱的冷凝熱數(shù)據(jù)如下表4.14 的冷凝熱數(shù)據(jù)組分A

33、NACNACLHCN610.9765.7493.7937.2（8）熱衡算求出塔液溫度t熱平衡方程 ：代人數(shù)據(jù)得： 解得 4.7 空氣水飽和塔釜液槽4.7.1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，見本文相關(guān)部分計(jì)算；排污量按乙腈解吸塔來的塔釜液量的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。4.7.2物料衡算 進(jìn)料： （1）乙腈解吸塔釜液入槽量=1076350-436665.98=639684.02kg/h （2）空氣飽

34、和塔塔底液入槽量=415350.98-162000=253350.98kg/h （3） 入槽軟水量x kg/h 出料； （1） 去水吸收塔液體量743829.13kg/h （2） 去萃取解吸塔液體量285000kg/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4.7.3熱量衡算（1）入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱。（2）入槽軟水帶入熱。（3）空氣飽和塔塔底液帶入熱，（4）去吸收塔液體帶出熱（5）去萃取解吸塔液體帶出熱（6）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=84.044.8 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算4.8.1計(jì)算依據(jù) 蒸發(fā)壓力0.405MPa；加熱劑用O的

35、冷凍鹽水，冷凍鹽水出口溫度-2;丙烯蒸發(fā)量l002.3kg/h。4.8.2有關(guān)數(shù)據(jù) （1）0.405MPa下丙烯的沸點(diǎn)為-l3，汽化熱410kJkg（2） 0.405MPa下丙烷的沸點(diǎn)為-5，汽化熱376.6kJkg4.8.3熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量 （1） 丙烯蒸發(fā)吸收的熱 （2）丙烷蒸發(fā)吸收的熱。（3）丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 冷損失按l0考慮（4）冷凍鹽水用量 平均溫度(-1)下，冷凍鹽水比熱容為 冷凍鹽水用量為4.9 丙烯過熱器熱量衡算 4.9.1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。4.9.2熱衡算 求丙烯過熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量丙烯氣

36、的比熱容為，丙烷氣比熱容，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是0.405M Pa蒸汽的冷凝熱。 4.10 氨蒸發(fā)器熱量衡算4.10.1計(jì)算依據(jù) （1）蒸發(fā)壓力0.405MPa。 （2）加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽。冷凝熱為。4.10.2有關(guān)數(shù)據(jù) 0405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7 C，汽化熱為。4.10.3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 4.11 氨氣過熱器 4.11.1計(jì)算依據(jù) （1）氨氣進(jìn)口溫度-7，出口溫度65。 （2）用0.405MPa蒸汽為加熱劑。 （3）氨氣流量。4.11.2熱量衡算 求氨氣過

37、熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 氨氣的比熱容為，冷損失按10考慮，氨氣過熱器的熱負(fù)荷為 加熱蒸汽用量為4.12 混合器4.12.1計(jì)算依據(jù) 氣氨進(jìn)口溫度65流量。 丙烯氣進(jìn)口溫度65，流量，丙烷氣進(jìn)口溫度65，流量。 出口混合氣溫度110。濕空氣來自空氣加熱器4.12.2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表4.15 在065的平均比熱容組分C3H6C3H8NH31.5691.822.197（1）氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱（2）氣態(tài)氨帶入熱（3）溫空氣帶入熱 、和蒸汽0136的平均比熱容分別為、和（4）混合器出口氣體帶出熱（5）熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度t 熱損失按

38、l0考慮。熱衡算方程： 代入數(shù)據(jù)： 解得 4.13 空氣加熱器的熱量衡算4.13.1計(jì)算依據(jù)（1）入口空氣溫度90，出口空氣溫度136。（2）空氣的流量和組成如下。表4.16 空氣的流量和組成組分O2N2H2O合計(jì)Kg/h33342.4109752.0724463.08167557.554.13.2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，其飽和溫度為l64.2C，冷凝熱為，加熱蒸汽用量為第五部分 主要設(shè)備工藝計(jì)算5.1反應(yīng)器5.1.1計(jì)算依據(jù)（1）出口氣體流量7706.37k

39、mol/h；入口氣體流量7329.36kmol/h。（2）氣體進(jìn)口壓力0.203mPa，出口壓力0.162mPa。（3）反應(yīng)溫度470，氣體離開稀相段的溫度為360（4）流化床內(nèi)的換熱裝置以水為冷卻劑，產(chǎn)生0.405Mpa（143）的飽和蒸汽。（5）接觸時(shí)間10s5.1.2濃相段直徑 因反應(yīng)過程總物質(zhì)的量增加，故按出口處計(jì)算塔徑比較安全出口處氣體體積流量為取空床線速2.6m/s濃相段直徑為取流化床濃相段直徑為6.4m5.1.3濃相段高度 按接觸時(shí)間10s算，推化劑的堆體積為靜床高 取膨脹比為2，則濃相段高度為取濃相段高50m校核推化劑的堆密度為640推化劑的品質(zhì)推化劑負(fù)荷為實(shí)驗(yàn)裝置的推化劑負(fù)荷

40、可達(dá)到1.77mol，本設(shè)計(jì)的值小于實(shí)驗(yàn)值，是可靠的。5.1.4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=1.3m/s氣體流量為擴(kuò)大段直徑為取8.4m5.1.5擴(kuò)大段高度 根據(jù)流化床直徑6.4m，空塔氣速2.6m/s，查圖得/D=2稀相段高度 2D=5.6m取6m5.1.6濃相段冷卻裝置的換熱面積換熱裝置用套管式，總差傳熱系數(shù)取233換熱裝置的熱負(fù)荷已由熱衡算求出 Q=1.68108kJ/h =4.67107J/S換熱面積為取30%的設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為612.9(1+0.3)=7975.1.7稀相段冷卻裝置的換熱面積用套管式換熱裝置，水為冷卻劑，產(chǎn)生0.405Mpa（1

41、43）蒸汽?？倐鳠嵯禂?shù)取，換熱裝置熱負(fù)荷為Q=2.3107kJ/h =6.39106J/S又換熱面積為取30%設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為1196.69(1+0.3)=15565.2 空氣飽和塔5.2.1計(jì)算依據(jù)（1） 進(jìn)塔空氣的組成和流量表5.1 空氣飽和塔進(jìn)塔空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)1014.953919.72174.895136.5633342.4109752.073148.06146242.53（2） 出塔溫空氣的組成和流量表5.2 空氣飽和塔出塔溫空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)1014.953919.721359.066320.7333342.4109752.0724

42、463.08167557.55（3）塔頂噴淋液量，溫度。（4）塔底排出液量，溫度。（5）塔底壓力O.263MPa，塔頂壓力O.243MPa。（6）人塔氣溫度l70，出塔氣溫度90。（7）填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。5.2.2塔徑的確定根據(jù)拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式 （A）（1）塔頂處把數(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： （2）塔底處把數(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： 5.2.3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（1）使出塔氣體中蒸汽含量達(dá)到要求。（2）使塔頂噴淋液中的ACN等

43、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1lm5.3 水吸收塔5.3.1計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔氣體流量和組成表5.3 水吸收塔進(jìn)塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNACLHCNCO2合計(jì)kmol/h65.6979.94386.523919.722074.24271.7247.503.1788.25163.097099.84Kg/h2758.983517.3612368.64109752.0737336.2414401.341947.35177.522382.867175.96191818.32（2）出

44、塔氣體流量和組成表5.4 水吸收塔出塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2OCO2AN合計(jì)kmol/h65.6979.94386.523919.7256.62163.09少量4508.49Kg/h2758.983517.3612368.64109752.071019.167175.96少量129416.21隨入塔氣進(jìn)入的凝水 （3）塔頂噴淋液量，含 0.005(wt)，溫度5。（4）塔底排出液量，溫度。（5）塔底壓力ll2kPa，塔頂壓力101kPa。（6）入塔氣溫度40，出塔氣溫度l0，（7）出塔氣體中含量不大于0.055%(wt)。（8）填料用250Y型塑料孔板波紋填料。5.3.

45、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：5.3.3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)，因代入數(shù)據(jù)求： 填料高度為 取填料高度為：5.4 丙烯蒸發(fā)器5.4.1計(jì)算依據(jù) （1）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

46、凍鹽水(水溶液)與丙烯換熱，冷凍鹽水出口溫度-2。 （2） 丙烯蒸發(fā)量，冷凍鹽水用量。 （3）丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷5.4.2丙烯蒸發(fā)器換熱面積 （1）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，湍流 (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)。（2）傳熱平均溫差 熱端溫差0(-13)=13，冷端溫差-2-(一13)=11，傳熱平均溫差為（3）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5.5 循環(huán)冷卻器5.5.1計(jì)算依據(jù) （1）管內(nèi)循

47、環(huán)液流量。進(jìn)口溫度81，出口溫度。 (2) 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。(3)熱負(fù)荷為。 5.5.2計(jì)算換熱面積 初選型石墨換熱器，換熱面積為，設(shè)備殼體內(nèi)徑，內(nèi)有外徑、內(nèi)徑22mm、長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（1）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)液的物性數(shù)據(jù)如下管內(nèi)流體的流速為 湍流（b）殼程(循環(huán)水側(cè))的給熱系數(shù)循環(huán)水平均溫度，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)流體流過的最大截面積S來計(jì)算，S的計(jì)算公式為已知t=40mm，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：（2）對數(shù)平均溫差（3）換熱面積熱負(fù)