年產(chǎn)3000噸丙烯氰AN合成工段換熱器工藝設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)3000噸丙烯氰合成工段換熱器工藝設(shè)計(jì)目 錄一、設(shè)計(jì)說明 31.1 概述31.2 丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展概況 31.2.1 國(guó)外的發(fā)展情況 31.2.2國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況 41.3 世界范圍內(nèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家、產(chǎn)量 61.4 世界范圍內(nèi)生產(chǎn)該產(chǎn)品的所有工藝及其分析 71.4.1 環(huán)氧乙烷法71.4.2 乙炔法71.4.3 丙烯氨氧化法71.5設(shè)計(jì)任務(wù) 8二、生產(chǎn)方案8 2.1 工藝技術(shù)方案及原理 8 2.2 主要設(shè)備方案 9 2.2.1 催化設(shè)備92.2.2控制系統(tǒng)10三、物料衡算和熱量衡算 10 3.1 生產(chǎn)工藝及物料流程 103.2 小時(shí)生產(chǎn)能力 143.3 物料衡算和熱量衡算 143.3.1

2、 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 143.3.2 廢熱鍋爐的熱量衡算 173.3.3 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算 183.3.4 氨中和塔物料衡算和熱量衡算 213.3.5 換熱器物料衡算和熱量衡算 273.3.6 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 323.3.7 丙烯過熱器熱量衡算 333.3.8 氨蒸發(fā)器熱量衡算 333.3.9氣氨過熱器 343.3.10 混合器 343.3.11 空氣加熱器的熱量衡算 353.3.12吸收水第一冷卻器 363.3.13 吸收水第二冷卻器 36四、主要設(shè)備的工藝計(jì)算374.1 空氣飽和塔 374.2 水吸收塔 404.3 合成反應(yīng)器 434.4 廢熱鍋爐 45五、環(huán)境保護(hù)

3、要求465.1丙烯腈生產(chǎn)中的廢水和廢氣及廢渣的處理46六、參考文獻(xiàn)501設(shè) 計(jì) 說 明1.1概述丙烯腈【化學(xué)式】：CH2CHCN，在常溫下是無色透明液體，味甜，微臭，沸點(diǎn)77.5，凝固點(diǎn)-83.3，閃點(diǎn)0，自燃點(diǎn)481?？扇苡谟袡C(jī)溶劑如丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇中，與水部分互溶，20時(shí)在水中的溶解度為7.3(w)，水在丙烯腈中的溶解度為3.1(w)。其蒸氣與空氣形成爆炸混合物，爆炸極限為3.0517.5(v)。丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等會(huì)形成二元共沸混合物，和水的共沸點(diǎn)為71，共沸物中丙烯腈的含量為88(w)，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

4、劇毒，其毒性大約為氫氰酸毒性的十分之一，能灼傷皮膚，低濃度時(shí)刺激粘膜，長(zhǎng)時(shí)間吸入其蒸氣能引起惡心，嘔吐、頭暈、疲倦等，因此在生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸中，應(yīng)采取嚴(yán)格的安全防護(hù)措施，工作場(chǎng)所內(nèi)丙烯腈允許濃度為0.002mg/L。 丙烯腈分子中有雙鍵()和氰基()兩種不飽和鍵，化學(xué)性質(zhì)很活潑， 能發(fā)生聚合、加成、水解、醇解等反應(yīng)。 聚合反應(yīng)發(fā)生在丙烯腈的C=C雙鍵上，純丙烯腈在光的作用下就能自行聚合，所以在成品丙烯腈中，通常要加入少量阻聚劑，如對(duì)苯二酚甲基醚(阻聚劑MEHQ)、對(duì)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

5、可制得各種合成纖維、合成橡膠、塑料、涂料和粘合劑等。丙烯腈是三大合成的重要單體，目前主要用它生產(chǎn)聚丙烯腈纖維(商品名叫“腈綸”)。其次用于生產(chǎn)ABS樹脂(丙烯腈丁二烯苯乙烯的共聚物)，和合成橡膠(丙烯腈丁二烯共聚物)。丙烯腈水解所得的丙烯酸是合成丙烯酸樹脂的單體。丙烯腈電解加氫，偶聯(lián)制得的己二腈，是生產(chǎn)尼龍66的原料。 1.2 丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展概況1.21國(guó)外的發(fā)展情況自1960年Sohio公司成功地開發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈工藝以來，其他合成方法均遭淘汰，丙烯氨氧化工藝成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)丙烯腈的唯一技術(shù)。Sohio丙烯腈工藝日趨完善，催化劑的改進(jìn)已成為提高丙烯腈收率的主要因素。西歐有2個(gè)工廠

6、曾采用由Distillers Ugine開發(fā)的固定床丙烯氨氧化制丙烯腈的工藝，于1990年關(guān)閉，墨西哥的1個(gè)工廠于1993年關(guān)閉，在東歐的少數(shù)工廠也陸續(xù)停工。至今，全世界的丙烯腈生產(chǎn)幾乎都采用流化床丙烯氨氧化工藝，即在多組分固體粉末催化劑作用下，丙烯和氨氣、空氣在流化床中發(fā)生氨氧化反應(yīng)，生成丙烯腈，并副產(chǎn)乙腈和氫氰酸等。BP公司(已收購(gòu)Sohio公司)擁有丙烯腈生產(chǎn)裝置所采用的Sohio工藝，其他專利許可公司還包括日本旭化成公司、日東公司、Solutia公司和中國(guó)石油化工集團(tuán)(簡(jiǎn)稱中國(guó)石化)。對(duì)于目前正在開發(fā)的丙烯腈工藝，值得密切關(guān)注的是直接以丙烷為原料的合成丙烯腈工藝。（1）裝置規(guī)模向大型化

7、發(fā)展近年來國(guó)外丙烯腈裝置總的發(fā)展趨勢(shì)是向大型化發(fā)展。一些原設(shè)計(jì)能力為7萬噸/年的生產(chǎn)裝置通過消除“瓶頸”制約，擴(kuò)大了生產(chǎn)能力，有的達(dá)到9萬噸/年，有的甚至超過13萬噸/年。另外一些新建或準(zhǔn)備建設(shè)的丙烯腈裝置的規(guī)模多數(shù)為13萬噸/年，甚至達(dá)2535萬噸/年。由于裝置規(guī)模的大型化，每萬噸丙烯腈的建設(shè)投資大幅度下降，裝置運(yùn)行中的能耗和物耗降低，使丙烯腈生產(chǎn)成本降低，給企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。（2)新型催化劑的開發(fā)及應(yīng)用不斷研究開發(fā)新一代催化劑是丙烯腈技術(shù)發(fā)展的又一趨勢(shì)。催化劑是丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是丙烯腈專利的核心。新型催化劑的開發(fā)及應(yīng)用對(duì)丙烯腈工藝技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)起著決定性的作用。幾十年

8、來世界上從事丙烯腈研究與開發(fā)的各公司都投入了大量的人力、物力和財(cái)力，致力于新型催化劑的研究開發(fā)工作，BP、旭化成、Monsanto、中國(guó)石油化工總公司等都推出了自己的一代又一代的新催化劑。這些新型催化劑不僅提高了丙烯腈的單程收率，而且提高了選擇性，減少了副產(chǎn)物的生成。從催化劑的單程收率看，70年代為70%75%；80年代達(dá)到80%；90年代超過了80%。高效新型催化劑的開發(fā)和應(yīng)用為丙烯腈工藝的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也是丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)提高和發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。1.2.2國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況20世紀(jì)60年代以來，我國(guó)不斷開發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈技術(shù)，并建成多套千噸級(jí)規(guī)模裝置。目前，中國(guó)石化已開發(fā)出了

9、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的丙烯腈成套技術(shù)，其中包括MB系列丙烯腈催化劑、空氣分布板和丙烯-氨分布器、旋風(fēng)分離器、復(fù)合萃取分離技術(shù)、負(fù)壓脫氰塔、導(dǎo)向浮閥和氣液分離器等專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。并且利用該成套技術(shù)分別將中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司的原產(chǎn)能2.5萬噸/年丙烯腈生產(chǎn)裝置改造成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4萬噸/年國(guó)產(chǎn)化示范裝置；將中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱上海石化)的原產(chǎn)能6.0萬噸/年丙烯腈裝置改造至13萬噸/年，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，為國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置改擴(kuò)建提供了技術(shù)依據(jù)。我國(guó)人口眾多，解決14億人口的穿衣問題十分突出。因此，目前我國(guó)的丙烯腈主要用于生產(chǎn)腈綸。從目前發(fā)展水平看，我國(guó)腈綸產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)

10、滿足不了市場(chǎng)的需求。近3年來我國(guó)腈綸的年消耗量約在125135萬噸，盡管我國(guó)的腈綸生產(chǎn)能力已達(dá)到140萬噸/年，而2005年丙烯腈的生產(chǎn)總量只有120萬噸，只能滿足腈綸生產(chǎn)能力需求的一半，其余需通過進(jìn)口來解決。預(yù)計(jì)到2012年我國(guó)的腈綸消耗量為180萬噸/年左右，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力將達(dá)到185萬噸/年。另外，再加上ABS(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物)、SAN(苯乙烯、丙烯腈共聚物)等合成樹脂、丁腈橡膠、己二腈、丙烯酰胺及其衍生物等對(duì)丙烯腈的需求，有關(guān)部門預(yù)計(jì)到2012年我國(guó)丙烯腈的需求量將超過180萬噸/年。我國(guó)從60年代初著手丙烯腈技術(shù)的研究開發(fā)工作，70年代初在全國(guó)各地興建了12套中小型丙烯腈

11、生產(chǎn)裝置，其中生產(chǎn)能力最大為1萬噸/年，多數(shù)是千噸級(jí)的工廠。80年代開始我國(guó)丙烯腈工業(yè)發(fā)展很快，2008年底已形成的生產(chǎn)能力達(dá)126萬噸/年的規(guī)模。到2012年我國(guó)丙烯腈生產(chǎn)總能力可達(dá)到185萬噸/年，僅次于美國(guó)和日本，居世界第三位。如按到2010年我國(guó)丙烯腈需要量為160萬噸/年計(jì)，還需增加20萬噸/年的生產(chǎn)能力。從技術(shù)發(fā)展看，用國(guó)內(nèi)丙烯腈技術(shù)建設(shè)的工廠最大規(guī)模才達(dá)到1萬噸/年，而迄今我國(guó)大型丙烯腈裝置的技術(shù)都是從國(guó)外引進(jìn)。引進(jìn)一套5萬噸/年的丙烯腈裝置，僅專利許可和催化劑費(fèi)用就高達(dá)1500萬美元。因此，努力開發(fā)我國(guó)自己的丙烯腈成套技術(shù)，特別是采用國(guó)內(nèi)技術(shù)興建大型的丙烯腈裝置是擺在我們面前的

12、一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。我國(guó)丙烯腈技術(shù)的開發(fā)工作已有40多年的歷史，丙烯腈生產(chǎn)也有30多年的經(jīng)驗(yàn)。這些都為發(fā)展我國(guó)自己的丙烯腈技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。尤其是1983年中國(guó)石油化工總公司成立以來，總公司十分重視丙烯腈技術(shù)的開發(fā)，組織了一系列丙烯腈的重大技術(shù)攻關(guān)，取得了許多重大的工業(yè)化技術(shù)成果，特別是MB-82、MB-86催化劑、UL型流化床反應(yīng)器、復(fù)合萃取精餾新工藝、負(fù)壓脫氰技術(shù)等，均已在國(guó)內(nèi)大型丙烯腈裝置上應(yīng)用成功，使我國(guó)的丙烯腈生產(chǎn)工藝在原有基礎(chǔ)上，在關(guān)鍵性的工藝技術(shù)上有了重大改進(jìn)，使我國(guó)的丙烯腈總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際水平。國(guó)產(chǎn)催化劑所以能夠比較普遍地被采用，并逐步取代進(jìn)口催化劑主要原因有兩條:一是國(guó)產(chǎn)催

13、化劑的性能質(zhì)量與進(jìn)口催化劑相當(dāng)，甚至優(yōu)于某些牌號(hào)的進(jìn)口催化劑；二是國(guó)產(chǎn)催化劑在價(jià)格上比進(jìn)口催化劑有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然在推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)催化劑上還有許多工作要做，我們不僅要做好國(guó)產(chǎn)催化劑在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的推廣應(yīng)用，而且要努力開拓國(guó)際市場(chǎng)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。值得一提的是淄博石油化工廠在引進(jìn)裝置開車時(shí)，首裝就采用了國(guó)產(chǎn)MB-86催化劑，而且開車結(jié)果很好。齊魯石化公司、上海石化研究院以及清華大學(xué)、石油大學(xué)合作完成了“丙烯腈主裝置成套國(guó)產(chǎn)化技術(shù)開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用”項(xiàng)目攻關(guān)。以MB-98丙烯腈催化劑、新型空氣分布板和丙烯-氨分布器、PV型旋風(fēng)分離器、復(fù)合萃取分離技術(shù)、負(fù)壓脫氰塔、導(dǎo)向浮閥和新型氣-液分離器等國(guó)內(nèi)自行開發(fā)的專

14、利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)為基礎(chǔ)，將原生產(chǎn)能力2.5萬ta的齊魯丙烯腈裝置改造成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4萬ta丙烯腈國(guó)產(chǎn)化示范裝置，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。該裝置投產(chǎn)以來，不僅生產(chǎn)能力擴(kuò)大了60%以上，而且生產(chǎn)每噸丙烯腈的丙烯單耗降到了1.077t，產(chǎn)品精制回收率提高了4.2%，副產(chǎn)品乙腈回收率提高到97.21%，也為開發(fā)10萬ta以上丙烯腈成套技術(shù)和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有同類裝置的改擴(kuò)建提供了技術(shù)依據(jù)。目前，丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)已在大慶石化、安慶石化、吉化公司、上海石化等4套丙烯腈裝置上推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。幾年來，齊魯石化丙烯腈裝置平均每年新增利潤(rùn)4000萬元，大慶石化、安慶石化等4家裝置每年新增利潤(rùn)4100萬元。

15、據(jù)粗略計(jì)算，國(guó)產(chǎn)丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)如在國(guó)內(nèi)全面推廣應(yīng)用，預(yù)計(jì)年新增效益可達(dá)6億元。1.3 世界范圍內(nèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家、產(chǎn)量 2010年全球主要丙烯腈生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)產(chǎn)能排序生產(chǎn)廠家國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)能力/(萬t.a-1)1英力士集團(tuán)德國(guó)，美國(guó)104.32Asccend性能材料公司美國(guó)52.23旭化成日本50.04臺(tái)塑中國(guó)臺(tái)灣省32.05巴斯夫英國(guó)28.06東西石化公司韓國(guó)27.37上海賽科上海市26.08帝斯曼荷蘭25.99Tae Kwang工業(yè)韓國(guó)25.010氰特工業(yè)美國(guó)22.711吉林石化公司吉林市21.012Dia-Nitrix Co Ltd日本20.513臺(tái)灣石化中國(guó)臺(tái)灣省19.014LU

16、KOII俄羅斯18.515Mitsubishi Rayon日本13.316BP美國(guó)13.017其他78.8合計(jì)619.51.4 世界范圍內(nèi)生產(chǎn)該產(chǎn)品的所有工藝及其分析1.4.1 環(huán)氧乙烷法由環(huán)氧乙烷和氫氰酸制得氰乙醇，然后以碳酸鎂為催化劑，于200 -220脫水制得丙烯腈。 此法生產(chǎn)的丙烯腈原料昂貴，且氫氰酸毒性大，已被淘汰。1.4.2 乙炔法由乙炔與氫氰酸作用而得，反應(yīng)為常壓，溫度80 -90，用氯化亞銅和氯化銨為催化劑。該法特點(diǎn)是：生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，但副產(chǎn)物種類較多，不易分離。1960 年以前，該法是世界各國(guó)生產(chǎn)丙烯腈的主要方法，現(xiàn)基本淘汰。1.4.3 丙烯氨氧化法以丙烯、氨氧和空氣中的氧為原

17、料制得，主要副產(chǎn)物為氫氰酸、乙腈、丙烯醛、CO2和CO。C3H6 + NH3 +1.5 O2 CH2 =CHCN + 3H2O 典型的生產(chǎn)過程為，原料氣體以丙烯I 氨I 空氣= 1.0I1. 15 I 10. 5（mol）的比例從底部進(jìn)入流化床反應(yīng)器，反應(yīng)溫度440C，壓力63.74 kPa。反應(yīng)熱用軟水循環(huán)回收，發(fā)生高壓蒸汽。反應(yīng)氣體冷卻后，洗滌、吸收、精餾后得到高純度產(chǎn)品.該方法具有原料易得、工藝過程簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。該方法是目前國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)方法。1.5設(shè)計(jì)任務(wù)1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱 年產(chǎn)3000噸丙烯腈合成工段換熱器工藝設(shè)計(jì)2 生產(chǎn)方法 以丙烯、氨、空氣為原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈

18、。3 生產(chǎn)能力 年生產(chǎn)天數(shù)300天，產(chǎn)量3000t/a丙烯腈。4 原料組成 液態(tài)丙烯原料含丙烯85%（mol）；液態(tài)氨原料含氨100%。5 工段產(chǎn)品為丙烯腈水溶液，含丙烯腈約1.8%（wt）。2 生產(chǎn)方案2.1工藝技術(shù)方案及原理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(guó)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，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。 丙烯氨氧化制丙烯腈主

19、要有五種工藝路線，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(guó)引進(jìn)的也是Sohio技術(shù)。丙烯氨

20、氧化的原理：化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)條件下，對(duì)于丙烯氨氧化法，主反應(yīng)生成丙烯腈，是一個(gè)非均相反應(yīng)；與此同時(shí)，在催化劑表面還發(fā)生一系列副反應(yīng)主反應(yīng)：C3H6 + NH3 +1.5 O2 CH2 =CHCN + 3H2O 該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：（-Hr ）= 512.5KJ/mol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 + 3NH3 +3O2 3HCN + 6H20（-Hr）298=315.1kJ/mol (2)生成丙烯醛（ACL）C3H6 + O2 CH2=CH-CHO + H2O（-Hr）298=353.1kJ/mol(3)生成乙腈（ACN）C3H6 + 3/2NH3 +

21、 3/2O2 3/2CH3CN + 3H2O（-Hr）298=362.3kJ/mol (4)生成CO2和H2OC3H6 + 9/2O2 3CO2 + 3H2O（-Hr）298=641kJ/mol 上述副反應(yīng)中，生成乙腈和氫氰酸是主要的，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。反應(yīng)過程也副產(chǎn)少量的丙烯醛、丙烯酸、乙醛、丙腈以及高聚物等，因此，工業(yè)產(chǎn)條件下的丙烯氨氧過程十分復(fù)雜。主、副產(chǎn)物的相對(duì)生成量，取決于催化劑本身性。2.2主要設(shè)備方案 2.2.1 催化設(shè)備 眾所周知，在丙烯腈生產(chǎn)中，催化劑起著十分重要的作用。催化劑正在不斷地更新?lián)Q代，實(shí)踐證

22、明，居世界領(lǐng)先水平的催化劑有美國(guó)BP的C-49MC、日本化學(xué)公司 的NS-733D以及我國(guó)的MB-93、 MB-96等。這些催化劑的應(yīng)用都可為丙烯腈的生產(chǎn)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。從催化劑的國(guó)產(chǎn)化方面考慮，結(jié)合擴(kuò)能改造，應(yīng)逐步采用效能 更為優(yōu)異的MB-93和MB-96催化劑，當(dāng)然，也應(yīng)繼續(xù)開發(fā)應(yīng)用其他性能優(yōu)良的催化劑。 其余的車間工段裝置，在相應(yīng)的車間工段設(shè)立控制室，進(jìn)行監(jiān)視控制操作。 鍋爐房電站生產(chǎn)裝置的運(yùn)行控制方式，采用爐機(jī)集中控制。（包括爐、機(jī)、除氧給水系統(tǒng)）。將爐機(jī)控制室設(shè)在裝置建筑物內(nèi)，以 利于對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視控制。 2.2.2控制系統(tǒng) 選用一套中心DCS 系統(tǒng)

23、，分別對(duì)儀表進(jìn)行控制。對(duì)連鎖較多的裝置還采用PLC系統(tǒng)。DCS 及PLC系統(tǒng)考慮進(jìn)口。 在線自動(dòng)分析儀表，基本上采用國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的紅外線自動(dòng)分析器和紫外線自動(dòng)分析器，在線質(zhì)譜儀考慮進(jìn)口，在線色譜儀選用國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的或者進(jìn)口。 本系統(tǒng)也考慮了能聯(lián)結(jié)全廠生產(chǎn)調(diào)度，操作管理站即生產(chǎn)總調(diào)度站，以及電氣控制站及其馬達(dá)控制中心和馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程綜合自動(dòng)化。 合成丙烯腈生產(chǎn)過程中，為了達(dá)到最佳的合成效果，H2/N2必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，由于工藝過程對(duì)H2/N2 配比干擾因素較多，應(yīng)迅速檢測(cè)出氫氮比，為此選用采集周期短的質(zhì)譜儀測(cè)出氫氮比，從而能實(shí)現(xiàn)多變量預(yù)估控制，并使合成塔入口的氫氮比，波

24、動(dòng)最小，得到最佳氫氮比，產(chǎn)生最好的經(jīng)濟(jì)效益。3 物料衡酸和熱量衡算3.1生產(chǎn)工藝及物料流程丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的工藝流程主要分三部分：反應(yīng)部分、回收部分和精制部分。其工藝過程可簡(jiǎn)單表示如下：水吸收回收部分精制部分反應(yīng)部分丙烯腈HCN乙腈尾氣水硫酸銨液稀硫酸丙烯空氣氨氣氨中和及冷卻產(chǎn)物和副產(chǎn)物分離產(chǎn)物和副產(chǎn)物精制反應(yīng)換熱生產(chǎn)工藝流程圖如下：流程簡(jiǎn)介如下：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

25、右進(jìn)入氨中和塔，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。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，水吸收塔塔底得到含丙烯腈約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，溫度升高后去精制工段。主要設(shè)備裝配圖：流化床反應(yīng)器1.空氣分布板; 2.丙烯和氨分配管； 3.U形冷卻管; 4.旋風(fēng)分離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，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為 =455.36 kg/h3.3物

26、料衡算和熱量衡算3.3.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a. 丙烯腈產(chǎn)量： 455.36kg/h,即8.60kmol/hb原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）： 含C3H6 85%, C3H8 15%c進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為： C3H6 : NH3 : O2 : H2O1:1.05:2.3:3d.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率如表物 質(zhì)丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）摩爾收率0.60.0650.070.0070.12e. 操作壓力： 進(jìn)口0.203MPa, 出口0.162MPaf.反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度110，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度360g.化學(xué)參數(shù)如表：主要物質(zhì)C3

27、H6C3H8NH3丙烯腈 乙腈丙烯醛摩爾質(zhì)量kg/kmol424417534156（2）物料衡算 a. 反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H6 8.60/0.6=14.3 kmol/h=600.6 kg/hC3H8 (14.3/0.85)×0.15= 2.52kmol/h =110.88 kg/hNH3 14.3×1.05=15.02kmol/h = 255.34 kg/hO2 14.3×2.3=32.89 kmol/h=1052.48 kg/hH2O 14.3×3=42.90kmol/h=772.2 kg/hN2 （32.89/0.21）×0

28、.79=123.73 kmol/h=3464.44kg/h b. 反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量 丙烯腈(AN) 8.60kmol/h =455.36kg/h 乙腈(ACN) 3/2 ×14.3×0.07=1.50 kmol/h=61.56 kg/h 丙烯醛(ACL) 14.3×0.007=0.10 kmol/h=5.60kg/h CO2 3×14.3×0.12=5.15 kmol/h=226.6 kg/h HCN 3×14.3×0.065=2.79 kmol/h=75.33kg/h C3H8 2.52kmol/h =110

29、.88 kg/h N2 123.73 kmol/h = 3464.44kg/h O2 32.89-(3/2)×8.60-2.79-0.10-1.50-9/(3×2)×5.15 =7.88kmol/h =252.16 kg/hC3H6 14.3-（1/3）×2.79-0.10-（2/3）×1.50-8.60-（1/3）×5.15=2.05 kmol/h =86.10kg/h NH3 15.02-8.60-1.50-2.79=2.31 kmol/h=39.27 kg/hH2O 42.9+3×8.60+2×1.50+2&

30、#215;2.79+5.15+0.10 = 82.53 kmol/h=1485.54 kg/hc.反應(yīng)器物料平衡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)C3H614.3600.66.1819.62.0586.100.8271.325C3H82.52110.881.0911.7752.52110.881.061.775NH315.02255.346.494.082.3139.270.8980.583O232.891052.4814.2216.827.88252.163.3124.046N2123.733464.4454

31、.3855.38123.733464.4457.8255.4H2O42.90772.218.5412.3482.531485.5434.4923.71AN00008.60455.363.5947.271ACN00001.5061.560.62890.9843HCN00002.7975.331.1681.231ACL00000.105.600.0420.0896CO200005.15226.62.5163.622合計(jì)231.366255.94100100239.166262.84100100（3）熱量衡算物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2O01101.8412.052.3010.9411.0

32、461.88303602.6783.0132.6361.0041.0882.00804702.9293.3472.9391.0461.1092.092各物質(zhì)0t的平均定壓比熱容物質(zhì)ANHCNACNACLCO203601.8741.6401.9331.9661.13004702.0291.7242.102.1721.213假設(shè)如下熱力學(xué)途徑：470°C，濃相段出口混合氣H110°C，反應(yīng)器入口混合氣H3H125°C，濃相段出口混合氣H225°C，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，a.濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的

33、熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量H1=( 600.6×1.841+110.88×2.05+255.34×2.301+1052.48×0.941+3464.44×1.046+772.2×1.833 )(25-100)=-5.96×kJ/hH2= -(8.60×512.5+1.50×362.3+2.79×315.1+0.10×353.1+5.15×641)×=-9.17× kJ/hH3=(86.10×2.929+110.88×3.347+39.27

34、15;2.939+252.16×1.046+3464.44×1.109+1485.54×2.092+455.36×2.209+61.56×2.10+75.33×1.724+5.60×2.172+226.6×1.213)(470-25)= 4.23× kJ/hH=H1+H2+H3=-5.54× kJ/h若熱損失取H的5%，則需由濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負(fù)荷）為：Q = (1-0.05)×5.54×=5.26×kJ/h濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405Mpa的

35、飽和蒸汽（飽和溫度143），143飽和蒸汽焓isteam =2736 kJ/kg143飽和水焓iH2O=601.2 kJ/kg 產(chǎn)生的蒸汽量為 G=246.39 kg/hb.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Q1= (86.10×2.929+110.88×3.347+39.27×2.939+252.16×1.046+3464.44×1.109+1485.54×2.092+455.36×2.209+61.56×2.10+75.33×1.724+5.60

36、×2.172+226.6×1.213) (470-0) =4.468× kJ/h離開稀相段的氣體帶出的熱為Q2 =(86.10×2.678+110.88×3.013+39.27×2.636+252.16×1.004+3464.44×1.088+1485.54×2.008+455.36×1.874+61.56×1.933+75.33×1.64+5.60×1.966+226.6×1.130)(360-0)=3.253× kJ/h若熱損失為4%，則稀相

37、段換熱裝置的熱負(fù)荷為Q = (1-0.04) (Q1-Q2)= (1-0.04) (4.468-3.253) ×=1.166×kJ/h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 G=3.3.2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0.152MPad.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)各物質(zhì)在0180的平均比熱容為物質(zhì)H2O2.0712.3432.4060.9621.0541.925物質(zhì)ANHCNACNACL1

38、.5521.4851.6071.5861.004a入口氣體帶入熱（等于反應(yīng)器稀相段氣體帶出熱）Q1= 3.253× kJ/hb出口氣體帶出熱Q2 =（86.10×2.071+110.88×2.343+39.27×2.406+252.16×0.962+3464.44×1.054+1485.54×1.925+455.36×1.552+61.56×1.485+75.33×1.607+5.60×1.586+226.6×1.004)（180-0）=1.520× kJ/hc熱衡

39、算 求需要取出的熱量Q按熱損失10%計(jì)，需取出的熱量為Q= (1-0.1) (Q1- Q2) =0.9(3.253-1.520) ×=1.560× kJ/hd. 產(chǎn)生蒸汽量 產(chǎn)生0.405Mpa飽和蒸汽的量為： 3.3.3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(duì)濕度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：物質(zhì)ANACN氰醇ACLH2O合計(jì)%（wt）0.0050.0080.000

40、50.000299.986100e. 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O2 32.89kmol/h即為1052.48 kg/h N2 123.73kmol/h即為3464.44 kg/hH2O 42.90kmol/h即為772.2 kg/h (2)物料衡算a.進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量等于32.89+123.73=156.62 kmol/h=4517 kg/h查得30，相對(duì)濕度80%時(shí)空氣濕含量為0.022水氣/kg干空氣，因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為 0.022×4517=99.37 kg/hb.進(jìn)塔熱水量液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為 = 14.86 塔頂噴淋液

41、（105）的密度為958 ，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為14.86×958= 14235.88 kg/hc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，因此O2 32.89kmol/h即為1052.48 kg/h N2 123.73kmol/h即為3464.44 kg/hH2O 42.90kmol/h即為772.2 kg/hd.出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量 =772.2-99.37=672.83 kg/h出塔液流量 =14235.88-672.83=13563.05 kg/he.飽和塔物料衡算表成分入塔氣出塔氣kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(

42、mol)%(wt)O232.891052.4820.422.8832.891052.4816.4819.90N2123.733464.4476.7575.32123.733464.4462.0165.50H2O5.5299.378.851.842.90772.221.5114.60AN00000000ACN00000000氰醇00000000ACL00000000合計(jì)162.144616.29100100199.525289.12100100入塔噴淋液塔釜排出液kg/h%(wt)kg/h%(wt)0000000014233.9399.98613561.1999.9850.71180.0050.

43、67820.005251.13890.0081.08500.00840.07120.00050.06780.000530.02850.00020.02710.0002114235.8810013563.05100(3)熱衡算a.空氣飽和塔出口氣體溫度 從物料平衡表得知，空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為0.215，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：0.05655/0.81=0.0698Mpa = 69800Pa查飽和蒸汽表，得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度為90，因此，必須控制出塔氣體溫度在90，才能保證工藝要求的蒸汽量。b.入塔熱水溫度 入塔水來自精制段乙腈解吸塔

44、塔釜，105c.由熱衡算求出熱水溫度t 熱衡算基準(zhǔn)：0氣態(tài)空氣，0液態(tài)水（a）170進(jìn)塔空氣帶入熱量Q1170蒸汽焓值為2773.3kJ/kg，干空氣在0170的平均比熱容為Q1 = (1052.48+3464.44) ×1.004(170-0) + ( 2773.3×99.37)= 1.047×kJ/h（b）出塔濕空氣量帶出熱量Q290蒸汽焓2660kJ/kg，空氣比熱容取1.044kJ/(kg·K)Q2 = (1052.48+3464.44) ×1.044(90-0) + 772.2×2660=2.478×kJ/h（c）

45、105入塔噴淋液帶入熱量Q3Q3=14235.88×4.184(105-0) = 6.25× kJ/h(d)求出塔熱水溫度t 出塔熱水帶出的熱量用Q4表示則 Q4=13563.05×4.184t=56747.8t熱損失按5%計(jì)，則Q=0.05(1.047×+ 4.23×)= 2.640 ×kJ/h熱平衡方程 Q1 + Q3 = Q2 + Q4 + Q代入數(shù)據(jù)：1.047× +6.25×= 2.478×+ 56747.8t + 2.640×解得： t=80因此，出塔熱水溫度為803.3.4氨中和塔

46、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.塔底出口液體的組成如下：組分H2OANACNHCNH2SO4(NH4)2SO4 合計(jì)%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100.進(jìn)塔溫度180，出塔溫度76，新鮮硫酸吸收劑溫度30.塔頂壓力0.122 ，塔底壓力0.142（）物料衡算a.排出的廢液量及其組成 進(jìn)塔其中含有72.95kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸銨，氨和硫酸反應(yīng)的方程式如下： 硫酸銨的生成量，即需要連續(xù)排出的的流量為=152.46 kg/

47、h上式中132是(NH4)2SO4的分子量，17是NH3的分子量塔底排出液中，(NH4)2SO4的含量為30.9%（wt），因此，排放的廢液量為：152.46/0.309=493.40 kg/h排出的廢液中，各組分的量：H2O 493.40×0.6853=338.13kg/hAN 493.40×0.0003=0.1480kg/hACN 493.40×0.0002=0.0987kg/hHCN 493.40 ×0.00016=0.0789kg/hH2SO4 493.40×0.005=2.467kg/h(NH4)2SO4 493.40×0.

48、309=152.46kg/hb需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93% H2SO4）的量為：c出塔氣體中個(gè)組分的量C3H6 86.10 kg/hC3H8 110.88 kg/hO2 252.16 kg/hN2 3464.44 kg/hAN 455.36-0.1480=455.21 kg/h ACN 61.56-0.0987=61.46 kg/hACL 5.6 kg/hHCN 75.33-0.0789=75.25 kg/hCO2 226.6 kg/hH2O 出塔氣中的水=入塔氣中帶入的水+新鮮吸收劑帶入水-廢液排出水1485.54+124.36×0.07-338.13=1156.12 kg/hd.

49、氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表 成分入 塔 氣新鮮吸收液kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kg/h%(wt)C3H62.0586.100.8271.32500C3H82.52110.881.061.77500NH32.3139.270.8980.58300O27.88252.163.3124.04600N2123.733464.4457.8255.400H2O82.531485.5434.4923.718.717AN8.60455.363.5947.27100ACN1.5061.560.62890.984300HCN2.7975.331.1681.23100ACL0.105.600.042

50、0.089600CO25.15226.62.5163.62200H2SO40000115.6593(NH4)SO4000000合計(jì)239.166265.84100100124.36100組分排放廢液出 塔 氣Kg/h%(wt)Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)C3H6002.0586.100.8271.325C3H8002.52110.881.061.775NH3000000O2007.88252.163.3124.046N200123.733464.4457.8255.4H2O338.1368.5364.2071156.1234.4923.71AN0.14800.038.597455.213.5947.271ACN0.09870.021.49861.460.62890.9843HCN0.07890.0162.78775.251.1681.231ACL000.105.600.0420.0896CO2005.15226.62.5163.622H2SO42.4670.50000(NH4)SO4152.4630.90000合計(jì)493.40100218.525893.82100100（3）熱衡算a.出塔氣體溫度塔頂氣體中實(shí)際氣體分壓為設(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，已知硫酸銨溶液上方的飽和蒸