年8万吨丙烯腈回收工段的初步设计_毕业设计.docx

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文）题 目 年8万吨丙烯腈回收工段的初步设计 学 院 化学与化学工程学院 98摘 要本文是主要研究年产8万吨丙烯腈回收工段的初步设计。文中首先论述回收工段的目的、国内外发展现状、市场前景以及生产方法。根据查找资料，确定生产装置采用以水为溶剂的萃取精馏塔工艺流程，主要目的是将丙烯腈与乙腈分离。本文重点阐述了丙烯腈回收工段。包括工艺原理和工艺流程的论述。根据工艺参数进行物料衡算、热量衡算和设备计算，并依据计算的数据进行设备选型。并且对该工段的工艺控制、 “三废处理”做了说明。最后根据工艺条件利用Auto CAD绘制带控制点的工艺流程图，并且完成了20 000字的设计说明书。关键词：丙烯腈；乙腈；溶剂水；回收AbstractThis article is mainly an annual output of 80,000 tons of acrylonitrile recovery section the preliminary design. Firstly, this paper discusses the purpose of the recovery section, development in the world, the market prospects and production methods. To find the information of the production installations in the extractive distillation column with water as solvent process, the main purpose is the separation of acrylonitrile and acetonitrile. This article focuses on the acrylonitrile recovery section including process principles and processes discussing. Process parameters of material balance, heat balance and computing equipment, and equipment selection are based on the calculated data. Process controling, three wastes are described. Finally, according to the process conditions the use of Auto CAD drawing with a process flow diagram of the control points, completed the design specification of 20 000 words.Key words: Acrylonitrile; Acetonitrile; Solvent water; Recover目 录摘 要IAbstractI第1章 总 论11.1 概述11.1.1生产的意义与作用11.1.2国内外发展现状和发展前景11.1.3主要产品的性质特点与生产方法11.2 设计依据11.3 厂址选择11.4 设计规模及生产制度11.4.1设计规模11.4.2生产规模11.5 原料与产品规格1第2章 工艺设计与计算12.1 工艺原理12.2 工艺路线的12.3 工艺流程简述12.4 工艺参数12.5 物料衡算12.5.1回收塔物料衡算12.5.2乙腈塔进行物料衡算12.5.3回收塔分成器物料衡算12.6 热量衡算12.6.1回收塔的热量计算12.6.2乙腈塔的热量计算12.6.3回收塔分层器的热量计算12.7 Aspen过程模拟12.7.1全流程 Aspen模拟12.7.2回收塔 Aspen模拟12.7.3乙腈塔 Aspen模拟12.7.4分层器塔 Aspen模拟1第3章 设备选择13.1 选择原则13.2 关键设备的选型13.2.1回收塔塔径、塔高和孔径的计算13.2.2最少理论板数计算13.2.3塔高和塔厚计算13.2.4换热器的选择1第4章 设备一览表1第5章 车间设备布置与设计15.1 车间布置设计原则15.2 车间设备平面布置15.3 车间设备立面布置1第6章 自动控制16.1 自动控制原理16.2 重要控制点1第7章 安全和环境保护17.1 环境保护17.2 三废产生的情况17.3 三废处理情况1第8章 公用工程18.1 供水及排水系统18.2 供电系统18.3 采光及照明系统18.4 采暖与通风系统1结束语1参考文献1致谢1第1章 总 论1.1 概述1.1.1生产的意义与作用丙烯腈是一种无色的有辛辣气味液体，属大众基本有机化工产品，是三大合成材料合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料，在有机合成工业和人民经济生活中用途广泛1。丙烯腈是石油化学工业的重要产品，用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。由丙烯腈制得聚丙烯腈纤维即腈纶，其性能极似羊毛，因此也叫合成羊毛。聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛”，它强度高，比重轻，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚可制得丁腈橡胶，具有良好的耐油性，耐寒性，耐磨性，和电绝缘性能，并且在大多数化学溶剂，阳光和热作用下，性能比较稳定。丙烯腈与丁二烯、苯乙烯共聚制得ABS树脂，具有质轻、耐寒、抗冲击性能较好等优点2。丙烯腈水解可制得丙烯酰胺和丙烯酸及其酯类。它们是重要的有机化工原料，丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈，由己二腈加氢又可制得己二胺，己二胺是尼龙原料。可制造抗水剂和胶粘剂等，也用于其他有机合成和医药工业中，并用作谷类熏蒸剂等1。此外，该品也是一种非质子型极性溶剂、作为油田泥浆助剂PAC142原料。乙腈是一种应用相当广泛的有机化工原料，它不仅应用于化工行业还有生物化工等，但是在石油化学工业中应用的范围非常广泛。在石油化学工业中用作从烯烃和链烷烃中提取丁二烯和异戊二烯的萃取剂外，还被广泛地用作有机合成、医药、农药、表面活性剂、染料等精细化学品的合成原料，以及薄层色谱、纸色谱、光谱、极谱和高效液相色谱(的流动相溶剂，最近又开始被用作DNA合成提纯溶剂、有机EL材料合成用溶剂、电子部件的清洗溶剂等，这些应用场合对乙腈的纯度有着很高的要求。乙腈最主要的用途是作溶剂。如作为抽提丁二烯的溶剂，合成纤维的溶剂和某些特殊涂料的溶剂。在石油工业中用于从石油烃中除去焦油、酚等物质的溶剂3。在油脂工业中用作从动植物油中抽提脂肪酸的溶剂，在医药上用于甾族类药物的再结晶的反应介质。在需要高介电常数的极性溶剂时常常使用乙腈与水形成的二元共沸混合物：含乙腈84%，沸点76。乙腈是医药（维生素B1），香料的中间体，是制造均三嗪氮肥增效剂的原料。也用作酒精的变性剂。此外，还可以用于合成乙胺、乙酸等，并在织物染色、照明工业中也有许多用途。1.1.2国内外发展现状和发展前景国外情况 近年来随着丙烯腈下游产品腈纶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/苯乙烯（ABS/AS）、丙烯酰胺、丁腈橡胶和丁腈胶乳、己二腈和己二胺等方面的发展，特别是下游精细化工新品的不断开发与应用，世界的丙烯腈需求量也不断增加4。1995-2000年，世界丙烯腈年均增长率约为4%。生产能力从4750kt/a 增至5800kt/a，产量由4330kt/a 增至5050kt/a。表1-1世界丙烯腈需求及预测（万吨）地区2001年2002年2003年2004年2005年2010年欧洲130130130125100100中东303030303535亚洲230250270280315340拉丁美洲202025253025北美706045454070全世界约480约490约500约510约520约550国内生产情况 自20 世纪80 年代以来,我国丙烯腈工业发展较快，从国外引进8 套装置，全部采用美国BP 公司技术，目前总生产能力约为410kt/a。目前,我国主要生产厂家及生产能力见表1-2。表1-2我国丙烯腈主要生产厂商与生产能力 (kt/a)生产厂商生产能力备注上海石化股份有限公司50实际可达70大庆石化总厂大庆油田聚合厂6060齐鲁石化公司丙烯腈厂兰州石化公司石化厂抚顺石化公司腈纶厂吉林石化公司化肥厂安庆石化公司腈纶厂总计4032506650408计划扩展到70计划扩展到100近十年来我国丙烯腈飞速发展，1988年产量仅为80.5kt，2000年国内产量约为400kt，年均增长率约为14.3%。尽管我国丙烯腈新装置不断建设，产量逐年增加，但是仍不能满足国内下游产品快速发展的需求5。目前，丙烯腈在国内市场呈现供不应求的状况，每年需大量进口来满足国内市场供应，且进口量呈逐年上升趋势，19972000 年我国丙烯腈进口量分别为40，99，158，153kt。1.1.3主要产品的性质特点与生产方法产品的性质特点：丙烯腈，别名，氰基乙烯；为无色易燃液体，剧毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有机溶剂；遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸汽与空气混合物能成为爆炸性混合物，爆炸极限为 3.1%-17% （体积百分比）；沸点为 77.3 ，闪点 -5 ，自燃点为 481 。丙烯腈由于分子结构带有C=C 双键及-CN 键，所以化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的C=C 双键上，纯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产过程中，通常要加少量UU阻聚剂，如对苯酚甲基醚（阻聚剂MEHQ）、对苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等6。除发生自聚外，丙烯腈还能与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺等发生共聚反应，由此可制得合成纤维、塑料、涂料和胶粘剂等。丙烯腈经电解加氢偶联反应可以制得已二腈。氰基反应包括水合反应、水解反应、醇解反应等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺7。乙腈又名甲基腈，无色液体，极易挥发，有类似于醚的特殊气味，有优良的溶剂性能，能溶解多种有机、无机和气体物质。有一定毒性，与水和醇无限互溶。乙腈能发生典型的腈类反应，并被用于制备许多典型含氮化合物，是一个重要的有机中间体。生产方法：丙烯腈的生产方法有氰乙醇法、乙炔法和乙醛-氢氰酸法、丙烯氨化氧化法、丙烷氨化氧化法。其中氰乙醇法已淘汰，乙炔法仅少数国家沿用8。世界丙烯腈生产能力，几乎所有的流程都采用索亥俄(Sohio)技术，丙烯氨氧化工艺占绝对优势，但丙烷与丙烯之间存在着巨大的价格差，而且丙烷资源丰富，从而使包括BP、Sohio公司在内的一些公司纷纷研究用丙烷作原料生产丙烯腈的工艺。由于丙烯市场短缺、价格走高,而丙烷来源丰富,相对便宜,若丙烷氨氧化新工艺工业化成功,对丙烯腈生产技术和市场格局影响很大。因此建议侧重点在不断提高丙烷氨氧化催化剂的反应性能不断改进工艺技术；在兼顾丙烯腈收率的前提下,着重环保方面的考虑,向清洁工艺和、环境友好催化剂方向努力；尽可能采用经济规模,实现规模化经营；与腈纶、下游产品实施装置一体化建设或者建立供需合作伙伴，以避免原料涨价的挤压，有效抵御市场风险，并强有力地参与国际丙烯腈市场和生产技术的激烈竞争。回收工段的生产方法：共沸精馏塔，工业上成为回收塔，水洗液66左右进料，塔上部用48的水萃取精馏，塔顶（70）的出料为丙烯腈和水的共沸物，经冷却到40左右后进入油水分层器。用挡板式分层器，将油相溢流进入小贮罐，然后泵入脱HCN 塔精馏，水相返回萃取塔。侧线出料为乙腈和水的共沸物，进入乙腈塔，塔顶分出粗乙腈。脱氰塔（采用真空操作）底部的釜液用泵打入丙烯腈精制塔。为减少聚合，降低精馏塔操作温度，精馏塔采用真空操作，塔侧线得纯度为99.5%以上的成品丙烯腈。塔釜液用作回收塔的萃取剂9。1.2 设计依据专业下达的设计任务书年产8万吨丙烯腈回收工段的初步设计。化工建设项目施工组织设计标准HG 20235。化工建设项目环境保护设计规定HGJ 6-86。化工工厂初步设计文件内容深度规定HG/T 20688-2000。 建筑设计防火规范GB50187-93。1.3 厂址选择齐齐哈尔市黑龙江省西部地区的最大城市，坐落于松嫩平原中部。距离全国最大的路上油田和重要的化工基地大庆市139公里。全市总面积42，469平方公里，人口561万是全国13个较大的城市之一，紧邻嫩江，铁路，公路、水路运输发达，地广人稀，科研力量雄厚，原料运输便利10。富拉尔基交通电讯便利。号称“亚欧大陆桥”的滨洲铁路横贯东西城区，嫩江富拉尔基江段建有滨洲铁路嫩江桥（滨洲铁路于嫩江上曾建三桥，原为单线桥，现为复线桥）。富拉尔基站建于1902年，为中国铁路一等站。铁路支线覆盖区内各大中型企业。铁路货场吞吐能力：一次堆货量最高为13221.2吨，年办理量最高为152.4万吨。区域内公路四通八达，有县级以上公路七条，通车里程342.3公里（2001年）。碾北公路（301国道省内段）穿城而过，西可达龙江县、碾子山区、内蒙古等地，北可达梅里斯区、齐齐哈尔。齐富跃进公路（28公里）直通齐齐哈尔、富拉尔基两地。跃进公路改造齐富高速公路工程已于2006年5月启动，浮桥已于8月竣工。向东有汽车轮渡至嫩江东岸，由富昂公路通向昂昂溪区，远期将建设嫩江公路桥，并与碾北公路、111国道构成齐齐哈尔外环线。投资1800余万元建设的富拉尔基公路客运站业已完工，将于10月投入使用。富拉尔基港距区中心8公里，机动船上溯可达嫩江县，下行可至哈尔滨。拥有千吨级泊位两个，年物资吞吐能力近26万吨，年水动量2.33万吨。全区共有机动车近三千台，出租车600余台。从本区出发到齐齐哈尔大民机场仅23公里。通讯系统具有国际、国内所有通讯业务，有中国网通、中国电信、中国铁通、中国移动、中国联通等电信运营商11。富拉尔基有目前的四家国有商业银行：中国工商银行，中国农业银行，中国建设银行，中国银行的各支行及数十个营业网点遍布各条主要街道，各大股份制商业银行也相继落户富区：有龙江银行，交通银行，光大银行等数家，这样就可以为厂址选择提供了有力财政便捷保证12。所以，依据厂址选择的基本原则和要求，齐齐哈尔市有适合工厂要求的地址、气候、经济条件适宜。在该地区建设是最好选择。1.4 设计规模及生产制度1.4.1设计规模表1-3生产规模组份生产时间生产能力丙烯腈8000h80000吨/年1.4.2生产规模下表为回收车间的车间人员组成情况：表1-4回收车间丙烯腈工段人员组成人员名称人数倒班制度车间主任2八小时工作制班长4四班三倒回收工段6四班三倒乙腈工段6四班三倒技术工段2八小时工作制临时工人若干八小时工作制在职工人共计20人，临时工人若干，车间主任白天在车间主持工作，每班由一个班长带倒班人员进行倒班。 1.5 原料与产品规格 丙烯腈是石油化学工业的重要产品，用来生产聚丙烯纤维等，是化工中的重要原料一下是丙烯腈的产品的指标13，也是生物化工和人们日常生活中息息相关的重要的化学原料，而且丙烯腈还是应用于现代石油化工的工艺路线中，可以当化肥的原料与农副产品也是有很大的联系。表1-5成品丙烯腈指标序号指标名称其他优级品指标一级品合格品1外观透明液体 无悬浮物2色度（pt-co）号55103密度(20)g/m30.8000.8074PH值=10-2 (wt) 6.09.05酸度（以乙酸记）=10-2 (wt) 0.00200.00356水含量=10-2 (wt) 0.450.450.60表1-6副产品主要技术指标名称项目单位指标氢氰酸氢氰酸10-2 (wt) 99.5丙烯腈10-6 (wt) 50乙腈乙腈10-2 (wt) =35丙烯腈10-2 (wt) =0.2氢氰酸10-2 (wt) =5稀硫铵硫胺10-2 (wt) 2026液重组分10-2 (wt) 2.03.0总氰10-6 (wt) 1000表1-7三剂消耗 序号名称规格单位每吨丙烯腈消耗定额 kg/h消耗量 t/a1硫酸按10010-2Kg13013001046002对苯二酚按10010-2Kg0.55403醋酸按10010-2Kg1.8181444碳酸钠按10010-2Kg0.22165消泡剂按10010-2Kg0.22166催化剂按10010-2Kg0.44327磷酸三钠按10010-2Kg0.323.225.6化工工程建设项目在筹备阶段就要进行费用估算，目的是给项目主管部门提供决策依据。经济核算必须考虑到一切可能存在的因素：用于原材料、劳动力、设备维修、动力和其他公用工程等方面的直接生产成本，还包括车间的管理费、销售费用以及其他费用,所以我们应该对我们进行的毕业设计进行经济核算表对工厂的生产规模等进行大概的估算。表1-8经济核算表序号指标名称计算单位设计指标成本/万元1生产规模t/a 8wt 2 车间定员人 20 503原料量：粗丙烯腈t/a 306021 804 乙腈蒸汽好量t/a 3090 405 蒸汽耗量t/a 3900 46 冷凝水耗量t/a 128389 87 设备耗量及投资台 8 1008 车间建筑面积m2 260 100第2章 工艺设计与计算2.1 工艺原理原料中各种不同类的有机化合物的复杂混合物，其中许多有相近的沸点、比重等物理性质。本设计是把丙烯腈与乙腈完全互溶而沸点相近的液体混合物，加入一种萃取剂使丙烯腈和乙腈的相对挥发度增大，既而分离开的一种物理过程，精馏是利用液态混合物中各组分挥发度或沸点的不同来分离这些组分的方法本课题研究的内容是丙烯腈回收段的设计，主要是将丙烯腈、乙腈、氢氰酸的水液下精制分离丙烯腈。主要方法是采取萃取精馏的方法，在常压下分馏，尽管可行但是极为困难，需要较多的塔板。所以采用萃取蒸馏的法，而乙腈的回收可以采用精制精馏的方法。2.2 工艺路线的图2-1整个回收工段流程示意图本设计的工艺路线是以丙烯腈的混合物为原料，选择常压萃取精馏法进行精馏。回收塔是为设计的主要塔设备。而在乙腈塔是对常压下粗乙腈进行初步的提纯。2.3 工艺流程简述(1)回收塔工序本工序是把来自吸收塔釜的液体(包括丙烯腈、乙腈、氢氰酸及少量的聚合物，微量的各种有机物，以及惰性组份的稀溶液)在加热后进人回收塔，利用水作为溶剂进行萃取精馏。利用水作为溶剂可以增大丙烯腈和乙腈的相对挥发度。由于丙烯腈和水形成共沸物从塔顶蒸出，这就把丙烯腈和乙腈分开。塔顶的产品被分层。含有丙烯腈、氢氰酸和水的有机层用泵送至脱氢氰酸塔。水层返回回收塔进料。乙腈塔在12#板作为气相抽出，送至乙腈塔。在乙腈塔，乙腈、水和少量的氢氰酸及丙烯腈从塔顶出来送到乙腈回收单元，塔釜液返回到回收塔7#板。 (2)乙腈塔工序 乙腈在回收塔的下段被汽提，并从7#塔板抽出，该气体进入乙腈塔的塔釜。在15层浮阀塔盘中在再沸器的蒸汽作用。乙腈、水和少量的氢氰酸及丙烯腈从乙腈塔塔顶出来，冷凝并手机在回流罐中14。从乙腈塔回流罐出来的85的物料作为回流返回到乙腈精馏塔顶部的塔盘。它是和乙腈塔的第10块塔盘的温度记录器调节串级，其余的粗丙烯腈送到乙腈厂回收15。乙腈塔塔釜物料，用乙腈塔釜液泵送至回收塔的第24#塔盘。乙腈塔进行分离所需的热量是由塔釜气相进料直接提供给的，这股进料的热量是有回收塔的再沸器提供的。2.4 工艺参数表2-1丙烯腈回收装置主要工艺参数控制指标序号工艺参数指标1塔顶温度7022塔釜温度1173 进料温度 64724 溶剂水温度 4555 塔12#温度 9086 塔釜液位 70108 塔7#温度9732.5 物料衡算 2.5.1回收塔物料衡算本设计为年产丙烯腈80000吨，其中主要产物丙烯腈79940吨，副产物氢氰酸9670吨，粗阴精5770吨，稀硫胺液46460吨，以每小时投料量作为计算标准。一年的工作日按330天计，每天工作24小时计算。表2-2回收装置出料平衡表组份分子量kg/hkmol/h%(kmol)%(wt)丙烯腈53.0611665.75219.861.333.81乙腈41.05382.209.310.060.12氢氰酸27.031272.7047.080.280.42水18.00292700.8616261.698.3395.65合计139.14306021.5116537.41100100表2-3回收塔出料中的百分比例(kg/h)组份去脱氰塔 (D1) 去乙腈塔(D2)回收塔釜液(W1)去贫水(W1)丙烯腈78%0.6%乙腈11%氢氰酸86%0.4%水13.4%88%128389.09 kg/h15927.67 kg/h图2-2回收塔物料图对整个回收塔进行物料衡算全塔物料衡算根据公式:F=D+W设：丙烯腈的的百分比为已知年产8万吨丙烯腈，按一年三千小时计算。已知中丙烯腈的的进料量F=306021,51 kg/hD1 为去分层器丙烯腈含量。W2为去乙腈塔丙烯腈的含量。D3 为去层器溶剂水的含量。D4为去乙腈塔溶剂水的含量。W2为上一工段去回收塔的溶剂水的含量。W3为下一工段从脱氰塔的溶剂水的含量。各个物质的含量百分比为查化工手册得到。306021.513.81=D1 78W10.6 (2-1)306021.51=D1 13,4D2 88128389.0915927.69 (2-2)由(2-1)和(2-2)公式联立：可求得：D1=14631.5kg/h D2=3504.9kg/h总和=D1+D2+W1+W2 =14631.5+3504.9+128389.09+15927.67=306021.51kg/h所以F=D1+D2+W1+W2回收塔塔物料守恒。2.5.2乙腈塔进行物料衡算物料衡算是化工中最基本但是有事最重要的的内容之一，物料平衡指的的是单位时间内进塔的物料应等于离开塔的各物料之和。物料平衡体现了塔的生产能力，它主要是靠进料量和塔顶、塔底出料量来调节的。物料衡算是化工计算中最基本，最重要的内容之一，是进行化工计算的基础。表2-4乙腈塔出料平衡表组份分子量kg/hkmol/h%(kmol)%(wt)丙烯腈53.0621.60.410.620.23乙腈41.05382.209.3110.905.12氢氰酸27.0310.200.380.290.21水18.003090.90171.729094.44合计139.143504.93504.90100100 表2-5出料中的百分比例（）组份塔顶塔釜丙烯腈30.01乙腈500.75氢氰酸1.40.01水45.699.23图2-3乙腈工段物料表设丙烯腈的组份分数为XD为乙腈塔塔顶丙烯腈的含量。W为乙腈塔塔釜丙烯腈的含量。各个物质的含量百分比为查化工手册得到。3504.95.12=D50+W0.75 (2-3)设水的组份分数位Y3504.990=D45.6+W99.23 (2-4)根据(2-3)和(2-4)联立解得：D=577.92kg/hW=2782.4kg/hD+W=577.92+2782.4 =3054.9 kg/h表2-6乙腈塔物料平衡表组份总进料塔顶塔釜丙烯腈21.617.040.3乙腈382.20288.8821.10氢氰酸10.280.2水3090.902642760.90合计3504.9577.922782.5所以根据物料守恒定律乙腈塔物料平衡。2.5.3回收塔分成器物料衡算进口原料组份流量（数据为从回收塔塔顶去分层器计算所得）：已知从回收塔塔顶去分层器的总含量为F=370.18 丙烯腈的含量58，氢氰酸的含量12.5，溶剂水的百分含量29.510。AN=F58=11420.80kg/h =215.24kmol/hHCN= F12.5=1262.50 kg/h =46.71 kmol/hH2O= F29.5=1948.20 kg/h =108.23 kmol/h出口物料的组份流量AN=108.00+11312.80 =11420.80 kg/h =215.24 kmol/hHCN=44.50+1218.00=1262.50 kg/h =46.71 kmol/hH2O=1243.70+704.60=1948.30 kg/h =108.23 kmol/h所以根据物料守恒，进料量等于出料量，所以分层器的物料守恒。表2-7分层器物料衡算平衡表组份进口出口丙烯腈215.24kmol/h215.24kmol/h氢氰酸46.71 kmol/h46.71 kmol/h水108.23 kmol/h108.23 kmol/h对整个回收工段的物料平衡图:图2-4回收工段物料平衡表2.6 热量衡算2.6.1回收塔的热量计算热量衡算是指进塔热量和出塔热量的平衡。化工生产过程中，各路工序都要严格控制工序（如温度、压强、流量、温度等）。经历各种物理变化和化学变化，进行着物质的生产。在这工程中各类化学单元的操作，或者有动量的传递（如流量传送）；或者有热量的传递（如换热设备）；或者伴有随热量的传递（如精馏、吸收等）。热量计算本质是以各设备的热量相等为目的，计算依据见下图： 图2-5乙腈塔热量平衡图（1）水定压比热容的计算表2-8液态水定压比热容液态水温度405060708090100110120定压比热容kJ/(kgk)4.1794.1814.1854.1904.1974.2054.2164.2294.245根据线性公式: 分别求得以下结果:48.0时, ， 得X=4.181 kJ/(kgk)=75.26 J/(molk)69.2时, ， 得X=4.190 kJ/(kgk)=75.42 J/(molk) 102.7时, ，得X=4.220kJ/(kgk)=75.96 J/(molk)115.0时, ， 得X=4.237kJ/(kgk)=76.27 J/(molk)114.0时, ， 得X=4.235kJ/(kgk)=76.23 J/(molk)114.0时, ， 得X=4.235kJ/(kgk)=76.23 J/(molk)114.6时, ， 得X=4.236kJ/(kgk)=76.25J/(molk)116.0时, ， 得X=4.236kJ/(kgk)=76.30J/(molk)（2）气态水的定压比热容：表2-9气态水定压比热容液态水温度7080100110定压比热容kJ/(kgk)1.9441.9692.0342.07570.9时, ， 得X=1.946kJ/(kgk)=35.06J/(molk)108.0时, ， 得X=2.067kJ/(kgk)=37.21J/(molk)（3）丙烯腈的定压比热容：液态丙烯腈的定压比热容查表表2-10液态丙烯腈定压比热容液态丙烯腈温度6080100110定压比热容 kJ/(kgk)124.7127.3130.3133.6根据线性公式: 分别求得以下结果:69.2时, ， 得X=125.90J/(molk)65.3时, ， 得X=125.39J/(molk)102.7时, ， 得X=130.75J/(molk)（4）液态丙烯腈的定压比热容查表表2-11液态丙烯腈定压比热容液态丙烯腈温度300350400定压比热容kJ/(kgk)64.0670.7676.91根据线性公式: 分别求得以下结果:70.9既343.9K时, ， 得X=69.94J/(molk)108既381K时, ， 得X=74.57J/(molk)（5）乙腈的定压比热容：液态乙腈的定压比热容查表：表2-12液态乙腈定压比热容液态乙腈温度6080100110定压比热容 kJ/(kgk)109.6111.3113.4115.9根据线性公式: 分别求得以下结果:69.2时, ， 得X=110.38J/(molk)102.7时, ， 得X=113.74J/(molk)（6）气态乙腈的定压比热容查表：表2-13气态乙腈定压比热容气态乙腈温度K350400定压比热容kJ/(kgk)56.9861.34根据线性公式: 分别求得以下结果:108既381K时, ， 得X=59.68J/(molk)（7）氢氰酸的定压比热容液态氢氰酸的定压比热容查表的：表2-14液态氢氰酸定压比热容液态氢氰酸温度40定压比热容kJ/(kgk)70,49由于无法查到其他温度下的液态氢氰酸定压比热容，因此采用倍数法求得以下温度下的定压比热容：69.2时,70.49J/(molk)102.7时,70.49J/(molk)（8）气态氢氰酸的定压比热容查表的：表2-15气态氢氰酸定压比热容液态氢氰酸温度35定压比热容kJ/(kgk)39,03由于无法查到其他温度下的液态氢氰酸定压比热容，因此采用倍数法求得以下温度下的定压比热容：70.9时,39.03J/(molk)108时,39.03J/(molk)表2-16各组分不同温度下定压比热容（J/(molk)）组份丙烯腈乙腈氢氰酸水 48（液态）75.2669.2（液态）125.90110.38121.9575.4265.3（液态）125.39102.7（液态）130.75113.74180.9975.96115（液态）76.2770.9（液态）69.9479.0635.06108（液态）74.5759.68120.4337.21114（液态）76.23114.6（液态）76.25116（液态）76.30根据热量守恒，可以按下面公式计算： （1-1）式中: Q-溶液的热负荷，kJ/h； CP-溶液的比热容，J/mol.k； m-流体流速，kg/h； -溶液的温度差，。根据热量守恒：进入的热量等于出去的热量。进入的热量为主料、贫水、成品塔、乙腈塔釜液。带出的热量为塔顶成品、去乙腈塔、设备损失。溶剂水带入的热量(溶剂水)： Q1=C1m11 =75.258(48-0)=18574308.57 kJ/h进料带入的热量（含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水）：Q2= Cm2=（125.896+110.382+121.949 +75.42）（69.2-0） =59502326.67 kJ/h乙腈塔釜液带入的热量（含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水）：Q3=Cm3=（130.746+113.738+180.986 +75.96）（102.7-0） =1202774.95 kJ/h来自成品塔带入的热量（含有丙烯腈）：Q4=C4m44 =125.389(65.3-0)=104246.83 kJ/h因为贫水/溶剂水115带入的热量等于回收塔釜液114带出的热量可以基本忽虑不计。塔顶带出的热量（含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水）：Q5= Cm5=（69.943+79.062+121.949 +35.064）（70.9-0） =1598271.829 kJ/h乙腈塔进料带出的热量（含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水）：Q6= Cm6=（74.513+59.683+121.949 +120.432+37.206）（108-0） =758200.82kJ/h装置本身损失的热量：Q损 =15Q进 =79279410.1915=11891911.53 kJ/hQ进= Q1+ Q2+ Q3+ Q4=18574308.57+59502326.67+1202774.95+104246.83=79279410.19 kJ/hQ带= Q5+ Q6 + Q损=1598271.829+758200.82+79279410.1915=76574303.01 kJ/hQ进Q带 所以回收塔热量守恒。根据热量守恒回收塔符合热量守恒定律。2.6.2乙腈塔的热量计算图2-6乙腈塔热量平衡图 (1)液态水的定压比热容查表的：表2-17液态水定压比热容温度4050比热容kJ/(kgk)4.1794.181根据线性公式: 分别求得以下结果:41.0时, ， 得X=4.179kJ/(kgk)=75.23J/(molk)(2)气态水的定压比热容查表的：表2-18气态水定压比热容温度350400比热容kJ/(kgk)70.7676.9192.0时, ， 得X=2.008kJ/(kgk)=36.04J/(molk)(3)液态丙烯腈定压比热容查表的：表2-19液态丙烯腈定压比热容温度4060比热容kJ/(kgk)122.4124.741.0时, ， 得X=122.52J/(molk)(4)气态丙烯腈定压比热容查表的：表2-20液态丙烯腈定压比热容温度k350400比热容kJ/(kgk)70.7676.9192.0既365K时, ， 得X=72.61J/(molk)(5)液态丙烯腈定压比热容查表的：表2-21液态乙腈定压比热容温度4060比热容kJ/(kgk)108.1109.641.0时, ， 得X=108.18J/(molk)(6)气态丙烯腈定压比热容查表的：表2-22气态乙腈定压比热容温度k350400比热容kJ/(kgk)56.9861.3492既365K时, ， 得X=58.29J/(molk)(7)液态氢氰酸的定压比热容查表的：表2-23液态氢氰酸定压比热容液态氢氰酸温度40定压比热容J/(molk)70.49由于无法查到其他温度下的液态氢氰酸定压比热容，因此采用倍数法求得以下温度下的定压比热容：41.0时,70.49J/(molk)102.7时,70.49J/(molk)(8)气态氢氰酸的定压比热容查表的：表2-24气态氢氰酸定压比热容液态氢氰酸温度30定压比热容J/(molk)39.03由于无法查到其他温度下的液态氢氰酸定压比热容，因此采用倍数法求得以下温度下的定压比热容：108.0时,39.03J/(molk)102.7时,39.03J/(molk)表2-25各组分不同温度下定压比热容（J/(molk)）温度丙烯腈乙腈氢氰酸水108（气态）74.57359.683120.43237.20641.0（液态）122.515108.17572.25375.22692.7（液态）72.60558.288102.59136.144102.7（液态）130.746113.738180.98675.960对乙腈塔进行热量衡算:根据热量守恒，可以按下面公式计算： 式中: Q-溶液的热负荷，kJ/h； CP-溶液的比热容，J/mol.k； m-流体流速，kg/h； -溶液的温度差，。进入物料带入的热量(含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水)：Q1=Cm =（74.573+59.683+120.432 +75.42+37.206）（108-0） =7582200.82 kJ/h塔顶物料带走的热量（含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水）：Q2=C2m2 =（72.61+58.29+102.5 +36.144）（92-0） =91447.826 kJ/h塔顶冷凝器去除的热量(含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水)：Q3=C3m3 =（120.515+108.175+12.25 +75.66）（92-41） =24547.83 kJ/h塔底釜液带走的热量(含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水)：Q4=C4m4 =（74.40+58.60+118.5 +48）（102.7-41） =573466.18 kJ/h塔底再沸器带进的热量(含有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、溶剂水)：Q5=C5m5=（74.40+58.60+116.5 +36.2）（102.7-0） =1443368.173 kJ/h装置的热损失: Q损 =10Q进Q损=772568.9910=77256.90 kJ/hQ总进= Q1+