化工专业丙烯腈工艺车间设计课程设计

1、37371 1 / / 6969目录1.设计任务书2 22.2. 丙 烯 腈 车 间 工 艺 设计.4 43.3. 前言. 4 44.丙烯腈工艺设计计算. 5 55.附表2 2 / / 69696.毕业设计心得3939参考文3939燕山大学毕业设计（论文）任务书院（系）： 基层教学单位：3 3 / / 6969学号071610011007161001105555学生姓名蔡银辉专业（班级）化学工程与工艺 2 2 班设计题目丙烯腈车间工艺设计设计 技术参 数1.1.生产能力：47004700 吨/ /年2.2.原料：丙烯 85%85%丙烷 15%15% （摩尔分率）；液氨 100%100%3.3.

2、产品：1.8%1.8% （wtwt）丙烯腈水溶液4.4.生产方法：丙烯氨氧化法5.5.丙烯腈损失率：3.1%3.1%6.6.设计裕量：6%6%7.7.年操作日 300300 天设 计要 求1.1.确定设计方案，画出工艺流程草图；2.2.物料衡算，热量衡算3.3.要紧设备的工艺设计计算4.4. 用 CADCAD 绘制工艺流程图一张（用 3#3#图纸打印）；5.5. 编写设计讲明书4 4 / / 6969工作量1.1.设计计算：1 1 周2.2.工艺流程图与设计讲明书：0.50.5 周3.3.答辩：0.50.5 周工 作计 划第一周：物料衡算、热量衡算及要紧设备的工艺设计计算第二周：画图，撰写设计

3、讲明书，答辩参考 资料化工设计，黄璐主编，化学工业出版社，20002000 年化工工艺设计手册 ， 上海医药治理局编， 化学工业 出版社，20022002 年化学化工物性参数手册，青岛化工学院等编，化学 工业出版社，20022002 年指导教师签字基层教学单位主任签字燕山大学毕业设计评审意见表指导教师评语：该生在毕业设计工作期间态度（认真、较好、一般、较差）；工作（积极主动、较主动、不积极主动）。（能正确、 差不多能）提出设计方案；相关基础理论（扎实、较扎实、一般、较差）；（差5 5 / / 6969不多上、一般地、较好地、出色地）完 成了毕业设计任务书所规定的任务。同意参加答辩。设计成绩为（

4、优秀、良好、中等、及格、不及格）。指导 教师：月 日评阅人评语：讲明书书写质量（一般、较好、良好、优秀），逻辑性（一般、较强、强），概念（较清晰、清晰、准确），图表 质量（一般、较好、专门好），是一篇水平（一般、较好、 好、优秀）的毕业设计讲明书。评阅成绩为（优秀、良好、中等、及格、不及格）。评阅人：_6 6 / / 6969年月 日答辩小组评语：在答辩过程中，该同学表述（清晰，较 清晰，一般，较差），（差不多地、一般地，较好地、圆满 地）回答了教师所提出的问题。经答辩委员会评议，答辩成绩为（优秀、良好、中等、 及格、不及格）。答辩小组成员签字：年月 日毕业设计总成绩：（优秀、良好、中等、及格

5、、不及格）丙烯腈车间工艺设计摘要：设计丙烯腈的生产工艺流程，通过对原料，产品的要求7 7 / / 6969和物性参数的确定及对要紧尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对丙烯腈的工艺设计任务。、八前丙烯腈，不名，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%3.1%-17% （体积百分比）；沸点为 77.377.3C, 闪点-5-5C，自燃点为 481481C。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 -

6、 - 丁 二烯- -苯乙烯塑料(ABS)(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺( (丙烯腈水解 产物) ) 。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发 剂 ( ( 过氧甲酰 ) ) 作用下可聚合成一线型高分子化合物聚丙 烯腈。 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8 8 / / 6969剂。 丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐 油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十 分广泛。丙烯氨氧化法的优点如下(1)(1)丙烯是目前大量生产的石油化学工业的产品，氨是合 成氨工业的产品，这两种原料均来源丰

7、富且价格低廉。(2)(2)工艺流程比较简单 经一步反应便可得到丙烯腈产物。(3)(3)反应的副产物较少，副产物要紧是氢氰酸和乙腈，都 能够回收利用而且丙烯腈成品纯度较高。(4)(4)丙烯氨氧化过程系放热反应，在热平衡上专门有利。(5)(5)反应在常压或低压下进行，对设备无加压要求。(6)(6)与其他生产方法如乙炔与氢氰酸合成法，环氧乙烷与 氢氰酸合成法等比较，能够减少原料的配套设备 ( ( 如乙炔发生 装置和氰化氢合成装茸 ) ) 的建设投资丙烯腈工艺设计计算1.1. 生产能力： 47004700 吨/ / 年2.2. 原料：丙烯 85%85%，丙烷 15%15%(摩尔分率)；液氨 100%1

8、00%9 9 / / 69693.3.产品：1.8%1.8% (wtwt)丙烯腈水溶液4.4. 生产方法：丙烯氨氧化法5.5. 丙烯腈损失率： 3.1%3.1%6.6. 设计裕量： 6%6%7.7. 年操作日 300300 天丙烯腈工艺流程的确定液态丙烯和液态氨分不经丙烯蒸发器和氨蒸发器蒸发， 然后分不在丙烯过热器和氨气过热器过热到需要的温度后进 入混合器；经压缩后的空气先通过空气饱和塔增湿，再经空气1010 / / 6969加热器预热至一定温度进入混合器。温合器出口气体混合物进入反应器，在反应器内进行丙烯的氨氧化反应。反应器出口的 高温气体先经废热锅炉回收热量，气体冷却到230230C左右进

9、人氨中和塔，在 70708080C下用硫酸汲取反应器出口气体中未反应 的氨，中和塔塔底的含硫酸铵的酸液经循环冷却器除去汲取热后，返回塔顶循环使用.同时补充部分新奇酸液， 并从塔釜排放一部 分含硫酸铵的废液。氨中和塔出口气体经换热器冷却后进入水 汲取塔，用 5 51010C的水汲取丙烯腈和其他副产物.水汲取塔 塔底得到古丙烯腈约 1.81.8 %的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中 和塔出口气体换热，湿度升高后去精制工段。二物料衡算和热量衡算1.1小时生产能力 接年工作日 300300 天，丙烯腈损失率 3.13.1 %、设计裕量 6 6%计算，年产量为 43004300 吨/ /年，则每天每小时产量

10、为:1111 / / 69691.2反应器的物料衡算和热量街算(1)(1)计算依据A.A. 丙烯腈产量713.39kg/h，即13.46kmol/hB.B. 原料组成( (摩尔分数) )丙烯 85%85%丙烷 15%15%C.C. 进反应器的原料配比( (摩尔比) )为C3H4: NH3:O2: H2O1:1.05 :23: 3D.D.反应后各产物的单程收率为物质丙烯腈氰化氢乙腈丙烯醛二氧(AN)AN)(HCNHCN(ACN)(ACN)(ACL)(ACL)化碳摩尔收率0.60.60.0650.0650.070.070.0070.0070.120.12E.E. 操作压力进口 0 0. 20320

11、3MPa，出口 0 0 162162MPaF.F.反应器进口气体温度 ll0ll0C,反应温度 470470C，出口气体温度 360360C(2)(2)物料衡算A.A. 反应器进口原科气中各组分的流量4700 1000 1.06 1.031300 24713.39kg/h1212 / / 6969C3H613.46/ 0.6 22.43kmol /h 942.06kg / h1313 / / 6969C3H822 430.15 3.96kmol/h 174.16kg/h0.85NH322.43 1.0523.55kmol/h400.38kg / h0222.43 2.351.59kmol /

12、h 1650.85kg/hH2O22.43 367.33kmol / h 1211.92kg/hN251.590.79194.08kmol /h 5434.15kg /h0.21B.B. 反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈13.46kmol/h= =713.19kg/h乙腈3-22.43 0.07 2.36kmol / h 96.56kg / h丙烯醛22.43 0.007 0.16kmol /h 9.20kg / hCO23 22.43 0.12 8.07kmol/h 355.29kg/hHCN3 22.43 0.065 4.37kmol /h 118.09kg/hC3H83.96kmol

13、 /h 174.16kg /hN2194.08kmol / h 5434.15kg / hO23951.59-13.46-4.37-0.16-2.36-8.0723 2=12.41 kmol/h 396.96 kg/h1414 / / 6969C3H612122.43-4.37-0.16-2.36-13.46-8.07333=3.09kmol /h 129.78kg / hNH323.55-13.46-2.36-4.37=3.36 kmol /h 57.12kg / hH2O67.33+3 13.46+2 2.36+2 4.37+8.07+0.16=129.40kmol /h 2329.40k

14、g / h(3)(3) 热量衡算查阅相关资料获得各物质各物质0 0110110C、0 0360360C、0 0470470C的平均定压比热容A浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量各物质 2525t tC的平均比热容用o ot tC的平均比热容代替，误差不大，因此，H1=(942.06 1.841+174.16 2.05+400.38 2.301+1650.85 0.941+5434.1551.046+1211.92 1.883)(25-110)=-10.65 105kJ/ hH2=-(13.46 103512.5 2.36 103362.3 4.37 103315.1 0.16 1

15、03353.1 8.07 103641)1.48 107kJ / hH3=(129.78 2.929+174.16 3.347+57.12 2.929+396.96 1.046+5434.151.109+2329.20 2.092+713.39 2.029+96.56 2.10+118.09 1.724+69.20 2.172+355.29 1.213)(470-25)=6.56 106kJ /hH=H1H2H310.651051.481076.56 1069.31106kJ /h若热损失取H的 5%5%，则需有浓相段换热装置取出的热量(即1515 / / 6969换热装置的热负荷）为:6 6

16、Q (1 0.05) 9.31 108.84 10 kJ/h浓相段换热装置产生0.4050.405MPa的饱和蒸汽(饱和温度 143143C)143143C饱和蒸汽焓：isteam2736kJ /kg143143C饱和水焓：iH2O601.2 kJ / kg6产生的蒸汽量二8.84 104140.90kg/h2736 601.2B.B.稀相段热衡算求稀相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量以 0 0C气体为衡算基准进入稀相段的气体带入热为：Q1=(129.78 2.929+174.16 3.347+57.12 2.929+396.96 1.046+5434.151.109+2329.202.092+

17、96.56 2.10+118.09 1.724+9.20 2.172+355.29 1.213)(470-0)=6.25106kJ/h离开稀相段的气体带出热为：Q2=(129.78 2.678+174.16 3.013+57.12 2.636+396.96 1.004+5434.15 1.088+2329.20 2.088+713.39 1.874+96.56 1.933+118.09 1.64+9.20 1.966+ 355.291.130)(360-0)=5.16 106kJ/h热损失取 4%4%则稀相段换热装置的热负荷为：1616 / / 6969Q (1 0.04) Q2)6 6 6(

18、1 0.04)(6.25 105.16 10 ) 1.05 10 kJ/h稀相段换热装置产生 0.4050.405MPa的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为:2.32.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (1)(1)计算依据A.A.入塔空气压力 0.2630.263MPa，出塔空气压力 0.2430.243MPaB.B.空压机入口空气温度 3030C，相对温度 8080%，空压机出口气体温度 170170CC.C.饱和塔气、液比为 152.4(152.4(体积比) )，饱和度 0.810.81D.D.塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105105C，组成如下组分ANACN氰醇ACL水合计%(Wt)0.0050

19、.0080.00050.000299.986100E.E. 塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为O251.59Kmol/h 即 1650.88kg/hN2194.08Kmol/h 即 5434.15kg/hH2O 67.33Kmol/h 即 1211.94kg/h1.05 1062736 601.2491.85kg /h1717 / / 6969(2)(2)物料街算A.A. 进塔空气量进塔干空气量(51.59 194.08) 245.67 mol / h 7084.89 kg / h查得 3030C，相对湿度 80%80%寸空气温含量为 0.022kg0.022kg 水气/kg/k

20、g 干空气.因此，进塔空气带入的水蒸气量为：0.022 7084.89 155.87 kg/hB.B. 进塔热水量气、液比为 152.4152.4，故进塔喷淋液量为：273 170 0.101313245.67 22.422.57m / h2730.263 152.4塔顶喷淋液 105105C的密度为958kg/m3，因此进塔水的质量流量为：22.57 95821620.98kg/hC.C. 出塔湿空气量 出塔气体中的02、N2、H2O的量与反应器人口气体相同，因而O251.59Kmol/h 即 1650.88kg/hN2194.08Kmol/h 即 5434.15kg/hH2O 67.33K

21、mol/h 即 1211.94kg/h空气，0 0C液态水。D.D. 出塔液量塔内水蒸发量1211.94 155.87 1056.07kg/h出塔液流量 21620.98 1056.07 20564.91kg/h(3)(3)热衡算A.A.空气饱和塔出口气体温度空气饱和塔出口气体中，蒸汽的摩尔分数为:依照分压定律.蒸汽的实际分压为:PH2OyH,Op 0.215 0.2430.05225MPa因饱和度为 0.810.81 ,.因此饱和蒸汽分压应为:0.05225/0.81 0.0645MPa 64500Pa查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为9090C,因此，须操纵出塔气体温度为 9090C.才能保

22、证工艺要求的蒸汽量。B B.入塔热水温度入塔水来自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105105CoC C .由热衡算求出塔热水温度 t t热衡算基准：0 0C气态67.3367.33 194.08 51.59100%21.5%空气，0 0C液态水。1717 / / 69692020 / / 6969(a)170(a)170C进塔空气带人热量Qi,170170C蒸汽焓值为2773.3kJ/kg，干空气在 0 0170170C的平均比热容Cp1.004kJ/(kg ?K)Q1(1650.88 5434.15) 1.004(170 0)(155.87 2773.3)1.642 106kJ / h(b)(b)

23、出塔湿空气带出热量Q29090C蒸汽焓2660kJ / kg，空气比热容取Cp1.004kJ/(kg ?K)6Q2(1650.88 5434.15) 1.004(90 0)(1211.94 2660)3.864 10 kJ /h(C)105(C)105C入塔喷淋液带入热量Q3Q321620.98 4.184(105 0)0.950 107kJ/h(d)(d)求出塔热水温度t出塔热水带出热量用Q4表示，则Q420564.91 4.184t86043.6.1t热损失按 5%5% 则Q损0.05(1.642 1069.937 106) 5.79 105kJ/h热平衡方程Q1Q3Q2Q4Q损代人数据，1.642 1 060.950 1 073.864 1 0686043.6 1 5.79 1 052121 / / 6969因此，出塔热水温度为 77.8677.86C