化工产6万吨丙烯腈合成工段的初步设计

毕业设计论文TOC\o"1-3"\h\u1丙烯腈的概论 11.1丙烯系产品的生产 11.2丙烯氨氧化生产丙烯腈 21.2.1丙烯腈的性质和用途 21.2.2丙烯腈的生产方法 31.2.3反应原理 31.2.4操作条件 41.2.5工艺流程 61.2.6典型设备－流化床反应器 82总体方案工艺设计 102.1设计任务 102.2流程确定 103工艺设计计算 123.1物料衡算与热量衡算 123.1.1反应器的物料衡算和热量衡算 123.1.2废热锅炉的物料衡算和热量衡算 153.1.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 163.1.4氨中和塔物料衡算和热量衡算 183.1.5换热器物料衡算和热量衡算 223.1.6水吸收塔物料衡算和热量衡算 223.1.7空气水饱和塔釜液槽 243.1.8丙烯蒸发器热量衡算 253.1.9丙烯过滤器热量衡算 253.1.10氨蒸发器热量衡算 263.1.11气氨过热器 263.1.12混合器 263.1.13空气加热器的热量衡算 273.2主要设备的工艺计算 283.2.1流化床合成反应器 283.2.2空气饱和塔 293.2.3丙烯蒸发器 324车间布置设计 344.1厂房建筑 344.2生产操作 344.3设备装修 344.4安全要求 354.5车间布置说明 355环境保护和安全措施要求 365.1丙烯腈生产中的三废处理 365.2生产安全及防护措施 366结论 38参考文献 39致谢 40附录 41丙烯腈是一种无色、易燃易爆有刺激性臭味的液体，能自聚，在常温、常压下呈黄色。由于含有－CN，因此其有剧毒，空气中最高允许浓度为45ppm。它是重要的基本有机原料之一，它与丁二烯共聚生成丁腈橡胶，是三大合成材料的重要单体。丙烯腈其用途十分广泛。世界上大多数国家50％以上的丙烯腈用于生产腈纶纤维。我国用于生产腈纶的丙烯腈占80％以上。此外，丙烯腈还用于生产ABS、AS、丙烯酰胺、丁腈橡胶及丁腈胶乳、己二腈/己二胺、丙烯腈阻隔性树脂、聚丙烯腈碳纤维等。

生产丙烯腈的方法主要有环氧乙烷法、乙炔法及丙烯氨氧化法。前两种方法因为原料昂贵，需要剧毒的HCN为原料，生产成本高，从而限制了丙烯腈生产的发展。而丙烯氨氧化法具有原料价廉易得，可一步合成、投资少、生产成本低等优点得到广泛应用。丙烯的主要来源有两个，一是由炼油厂裂化装置的炼厂气回收；二是在石油烃裂解制乙烯时联产所得。丙烯大部分一直来自炼油厂，近年来，由于裂解装置建设较快，丙烯产量相应提高较快。和世界市场一样，近年来我国丙烯的发展速度也逐渐超过了乙烯。2000年，我国乙烯需求量478.89万吨，而丙烯的需求量却达到498.85万吨，首次超过乙烯，之后丙烯的需求量一种保持在乙烯之上。与乙烯相似，由于丙烯分子中含有双键和α-活泼氢，所以具有很高的化学反应活性。在工业生产中，利用丙烯的加成反应、氧化反应、羧基化、烷基化及其聚合反应等，可得一系列有价值的衍生物。丙烯是重要的有机化工原料，用于生产聚丙烯、异丙苯、羰基醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、异丙醇等。聚丙烯是我国丙烯最大的消费衍生物。2003年，我国聚丙烯的产量为445.5万吨，消耗丙烯约444.0万吨，约占全国丙烯总消费量的72.1%，；2004年我国聚丙烯产量为474.9万吨，消耗丙烯约480.0万吨，比2003年增长约8.1%；丙烯腈是我国丙烯的第二大衍生物，2003年，我国丙烯腈的产量约为56.0万吨，消费丙烯约62.7万吨，约占全国丙烯总消费量的10.2%；2004年产量约为58.0万吨，消费丙烯约为65.0万吨，比2003年增长约3.7%；环氧丙烷是我国丙烯的第三大消费衍生物，2003年，全国环氧丙烷的产量约为39.8万吨，消耗丙烯约35.8万吨，约占全国丙烯总消费量的5.8%；2004年产量约为42.0万吨，消耗丙烯约37.8万吨，比2003年增长约13.1%；丁醇和辛醇也是丙烯的主要衍生物之一，2003年我国丁辛醇的产量合计约为45.35万吨,共消耗丙烯约40.7万吨,约占全国丙烯总消费量的6.6%；2004年产量合计为44.91万吨，共消耗丙烯约40.3万吨，比2003年减少约1.0%；2003年用于生产其它化工产品如苯酚、丙酮和丙烯酸等方面的丙烯消费量约为10.9万吨，约占全国丙烯总消费量的1.8%；2004年消费量约为11.5万吨。丙烯腈在常温下是无色透明液体，味甜，微臭，沸点77.5℃，凝固点-83.3℃，闪点0℃，自燃点481℃。可溶于有机溶剂如丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇中，与水部分互溶，20℃时在水中的溶解度为7.3％(w)，水在丙烯腈中的溶解度为3.1％(w)。其蒸气与空气形成爆炸混合物，爆炸极限为3.05～17.5％(v)。丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等会形成二元共沸混合物，和水的共沸点为71℃，共沸物中丙烯腈的含量为88％(w)，在有苯乙烯存在下，还能形成丙烯腈-苯乙烯-水三元共沸混合物。丙烯腈剧毒，其毒性大约为氢氰酸毒性的十分之一，能灼伤皮肤，低浓度时刺激粘膜，长时间吸入其蒸气能引起恶心，呕吐、头晕、疲倦等，因此在生产、贮存和运输中，应采取严格的安全防护措施，工作场所内丙烯腈允许浓度为0.002mg/L。丙烯腈是三大合成的重要单体，目前主要用它生产聚丙烯腈纤维(商品名叫“腈纶”)。其次用于生产ABS树脂(丙烯腈—丁二烯—苯乙烯的共聚物)，和合成橡胶(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树脂的单体。丙烯腈电解加氢，偶联制得的己二腈，是生产尼龙—66的原料。1952年以后世界各国相继建立了乙炔与氢氰酸合成丙烯腈的工厂。本方法比上两法技术先进、工艺过程简单，但丙烯腈分离提纯较为困难，需大量电能生产电石。虽然这一方法曾被世界各国普遍采用，但生产发展受到地区资源的限制。由于以上生产方法原料贵，需用剧毒的HCN为原料引进—CN基，生产成本高。限制了丙烯腈生产的发展。1959年开发成功了丙烯氨氧化—步合成丙烯睛的新方法，该法具有原料价廉易得、工艺流程简单、设备投资少、产品质量高、生产成本低等许多优点，使其1960年就在工业生产上应用，很快取代了乙炔法，迅速推动了丙烯腈生产的发展，成为世界各国生产丙烯腈的主要方法。(1)主、副反应CH=CH-CH3+NH3+3/2O2→CH2=CH-CN+3H2OCH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O氢氰酸的生成量约占丙烯腈质量的1/6。CH2=CHCH3+3/2NH3+3/2O2→3/2CH3CN+3H2OCH2=CHCH3+O2→CH2=CHCHO+H2O丙烯醛的生成量约占丙烯腈质量的1/100CH2=CHCH3+9/2O2→3CO2+3H2O二氧化碳的生成量约占丙烯腈质量的1/4，它是产量最大的副产物。(2)催化剂工业上用于丙烯氨氧化反应的催化剂主要有两大类，一类是复合酸的盐类(钼系)，如磷钼酸铋、磷钨酸铋等；另一类是重金属的氧化物或是几种金属氧化物的混合物(锑系)，例如Sb、Mo、Bi、V、W、Ce、U、Fe、Co、Ni、Te的氧化物，或是Sb—Sn氧化物，Sb—U氧化物等。我国目前采用的主要是第一类催化剂。钼系代表性的催化剂有美国Sohio公司的C-41、C-49及我国的MB-82、MB-86。一般认为，其中Mo—Bi是主催化剂，P—Ce是助催化剂，具有提高催化剂活性和延长催化剂寿命的作用。按质量计，Mo—Bi占活性组分的大部分，单一的MoO3虽有一定的催化活性，但选择性差，单一的Bi03对生成丙烯腈无催化活性，只有二者的组合才表现出较好的活性、选择性和稳定性。单独使用P—Ce时，对反应不能加速或极少加速，但当它们和Mo—Bi配合使用时，能改进MO—Bi催化剂的性能。一般来说，助催化剂的用量在5％以下。载体的选择也很重要，由于反应是强放热，所以工业生产中采用流化床反应器。流化床反应器要求催化剂强度高，耐磨性能好，故采用粗孔微球型硅胶作为催化剂的载体。(1)原料纯度(2)原料的配比a.丙烯与氨的配比（氨比）在实际投料中发现，当氨比小于理论值1:1时，有较多的副产物丙烯醛生成，氨的用量至少等于理论比。但用量过多也不经济，既增加了氨的消耗量，又增加了硫酸的消耗量，因为过量的氨要用硫酸去中和，所以又加重了氨中和塔的负担。因此，丙烯与氨的摩尔比，应控制在理论值或略大于理论值，即丙烯:氨＝1:1～1.2左右。b.丙烯与空气的配比（氧比）丙烯氨氧化所需的氧气是由空气带入的。目前，工业上实际采用的丙烯与氧的摩尔比约为l:2～3（大于理论值1:1.5），采用大于理论值的氧比，主要是为了保护催化剂，不致因催化剂缺氧而引起失活。反应时若在短时间内因缺氧造成催化剂活性下降，可在540℃温度下通空气使其再生，恢复活性。但若催化剂长期在缺氧条件下操作，虽经再生，活性也不可能全部恢复。因此，生产中应保持反应后气体中有2％（按体积计）的含氧量。但空气过多也会带来一些问题，如使丙烯浓度下降，影响反应速度，从而降低了反应器的生产能力；促使反应产物离开催化剂床层后，继续发生深度氧化反应，使选择性下降；使动力消耗增加；使反应器流出物中产物浓度下降，影响产物的回收。因此，空气用量应有一适宜值。c.丙烯与水蒸气的配比（水比）丙烯氨氧化的主反应并不需要水蒸气参加。但根据该反应的特点，在原料中加入一定量水蒸气有多种好处，如可促使产物从催化剂表面解吸出来，从而避免丙烯腈的深度氧化；若不加入水蒸气，原料混合气中丙烯与空气的比例正好处于爆炸范围内，加入水蒸气对保证生产安全有利；水蒸气的热容较大，又是一种很好的稀释剂，加入水蒸气可以带走大量的反应生成热，使反应温度易于控制；加入水蒸气对催化剂表面的积炭有清除作用。另一方面，水蒸气的加入，势必降低设备的生产能力，增加动力消耗。当催化剂活性较高时，也可不加水蒸气。因此，发展趋势是改进催化剂性能，以便少加或不加水蒸汽。从目前工业生产情况来看，当丙烯与加入水蒸气的摩尔比为1:3时，综合效果较好。(3)反应温度温度是影响丙烯氨氧化的一个重要因素。当温度低于350℃时，几乎不生成丙烯腈。要获得丙烯腈的高收率，必须控制较高的反应温度。温度的变化对丙烯的转化率、丙烯腈的收率、副产物氢氰酸和乙腈的收率以及催化剂的空时收率都有影响。当反应温度升高时，丙烯转化率、丙烯腈收率都明显地增加，而副产物乙腈和氢氰酸收率则有所增加。随着温度的升高，丙烯腈收率和乙腈收率都会出现一个最大值，丙烯腈收率的最大值所对应的温度大约在460℃左右，乙腈收率最在值所对应的温度大约在417℃左右。生产中通常采用在460℃左右进行操作。另外，在457℃以上反应时，丙烯易于与氧作用生成大量CO2，放热较多，反应温度不易控制。再者，过高的温度也会使催化剂的稳定性降低。(4)接触时间丙烯氨氧化反应是气—固相催化反应，反应是在催化剂表面进行的。因此，原料气和催化剂必须有一定的接触时间，使原料气能尽量转化成目的产物。一般说来，适当增加接触时间，可以提高丙烯转化率和丙烯腈收率，而副产物乙腈、氢氰酸和丙烯醛的收率变化不大，这对生产是有利的。但是，增加接触时间是有限度的，过长的接触时间会使丙烯腈深度氧化的机会增大，反而使丙烯腈收率下降。同时，过长的接触时间，还会降低设备的生产能力，而且由于尾气中氧含量降低而造成催化剂活性下降，故接触时间一般为5～l0s。(5)反应压力丙烯氨氧化生产丙烯腈的工艺流程如图1—1所示。原料丙烯经蒸发器（29）蒸发，氨经蒸发器（28）蒸发后，进行过热、混合，从流化床底部经气体分布板进入反应器（1），原料空气经过滤由空压机送入反应器（1）锥底，原料在催化剂作用下，在流化床反应器中进行氨氧化反应。反应尾气经过旋风分离器（2）捕集生成气夹带的催化剂颗粒，然后进入尾气冷却器（3）用水冷却，再进入急冷塔（4）。氨氧化反应放出大量的热，为了保持床层温度稳定，反应器中设置了一定数量的U型冷却管，通入高压热水，借水的汽化潜热移走反应热。经反应后的气体进入急冷塔（4），通过高密度喷淋的循环水将气体冷却降温。反应器流出物料中尚有少量未反应的氨，这些氨必须除去。因为在氨存在下，碱性介质中会发生一些不希望发生的反应，如氢氰酸的聚合、丙烯醛的聚合、氢氰酸与丙烯醛加成为氰醇、氢氰酸与丙烯腈加成为丁二腈，以及氨与丙烯腈反应生成氨基丙腈等。生成的聚合物会堵塞管道，而各种加成反应会导致产物丙烯腈和副产物氢氰酸的损失。因此，冷却的同时需向塔中加入硫酸以中和未反应的氨。工业上采用硫酸浓度为1.5％(w)左右，中和过程也是反应物料的冷却过程，故急冷塔也叫氨中和塔。反应物料经急冷塔除去未反应的氨并冷至40℃左右后，进入水吸收塔（5），利用合成气体中的丙烯腈、氢氰酸和乙腈等产物，与其它气体在水中溶解度相差很大的原理，用水作吸收剂回收合成产物。通常合成气体由塔釜进入，水由塔顶加入，使它们进行逆流接触，以提高吸收效率。吸收产物后的吸收液应不呈碱性，含有氰化物和其它有机物的吸收液由吸收塔釜泵送至回收塔（8）。其它气体自塔顶排出，所排出的气体中要求丙烯腈和氢氰酸含量均小于2×l0-5。利用回收塔（8）对吸收液中的丙烯腈和乙腈进行分离，由回收塔侧线气相抽出的含乙腈和水蒸气的混合物送至乙腈塔（14）釜，以回收副产品乙腈；乙腈塔顶蒸出的乙腈水混合蒸汽经冷凝、冷却后送至乙腈回收系统回收或者烧掉。乙腈塔釜液经提纯可得含少量有机物的水，这部分水再返回到回收塔（8）中作补充水用。从回收塔顶蒸出的丙烯腈、氢氰酸、水等混合物经冷凝、冷却进入分层器（12）中。依靠密度差将上述混合物分为油相和水相，水相中含有一部分丙烯腈、氢氰酸等物质，由泵送至脱氰塔（14）以脱除氢氰酸。回收塔釜含有少量重组分的水送至废水处理系统。含有丙烯腈、氢氰酸、水等物质的物料进入脱氰塔（15）中，通过再沸器加热，使轻组分氢氰酸从塔顶蒸出，经冷凝、冷却后送去再加工。由脱氰塔侧线抽出的丙烯腈、水和少量氢氰酸混合物料在分层器（17）中分层，富水相送往急冷塔或回收塔回收氰化物，富丙烯腈相再由泵送回本塔进一步脱水，塔釜纯度较高的丙烯腈料液由泵送到成品塔（21）。由成品塔顶蒸出的蒸汽经冷凝后进入塔顶作回流，由成品塔釜抽出的含有重组分的丙烯腈料液送入急冷塔中回收丙烯腈，由成品塔侧线液相抽出成品丙烯腈经冷却后送往成品中间罐。丙烯氨氧化的反应装置多采用流化床反应器，其结构如图1—2所示。流化床反应器按其外形和作用分为三个部分，即床底段、反应段和扩大段。反应段是反应器中间的圆筒部分，其作用是为化学反应提供足够的反应空间，使化学反应进行完全。催化剂受气体的吹动而呈流化状，主要集中在这一部分，催化剂粒子的聚集密度最大，故又称浓相段。为排出反应放出的热量，在浓相段设置一定数量的垂直U形管，管中通入高压软水，利用水的汽化带出反应热，产生的蒸汽可作能源。扩大段是指反应器上部比反应段直径稍大的部分，其中安装了串联成二级或三级的旋风分离器，它的主要作用是回收气体离开反应段时带出的一部分催化剂。在扩大段中催化剂的聚集密度较小，故也称为稀相段。2.1设计任务（2）生产方法以丙烯、氨、空气为原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈。（3）生产能力年产60000吨丙烯腈。（4）原料组成液态丙烯原料含丙烯85%（mol）,丙烷15%（mol）；液态氨原料含氨100%。（5）工段产品为丙烯腈水溶液，含丙烯腈1.8%(wt)。2.2流程确定液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器和氨蒸发器气化，然后分别在丙烯过热器和氨气过热过热到需要的温度后进入混合器：经过压缩后的空气先通过空气饱和塔增湿，经过空气加热器预热到一定的温度再进入混合器。混合气出口的高温气体经过废热锅炉回收热量，气体冷却到230℃左右进入氨中和塔，在70~80℃下用硫酸吸收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过循法冷却器除去吸热再返回塔顶循环使用,同时补充部分新鲜的酸液，并从塔釜排放一部分含硫酸铵的废液，中和塔出口气体经换热器冷却后进入水吸收塔，用5~10℃的水吸收丙烯腈和其他副产物，水吸收塔塔底得到含丙烯腈约1.8%的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中和塔出口气体换热，温度升高后去精制工段。3.1.1反应器的物料衡算和热量衡算3kg/hkg/h3.1.2废热锅炉的物料衡算和热量衡算3.1.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算0.022×90420=1990kg3.1.4氨中和塔物料衡算和热量衡算(3)热衡算d.热衡算求循环冷却器的热负荷和冷却水用量Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q7+Q2+Q9换热器换热器AN溶液去精制AN溶液来自水吸收塔气体来自氨中和塔气液混合物去水吸收塔76°C40°C(1)计算依据进口气体76℃，组成和流量与氨中和塔出口气相同出口气体温度40℃，操作压力115.5kPa(2)物料衡算出口气体温度40℃，40℃饱和蒸汽压力为=55.32mmHg=7.375kPa设出口气体中含有xkmol/h的蒸汽，根据分压定律有：解得x=21.9kmol/h=394.2kg/h蒸汽的冷凝量为2357.4-394.2=1963kg/ha.换热器入口气体带入热Q1=9.46×105kJ/hb.蒸汽冷凝放热Q2Q2=19630×2401.1=47.14×106kJ/hc.冷凝液带出热Q3=19630×4.184（40-0）=32.85×105kJ/hd.出口气体带出热Q4出口气体各组分在0~40℃的平均比热容如下：Q4=44.58×105kJ/he.热衡算求换热器的热负荷热平衡方程：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5解得Q5=50.75×106kJ/h3.1.6水吸收塔物料衡算和热量衡算(1)计算依据a.入塔气流量和组成与换热器出口气相同b.入塔气温度40℃,压力112kPa。出塔气温度10℃，压力101kPac.入塔吸收液温度5℃d.出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）（2）物料衡算a.进塔物流流量和组成与换热器出口相同b.出塔气量和组成设入塔气中的AN、HCN、ACL、CAN等组分全部被水吸收，，，，，等组分不溶于水，则出塔气中含有水蒸气的量：出塔气总量为：1659.6+2223+5069+69362+4532+625=83496kg/hc.塔顶加入的吸收水量（a）出塔AN溶液总量9429.6/0.018=505867kg/h（b）塔顶加入的吸收水量作水吸收塔的总质量衡算得：入塔吸收液量=塔底AN溶液量+出塔气体总量-入塔气量-凝水量=505867+83496-98760-19630=470970kg/hd.塔底AN溶液的组成和量=470970+3940+19630-625=493920kg/hQ1=44.03×105kJ/hQ2=19630×4.184(40-0)=32.85×105kJ/hc出塔气带出热Q3Q3=88.61×105kJ/hd吸收水带入热Q4Q4=98.53×105kJ/he.出塔AN溶液带出热Q5Q5=2094442tf.水冷凝放热Q6Q6=22560×3311.1=74.7×105kJ/hg.AN、ACN、ACL、HCN等气体的溶解放热Q7溶解热=冷凝热AN、ACN、ACL、HCN的冷凝热表3-11AN、ACN、ACL、HCN的冷凝热Q7=9106×610.9+1230×765.7+11.22×493.7+1508×937.2=7.974×109kJ/h热平衡方程Q1+Q2+Q3+Q4+Q6+Q7=Q3+Q5t=15.33℃（1）空气饱和塔液体进出口流量和液体的温度由空气饱和塔物料和热衡算确定；去水吸收塔的液体流量由水吸收塔物料衡算的确定，排污量按乙腈解析塔来的塔釜液量的15%考虑；乙腈解析塔塔釜液量和去萃取解析塔的液体量由精致系统的物料衡算确定。（2）物料衡算进料：a.乙腈解析塔釜液入槽量=679800-285000=394800kg/hb.空气饱和塔塔低液入槽量=271529-102000=169529kg/hc.入槽软水量xkg/h出料：a.去水吸收塔液体量470980kg/hb.去萃取解析塔液体量180000kg/h做液体釜的总质量平衡得39480+16952.9+x=47098+180000解得x=86651kg/h（3）热量衡算a.入槽乙腈解析塔釜液带入热Q1Q1=394800×4.184（105-0）=1.734×108KJ/hb.入槽软水带入热Q2Q2=86651×4.184（30-0）=1.088×107KJ/hc.空气饱和塔底液带入热Q3Q3=169529×4.184（79-0）=5.604×107KJ/hd.去吸收塔液体带出热Q4Q4=470980×4.184（t-0）=1970580tKJ/he.去萃取解析塔带出热Q5Q5=180000×4.184（t-0）=753120tKJ/hf.热衡算求槽出口液体温度t热损失按5%算，热平衡方程为0.95（Q1+Q2+Q3）=Q4+Q5代入数据：0.95×（1.734×10+1.088×10+5.604×10）=（1970580+753120）t解得t=83.82℃计算依据蒸发压力0.405Mpa；加热剂用0℃的冷盐水，出口温度-2℃；丙烯蒸发量12028kg/h（2）有关资料a.0.405Mpa下丙烯的沸点为-13℃，汽化热410KJ/kgb.0.405Mpa下丙烷的沸点为-5℃，汽化热376.6KJ/kg（3）热衡算秋丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量a.丙烯蒸发吸收的热Q1Q1=12028×410=4.931×10KJ/hb.丙烷蒸发吸收的热Q2Q2=2224×376.6=8.376×10KJ/hc.丙烯蒸发器的热负荷Q冷损失按10%考虑Q=1.1（4.931×10+8.376×10）=6.345×10KJ/h冷冻盐水用量平均温度（-1℃）下，冷冻盐水比热容3.47KJ/(kg.K)冷冻盐水用量为W==914270kg/h（1）计算依据丙烯进口温度-13℃，出口温度65℃，用0.405Mpa蒸汽为加热剂。（2）热衡算求丙烯过热器热负荷和加热蒸汽量丙烯气的比热容为1.464KJ/(kg.K)，丙烷气比热容1.715KJ/(kg.K)，热损失按10%考虑，需要加热蒸汽提供的热量为Q=1.1（120200×1.464+22240×1.715）[65-(-13)]=1.837×10KJ/h加热蒸汽量为W==8590kg/h上式中2138KJ/kg是0.405Mpa蒸汽的冷凝热（1）计算依据a.蒸发压力0.405Mpa。b.加热剂用0.405Mpa饱和蒸汽，冷凝热为2138KJ/h（2）有关资料0.405Mpa下氨的蒸发温度为-7℃，汽化热为1276KJ/kg（3）热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量冷损失按10%考虑，氨蒸发器的热负荷QQ=5110×1276×1.1=71.72×10KJ/h加热蒸汽量W==3350kg/h（1）计算依据a.气氨进口温度-7℃，出口温度65℃b.用0.405Mpa蒸汽为加热剂。c.气氨流量511kg/h热衡算求其气氨过热器的热负荷和加热蒸汽用量氨气的比热容为2.218KJ/(kg.K)，冷损失按10%算。气氨过热器的热负荷为Q=5110×2.218{65-（-7）}×1.1=8.977×10KJ/h加热蒸汽用量为（1）计算依据气氨进口温度65℃，流量511kg/h丙烯气进口温度65℃，流量1202.8kg/h，丙烷气进口温度65℃，流量222.4kg/h出口混合气温度110℃。湿空气来自空气加热器（2）热衡算求进口湿空气的温度t以0℃为热衡算基准。在0~65℃的平均比热容表3-12气态丙烯丙烷带入热Q1Q1Q1=（12028×1.569+2224×1.82）（65-0）=1.489×10KJ/hb.气氨带入热Q2××Q30~1361.046KJ/(kg.K)1.84KJ/(kg.K)1.925KJ/(kg.K)Q3=（6936.2×1.046+2107.1×1.841+1546.1*1.925）×10（t-0）=141140tKJ/he.混合器出口气体带出热Q4Q4=（1202.8×1.569+222.4×1.829+511×2.197+6936.2×1.046+2107.1×1.841+1546.1×1.925）×10（110-0）=1.928×10KJ/hf.热衡算求进口湿空气的温度t热损失按10%考虑热衡算方程：0.9(Q1+Q2+Q3)=Q4代入数据得0.9（1.489×10+7.301×10+141140t）=1.928×10解得t=136℃a.入口空气温度90℃，出口空气温度136℃.b.空气的流量和组成表3-13空气的流量和组成（2）热衡算求空气加热器的热负荷和加热蒸汽量和蒸汽90~136℃的平均比热容分别为1.046KJ/(kg.K)，1.84KJ/(kg.K)，1.925KJ/(kg.K)。Q=（69362×1.046+21071×1.841+15461×1.925）（136-90）×1.1=7.141×10KJ/h用0.608Mpa蒸汽为加热剂，其饱和温度为164.2℃，冷凝热为2066KJ/kg，加热蒸汽用量为W==3460kg/h（1）计算依据a.出口气体流量4780kmol/h；入口气体流量4633kmol/h。b.气体进口压力0.203mPa；出口压力0.162mPa。c.反应温度470℃，气体离开稀相段的温度为360℃流化床内的换热装置以水为冷却剂，产生0.405Mpa（143℃）的饱和蒸汽。e.接触时间10s（2）浓相段直径因反应过程总物质的量增加，故按出口处计算塔径比较安全出口处气体体积流量为V=4780×22.4×=145480=40.41取空床线速1.2m/s浓相段直径为=6.55m取流化床浓相段直径为7m（3）浓相段高度按接触时间10s算，推化剂的堆体积为=404.1静床高=25.21m取膨胀比为2，则浓相段高度为=50.42m取浓相段高51m校核推化剂的堆密度为640推化剂的品质W=404.1×640=258620kg=258.6t推化剂负荷为=0.923mol实验装置的推化剂负荷可达到1.77mol，本设计的值小于实验值，是可靠的。（4）扩大段（此处即稀相段）直径取扩大段气速为操作气速的一半即u=0.4m/s气体流量为=155300=43.1扩大段直径为d==11.71m取12m扩大段高度根据流化床直径12m，空塔气速1.2m/s，查图得/D=0.6稀相段高度2D=0.6×12=7.2m取7.5m浓相段冷去装置的换热面积换热装置用套管式，总差传热系数取233换热装置的热负荷已由热衡算求出Q=1.013×=2.813×换热面积为F=（7）稀相段冷却装置的换热面积用套管式换热装置，水为冷却剂，产生0.405Mpa（143℃）蒸汽。总传热系数取20，换热装置热负荷为Q=2.252×=6.256×又=267℃换热面积为=1171.7取30%设计裕量，则换热面积为1500（1）计算依据a.进塔空气的组成和流量

表3-14进塔空气的组成和流量b.出塔空气的组成和流量表3-15出塔空气的组成和流量c.塔顶喷淋液量285000kg/h，温度105℃d.塔底排出液量271529kg/h，温度79℃.e.塔底压力0.263Mpa，塔顶压力0.243Mpaf.入塔气温度170℃，出塔气温度90℃.g.填料用50×50×4.5陶瓷拉西环（乱堆）塔径的确定拉西环的泛点速度计算公式为=0.022-1.75式中——泛点空塔气速，m/s；g——重力加速度，9.81m/；_____干填料因子，；——气相和液相密度，；L，G——气相和液相流量，kg/h；——液体的粘度，mPa.(cP)。50×50瓷拉西环的干填料因子为177。=958L=28500kg/hG=10591.8kg/h=0.282mPa.s把数据带入（3-3）式：解得=1.743m/s泛点率取75%，则气体空塔速度为：W=0.75×13743=1.307m/s出塔操作条件下的气量；49580=13.77d=1.16×3.67m=975L=27152.9kg/hG=9244.4kg/h=0.38mPa.s把数据带入（3-3）式解得=1.721m/sw=0.75=0.75×1.721=1.291m/sV=3247×22.445470=12.6d==1.12×=3.54m取塔径为3.8ma.丙烯在管外蒸发，蒸发压力为0.405Mpa，蒸发温度-13℃，管内用0℃的冷冻盐水（17.5%NaOH水溶液）与丙烯换热，冷冻盐水出口温度-2℃。b.丙烯蒸发量12026kg/h，冷冻盐水用量913460kg/h。c.丙烯蒸发器热负荷6.344×。a.管内给热系数蒸发器内安装38×3.5的U型钢管100根1u=>湍流=118.66b.管外液体丙烯沸腾给热系数=2326。冷冻盐水方污垢热阻取0.264×，丙烯蒸发侧污垢热阻取0.176×，钢管导热系数45w/(m.k).传热平均温差热端温差0-（-13）=13℃，冷端温差-2-（-13）=11℃，传热平均温差℃热负荷Q=6.344×=1.762×换热面积为A==123取安全系数1.2，则换热面积1504.1厂房建筑4.2生产操作4.3设备装修要4.5车间布置说明丙烯腈装置的废水来源主要是反应生成水和工艺过程用水。因反应条件和采用的催化剂不同,各主、副反应物的单程收率不会一样,生成水量也会有所差别。工艺过程用水包括分离合成产物过程用的吸收水和萃取水,反应器用的稀释蒸气(有些催化剂不用),和蒸馏塔用的直接蒸气(最终冷凝成水)。在提纯丙烯腈、乙腈、氢氰酸的加工过程中需将水分离、排放。这些排放水中有含氰毒物、聚合物、无机物(硫酸铵、催化剂粉尘等),在排放前都需要经过处理。例如,氨中和塔釜液经废水塔处理后,含丙烯腈100～300mg/l,乙腈100～200mg/l,氢氰酸1000～1500mg/l,化学需氧量20000～30000mg/l