丙烯腈車間工藝設計課程設計

1、目 錄第一部分 分生產(chǎn)方法 3第二部分 設計技術參數(shù) 4第三部分 物料衡算和熱量衡算 4 3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 4 3.2 小時生產(chǎn)能力5 3.3 反應器的物料衡算和熱量街算 5 3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算8 3.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算10 3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算15 3.7 水吸收塔物料衡算和熱量衡算 17 3.8 空氣水飽和塔釜液槽 21 3.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算23 3.10 丙烯過熱器熱量衡算 23 3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算 24 3.12 氨氣過熱器24 3.13 混合器 24 3.14 空氣加熱器的熱量衡算 25第四部分 主要設備的工藝計算

2、26 4.1 空氣飽和塔26 4.2 水吸收塔28 4.3 丙烯蒸發(fā)器30 4.4 循環(huán)冷卻器 32 4.5 氨蒸發(fā)器 34 4.6 氨氣過熱器 35 4.7 丙烯過熱器 354.8 空氣加熱器364.9 循環(huán)液泵374.10 空氣壓縮機384.11中和液貯槽 38第五部分 附錄 395.1附表395.2 參考文獻41第六部分 課程設計心得 42丙烯腈車間工藝設計摘要：設計丙烯腈的生產(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算，工藝設計和附屬設備結果選型設計，完成對丙 烯腈的工藝設計任務。第一部分 生產(chǎn)方法丙烯腈，別名，氰基乙烯；為無色易燃液體，劇毒、有刺激味，微溶于水

3、，易溶于一般有機溶劑；遇火種、高溫、氧化劑有燃燒爆炸的危險，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）；沸點為 77.3 ，閃點 -5 ，自燃點為 481 。丙烯腈是石油化學工業(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

4、的耐油、耐寒、耐溶劑等性能，是現(xiàn)代工業(yè)最重要的橡膠，應用十分廣泛。丙烯氨氧化法的優(yōu)點如下(1)丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化學工業(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格低廉。 (2)工藝流程比較簡單經(jīng)一步反應便可得到丙烯腈產(chǎn)物。 (3)反應的副產(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，在熱平衡上很有利。 (5)反應在常壓或低壓下進行，對設備無加壓要求。(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備(如乙炔發(fā)生裝置和氰化氫合成裝茸)的建設投資。丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN

5、）生產(chǎn)過程的主反應為該反應的反應熱為 AN主要的副反應和相應的反應熱數(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第二部分 設計技術參數(shù)1.生產(chǎn)能力：3900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：3.1%6.設計裕量：6%7.年操作日300天 第三部分 物料衡算和熱量核算3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 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

6、溫度后進入混合器；經(jīng)壓縮后的空氣先通過空氣飽和塔增濕，再經(jīng)空氣加熱器預熱至一定溫度進入混合器。溫合器出口氣體混合物進入反應器，在反應器內(nèi)進行丙烯的氨氧化反應。反應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左右進人氨中和塔，在7080下用硫酸吸收反應器出口氣體中未反應的氨，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)使用同時補充部分新鮮酸液，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)換熱器與氨中和塔出口氣體換熱，濕度升高后去精制工段。圖1 丙烯腈

7、合成工段生產(chǎn)工藝流程示意圖3.2 小時生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3.1、設計裕量6計算，年產(chǎn)量為3900噸/年，則每天每小時產(chǎn)量為： 3.3 反應器的物料衡算和熱量街算(1)計算依據(jù)A丙烯腈產(chǎn)量，即B. 原料組成(摩爾分數(shù)) 丙烯85%，丙烷15%C進反應器的原料配比(摩爾比)為D. 反應后各產(chǎn)物的單程收率為物質(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表1 反應后各產(chǎn)物的單程收率E. 操作壓力進口0.203，出口0.162F反應器進口氣體溫度ll0，反應溫度470，出口氣體溫度360(2)物料衡算A反應

8、器進口原科氣中各組分的流量B反應器出口混合氣中各組分的流量 = (3)熱量衡算查閱相關資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0110、0360、0470的平均定壓比熱容表2 各物質(zhì)0t平均定壓比熱容A 濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負荷及產(chǎn)生蒸汽量假設如下熱力學途徑：各物質(zhì)25t的平均比熱容用ot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：B 稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負荷及產(chǎn)生蒸汽量以0氣體為衡算基準進入稀相段的氣體帶入熱為：離開稀相段的氣體帶出熱為

9、：熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負荷為：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：3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)A入塔空氣壓力0.263，出塔空氣壓力0.243B空壓機入口空氣溫度30，相對溫度80，空壓機出口氣體溫度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，組成如下組分ANACN氰醇ACL水合計%（Wt）0.0050.0080.00050.000299.986100表3 塔頂噴淋液的組成E塔頂出口濕空氣的成分和量按反應器入口氣體的要求為(2)物料衡算A進塔空氣量查得30，相對濕度80%時空氣溫含

10、量為0.022kg水氣/kg干空氣因此，進塔空氣帶入的水蒸氣量為：B進塔熱水量 氣、液比為152.4，故進塔噴淋液量為：塔頂噴淋液105的密度為，因此進塔水的質(zhì)量流量為：C出塔濕空氣量出塔氣體中的的量與反應器人口氣體相同，因而D出塔液量(3)熱量衡算A空氣飽和塔出口氣體溫度 空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分數(shù)為： 根據(jù)分壓定律蒸汽的實際分壓為： 因飽和度為0.81，所以飽和蒸汽分壓應為：查飽和蒸汽表得到對應的飽和溫度為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。B入塔熱水溫度 入塔水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05。 C由熱衡算求出塔熱水溫度t 熱衡算基準：0氣態(tài)空氣，0

11、液態(tài)水。 (a)170進塔空氣帶人熱量，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 熱平衡方程代人數(shù)據(jù)，解得 T=78.11因此，出塔熱水溫度為78.113.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)A入塔氣體流量和組成與反應器出口氣體相同。B在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，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(即循環(huán)液)的組成如下組分水ANACNHCN硫酸硫酸銨合計%（wt）68.530.030.020.0160.530.

12、90100表4 塔底出口液體的組成E進塔氣溫度l80，出塔氣溫度76，新鮮硫酸吸收劑溫度30F塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa。圖2 氨中和塔局部流程1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器(2)物料衡算 A排出的廢液量及其組成進塔氣中含有的氨，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：B. 需補充的新鮮吸收劑（93%的H2SO4）的量為：C 出塔氣體中各組分的量(3)熱衡算A出塔氣體溫度 塔頂氣體中實際蒸汽分壓為設飽和度為0.98，則與出塔

13、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，已知硫酸銨上方的飽和蒸汽壓如表 。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76B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70C塔釜排出液溫度 含 量溫 度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109表5 塔釜排出液溫度入塔氣蒸汽分壓，在釜液含量下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于時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，

14、80時每100g水能溶解95.3g硫酸銨，而釜液的硫酸銨含量為，所以釜液溫度控制81不會有硫酸銨結晶析出。D 熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負荷和冷卻水用量 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組分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921表6 各組分在076的平均比熱容(b) 蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱蒸汽的冷凝熱為(d)有機物冷凝放熱AN的冷凝量其冷凝

15、熱為 ACN的冷凝量其冷凝熱為 HCN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,查氮肥設計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)冷卻器熱負荷 因操作溫度不高，忽略熱損失。把有關數(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E 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

16、容。 設循環(huán)液流量為m kg/h，循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度t。 對新鮮暖收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點)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 3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù) 進口氣體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115.5kPa。(2)物料衡算 出口氣體溫度40， 40飽和蒸汽壓力為設出口氣體中含有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)的物料平衡如下組分流量C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計2.593.2985.1510.

17、31161.1211.171.9533.630.1306.70286.04表7 換熱器氣體方(殼方)的物料平衡(3)熱衡算A換熱器入口氣體帶入熱(等于氨中和塔出口氣體帶出熱)B蒸汽冷凝放出熱：40水汽化熱為2401.lkJkgC冷凝液帶出熱D出口氣體帶出熱；出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容為組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66表8 出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容 E熱衡算求換熱器熱負荷平衡方程：代入數(shù)據(jù)求得：37 水吸收塔物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)（見圖

18、4） 圖4 水吸收塔的局部流程A入塔氣流量和組成與換熱器出口相同。B入塔器溫度40，壓力112Kpa。出塔氣溫度10，壓力101KpaC入塔吸收液溫度5D出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）(2)物料衡算A進塔物料（包括氣體和凝水）的組成和流量與換熱器出口相同B出塔氣的組成和量出塔干氣含有、 、 、10水的飽和蒸汽壓，總壓為101325Pa出塔器中干氣總量=2.59+3.29+10.31+161.12+6.70=184.01kmol/h出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下：出塔氣總量為：C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591

19、.97kg/h，因此，出塔AN溶液總量為591.97/0.018=42155.6kg/h（b）塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：D塔底AN溶液的組成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因為塔底AN溶液中的AN、CAN、HCN、ACL的量與進塔氣、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。E水吸收塔平衡如下：組分流量C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計2.593.2912.2310.31161.1211.171.9553.630.1306.70211.90表9 水吸收塔的物料平衡F.檢驗前面關于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假設的

20、正確性 因系統(tǒng)壓力小于1Mpa，氣相可視為理想氣體，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。壓力和含量的關系為 或 塔底排出液的溫度為15(見后面的熱衡算) 查得l5 時ACN、HCN、ACl和AN的亨利系數(shù)E值為 (a)AN塔底 從以上計算可看出，可見溶液未達飽和。 (b)丙烯醛ACL塔底。含量，溶液未達飽和。 (c)乙腈塔底含量，溶液未達飽和。 (d)氫氰酸 塔底含量從計算結果可知，在吸收塔的下部，對HCN的吸收推動力為負值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣體中HCN的含量達到要求。(3)熱量衡算A入塔氣帶入熱。各組分在040的平均摩爾熱容

21、如下組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66表10 各組分在040的平均摩爾熱容B入塔凝水帶人熱：C出塔氣帶出熱。D吸收水帶入熱E出塔溶液帶出熱溶液中各組分的液體摩爾熱容如下組分H2OANACNHCNACL75.3121.1107.371.55123.8表11 AN溶液中各組分的液體摩爾熱容F. 水冷凝放熱水的冷凝熱為2256kJ/kg 故 G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)如下組分ANACNACLHCN610.9765.7493.79

22、37.2表12 AN、CAN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)H熱衡算求出塔液溫度t 熱平衡方程 ：代人數(shù)據(jù)得：解得 3.8 空氣水飽和塔釜液槽(1)計算依據(jù)進、出口物料關系和各股物料的流量和溫度如圖3.5所示。圖中，空氣飽和塔液體進、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，見本文相關部分計算；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。(2)物料衡算 進料： A乙腈解吸塔釜液入槽量 = 49100-17999.45=31100.55kg/h B. 空氣飽和塔塔底液入槽量=1

23、7123.73-7365=9758.73kg/h C. 入槽軟水量x kg/h 出料； A. 去水吸收塔液體量kg/h B. 去萃取解吸塔液體量l5000kg/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系(3)熱量衡算A入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱。B. 入槽軟水帶入熱。C空氣飽和塔塔底液帶入熱，D去吸收塔液體帶出熱E去萃取解吸塔液體帶出熱F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=80.123.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算(1)計算依據(jù) 蒸發(fā)壓力0.405MPa；加熱劑用O的冷凍鹽水，冷凍鹽水出口溫度-2;丙烯蒸發(fā)量l002.3kg/h。(2)有關數(shù)據(jù) A

24、. 0.405MPa下丙烯的沸點為-l3，汽化熱410kJkzB. 0 405MPa下丙烷的沸點為-5，汽化熱376.6kJkg(3)熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負荷和冷凍鹽水用量 A. 丙烯蒸發(fā)吸收的熱 B. 丙烷蒸發(fā)吸收的熱。 C. 丙烯蒸發(fā)器的熱負荷 冷損失按l0考慮 D冷凍鹽水用量 平均溫度(-1)下，冷凍鹽水比熱容為3.47kJ() 冷凍鹽水用量為3.10 丙烯過熱器熱量衡算(1)計算依據(jù) 丙烯進口溫度-13，出口溫度65。用0.405MPa蒸汽為加熱劑。(2)熱衡算 求丙烯過熱器熱負荷和加熱蒸汽量 丙烯氣的比熱容為l.464kJ/()，丙烷氣比熱容1.715kJ/()，冷損失按10考慮，

25、需要加熱蒸汽提供的熱量為 加熱蒸汽量為.上式中2138kJ/kg是0.405M Pa蒸汽的冷凝熱。3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算(1)計算依據(jù) A. 蒸發(fā)壓力0.405MPa。 B. 加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽。冷凝熱為2138kJ/kg。(2)有關數(shù)據(jù) 0405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7 C，汽化熱為l276kJkg。(3)熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負荷和加熱蒸汽用量 冷損失按10考慮，氨蒸發(fā)器的熱負荷為 加熱蒸汽量為 3.12 氨氣過熱器(1)計算依據(jù) A氨氣進口溫度-7，出口溫度65。 B. 用0.405MPa蒸汽為加熱劑。 C氨氣流量332.37kg/h。(2)熱量衡算 求氨氣過熱器的熱負

26、荷和加熱蒸汽用量 氨氣的比熱容為2.218kJ/(kg.K)，冷損失按10考慮，氨氣過熱器的熱負荷為 加熱蒸汽用量為3.13 混合器(1)計算依據(jù) 氣氨進口溫度65流量220.09kg/h。 丙烯氣進口溫度65，流量518kg/h，丙烷氣進口溫度65，流量95.74kg/h。 出口混合氣溫度110。濕空氣來自空氣加熱器(2)熱衡算 求進口溫空氣的溫度t 以0為熱衡算基準。、，在065的平均比熱容如下表組分C3H6C3H8NH31.5691.822.197表13 C3H6、C3H8、NH3在065的平均比熱容A氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱B氣態(tài)氨帶入熱C溫空氣帶入熱 、和蒸汽0136的平均比熱容分別為、

27、和D混合器出口氣體帶出熱E. 熱衡算求進口濕空氣的溫度t 熱損失按l0考慮。 熱衡算方程：代入數(shù)據(jù)： 解得 t=141.343.14 空氣加熱器的熱量衡算 (1)計算依據(jù) A. 入口空氣溫度90，出口空氣溫度136。B空氣的流量和組成如下。組分氧氮水合計Kg/h1756.45781.51288.68826.5表14 空氣的流量和組成(2)熱衡算 求空氣加熱器的熱負荷和加熱蒸汽量 、和蒸汽90136的平均比熱容分別為、和。 熱損失按l0考慮，空氣加熱器的熱負荷為 用0.608MPa的蒸汽為加熱劑，其飽和溫度為l64.2C，冷凝熱為2066kJ/kg，加熱蒸汽用量為第四部分 主要設備的工藝計算4.

28、1 空氣飽和塔(1)計算依據(jù)A. 進塔空氣的組成和流量組分氧氮水合計kmol/h42.83161.1212.23216.18kg/h1370.434511.43220.146102表15 空氣飽和塔進塔空氣的組成和流量B. 出塔溫空氣的組成和流量組分氧氮水合計Kmol/h42.83161.1285.15289.1Kg/h1370.434511.431532.707414.7表16 空氣飽和塔出塔溫空氣的組成和流量C塔頂噴淋液量17999.45kg/h，溫度105。D塔底排出液量17123.73kg/h，溫度93.9。E塔底壓力O.263MPa，塔頂壓力O.243MPa。F人塔氣溫度l70，出塔

29、氣溫度90。G填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。(2)塔徑的確定根據(jù)拉西環(huán)的泛點速度計算公式 (A)A塔頂處L=17999.45kg/h G=7414.56kg/h 把數(shù)據(jù)代人(A)式解得 泛點率取75，則氣體空塔速度為 出塔操作條件下的氣量：塔徑應為：B. 塔底處L= 17123.73kg/h G=6102kg/h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：塔徑應為：取塔徑為：1.0m(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A. 使出塔氣體中蒸汽含量達到要求。B. 使塔頂噴淋液中的ACN等在塔內(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荷并回收

30、ACN等副產(chǎn)物。按工廠實踐經(jīng)驗。取填料高度1lm4.2 水吸收塔(1)計算依據(jù)A. 進塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2O合計kmol/h2.593.2910.31161.1285.15Kg/h108.78144.76329.924511.361532.70組分ANACNACLHCNCO2kmol/h11.171.9530.1302.636.70285.04Kg/h592.0180.077.2871.01294.807672.69表17 水吸收塔進塔氣體流量和組成B出塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2OCO2AN合計kmol/h2.593.2910.31161.12

31、12.236,70少量196.24kg/h108.78144.76329.924511.36220.14294.8少量5609.76表18 水吸收塔出塔氣體流量和組成隨入塔氣進入的凝水876.64kg/h C 塔頂噴淋液量30908.35kg/h，含 0.005(wt)，溫度5。 D 塔底排出液量32887.2kg/h，溫度21.15。 E. 塔底壓力ll2kPa，塔頂壓力101kPa。 F 入塔氣溫度40，出塔氣溫度l0， G 出塔氣體中含量不大于0.055%(wt)。h 填料用250Y型塑料孔板波紋填料。(2)塔徑的確定 塑料孔板渡紋填料的泛點氣速計算公式為 (A)按塔底情況計算L=309

32、08.35 kg/h G= 7622.69 kg/h把數(shù)據(jù)代人(A)式解得 空塔氣速為(泛點率取70%) 氣體在操作條件下的流量為塔徑應為： 取塔徑為：1.2m(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： 當時，25下的為0.187m 時，25下的為0.225m內(nèi)插得到時，25下的為0.206m又 塔內(nèi)液體的平均沮度為(5+13.24)/2=9.12 液相傳質(zhì)單元數(shù)計算式如下塔底 塔頂 出口氣體中含有不小于0.055(wt)，因此代入數(shù)據(jù)求： 填料高度為 取填料高度為：5m4.3 丙烯蒸發(fā)器(1)計算依據(jù) A. 丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度

33、-l3，管內(nèi)用0的冷凍鹽水(17.5NaOH水溶液)與丙烯換熱，冷凍鹽水出口溫度-2。 B. 丙烯蒸發(fā)量518kg/h，冷凍鹽水用量kg/h。 C. 丙烯蒸發(fā)器熱負荷(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積 A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此溫度下的有關物性數(shù)據(jù)如下； 冷凍鹽水流速為 ，過渡流 (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)側污垢熱阻取，鋼管導熱系數(shù)。B. 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C換熱面積 熱負荷 換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為

34、4.4 循環(huán)冷卻器(1)計算依據(jù) A管內(nèi)循環(huán)液流量90272kg/h。進口溫度81，出口溫度70.1。 B. 管外冷卻劑為循環(huán)水，進口溫度32，出口溫度36，循環(huán)水流量為190000kg/h C熱負荷為kJ/h (2)計算換熱面積 初選GH90-105型石墨換熱器，換熱面積為105m2，設備殼體內(nèi)徑D=880mm，內(nèi)有外徑32mm、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t=40mmA. 總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)循環(huán)液側的給熱系數(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(c) 殼程(循環(huán)水側)的給熱系數(shù)循環(huán)水平均溫度(32+36)/2=34，34

35、水的物性數(shù)據(jù)為正三角形排列時，當量直徑的計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來計算，S的計算公式為已知t=40mm，=32mm，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)可用下式計算給熱系數(shù)代入數(shù)據(jù)得 (c)總傳熱系數(shù) 石墨的導熱系數(shù)，石墨管壁厚5mm，循環(huán)冷卻水側污垢熱阻，循環(huán)液側污垢熱阻。代人數(shù)據(jù)求K：B對數(shù)平均溫差C. 換熱面積熱負荷 換熱面積為取安全系數(shù)l.2則換熱面積為。因此，選GH90105-1型石墨換熱器，其換熱面積已足夠。4.5 氨蒸發(fā)器(1)計算依據(jù) A. 氨蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-7。 B加熱劑為0.

36、405MPa蒸汽，溫度143。 C熱負荷(2)計算換熱面積 A總傳熱系數(shù) 蒸汽冷凝時的給熱系數(shù)取，液氨沸騰的給熱系數(shù)取，不銹鋼導熱系數(shù)，管壁厚4mm，兩側污垢熱阻取代人數(shù)據(jù)求K：B平均溫度差C.換熱面積氨蒸發(fā)器熱負荷為 換熱面積為取換熱面積為：4.6 氨氣過熱器(1)計算依據(jù) A. 進口氣氯溫度-7出口氣氨溫度65。 B加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C熱負荷(2)計算換熱面積 A總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，K值的推薦范圍是)取 B平均溫度差 冷端溫差為143-(-7)=150，熱端溫差為l43-65=78。C.換熱面積 熱負荷為 換熱面積

37、為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為：，選浮頭式熱交換器型，換熱面積，符合要求。 4.7 丙烯過熱器(1)計算依據(jù) A. 進口氣體溫度一l3，出口氣體溫度65。 B加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C熱負荷(2)計算換熱面積 A總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，K值的推薦范圍是)取 B平均溫度差 冷端溫差為143-(-13)=156，熱端溫差為l43-65=78。C.換熱面積 熱負荷為 換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為：，選浮頭式熱交換器型，換熱面積25.6m2，符合要求。4.8 空氣加熱器(1)計算依據(jù) A空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。 B進口

38、氣體溫度90，出口氣體溫度l36，氣體進口壓力0243MPa，氣體的流量和組成如下：組分氧氮水合計kg/h1370.434511.43220.146102kmol/h42.83161.1212.23216.18表19 空氣加熱器氣體的流量和組成C加熱蒸汽為0.608MPa(對應的飽和溫度為l64.2)，流量為288kg/h。D熱負荷為 即(2)計算換熱面積 初選浮頭式換熱器一臺，換熱器有的管子268根。A. 總傳熱系數(shù) (a)管內(nèi)(空氣一側)的給熱系數(shù)，管內(nèi)氣體的平均溫度為(90+136)/2=113，113空氣的物性數(shù)據(jù)為：, , 空氣的密度 (b)管外蒸汽冷凝側給熱系數(shù) 取(c)總傳熱系數(shù)

39、 鋼的導熱系數(shù)為，空氣側污垢熱阻，蒸汽冷凝側污垢熱阻 代入數(shù)據(jù)求總傳熱系數(shù)：B對數(shù)平均溫度差C.換熱面積 安全系數(shù)取1.2，則換熱面積應為35.43m2，所選換熱面積80.4m2，符合要求。4.9 循環(huán)液泵 循環(huán)液質(zhì)量流量90271.70kg/h，循環(huán)液密度為1140kg /m3因此循環(huán)液的體積流量為又 選用80FVZ-30的耐腐蝕泵，三臺。正常使用兩臺，備用一臺。80FVZ-0泵的流量為，揚程30m。4.10 空氣壓縮機在產(chǎn)品樣本上，活塞式空氣壓縮機的排氣量指是后一級排出的空氣，換算為第一級進氣條件時氣體的體積藏量?，F(xiàn)第一級進氣條件為常壓，溫度按30計，排出氣體的摩爾流量為270.6kmol

40、/h,則排氣量(換算為第一級進氣條件)為 因工藝要求排出壓力為0.263MPa，故選用排氣量為，排氣壓力為035MPa的5L-55/3.5型空氣壓縮機三臺，正常操作用兩臺，備用一臺。4.11中和液貯槽按停車時中和塔塔板上的吸收液流入貯槽所需要的容積確定貯槽的容積，中和塔塔徑1.8m，20塊塔板，板上液層高度0.082m，這些液體若全部流入貯槽，總體積為 考慮到停車檢修時，原存于塔底的一定高度的液體，亦需排入中和液貯槽存放，則該貯槽舶裝料系數(shù)取0.8，故可選貯槽容積應大于4.2m3。 中和塔的操作壓力為0263MPa，在國家標準容器系列JBl428 74(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.254MP

41、a)中選用工作壓力0.25MPa，公稱容器6m3的型號，此容器的直徑為1600mm，長度為2600mm。第五部分 附錄5.1附表反應器物料平衡表成分入塔氣出塔氣kmol/hkg/hkmol/hkg/h18.627822.59108.703.29144.583.29144.5819.55332.372.8047.6042.831370.4310.31329.92161.124511.43161.124511.4355.861005.48107.371932.660011.17591.97001.95580.16003.6398.03000.137.30006.70294.94合計301.278146.29311.608147.29飽和塔物料平衡表成分入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排除液kmol/hkg/hkmol/hkg/hkg/hkg/h42.831370.4342.831370.4300161.124511.43161.124511.430012.2