年產(chǎn)3.5萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)3.5萬噸丙烯睛合成工段工藝設(shè)計年級2013專業(yè)化學(xué)工程與工藝學(xué)號姓名指導(dǎo)教師設(shè)計成績完成日期2016年 月日課程設(shè)計成績評定欄評定基元評審要素評審內(nèi)涵分值評分簽名欄設(shè)計說明，50%格式規(guī)范 內(nèi)容完整格式是否規(guī)范10評閱教師簽名內(nèi)容是否完整10工藝計算 正確、完整和 規(guī)范物料恒算10熱量衡算10設(shè)備設(shè)計和選型10設(shè)計圖紙，40%圖紙規(guī)范 標(biāo)注清晰方案流程圖10評閱教師簽名工2物料流程圖10帶控制點的工藝 流程圖20平時成績，10%上課出勤上課出勤考核5指導(dǎo)教師簽名制圖出勤制圖出勤考核5合計100化工工藝設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計題目年產(chǎn)3.5萬噸丙烯睛合成工段工藝設(shè)計設(shè)

2、計技術(shù)參數(shù)1 .生產(chǎn)能力：35000 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）丙烯睛水溶液4 .生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5 .丙烯睛損失率：3%6 .設(shè)計裕量：6%7 .年操作日：300天設(shè) 計 要 求1 .確定設(shè)計方案，并畫出流程框圖（要求見4（1）;2 .物料衡算，熱量衡算3 .主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算4 .繪圖要求：（1）流程框圖（CAD者PPT繪，截圖在方案設(shè)計中）； （2）方案流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；（3）工物料流程圖（帶物料表，CAD繪，A3圖紙）；（4）制帶控制點的工2流程圖（CAD手繪，A3圖紙）；5 .編寫設(shè)計說明

3、書工 作 量1 .設(shè)計計算：1.5周2 .上幺流程圖與設(shè)計說明書：1周3 .答其0.5周工 作 計 劃周：物料衡算、熱量衡算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 第二周：回圖，撰寫設(shè)計說明書，第三周：答辯參 考 資 料化工工藝設(shè)計手冊第四版 （上下冊），中國石化集團上海工程有限公司編，化學(xué) 工業(yè)出版社，2009年化學(xué)化工物性參數(shù)手冊，青島化工學(xué)院等編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年第一部分概述1.1丙烯睛的性質(zhì)1.1.1 丙烯睛的物理性質(zhì)丙烯睛是一種非常重要的有機化工原料，在合成纖維、樹脂、橡膠急膠粘劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。丙烯睛，英文名 Acrylonifrile （簡稱為ACN）,化學(xué)分子式：CH2=CH

4、CN;分子 量：53.1。丙烯睛在常溫下是無色或淡黃色液體，劇毒，有特殊氣味；可溶于丙酮、苯、四 氯化碳、乙醛和乙醇等有機溶劑；與水互溶，溶解度見表1-1。丙烯睛在室內(nèi)允許濃度為0.002MG/L,在空中的爆炸極限為3.0517.5% （體積）。因此，在生產(chǎn)、貯存和運輸中，必須有嚴(yán)格的安全防護措施。丙烯睛和水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等會成二元共沸混合物，和水的共沸點為 71C,共沸點中丙烯睛的含量為88% （質(zhì)量）,在有苯乙烯存在下，還能形成丙烯睛一苯乙烯一水三元共沸混合物。丙烯睛的主要物理性質(zhì)見表1-2。表1-1丙烯睛與水的相互溶解度溫度/C水在丙烯睛中的溶解度（質(zhì)量）/ %丙烯睛在水中

5、的溶解度（質(zhì)量）/%02.107.15102.557.17203.087.30303.827.51404.857.90506.158.41607.659.10709.219.908010.9511.10表1-2丙烯睛的主要物理性質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)沸點(101.3KPa)78.5 燃點/ C481蒸汽壓/KPa熔點/ c82.0比熱容/J.kg-1. K-120.92 + 0.038.7 C 時6.67相對密度（d 426 ）0.0806蒸發(fā)潛熱（0-77 ）32.6kJ/mol45.5 時33.33粘度(25 C)0.34生成熱（25 C）151kJ/mol77.3 C 時101.32

6、折射率（nD25 ）1.3888燃燒熱1761kJ/mol臨界溫度246 c閃點/ C0聚合熱（25 C）72 kJ/mol臨界壓力3.42MPa1.1.2 丙烯睛的化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用丙烯睛分子中含有雙鍵及鼠基（-CN ）,其化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，可以發(fā)生加成、聚合、 水解、醇解、睛基及氫乙基化等反應(yīng)。聚合反應(yīng)和加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯睛的C=C雙鍵上，純丙烯睛在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯睛成品及丙烯睛生產(chǎn)過程中，通常要加少量阻聚劑，如對苯酚甲基觸（阻聚劑MEHQ、對苯二酚、氯化亞銅和胺類化合物等。 除自聚外，丙烯睛還能與苯乙烯、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)，由此可

7、制得合成纖維、 塑料、涂料和粘合劑等。丙烯睛經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二睛。鼠基反應(yīng)包括水合反應(yīng)、水解反應(yīng)、醇解反應(yīng)等，丙烯睛和水在銅催化劑存在下，可以水合制取丙烯酰胺。氟乙基化反應(yīng)是丙烯睛與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng)；丙烯睛和醇反應(yīng)可 制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、 醫(yī)藥等的原料。丙烯睛與氨反應(yīng)可制得1, 3丙二胺，該產(chǎn)物可用作紡織溶劑、聚氨酯溶劑和催化劑。丙烯睛主要用來生產(chǎn) ABS樹脂，丙烯酰胺、丙烯酸纖維、己二睛和苯乙烯-己二睛樹脂 等，目前國內(nèi)供不應(yīng)求，每年需大量進口來滿足市場需求，2000年進口量超過150kt。1.2 丙

8、烯睛的生產(chǎn)狀況1.2.1 世界丙烯睛生產(chǎn)與消費概況全世界丙烯睛的生產(chǎn)主要集中在美國、西歐和日本等國家和地區(qū)。全世界1999年丙烯睛總生產(chǎn)能力為，523.3萬t（見表1-3）。美國、日、西歐丙烯睛生產(chǎn)能力合計為357萬t ,占世界總能力的 66.9%。1999年世界丙烯睛需求量為480萬t ,產(chǎn)量470萬t。預(yù)計到2000年，世界丙烯睛總生產(chǎn)能力將達(dá)到585萬t ,產(chǎn)量及消費量將達(dá)到507萬t。其中用于睛綸的消費量為275萬t,用于ABS AS為126萬t ,其它106萬t（見表1-4）。今年臺塑公司 4 月和年末各有10萬t/a裝置投產(chǎn)、美國 Solutia 公司8月25萬t/a裝置建成，還會

9、增加 45萬t生產(chǎn)能力。2000年是日本旭化成、三菱化學(xué)和韓國東西石油化學(xué)、泰光產(chǎn)業(yè)等公司 的定期檢修年，這會緩和對新增能力投產(chǎn)的沖擊。表1-3 1999年世界丙烯睛生產(chǎn)能力（萬t/a）國家和地區(qū)生產(chǎn)能力國家和地區(qū)生產(chǎn)能力美國164.2土耳其9.0德國44巴西9.0意大利19南非7.5荷蘭18.5印度3.0西班牙11.5羅馬尼亞8.0英國28.0保加利亞4.5墨西哥16.5日本71.8韓國37俄羅斯24中國（總計）38.8中國臺灣省18.0合計532.3表1-4世界丙烯睛消費結(jié)構(gòu)（萬t）年份19951996199719982000生產(chǎn)能力463508533545585產(chǎn)量41543745146

10、9507消費量415437451469507睛綸231244251260275ABS/AS100107110115126其它84869094106開工率（）90868586871.2.2 國內(nèi)生產(chǎn)概況我國內(nèi)烯睛生產(chǎn)起步于 1968年。八十年代開始，我國丙烯睛工業(yè)發(fā)展很快，從國外引進技術(shù)目前正在運彳T的生產(chǎn)裝置有9套（包括中國臺灣?。?總生產(chǎn)能力為58.8萬t ,加上采用國內(nèi)技術(shù)的生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力為59.3萬to正在計劃建設(shè)的生產(chǎn)裝置有上海石化公司25萬t/a,金陵石化公司6.6萬t/a。另外，有不少裝置也準(zhǔn)備將其生產(chǎn)能力擴大。 到2000年，我國丙烯睛總生產(chǎn)能力可達(dá)80多萬t,其中中國大陸

11、丙烯睛生產(chǎn)能力可達(dá)42萬45萬t/a ,臺灣省丙烯脂生產(chǎn)能力為38萬t/a 。這樣，我國2000年丙烯睛總生產(chǎn)能力將居世界第二位，而僅次于美國。我國丙烯睛生產(chǎn)能力。見表 1-5。表1-5我國丙烯月青生產(chǎn)能力（萬t/a）生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力采用技術(shù)備 注上海石化股份有限公司5BP技術(shù)實際可達(dá)到7大慶石化總廠化工一廠6BP技術(shù)大慶油田聚合物廠6BP技術(shù)齊魯石化公司丙烯睛廠4BP技術(shù)齊魯石化公司齊勝化工廠0.5國內(nèi)技術(shù)蘭化公司石化廠3.2BP技術(shù)撫順石化公司睛綸廠5BP技術(shù)計劃擴展7吉化公司化肥廠6.6BP技術(shù)安慶石化公司睛綸廠5BP技術(shù)臺灣CPDG司18BP技術(shù)合計59.31.3 我國丙烯睛發(fā)展方向1

12、.4 丙烯氨氧化的原理1.4.1 化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)條件下，丙烯氨氧化反應(yīng)是一個非均相催化氧化反應(yīng)3CH3cH CH2 NH3 O O2CH2CHCN 3H2OH 512. 5kJ / mol與此同時,在催化劑表面還發(fā)生如下一系列主要的副反應(yīng)。(1)生成乙睛(ACN):3-CRCN 3H2O33CH3cH CH2- NH3 O222H 362. 3kJ / mol3HCN 6H2。(2)生成氫富酸(HCN)。CH3cH CH23NH3302H 315. 5kJ / mol(3)生成丙烯醛。CHCHO H2OCH3CH CH202H 353. 1kJ / mol(4)生成二氧化碳。一 一 八9

13、- - 一CRCH CH2 - O23CQ 3H2OH 641kJ / mol上述副反應(yīng)中，生成乙睛和氫富酸的反應(yīng)是主要的。CO2 C5口 H2O可以由丙烯直接氧化得到，也可以由丙烯睛、乙睛等再次氧化得到。 除上述副反應(yīng)外，還有生成微量丙酮、丙睛、丙烯酸和乙酸等副反應(yīng)。 1.4.2 催化劑丙烯氨氧化所采用的催化劑主要有兩類，即Mo系和Sb系催化劑。(1) Mo系催化劑 工業(yè)上最早使用的是P-Mo-Bi-O(C-A)催化劑，具 代表組成為PBi9MO12O52活性組分為MoO舜口 Bi2O3.Bi的作用是奪 取丙烯中的氫，M。的作用是往丙烯中引入氧或氨。因而是一個雙功能 催化劑。P是助催化劑，起

14、提高催化劑選擇性的作用。這種催化劑要 求的反應(yīng)溫度較高(460490C),丙烯睛收率60施右。由于在原料 氣中需配入大量水蒸氣，約為丙烯量的3倍(mol),在反應(yīng)溫度下Mofl Bi因揮發(fā)損失嚴(yán)重，催化劑容易失活，而且不易再生，壽命較短，只在 工業(yè)裝置上使用了不足10年就被C-21、C-41等代替。(2) Sb系催化劑Sb系催化劑在60年代中期用于工業(yè)生產(chǎn)，有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。初期使用的Sb-U-O催化劑活性很 好，丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯睛收率都較高，但由于具有放射性，廢催化劑處 理困難，使用幾年后已不采用。Sb-Fe-O催化劑由日本化學(xué)公司開發(fā) 成功，即牌號為NB-7

15、33A和NB-733B催化齊I。據(jù)文獻報道，催化劑中 Fe/Sb比為1 ： 1(mol),X光衍射測試表明，催化劑的主體是FeSbO4, 還有少量的Sb2O4工業(yè)運轉(zhuǎn)結(jié)果表明，丙烯睛收率達(dá)75溢右，副產(chǎn) 乙睛生成量甚少，價格也比較便宜，添加V、M。W等可改善該催化劑 的耐還原性。1.4.3反應(yīng)機理和動力學(xué)丙烯氨氧化生成丙烯睛的反應(yīng)機理，目前主要有兩種觀點 可簡單地用下式表示。UCHO -HCZCHi -CWCHS Cf -CHCHO CHa CMCNtvh3Cf CJ IC -*CMSCN第二部分生產(chǎn)方案選擇第三部分 工藝流程設(shè)計3.1 丙烯睛工藝流程示意圖3.2 小時生產(chǎn)能力按年工作日300

16、天，丙烯睛損失率3%設(shè)計裕量為6%年產(chǎn)量為3.5萬噸計算，則每天每小時產(chǎn)量：5307. 36 kg / h3500010001.061.0330024第四部分 物料衡算和熱量衡算4.1 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算4.1.1 計算依據(jù)（1）丙烯睛產(chǎn)量 5307.36kg/h ,即 F=100.03kmol/h（2）原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）丙烯（GH6） 85%丙烷（GH） 15%（3）進反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為CH:NH3：O2：H2O=1:1.05:23:3反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為:物質(zhì)丙烯睛(AN富化氫(HCN乙睛(CAN丙烯醛(ACDCQ摩爾收率0.60.0650.070.0070.12

17、(4)操作壓力進口： 0.203MPa，出口： 0.162MPa(5)反應(yīng)器進口氣體溫度 110C,反應(yīng)溫度470 C ,出口氣體溫度7002.1kg/hh1294. 53kgNH： 166.721. 05175. 06kmol /h 2975. 95kgQ： 166. 722. 3383. 46kmol / h12270. 59kg / hHO： 166. 723500. 16kmol / h9002. 88kg / h360 c4.1.2 物料衡算(1)反應(yīng)器進口原料氣中各組分的流量GH： 100.03/0.6= 166.72kmol /hGH: 166. 72 0. 1529. 42km

18、ol /0. 85383. 46N2:0. 210. 791442. 54kmol / h 40391. 12kg / h(2)反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯睛：5307.36kg/h F=100.03kmol/h乙睛：3166.72 0. 0717. 51kmol / h 717.77kg / h丙烯醛：166. 72 0. 0071. 17kmol / h65. 53kg / hCQ： 3166. 720. 1260. 02kmol / h2640. 84kg / hHCN： 3 166.720.06532.51kmol / h877. 78kg / hC3H8：29. 42kmol

19、/ h1294. 53kg / hN2： 1442. 54kmol / h 40391. 12kg / h39383.46100. 0332. 511. 1717. 51 60. 02O2：23 292. 20kmol / h 2950. 4kg / h121166.7232. 511. 1717. 51100. 0160.02C3H6：33323. 02kmol / h 966. 98kg / hNH3： 175. 0632. 5117. 51H2O：500. 163100. 03100. 0325. 01kmol / h 425. 17kg / h232. 51217. 5160. 021

20、. 17961.48kmol / h17306. 64kg / h(3):反應(yīng)器物料平衡表流量和組成組分反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6166.727002.106.189.6023.02966.980.831.32C3H829.421294.531.091.7829.421294.531.061.78NH3175.062975.956.494.0825.01425.170.900.58O2383.4612270.5914.2216.8292.202950.403.314.05N21442.5440391.1253

21、.4855.381442.5440391.1251.7955.37H2O500.169002.8818.5412.34961.4817306.6434.5223.73丙烯睛(AN)0000100.035307.363.597.28乙睛(ACN)000017.51717.770.630.98氧化氫(HCN)000032.51877.781.171.20丙烯醛(ACD00001.1765.530.040.09CO2000060.022640.842.163.62合計2697.3672937.171001002784.9172944.121001004.1.3熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì) 。

22、110 C、。360 C、。470c的平均定壓比熱容物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLCO2Cp / kJ/(kg K)0-110C1.8412.052.3010.9411.0461.8830360C2.6783.0132.6361.0041.0882.0081.8741.6401.9331.9661.1300470C2.9293.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213(1)濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量假設(shè)如下熱力學(xué)途徑：Ml 4701，波相段出口混鏟tML. ：乂 25t.濃相段出口混合氣

23、各物質(zhì)25tC平均比熱容用0tC的平均比熱容代替，誤差不大 因此：1(7002. 11. 841 1294. 53 2. 05 2975. 95 2.30112270. 59 0. 94140391.12 1. 046 9002. 88 1.883) (25 110)7916940.23kJ / h2(100. 03 103512. 517. 51 103362.332.51 103315. 51. 17103353. 160. 02103641)106752100kJ/ h3(966. 982. 9291294. 533. 347425.172. 9392950. 41.04640391.1

24、2 1.10917306.642. 0925307. 362. 029717.771.724877. 782. 165. 532. 1722640. 841. 213) (47025)48814314. 75kJ / h123791694Q 23 106752100 48814314.7565854725 48kJ / h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(fù)荷)為：Q (10.05) 65854725.4862561989 21kJ / h濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽(飽和溫度143C)143 c飽和蒸汽給:isteam 2736kJ/kg143

25、c 飽和水始：iH2O 601.2kJ /kg所以：產(chǎn)生的蒸汽量62561989. 212736 - 601.229305. 78kg/h(2)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 c氣體為衡算基準(zhǔn)進入稀相段的氣體帶入熱為:Q (966. 982. 9291294. 533. 347425. 172. 9392950. 41. 04640391. 12 1.10917306. 642. 0925307.362. 029717. 771. 724877. 782. 165. 53 2. 1722640. 841. 213)(4700)51556691. 98kJ / h離開稀相段

26、的氣體帶出熱為:(966. 982. 6781294. 533. 013425. 172. 6362950.41. 00440391. 12 1.08817306. 642. 0085307. 361. 874717. 771. 6400)877. 781.93365.531. 9662640. 841. 130) (36037873108.11kJ / h熱損失取4%,則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為:13136240. 51kJ / hQ (1-0. 04)( QQ2)( 10. 04)( 51556691.9837873108. 11)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:G

27、13136240.516153.38kg /h2736601.24.2空氣飽和塔的物料衡算和熱量衡算4.2.1 計算依據(jù)(1)入塔空氣壓力0.263MPa ,出塔空氣壓力0.243MPa(2)空壓機入口空氣溫度30C,相對溫度80%,空壓機出口氣體溫度170 c (3)飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81(4)塔頂噴淋液為乙睛解吸塔釜液，溫度 105C,組成如下:組分ANACN象醇ACL水合計% (Wt)0.0050.0080.00050.000299.986100(5)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： 383.46kmol/h ,即 12270.59k

28、g/hN2: 1442.54kmol/h ,即 40391.12kg/hH2O: 500.16kmol/h ,即 9002.88kg/h4.2.2 物料衡算(1)進塔空氣量進塔干空氣量383. 46 1442. 54 1826kmol / h52661. 71kg / h查得30C,相對濕度80%時空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空氣.因此，進塔空氣帶入的水蒸氣量為：0.022 52661. 711158. 56kg / h(2)進塔熱水量氣、液比為152.4,故進塔噴淋液量為:182622. 4167. 75m3 / h2731700.101312730. 263152.4塔頂噴淋液1

29、05c的密度為，因此進塔水的質(zhì)量流量為:167. 75 958160703. 05kg / h(3)出塔濕空氣量出塔氣體中的。2、N2、H2O的量與反應(yīng)器入口氣體相同，因而:O2： 383.46kmol/h ,即 12270.59kg/hN2： 1442.54 kmol/h,即 40391.12 kg/hH2O: 500.16kmol/h ,即 9002.88 kg/h(4)出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量9002. 88 - 1158. 567844. 32kg/h所以，出塔液流量160703. 05 - 7844. 32152858. 73kg/h4.2.3 熱量衡算(1)空氣飽和塔出口氣體溫度空氣飽

30、和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為：100%21.5%500. 16383. 461442. 54500. 16根據(jù)分壓定律，蒸汽的實際分壓為：PHO yH20P 0.215 0.2430.05225MPa飽和度為0.81,.所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為:0. 052250. 810. 0645Mpi64500Pa查飽和蒸汽表得到對應(yīng)的飽和溫度為 90C,因此，須控制出塔氣體溫度為90 C.才能保證工藝要求的蒸汽量(2)入塔熱水溫度入塔水來自精制工段乙睛解吸塔塔釜，105 c(3)由熱衡算求出塔熱水溫度t熱衡算基準(zhǔn)：0c氣態(tài)空氣，0 c液態(tài)水170c進塔空氣帶入的熱量 Q1：170c蒸汽給值為2773.

31、3kJ/kg,干空氣在0l70C的平均比熱容Cp 1.004kJ/(kg K)所以，Q(12270.59 40391.12) 1.004 (170 - 0)1158.56 2773.312201335 11kJ / h出塔濕空氣帶出熱量Q290c蒸汽給2660kJ/kg,空氣比熱容取Cp1.004kJ / kg KQ (12270. 59 40391. 12) 1.004 (900)9002. 88 266028706172 92kJ / h105c入塔噴淋?獲帶入熱量 Q3Q3160703. 05 4. 184 (105 - 0)70600063. 93kJ / h求出塔熱水溫度t出塔熱水帶

32、出熱量：Q4152858. 73 4. 184t639560. 93tkJ / h熱損失按5%者，則Q0. 05 (12201335. 11 70600063.93)4140069. 95kJ / h熱平衡方程Qi+Q3=Q2+Q4+Q損即 12201335.11+70600063.93=28706172.92+639560.93t+4140069.95解得 t=78.11C故，出塔熱水溫度為78.11C4.3氨中和塔物料衡算和熱量衡算4.3.1 計算依據(jù)(1)入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同(2)在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，生成硫酸鏤(3)新鮮硫酸吸收劑的含量為93% (wt)(4)塔

33、底出口液體(即循環(huán)液)的組成如下CAN: 5341.94 0.00021.07kg / h組分水ANACNHCN硫酸硫酸鏤合計% (wt)68.530.030.020.0160.530.90100(5)進塔氣溫度180C,出塔氣溫度76C,新鮮硫酸吸收劑溫度30c4.3.2 物料衡算(1)排出的廢液量及其組成進塔氣中含有425.17kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸鏤氨和硫酸反應(yīng)的方程式：2NHH2SO4 (NH4)2SQ(NHJ2SQ的生成量，即需要連續(xù)排出的(NHJ2SQ的流量為：425. 171322 171650.66kg / h塔底排出液中，(NH4)2SQ的含量為30.9% (

34、wt),因此，排放的廢液量為：1650. 66/ 0. 3095341. 94排放的廢液中.各組分的量：H2O: 5341. 94 0. 68533660. 83kg / hAN: 5341. 94 0. 00031. 60kg / hHCN: 5341. 94 0. 000160. 85kg / hH2SQ: 5341. 94 0. 00526. 71kg / h(NH4)2SQ： 5341. 94 0. 3091650. 66kg / h(2)需補充的新鮮吸收劑(93%的H2SQ)的量為:1346. 45kg / h98(5341. 940. 005425. 17) / 0. 93217(

35、3)出塔氣體中各組分的量C3H6： 966.98kg/h=23.02kmol/hCbHs： 1294.53kg/h=29.42kmol/hO2： 2950.40kg/h=92.20kmol/hN2: 40391.12kg/h=1442.54kmol/hAN: 5307.36-0.12=5307.24kg/h=100.02kmol/hACN: 717.77-0.08=717.69kg/h=17.50kmol/hACL 65.53kg/h=1.17kmol/hHCN: 877.78-0.06=877.72kg/h=32.51kmol/hCQ: 2640.84kg/h=60.02kmol/hH2O:

36、 17306.64+1346.45X 0.07-3660.83=13740.06kg/h=763.34kmol/h4.3.3 熱量衡算(1)出塔氣體溫度y h2o73634736 34 60.02 32 51 1.17 17 50 10002 144254 92.20 23 02 29.420.298塔頂氣體中實際蒸汽分壓為:PH2o=yH2oP=0.298X 0.122=0.0364MPa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:0. 0364PHO 0. 0371MPaH2O 0. 98入塔噴淋液的硫酸鏤含量為:10030. 968. 5345g(NH4)2SQ / 100

37、gH2。已知硫酸鏤上方的飽和蒸汽壓如表7含量溫度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109根據(jù)入塔噴淋液的硫酸鏤含量和 PH2O的值，內(nèi)插得到出:塔氣的溫度為76.7C(2)入塔噴淋液溫度入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低 6.7C,故為70 C(3)塔釜排出液溫度 yH2o=0.3452入塔氣水蒸汽分壓：PH2o=yH2oP=0.3452X 0.142=0.049MPa在釜液(NH4)2SQ含量(45g(NH4)2SQ / 100gH2。)下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于0.049MPa時的釜液溫

38、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83.53C,設(shè)塔釜液溫度比飽和溫度低 2.53C即81C。又查硫酸鏤的溶解度數(shù)據(jù)得知，80c時.每100g水能溶解95.3g硫酸鏤，而釜液的硫酸鏤含量為(45g(NH4)2SQ / 100gH2。)，所以釜液溫度控制81c不會有硫酸鏤結(jié)晶析出(4)熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量作圖3.3的虛線方框列熱平衡方程得“七，出塔，Qjr 群 XZeWN JI1圖3氨中和塔的熱量衡算1一氨中和塔；2一循環(huán)冷卻器Ql+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=& + Q7+Q9入塔氣體帶入熱 入塔氣體帶入熱量 Qi=2.53Xl06kJ/h出塔氣體帶出熱各

39、組分在076.7C的平均比熱容的值如下組分C3H6C3H802n2H2OANHCNACNACLCO 2Cp1.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921Q2=(966.98X 1.715+1294.53X 1.966+2950.4X 0.9414+40391.12X1.046+13740.06X 1.883+1.347X 5307.24+1.393X 877.72+1.406X 717.69+1.343X 65.53+0.921X2640.84) X (76.7-0)=87003.38X 76.7=6673159kJ/h蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱

40、蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量=進塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽= 17306.64-13740.06=3566.58kg/h蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kgQ3=3566.58X 2246.6=8012678.63kJ/h有機物冷凝放熱AN的冷凝量1.60kg/h ,其冷凝熱為 615kJ/kgACN的冷凝量1.07kg/h,其冷凝熱為728kJ/kgHCN的冷凝量0.85kg/h,其冷凝熱為878.6kJ/kgQ4=1.6X 615+1.07X 728+0.85X 878.6=2509.77kg/h氨中和放熱每生成1mol硫酸鏤放熱273.8kJ3423869 kJ / h1650. 661000

41、 c273. 8132硫酸稀釋放熱硫酸的稀釋熱為749kJ/kgQ6=0.93X 1346.45X 749=937896.68kJ/h塔釜排放的廢液帶出熱量塔釜排放的廢液中，H2O與的(NH4)2SQ的摩爾比為3660-83 /筆等 203. 38 / 12. 51 ,查氮肥設(shè)計手冊得此組成的硫酸18132鏤水溶液比熱容為3. 347kJ /( kgK)Q7=5341.94X 3.347X (80-0)=1430357.85kJ/h新鮮吸收劑帶入熱30 C寸,93%HSq 的比熱容為 1. 603kJ /( kg K)Q8=1346.45X 1.603 X (30-0)=64750.78kJ/

42、h循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷因操作溫度不高，忽略熱損失把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程有：解得：Q92.53 106 6673159 8012678 63 2509.77 3423869 937896.681430357 89 64750. 786868188. 01kJ / h循環(huán)冷卻器的冷卻水用量設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度32 C,排水溫度36 C則冷卻水量為：W6868188. 014. 184(3632)410384. 08kg / h(5)循環(huán)液量循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制,70 c循環(huán)液的比熱容為3. 368kJ /( kgK),循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為3. 364kJ /(

43、kg K)設(shè)循環(huán)液流量為m kg/h,循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度tC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:m x 3.368t+9267=(m+192.7) x 3.364x 70對循環(huán)冷卻器列熱平衡得m X 3.347X 81 mx 3.368t=6868188.01t 70 C聯(lián)解式(1)(2清：m=193942.26kg/h4.4換熱器物料衡算和熱量衡算AN溶液去精制AN溶液來自水吸收塔換熱器76,7r40r4.4.1 計算依據(jù)進口氣體76.7C,組成和流量與氨中和塔出口氣相同出口氣體溫度40C,操彳壓力115.5kPa4.4.2 物料衡算 進口氣組成及流量如下組分流里C

44、3H623.02kmol/hC3 H829.42kmol/hO292.20kmol/hN21442.54kmol/hAN100.02kmol/hACN17.50kmol/hACL1.17kmol/hHCN32.51kmol/hCO260.02kmol/hH2O763.34kmol/h合計2561.74kmol/h出口氣體溫度40C, 40c飽和蒸汽壓力為Ph2o7.375MPa設(shè)出口氣體中含有x kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有:115. 57. 3752561. 74763.34 x解得 x=122.67kmol/h=2208kg/h故，蒸汽的冷凝量為 13740.06-2208=1153

45、2.06kg/h因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下:組 分流、 量！Kmol/h C3 H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2冷凝水合計23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.0640.72561.74.4.3 熱量衡算(1)換熱器入口氣體帶入熱(等于氨中和塔出口氣體帶出熱)Qi=6673159kJ/h(2)蒸汽冷凝放出熱40 c水汽化熱為2401.1kJ/kgQ2=11532.06X 2401.1=27689629.27kJ/h(3)冷凝液帶出熱Q3=11532.06X 4.184X (40-0)=1930005.56kJ

46、/h(4)出口氣體帶出熱38.66) X (40-0)=2588466.41kJ/h(5)熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平衡方程：Ql+Q=Q3+Q4+Q5代入數(shù)據(jù)求得：Q5=29844316.3kJ/h4.5水吸收塔物料衡算和熱量衡算4.5.1 計算依據(jù)出塔氣.lotAN麻展去搜造案ft水吸收塔的局部流程CQ6.7kmol/h=294.8kg/h(1)入塔氣流量和組成與換熱器出口相同(2)入塔器溫度40C,壓力112Kpa;出塔氣溫度10C,壓力101Kpa(3)入塔吸收液溫度5 c(4)出塔AN溶液中含AN 1.8% (wt)4.5.2 物料衡算(1)進塔物料(包括氣體和凝水)的組成和流量與換熱器出

47、口相同進口氣量=23X 42+29.4X 44+122.7X 18+92.2X 32+1442.5X 28+100X 53+17.5X 41+32.51 X 27+1.17X 56+60X 44=57409.39kg/h(2)出塔氣的組成和量出塔干氣含有：C3H623kmol/h =966kg/hC3H829.4kmol/h=1293.6kg/hO292.2kmol/h=2950.4kg/hN21442.5kmol/h=40390kg/h10c水的飽和蒸汽壓PH2O 1228Pa,總壓P=101325pa出塔器中干氣總量=23+29.4+92.2+1442.5+ 6.7=1593.8kmol/

48、h出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下：1228. 1593. 8 19. 55kmol / h351. 95kg / h1013251228出塔氣總量為：966+1293.6+2950.4+40390+294.8=45894.8kg/h(3)塔頂加入的吸收水量出塔AN溶液總量出塔AN溶液中，AN為1.8% (wt), AN的量為5307.36kg/h,因此,出塔 AN 溶液總量為 5307.36/0.018=294853.33kg/h塔頂加入的吸收水量作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：入塔吸收液量 瑞底AN溶液量+出塔氣體總量-入塔氣量-凝水量=294853.33+45894.8- 5740

49、9.39- 11532.06=271806.68kg/h(4)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 CANHCN 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AN溶液中的水量=塔頂加入水+進塔氣液混合物中的水-出塔氣帶出的水=271806.68+763.34X 18- 351.95=285194.85kg/h(5)水吸收塔平衡如下組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計入 塔氣流量Kmol/h23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.01921含量0.0520.00910.01690.00061出塔氣流量23.029.418.8292.21442.5000060.01666(6)檢驗前面AN、ACN ACL HCN全部溶于水的假設(shè)的正確性因系統(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(guān)系為：Pi E?或 Pi Ei Xi塔底排出液的溫度為15c (見后面的熱衡算)查得15c日t ACN HCN ACL和AN的亨利系數(shù)E值為:ANE=810kPaACLE=444.4kPaACNE=405.3kPaHCNE=1824kPaAN塔底Pan