化工專業(yè)丙烯腈工藝車間設(shè)計課程設(shè)計

1、37371 1 / / 6969目錄1.設(shè)計任務(wù)書2 22.2. 丙 烯 腈 車 間 工 藝 設(shè)計.4 43.3. 前言. 4 44.丙烯腈工藝設(shè)計計算. 5 55.附表2 2 / / 69696.畢業(yè)設(shè)計心得3939參考文3939燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）： 基層教學(xué)單位：3 3 / / 6969學(xué)號071610011007161001105555學(xué)生姓名蔡銀輝專業(yè)（班級）化學(xué)工程與工藝 2 2 班設(shè)計題目丙烯腈車間工藝設(shè)計設(shè)計 技術(shù)參 數(shù)1.1.生產(chǎn)能力：47004700 噸/ /年2.2.原料：丙烯 85%85%丙烷 15%15% （摩爾分率）；液氨 100%100%3.3.

2、產(chǎn)品：1.8%1.8% （wtwt）丙烯腈水溶液4.4.生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5.5.丙烯腈損失率：3.1%3.1%6.6.設(shè)計裕量：6%6%7.7.年操作日 300300 天設(shè) 計要 求1.1.確定設(shè)計方案，畫出工藝流程草圖；2.2.物料衡算，熱量衡算3.3.要緊設(shè)備的工藝設(shè)計計算4.4. 用 CADCAD 繪制工藝流程圖一張（用 3#3#圖紙打印）；5.5. 編寫設(shè)計講明書4 4 / / 6969工作量1.1.設(shè)計計算：1 1 周2.2.工藝流程圖與設(shè)計講明書：0.50.5 周3.3.答辯：0.50.5 周工 作計 劃第一周：物料衡算、熱量衡算及要緊設(shè)備的工藝設(shè)計計算第二周：畫圖，撰寫設(shè)計

3、講明書，答辯參考 資料化工設(shè)計，黃璐主編，化學(xué)工業(yè)出版社，20002000 年化工工藝設(shè)計手冊 ， 上海醫(yī)藥治理局編， 化學(xué)工業(yè) 出版社，20022002 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，20022002 年指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評審意見表指導(dǎo)教師評語：該生在畢業(yè)設(shè)計工作期間態(tài)度（認(rèn)真、較好、一般、較差）；工作（積極主動、較主動、不積極主動）。（能正確、 差不多能）提出設(shè)計方案；相關(guān)基礎(chǔ)理論（扎實、較扎實、一般、較差）；（差5 5 / / 6969不多上、一般地、較好地、出色地）完 成了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書所規(guī)定的任務(wù)。同意參加答辯。設(shè)計成績?yōu)椋?/p>

4、優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）。指導(dǎo) 教師：月 日評閱人評語：講明書書寫質(zhì)量（一般、較好、良好、優(yōu)秀），邏輯性（一般、較強(qiáng)、強(qiáng)），概念（較清晰、清晰、準(zhǔn)確），圖表 質(zhì)量（一般、較好、專門好），是一篇水平（一般、較好、 好、優(yōu)秀）的畢業(yè)設(shè)計講明書。評閱成績?yōu)椋▋?yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）。評閱人：_6 6 / / 6969年月 日答辯小組評語：在答辯過程中，該同學(xué)表述（清晰，較 清晰，一般，較差），（差不多地、一般地，較好地、圓滿 地）回答了教師所提出的問題。經(jīng)答辯委員會評議，答辯成績?yōu)椋▋?yōu)秀、良好、中等、 及格、不及格）。答辯小組成員簽字：年月 日畢業(yè)設(shè)計總成績：（優(yōu)秀、良好、中等、及格

5、、不及格）丙烯腈車間工藝設(shè)計摘要：設(shè)計丙烯腈的生產(chǎn)工藝流程，通過對原料，產(chǎn)品的要求7 7 / / 6969和物性參數(shù)的確定及對要緊尺寸的計算，工藝設(shè)計和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計，完成對丙烯腈的工藝設(shè)計任務(wù)。、八前丙烯腈，不名，氰基乙烯；為無色易燃液體，劇毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有機(jī)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%3.1%-17% （體積百分比）；沸點為 77.377.3C, 閃點-5-5C，自燃點為 481481C。丙烯腈是石油化學(xué)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 -

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 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(qiáng)度高，比重輕，保溫性好，耐日光、耐酸和耐大 多數(shù)溶8 8 / / 6969劑。 丙烯腈與丁二烯共聚生產(chǎn)的丁腈橡膠具有良好的耐 油、耐寒、耐溶劑等性能，是現(xiàn)代工業(yè)最重要的橡膠，應(yīng)用十 分廣泛。丙烯氨氧化法的優(yōu)點如下(1)(1)丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化學(xué)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

7、富且價格低廉。(2)(2)工藝流程比較簡單 經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。(3)(3)反應(yīng)的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物要緊是氫氰酸和乙腈，都 能夠回收利用而且丙烯腈成品純度較高。(4)(4)丙烯氨氧化過程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上專門有利。(5)(5)反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對設(shè)備無加壓要求。(6)(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，能夠減少原料的配套設(shè)備 ( ( 如乙炔發(fā)生 裝置和氰化氫合成裝茸 ) ) 的建設(shè)投資丙烯腈工藝設(shè)計計算1.1. 生產(chǎn)能力： 47004700 噸/ / 年2.2. 原料：丙烯 85%85%，丙烷 15%15%(摩爾分率)；液氨 100%1

8、00%9 9 / / 69693.3.產(chǎn)品：1.8%1.8% (wtwt)丙烯腈水溶液4.4. 生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5.5. 丙烯腈損失率： 3.1%3.1%6.6. 設(shè)計裕量： 6%6%7.7. 年操作日 300300 天丙烯腈工藝流程的確定液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分不經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器蒸發(fā)， 然后分不在丙烯過熱器和氨氣過熱器過熱到需要的溫度后進(jìn) 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1010 / / 6969加熱器預(yù)熱至一定溫度進(jìn)入混合器。溫合器出口氣體混合物進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行丙烯的氨氧化反應(yīng)。反應(yīng)器出口的 高溫氣體先經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230230C左右進(jìn)

9、人氨中和塔，在 70708080C下用硫酸汲取反應(yīng)器出口氣體中未反應(yīng) 的氨，中和塔塔底的含硫酸銨的酸液經(jīng)循環(huán)冷卻器除去汲取熱后，返回塔頂循環(huán)使用.同時補(bǔ)充部分新奇酸液， 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(jìn)入水 汲取塔，用 5 51010C的水汲取丙烯腈和其他副產(chǎn)物.水汲取塔 塔底得到古丙烯腈約 1.81.8 %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。二物料衡算和熱量衡算1.1小時生產(chǎn)能力 接年工作日 300300 天，丙烯腈損失率 3.13.1 %、設(shè)計裕量 6 6%計算，年產(chǎn)量為 43004300 噸/ /年，則每天每小時產(chǎn)量

10、為:1111 / / 69691.2反應(yīng)器的物料衡算和熱量街算(1)(1)計算依據(jù)A.A. 丙烯腈產(chǎn)量713.39kg/h，即13.46kmol/hB.B. 原料組成( (摩爾分?jǐn)?shù)) )丙烯 85%85%丙烷 15%15%C.C. 進(jìn)反應(yīng)器的原料配比( (摩爾比) )為C3H4: NH3:O2: H2O1:1.05 :23: 3D.D.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為物質(zhì)丙烯腈氰化氫乙腈丙烯醛二氧(AN)AN)(HCNHCN(ACN)(ACN)(ACL)(ACL)化碳摩爾收率0.60.60.0650.0650.070.070.0070.0070.120.12E.E. 操作壓力進(jìn)口 0 0. 20320

11、3MPa，出口 0 0 162162MPaF.F.反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度 ll0ll0C,反應(yīng)溫度 470470C，出口氣體溫度 360360C(2)(2)物料衡算A.A. 反應(yīng)器進(jìn)口原科氣中各組分的流量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. 反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈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) 熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0 0110110C、0 0360360C、0 0470470C的平均定壓比熱容A濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量各物質(zhì) 2525t tC的平均比熱容用o ot tC的平均比熱容代替，誤差不大，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若熱損失取H的 5%5%，則需有濃相段換熱裝置取出的熱量(即1515 / / 6969換熱裝置的熱負(fù)荷）為:6 6

16、Q (1 0.05) 9.31 108.84 10 kJ/h濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.4050.405MPa的飽和蒸汽(飽和溫度 143143C)143143C飽和蒸汽焓：isteam2736kJ /kg143143C飽和水焓：iH2O601.2 kJ / kg6產(chǎn)生的蒸汽量二8.84 104140.90kg/h2736 601.2B.B.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 0C氣體為衡算基準(zhǔn)進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為：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離開稀相段的氣體帶出熱為：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熱損失取 4%4%則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：1616 / / 6969Q (1 0.04) Q2)6 6 6(

18、1 0.04)(6.25 105.16 10 ) 1.05 10 kJ/h稀相段換熱裝置產(chǎn)生 0.4050.405MPa的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為:2.32.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算 (1)(1)計算依據(jù)A.A.入塔空氣壓力 0.2630.263MPa，出塔空氣壓力 0.2430.243MPaB.B.空壓機(jī)入口空氣溫度 3030C，相對溫度 8080%，空壓機(jī)出口氣體溫度 170170CC.C.飽和塔氣、液比為 152.4(152.4(體積比) )，飽和度 0.810.81D.D.塔頂噴淋液為乙腈解吸塔釜液，溫度105105C，組成如下組分ANACN氰醇ACL水合計%(Wt)0.0050

19、.0080.00050.000299.986100E.E. 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. 進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量(51.59 194.08) 245.67 mol / h 7084.89 kg / h查得 3030C，相對濕度 80%80%寸空氣溫含量為 0.022kg0.022kg 水氣/kg/k

20、g 干空氣.因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為：0.022 7084.89 155.87 kg/hB.B. 進(jìn)塔熱水量氣、液比為 152.4152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為：273 170 0.101313245.67 22.422.57m / h2730.263 152.4塔頂噴淋液 105105C的密度為958kg/m3，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：22.57 95821620.98kg/hC.C. 出塔濕空氣量 出塔氣體中的02、N2、H2O的量與反應(yīng)器人口氣體相同，因而O251.59Kmol/h 即 1650.88kg/hN2194.08Kmol/h 即 5434.15kg/hH2O 67.33K

21、mol/h 即 1211.94kg/h空氣，0 0C液態(tài)水。D.D. 出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量1211.94 155.87 1056.07kg/h出塔液流量 21620.98 1056.07 20564.91kg/h(3)(3)熱衡算A.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?jǐn)?shù)為:依照分壓定律.蒸汽的實際分壓為:PH2OyH,Op 0.215 0.2430.05225MPa因飽和度為 0.810.81 ,.因此飽和蒸汽分壓應(yīng)為:0.05225/0.81 0.0645MPa 64500Pa查飽和蒸汽表得到對應(yīng)的飽和溫度為9090C,因此，須操縱出塔氣體溫度為 9090C.才能保

22、證工藝要求的蒸汽量。B B.入塔熱水溫度入塔水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105105CoC C .由熱衡算求出塔熱水溫度 t t熱衡算基準(zhǔn)：0 0C氣態(tài)67.3367.33 194.08 51.59100%21.5%空氣，0 0C液態(tài)水。1717 / / 69692020 / / 6969(a)170(a)170C進(jìn)塔空氣帶人熱量Qi,170170C蒸汽焓值為2773.3kJ/kg，干空氣在 0 0170170C的平均比熱容Cp1.004kJ/(kg ?K)Q1(1650.88 5434.15) 1.004(170 0)(155.87 2773.3)1.642 106kJ / h(b)(b)

23、出塔濕空氣帶出熱量Q29090C蒸汽焓2660kJ / kg，空氣比熱容取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入塔噴淋液帶入熱量Q3Q321620.98 4.184(105 0)0.950 107kJ/h(d)(d)求出塔熱水溫度t出塔熱水帶出熱量用Q4表示，則Q420564.91 4.184t86043.6.1t熱損失按 5%5% 則Q損0.05(1.642 1069.937 106) 5.79 105kJ/h熱平衡方程Q1Q3Q2Q4Q損代人數(shù)據(jù)，1.642 1 060.950 1 073.864 1 0686043.6 1 5.79 1 052121 / / 6969因此，出塔熱水溫度為 77.8677.86C