丙酮氰醇年產(chǎn)8萬噸精制單元設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、目 錄第一章 設(shè)計(jì)說明 廠址選擇論證3 本地區(qū)自然條件3 生產(chǎn)流程敘述4 工藝條件一覽表5 設(shè)備一覽表6第二章 物料衡算2 依據(jù)及方法82 有關(guān)物料衡算技術(shù)數(shù)據(jù)82 進(jìn)出料計(jì)算8第三章 熱量衡算3 依據(jù)及方法123 精制塔的能量衡算12第三章 設(shè)備計(jì)算3 1 E-3111 浮頭式換熱器的計(jì)算143 2 P-3111泵計(jì)算153 3 精餾塔T-3111的設(shè)計(jì)計(jì)算16附錄 參考文獻(xiàn)20 致謝21 第一章 設(shè)計(jì)說明書11 廠址選擇論證本裝置建在吉林化學(xué)工業(yè)股份有限公司丙烯腈廠院內(nèi)，地處松花江畔，水源充足，水質(zhì)優(yōu)良。各處均有鐵路與全國鐵路網(wǎng)相連，交通便利，附近有熱電廠、吉化動(dòng)力廠及豐滿發(fā)電廠，所需電力

2、、蒸汽充足。本裝置地處吉林市東北部，離市區(qū)居民有一定距離，該地區(qū)的風(fēng)向主要為西南風(fēng)，對(duì)市區(qū)居民的生活及附近的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均無太大的影響，因此，該處建廠，地址最佳。12 本地區(qū)自然條件平均氣壓：745.66mmHg最高溫度：+38最低溫度：-38平均相對(duì)溫度1最深凍土深度：7.410cm最大降雪量4.2mm平均風(fēng)速2.7m/s松花江水溫15最高水溫25 13 生產(chǎn)流程敘述粗ACH貯罐（V-3107）中的90%的ACH經(jīng)粗ACH泵（P-3107A/S）打出，首先用FRC-314記錄并調(diào)節(jié)精制塔（T-3111）進(jìn)料量，然后進(jìn)入進(jìn)出料換熱器（E-3111）與由精制塔（T-3111）塔底采出的精ACH進(jìn)行

3、換熱，使粗ACH的溫度由30升到80，在該換熱器中粗ACH走管程，精ACH走殼程。在粗ACH進(jìn)入進(jìn)出料換熱器前設(shè)有分路，用TRC-312調(diào)整未換熱的粗ACH量來調(diào)整進(jìn)精制塔的粗ACH的溫度在70左右精制塔操作為真空精餾，其真空度是由蒸汽噴射泵（P-3114A/B）抽吸精制塔回流罐的尾氣來實(shí)現(xiàn)的，其真空度由PIC-315來調(diào)節(jié)控制。精制塔塔底壓力控制為20KPa（絕壓）以PR-312計(jì)，塔釜溫度控制在1182，該塔底設(shè)有虹吸式再沸器E-3112，用2.5Bar的蒸汽加熱，通過TRC-311和FRC-311串級(jí)調(diào)節(jié)蒸汽量控制塔釜溫度。精制塔塔底采出物為精ACH，含量大于96%，用精制塔塔底出料泵（

4、P-3111A/S）輸送，由LICA-311調(diào)節(jié)其采出量。首先經(jīng)過進(jìn)出料換熱器與進(jìn)料粗ACH換熱，使其溫度降至85，然后經(jīng)過塔底出料冷卻器（E-3113）用-10的冷凍鹽水降溫至25，其溫度用FRC-313來控制，再經(jīng)過FR- 316 計(jì)量后進(jìn)成品中間罐（V-3113A/B/C）。存于V-3113A/B/C內(nèi)的物料，待分析合格后，再由ACH成品中間泵（P-3113A/S）送往精ACH貯罐（V-3202A/B）。如分析不合格送回粗ACH貯罐（V-3107）。精制塔頂壓力為0.01780.0198MPa（絕壓）以PR-311計(jì)，溫度為25左右（TR-315）。精制塔塔頂餾出物為丙酮、氫氰酸和水等的

5、混合氣體，留出物經(jīng)塔頂冷凝冷卻器（E-3114）利用-10鹽水冷卻至-24后，進(jìn)入精制塔回流罐（V-3112），回流液一部分由精制塔回流泵（P-3112A/S）送回到精制塔塔頂作為回流，其流量由FRC-312記錄控制。另一部分由精制塔回流泵送回至反應(yīng)工序，進(jìn)料量用LICA-312和FRC-312串級(jí)調(diào)節(jié)?；亓鞴蓿╒-3112）的尾氣經(jīng)真空泵抽吸進(jìn)入到真空泵中，抽吸入真空泵的氣體進(jìn)入到真空泵內(nèi)的冷卻器用循環(huán)水冷卻，凝液夾雜著不凝氣體一同進(jìn)入到凝水罐（V-3115），凝液不定期用凝水泵（P-3115）送至堿性廢水罐（V-3130），不凝氣體至47m尾氣高點(diǎn)放空處排放。14 工藝條件一覽表序號(hào)工藝名

6、稱儀表位號(hào)控制指標(biāo)單位備注1精制塔進(jìn)料量FRC-314400010000Kg/h2精制塔回流量FRC-313300800Kg/h3精制塔塔頂采出量FCR-312300800Kg/h4E-3113出口流量FR-316500010000Kg/h5再沸器蒸汽量FRC-3114001200t/h6精制塔進(jìn)料溫度TRC-31265-757E-3113出口物料溫度 TRC-3132538精制塔塔頂溫度TR-31525109精制塔塔底溫度TR-316118210E-3114出口溫度TRC-3142411精制塔塔頂壓力PR-3111520KPaA12精制塔塔底壓力PR-3121624KPaA13P-3114A

7、/B蒸汽壓力PIC-31501.0MPa14V3115LI-315408015T3111LI-311406016V3112LI-312406017V-3113A/B/CLI-314A/B/C085 表 1115 設(shè)備及儀表一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)材質(zhì)數(shù)量備注1V-3107粗ACH貯罐立式75008530,V=330m0Cr18Ni11Ti12V-3112精制塔回流罐立式9001600，V=1.24m00Cr17Ni14MO2SUS316L13V-3113A/B/C成品中間罐臥式20004600，V=29.3m00Cr19Ni14Ni10SUS304L34V-3115凝水罐立式1200

8、1800，V=2.5mC.S15V-3202A/B精丙酮氰醇貯罐立式85009350，V=560m0Cr18No11TiSUS315L26T-3111精制塔浮閥塔，1200029500(筒體)，精餾段6塊塔板，提餾段33塊塔板00Cr19Ni10 17P-3107A/S粗丙酮氰醇泵型號(hào)6564B，揚(yáng)程40m，流量120m3/h，功率22KWYB160L-228P-3111A/S精制塔底出料泵型號(hào)150F-56B，功率為29kw流量167.8m3/h揚(yáng)程為42.5m 304L29P-3112A/S精制塔頂回流泵型號(hào)50F63B，功率為29kw流量167.8m3/h揚(yáng)程為42.5m304L210P

9、-3113A/S成品中間泵型號(hào)：65F25B，揚(yáng)程20m，流量10m3/h，功率7.5KW304L211P-3115凝液泵型號(hào)：40F26A，揚(yáng)程15m，流量5 m3/h，功率：3.7KW304L112P-3114A/B蒸汽噴射泵設(shè)計(jì)給出參數(shù)廠家提供制作不銹鋼213E-3111進(jìn)出料換熱器臥式浮頭: 直徑0.5m,換熱面積:33.5m2 00Cr19Ni11114E-3112精制塔再沸器立式列管: 直徑: 0.9m,換熱面積: 57.8m220R115E-3113塔底出料冷卻器臥式列管: 直徑: 0.5m,換熱面積: 32m220R116E-3114 精制塔頂冷凝冷卻器臥式列管：直徑：0.9m

10、，換熱面積：310m220R1 表 12 第二章 物料衡算21 依據(jù)及方法理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，計(jì)算基準(zhǔn)是以小時(shí)為基準(zhǔn)的，累積量為0。進(jìn)入系統(tǒng)的物料量和流出系統(tǒng)的物料量相等。設(shè)計(jì)計(jì)算以千克為單位精制工序物料衡算。22 有關(guān)物料衡算技術(shù)數(shù)據(jù)1生產(chǎn)能力: 80000噸/年2. 生產(chǎn)時(shí)間: 8000小時(shí)/年3. 產(chǎn)品要求：丙酮氰醇 99%（wt%）4原料規(guī)格：粗丙酮氰醇 90%（wt%） 丙酮 6%（wt%） 氫氰酸 4%（wt%）4精制回收率： 87.6%（wt%）5. 精制塔塔頂采出組成: ACO 65%（wt%） HCN 34%（wt%） ACH 0.9%（wt%）水 0.1%（wt%）6.

11、 精制塔塔底采出組成: ACO 0.4%（wt%） HCN 0.2%（wt%） ACH 99%（wt%）水 0.4%（wt%） 23 進(jìn)出料量計(jì)算1. T-3111出料量按生成能力需求每小時(shí)生成丙酮氰醇是：8107 /8000 = 10000Kg/h2. T-3111進(jìn)料量10000/87.6% = 11416 Kg/h3. 精制塔塔頂塔底采出量根據(jù)全塔物料衡算得F = P + W FXF = PXF +WXW P = 946 Kg/h W = 10470 Kg/h4. 各部分的摩爾組成（1）進(jìn)料摩爾組成M總=0.985+0.0658+0.0427=79.98 XACH=（0.9/85）/（0

12、.9/85）+（0.06/58）+（0.04/27）=0.808 XACO=（0.06/58）/（0.09/85）+（0.06/58）+（0.04/27）=0.0789XHCN=1-0.808-0.0789=0.1131（2）塔頂物料摩爾組成M總= 0.00985+0.6558+0.3427+0.00118=47.66 XACH=（0.009/85）/（0.009/85）+（0.65/58）+（0.34/27）+ (0.001/18)=0.004XACO= (0.65/58)/（0.009/85）+（0.65/58）+（0.34/27）+ (0.001/18)= 0.468XHCN= (0.3

13、4/27)/（0.009/85）+（0.65/58）+（0.34/27）+ (0.001/18)= 0.526X水=1-0.004-0.468-0.526=0.002（3）塔底物料摩爾組成M總= 0.9985+0.00458+0.00227+0.00418=84.51XACH=（0.99/85）/（0.99/85）+（0.004/58）+（0.002/27）+ (0.004/18)=0.970XACO=（0.004/58)/（0.99/85）+（0.004/58）+（0.002/27）+ (0.004/18)=0.004XHCN=（0.002/27)/（0.99/85）+（0.004/58）+

14、（0.002/27）+ (0.004/18)=0.006X水-0.006=0.025. 各部分物料詳細(xì)組成(1) 進(jìn)料物料詳細(xì)組成FACH=114160.9=10274.4Kg/hFACO=114160.06=684.96 Kg/hFHCN=11416-10274.4-684.96=456.64 Kg/hQ總=11416/79.98=142.74 Kmol/hQACH=142.740.808=115.33Kmol/hQACO=142.740.0789=11.26Kmol/hQHCN=142.74-115.33-11.26=16.15 Kmol/h組分名稱質(zhì)量流量Kg/h%(以質(zhì)量計(jì))千摩爾流量

15、kmol/h%(以摩爾計(jì))丙酮氰醇10274.490115.3380.8丙酮684.96611.2607.89氫氰酸456.64416.1511.31 表 21（2）塔頂物料詳細(xì)組成FACH=9460.009=8.51Kg/hFACO=9460.65=614.9 Kg/hFHCN=9460.34=321.64 Kg/hF水=946-8.51-614.9-321.64=0.95 Kg/hQ總=946/47.66=19.85 Kmol/hQACH=19.850.004=0.0794Kmol/hQACO=19.850.468=11.26Kmol/hQHCN=19.850.526=10.44 Kmol

16、/hQ水=19.85-0.0794-9.29-10.44=0.0406 Kmol/h組分名稱質(zhì)量流量Kg/h%(以質(zhì)量計(jì))千摩爾流量kmol/h%(以摩爾計(jì))丙酮氰醇8.510.90.07940.4丙酮614.9659.2946.8氫氰酸321.643410.4452.6水0.950.10.04060.2 表 22（3）塔底物料詳細(xì)組成FACH=104700.99=10365.3Kg/hFACO=104700.004=41.88Kg/hFHCN=104700.002=20.94Kg/hF水=10470-10365.3-41.88-20.94=41.88 Kg/hQ總=10470/84.51=1

17、23.89 Kmol/hQACH=123.890.97=120.17Kmol/hQACO=123.890.004=0.496Kmol/hQHCN=123.890.006=0.743Kmol/hQ水=123.89-120.17-0.496-0.743=2.481 Kmol/h組分名稱質(zhì)量流量Kg/h%(以質(zhì)量計(jì))千摩爾流量kmol/h%(以摩爾計(jì))丙酮氰醇10365.399120.1797.0丙酮41.880.40.4960.4氫氰酸20.940.20.7430.6水41.880.22.4812 表 23第三章 熱量衡算21 依據(jù)及方法理論依據(jù)是量守恒定律，計(jì)算基準(zhǔn)是以小時(shí)為基準(zhǔn)的，累積量為0。

18、進(jìn)入系統(tǒng)的物料量和流出系統(tǒng)的能量相等。設(shè)計(jì)計(jì)算以千克為單位精制工序能量衡算。32 精制塔的能量衡算Q3 Q1精制塔進(jìn)料帶入熱量 Q5 Q2精致塔塔底排帶出熱量Q1 Q3精制塔塔頂出料帶出熱量 Q4 Q4熱損失 Q5回流帶入熱量 Q6 Q6加熱蒸汽帶入熱量Q2 已知泡點(diǎn)溫度為110.4，露點(diǎn)溫度為51.6，由于塔底采出多數(shù)為精ACH，塔頂多數(shù)為ACO和HCN，故塔底用全部為ACH代替，塔頂用ACO和HCN代替，各組分的焓值如表，組分1187051.6110.40ACH 602 KJ/Kg103.5 KJ/Kg172 KJ/KgACO 256 KJ/Kg1490 KJ/Kg141 KJ/KgHCN

19、518 KJ/Kg1671 KJ/Kg 105 KJ/Kg 查化工原理2.5Bar的飽和蒸汽的氣化潛熱為2185KJ/Kg，設(shè)該飽和蒸汽加熱時(shí)完全液化為飽和凝液不存在焓變。ACO的氣化潛熱為523KJ/Kg,氫氰酸的氣化潛熱為457 KJ/Kg。熱損失按進(jìn)料的1%計(jì)Q1=Wi1*ri1=10274.4103.5+684.96256+456.64518=1.475106KJ/hQ2=Wi2* ri2 =10470602=6.3106KJ/hQ3=Wi3* ri3 +Wi3* Hi3=614.91490+331.11671+614.9523+331.1457=1.942106KJ/hQ4=1.47

20、51060.01=1.475104KJ/h Q5=Wi5*ri5=307.45141+165.55105=6.07104KJ/h Q6= Q2+Q3+Q4-Q1- Q5=6.3106+1.942106+1.475104-1.475106-6.07104=6.721106KJ/h所以所需要的蒸汽量為W蒸汽= Q6/ r蒸汽 =6.721106 /2185=3076 Kg/h取安全系數(shù)為1.1W=1.1 W蒸汽 =3384 Kg/h 所需要的冷卻水量為W冷卻水= Q3/（c水*t）=1.942106/2.91（10-5）=1.33105Kg/h取安全系數(shù)為1.1W=1.1 W冷卻水 =1.4610

21、5Kg/h 第四章 設(shè)備計(jì)算41 E-3111 浮頭式換熱器的計(jì)算1、已知條件：進(jìn)料管程物料入口溫度30，出口80，流量11416 Kg/h，殼程入口溫度118，出口80，比熱為2.8KJ/（Kg*）。流量10000 Kg/h，換熱管選用不銹鋼2、計(jì)算：Q= W熱 C熱 t熱=100002.8（118-80）=1064000KJ/h查化原 K=200W/（m2 *K）118 80 t1=3880 30 t2 =50tm=（t2-t1）/lnt2/t1 = 43.72A=Q/ ktm=1064000/（3.620043.72）=33.80m2 考慮20% 熱損失 A = 1.2A= 40.56m

22、2 查化工原理，管長取3米， 管程管為 252.5n=A/（Ld0 ）=172（根）用三角形方式排列D1 = （4V1 ）/（* u1 ）1/2 = 53mm 整圓后選用603.5mm的白鋼管同理，D2 = 53mm，整后選用603.5mm白鋼管 3、效驗(yàn)Rsi管壁內(nèi)表回的污垢熱阻1.7610-4m2/WRso管壁外表回的污垢熱阻1.7610-4m2/W不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)17.5 m*/Wsi管內(nèi)側(cè)的傳熱系數(shù)481 W/（m2 *K） so管外側(cè)的傳熱系數(shù)481 W/（m2 *K）di管內(nèi)徑0.02mdo管外徑0.025mb壁厚0.0025m1/ K1 = do/（i * di）+ Rsi* d

23、o/ di+ (b* do)/( * dm) + Rso + 1/so =0.005252 m2/W K1 =190.36W/ m2A1 =Q/（K1 *tm）=1064000/（3.6190.3643.72）=35.5 m2 （A- A1）/A100%=（40.56-35.5）/40.56=12.97% 選擇的換熱器符合要求42 P-3111泵的計(jì)算1、已知：由于丙酮氰醇PH在1.82.2之間,屬酸性,選取防腐蝕泵。平均溫度118，出口流速1.6m/s（查手冊(cè)）以ACH為基準(zhǔn)E為20米，泵前3個(gè)閥，甭后7個(gè)，泵前后各5個(gè)彎頭，閥門為標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開彎頭為90o，三通3個(gè)2、假定流速可以認(rèn)為是確

24、定的管路中閥門的選?。汗蕹隹诟鞅眠M(jìn)口閥一個(gè)，泵出口閥一個(gè)，進(jìn)T-3111閥一個(gè)，進(jìn)出E-3111閥各一個(gè)，流量表前后各一個(gè)，共10個(gè)查化原P64得當(dāng)量長度le/d=3000。彎頭的選取：選用10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭入泵前管路5個(gè)，出口泵管路5個(gè)，le/d=350三通3個(gè) le/d=240 118時(shí)，密度為 837.6Kg/ m3查該溫度下的各種物理參數(shù)如下： =3.8010-3MPaS取=0.0001mm（絕對(duì)粗糙度）Re=d11/=837.60.531.6/3.8010-5=1.869107/ d1=0.0001/0.053=0.001888 查入=0.0235l2=l1=25m =0.5le入=90

25、+9.5+7/2=103hf進(jìn)（入（le入+ l1）/ d1+）12/2=44.83J/kg泵出口管路阻力 b=50mRe= d22/ =966.4383710-31.89 /32.3510-5 =2.089105/ d2=0.0001/0.037=0.00541查化原出=0.0235 e=1hf出（出（le出+ l1）/ d1+e）22/2=332.70 J/kgle出=513+5+7/2=73.5mhf=hf進(jìn)+hf出=309.65 J/kg列柏努力方程選T-3111出口為1-1截V-3113入口為2-2截回Z1+12/2g+P1/g+We=Z2+22/2g+P2/g+hfWe=E+（22

26、-12）/2g+ （P2-P1）/g+hf=20+0.13+（4-3.5）101.325103/g+hf=334.969J/kg有效壓頭He=We/g=334.969/9.8=34.18m有效功率Ne =WeWs=334.969W85/3600=930W泵的軸功率設(shè)泵的效率=50%N=Ne/=930/50%=1.86kw查手冊(cè)選泵（150F-56B型號(hào)）流量為167.8m3/h揚(yáng)程為42.5m轉(zhuǎn)速為2900r/min汽蝕余量為6泵效率為67%功率為29kw（軸）、40kw（配帶功率）型號(hào)流量(m3/h)揚(yáng)程m轉(zhuǎn)速r/min效率功率Kw150F-56B167.842.529006729 表414

27、、3 精餾塔T-3111的設(shè)計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)參數(shù)回流比：1 進(jìn)料狀態(tài)：露點(diǎn)進(jìn)料類型：浮閥塔 2、塔徑初選兩相流動(dòng)參數(shù)的計(jì)算查得丙酮氰醇118時(shí)物性如下：L=837.6kg/m3 =23達(dá)因/厘米v= =（2585）/0.082（273.15+118）=66.25 kg/m3Vs=（R1）D=2946=1892kg/h=0.1998m3/sLs=RD=1946=946Kg/h=0.0003 m3/sFLV=（）0.5=0.00534取板間距HT=0.35m，查圖10-42，Cf20=0.068Uf=Cf20（）（）=0.239 m/s取泛點(diǎn)百分率為80%，求出設(shè)計(jì)氣速Un和所需氣體流通面積AnUn

28、=0.80.239=0.191 m/sAn= Vs/Un=1.046m2按表10-2選擇單流型塔板，并取堰長Lw=0.7D，查圖得=0.102A= An/（1-0.102）=1.165 m2D=1.19 m將D圓整到D=1.2m，作為初選塔徑，由此塔徑可以算出：A=D2=0.7851.22=1.13m2 Af=0.088 A=0.1021.13=0.115m2（降液管橫截面積）An= AAf=1.130.115=1.015m2Un=0.1998/1.015=0.1968 m/sLw=0.7D=0.71.2=0.84m實(shí)際泛點(diǎn)百分率為=67.18%2、塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)溢流堰的型式和高度的選擇選擇平頂溢流堰，取堰高h(yuǎn)w=0.05m采用垂直弓形降液管和普通平底受液盤，取ho=0.04m3、塔板數(shù)的計(jì)算（1） 已知在此精制系統(tǒng)中，ACH（ACO、HCN）在各溫度下的平衡數(shù)據(jù)如下表，t/1181151101009080706050403020Y0.0000.0730.1620.2890.37