燕山大学里仁学院化工专业课程设计目录第一部分分生产方法 (3)第二部分设计技术参数 (4)第三部分物料衡算和热量衡算 (4)3.1丙烯腈工艺流程示意图 (4)3.2 小时生产能力 (5)3.3 反应器的物料衡算和热量街算 (5)3.4 空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (8)3.5 氨中和塔物料衡算和热量衡算 (10)3.6 换热器物料衡算和热量衡算 (15)3.7 水吸收塔物料衡算和热量衡算 (17)3.8 空气水饱和塔釜液槽 (21)3.9 丙烯蒸发器热量衡算 (23)3.10 丙烯过热器热量衡算 (23)3.11 氨蒸发器热量衡算 (24)3.12 氨气过热器 (24)3.13 混合器 (24)3.14 空气加热器的热量衡算 (25)燕山大学里仁学院化工专业课程设计第四部分主要设备的工艺计算 (26)4.1 空气饱和塔 (26)4.2 水吸收塔 (28)4.3 丙烯蒸发器 (30)4.4 循环冷却器 (32)4.5 氨蒸发器 (34)4.6 氨气过热器 (35)4.7 丙烯过热器 (35)4.8 空气加热器 (36)4.9 循环液泵 (37)4.10空气压缩机 (38)4.11中和液贮槽 (38)第五部分附录 (39)5.1附表 (39)5.2 参考文献 (41)第六部分课程设计心得 (42)燕山大学里仁学院化工专业课程设计丙烯腈车间工艺设计摘要：设计丙烯腈的生产工艺流程，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对丙烯腈的工艺设计任务。

第一部分生产方法丙烯腈，别名，氰基乙烯；为无色易燃液体，剧毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有机溶剂；遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸汽与空气混合物能成为爆炸性混合物，爆炸极限为 3.1%-17% (体积百分比)；沸点为77.3 C，闪点-5 C ,自燃点为481 C。

丙烯腈是石油化学工业的重要产品，用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。

另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。

丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物一一聚丙烯腈。

聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛”，它强度高，比重轻，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。

丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。

丙烯氨氧化法的优点如下(1) 丙烯是目前大量生产的石油化学工业的产品，氨是合成氨工业的产品，这两种原料均来源丰富且价格低廉。

(2) 工艺流程比较简单•经一步反应便可得到丙烯腈产物。

(3) 反应的副产物较少，副产物主要是氢氰酸和乙腈，都可以回收利用•而且丙烯腈成品纯度较高。

(4) 丙烯氨氧化过程系放热反应，在热平衡上很有利。

(5) 反应在常压或低压下进行，对设备无加压要求。

(6) 与其他生产方法如乙炔与氢氰酸合成法，环氧乙烷与氢氰酸合成法等比较，可以减少原料的配套设备(如乙炔发生装置和氰化氢合成装茸)的建设投资。

丙烯氨氧化法制丙烯腈(AN生产过程的主反应为3C3H6 NH3 O2 CH2=CHCN 3H2O2该反应的反应热为(VH r)298 512.5 kJ mol AN主要的副反应和相应的反应热数据如下：(1) 生成氰化氢(HCNC3H 6 3NH3 3O23HCN 6H2O(VH r)298 315.1 kJ mol HCN(2) 生成丙烯醛(ACL)C3H6 O2 CH2 CH CHO H2O(VHr )298 353.1kJ .. mol ACL(3) 生成乙腈(ACN3C3H6 -NH32 3 3—O2 -CH3CN 3H 2O2 2(VH r)298362.3kJ mol ACN(4) 生成CO和H2O9C3H6 一。

2 3CO2 3H2O2(VH r)298641 kJ mol CO第二部分设计技术参数1. 生产能力：3900吨/年2. 原料：丙烯85%丙烷15% （摩尔分率）；液氨100%3. 产品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液4. 生产方法：丙烯氨氧化法5. 丙烯腈损失率：3.1%6. 设计裕量：6%7. 年操作日300天第三部分物料衡算和热量核算3.1丙烯腈工艺流程示意图液态丙烯和液态氨分别经丙蒸发器气烯蒸发器和氨化，然后分别在丙烯过热器和氨气过热器过热到需要的温度后进入混合器；经压缩后的空气先通过空气饱和塔增湿，再经空气加热器预热至一定温度进入混合器。

温合器出口气体混合物进入反应器，在反应器内进行丙烯的氨氧化反应。

反应器出口的高温气体先经废热锅炉回收热量，气体冷却到230C左右进人氨中和塔，在70〜80C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循环冷却器除去吸收热后，返回塔顶循环使用•同时补充部分新鲜酸液，并从塔釜排放一部分含硫酸铵的废液。

氨中和塔出口气体经换热器冷却后进入水吸收塔，用5〜10C的水吸收丙烯腈和其他副产物. 水吸收塔塔底得到古丙烯腈约1.8 %的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中和塔出口气体换热，湿度升高后去精制工段。

滝氮rig 一蓋蕉蚩器一貳气过热吾一 :f、, 「I 液施丙烯贮at |^|丙席蒸发斟一过埶兽丙烯腈合成工段生产工艺流程示意图3.2 小时生产能力按年工作日300天，丙烯腈损失率 3.1 %、设计裕量6%计算，年产量为 3900吨/年，则 3900 1000 1.06 1.031 300 243.3反应器的物料衡算和热量街算（1）计算依据A.丙烯腈产量 591.97kg/ h ，即 11.17kmol/hB. 原料组成（摩尔分数） 丙烯85%丙烷15%C. 进反应器的原料配比（摩尔比）为物质 丙烯腈（AN ）氰化氢（HCN ） 乙腈(ACN)丙烯醛（ACL ） 二氧化碳摩尔收率0.60.0650.070.0070.12E. 操作压力进口 0.203 MPa ，出口 0.162 MPaF.反应器进口气体温度 ll0 C,反应温度 470C ，出口气体温度 360 C（2）物料衡算■黑±舌韦口二E 耳睡叱塔盘法…1去萃飯爭忌翳I&和塔欝俪每天每小时产量为：591.97 kg/hC 3H 4 :NH 3:O 2 : H 2O1:1.05 :23: 3燕山大学里仁学院化工专业课程设计A.反应器进口原科气中各组分的流量C3H611.17/0.6 18.62kmol/h 782kg / hC3H818.620.15 3.29kmol / h 144.58kg / h 0.85NH318.62 1.05 19.55kmol/h 332.37 kg /h 。

218.62 2.3 42.83kmol / h 1370.43kg/hH2O18.62 3 55.86kmol / h 1005.48kg /h42.83N20.79 161.12kmol /h 4511.43kg /h0.21B.反应器出口混合气中各组分的流量丙烯腈11.17kmol/h = 591.97kg /h乙腈3-18.62 0.07 1.955kmol /h 80.16kg/h 丙烯醛18.62 0.007 0.13kmol /h 7.30kg/hCO2 3 18.62 0.12 6.70kmol /h 294.94kg/ h HCN 3 18.62 0.065 3.63kmol /h 98.03kg/ hC3H8 3.29kmol / h 144.58kg / hN2161.12kmol /h 4511.43kg/hO23 942.83- 11.17-3.63-0.13-1.955- 6.702 3 2=10.31 kmol /h 329.92kg/ hC3H61 2 1 18.62- 3.63-0.13- 1.933-11.17- 6.703 3 3=2.59kmol /h 108.70kg/hNH319.55-3.63-1.955-11.17=2.80 kmol / h 47.60kg / h燕山大学里仁学院化工专业课程设计H2O 55.86+3 11.17+2 3.63+2 1.955+6.70+0.13=107.37kmol / h 1932.66kg/h(3)热量衡算查阅相关资料获得各物质各物质0〜110 C、0〜360C、0〜470C的平均定压比热容表2各物质0〜t 'C平均定压比热容A. 浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量假设如下热力学途径：各物质25〜t C的平均比热容用o〜t C的平均比热容代替，误差不大，因此，H1=(782 1.841+144.58 2.05+332.37 2.301+1370.43 0.941+4511.431.046+1005.48 1.883)(25-110)=-8.84 105kJ/hH2=-(11.17 103512.5 1.955 103362.3 3.63 103315.1 0.13 103 353.1 6.70 103 641) 1.19 107kJ/h燕山大学里仁学院化工专业课程设计H 3=(108.70 2.929+144.58 3.347+47.60 2.939+329.92 1.046+4511.43 L1.109+1932.66 2.092+591.97 2.029+80.16 2.10+98.03 1.724+ 7.30 2.172+294.94 1.213)(470-25)=5.45 106kJ/h 5766H= H 1 H 2 H 38.84 101.19 105.45 107.33 10 kJ / h若热损失取 H 的5%，则需有浓相段换热装置取出的热量(即换热装置的热负荷)为：Q (1 0.05) 7.33 10 6.96 10 kJ/h浓相段换热装置产生 0.405 MPa 的饱和蒸汽(饱和温度 143C )143C 饱和蒸汽焓：i steam 2736kJ /kg 143C 饱和水焓：i H 2O 601.2kJ / kgB •稀相段热衡算求稀相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量 以0C 气体为衡算基准 进入稀相段的气体带入热为：Q 1 =(108.70 2.929+144.58 3.347+47.60 2.939+329.92 1.046+4511.431.109+1932.66 2.092+80.16 2.10+98.03 1.724+7.30 2.172+294.94 1.213)(470-0)=5.11106kJ/ h离开稀相段的气体带出热为：Q 2=(108.70 2.678+144.58 3.013+47.60 2.636+329.92 1.004+4511.43 1.088+1932.66 2.088+591.97 1.874+80.16 1.933+98.03 1.64+7.30 1.966+ 294.94 1.130)(360-0)=4.38 106kJ/ h热损失取4%,则稀相段换热装置的热负荷为：Q (1 0.04)(Q Q 2)(1 0.04)(5.19 106 4.38 106) 7.78 105kJ/h稀相段换热装置产生 0.405MPa 的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为:3.4 空气饱和塔物料衡算和热量衡算产生的蒸汽量6.96 10 2736 601.23261.90 kg/h57.78 102736 601.2364.25kg /h(1)计算依据A. 入塔空气压力0.263 MPa，出塔空气压力0.243 MPaB. 空压机入口空气温度30 C，相对温度80%，空压机出口气体温度170 CC. 饱和塔气、液比为152.4(体积比)，饱和度0.81D. 塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105C，组成如下E.塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为O242.83kmol/h 即1370.43kg/hN2161.12kmol/h 即4511.43kg/hH2O 55.86kmol/h 即1005.48kg/h(2) 物料衡算A. 进塔空气量进塔干空气量(42.83 161.12) 204.52mol / h 5898.16 kg/ h查得30C，相对湿度80%寸空气温含量为0.022kg水气/kg干空气.因此，进塔空气带入的水蒸气量为：0.022 5898.16 129.76kg /hB.进塔热水量气、液比为152.4，故进塔喷淋液量为:204.52 22.4273 170 O'1013 118.79m3/h 273 0.263 152.4塔顶喷淋液105C的密度为958kg/m 3，因此进塔水的质量流量为:18.79 958 17999.45 kg/ hC. 出塔湿空气量出塔气体中的O2、N2、H2O的量与反应器人口气体相同，因而O242.83kmol/h 即1370.43kg/hN2 161.12kmol/h 即4511.43kg/hH2O 55.86kmol/h 即1005.48kg/hD. 出塔液量塔内水蒸发量1005.48 129.76 875.72kg/h出塔液流量11999.45 875.72 17123.73kg/h(3) 热量衡算A .空气饱和塔出口气体温度空气饱和塔出口气体中，蒸汽的摩尔分数为:根据分压定律.蒸汽的实际分压为:P H 2O y H 2O P 0.215 0.243 0.05225MPa因饱和度为0.81 ,.所以饱和蒸汽分压应为：0.05225/0.81 0.0645MPa 64500Pa查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为 90C ，因此，须控制出塔气体温度为90C .才能保证工艺要求的蒸汽量。