【正文】 應(yīng)預(yù)先脫除。(2)原料的配比合理的原料配比，是保證丙烯腈合成反應(yīng)穩(wěn)定、副反應(yīng)少、消耗定額低，以及操作安全的重要因素。因此，嚴格控制投入反應(yīng)器的各物料流量是很重要的。（氨比） 在實際投料中發(fā)現(xiàn)，當氨比小于理論值1:1時，有較多的副產(chǎn)物丙烯醛生成，氨的用量至少等于理論比。但用量過多也不經(jīng)濟，既增加了氨的消耗量，又增加了硫酸的消耗量，因為過量的氨要用硫酸去中和，所以又加重了氨中和塔的負擔(dān)。因此，丙烯與氨的摩爾比，應(yīng)控制在理論值或略大于理論值，即丙烯:氨＝1:1～。 （氧比） 丙烯氨氧化所需的氧氣是由空氣帶入的。目前，工業(yè)上實際采用的丙烯與氧的摩爾比約為l:2～3（大于理論值1:），采用大于理論值的氧比，主要是為了保護催化劑，不致因催化劑缺氧而引起失活。反應(yīng)時若在短時間內(nèi)因缺氧造成催化劑活性下降，可在540℃溫度下通空氣使其再生，恢復(fù)活性。但若催化劑長期在缺氧條件下操作，雖經(jīng)再生，活性也不可能全部恢復(fù)。因此，生產(chǎn)中應(yīng)保持反應(yīng)后氣體中有2％（按體積計）的含氧量。但空氣過多也會帶來一些問題，如使丙烯濃度下降，影響反應(yīng)速度，從而降低了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力；促使反應(yīng)產(chǎn)物離開催化劑床層后，繼續(xù)發(fā)生深度氧化反應(yīng)，使選擇性下降；使動力消耗增加；使反應(yīng)器流出物中產(chǎn)物濃度下降，影響產(chǎn)物的回收。因此，空氣用量應(yīng)有一適宜值。（水比） 丙烯氨氧化的主反應(yīng)并不需要水蒸氣參加。但根據(jù)該反應(yīng)的特點，在原料中加入一定量水蒸氣有多種好處，如可促使產(chǎn)物從催化劑表面解吸出來，從而避免丙烯腈的深度氧化；若不加入水蒸氣，原料混合氣中丙烯與空氣的比例正好處于爆炸范圍內(nèi)，加入水蒸氣對保證生產(chǎn)安全有利；水蒸氣的熱容較大，又是一種很好的稀釋劑，加入水蒸氣可以帶走大量的反應(yīng)生成熱，使反應(yīng)溫度易于控制；加入水蒸氣對催化劑表面的積炭有清除作用。另一方面，水蒸氣的加入，勢必降低設(shè)備的生產(chǎn)能力，增加動力消耗。當催化劑活性較高時，也可不加水蒸氣。因此，發(fā)展趨勢是改進催化劑性能，以便少加或不加水蒸汽。從目前工業(yè)生產(chǎn)情況來看，當丙烯與加入水蒸氣的摩爾比為1:3時，綜合效果較好。(3)反應(yīng)溫度 溫度是影響丙烯氨氧化的一個重要因素。當溫度低于350℃時，幾乎不生成丙烯腈。要獲得丙烯腈的高收率，必須控制較高的反應(yīng)溫度。溫度的變化對丙烯的轉(zhuǎn)化率、丙烯腈的收率、副產(chǎn)物氫氰酸和乙腈的收率以及催化劑的空時收率都有影響。當反應(yīng)溫度升高時，丙烯轉(zhuǎn)化率、丙烯腈收率都明顯地增加，而副產(chǎn)物乙腈和氫氰酸收率則有所增加。隨著溫度的升高，丙烯腈收率和乙腈收率都會出現(xiàn)一個最大值，丙烯腈收率的最大值所對應(yīng)的溫度大約在460℃左右，乙腈收率最在值所對應(yīng)的溫度大約在417℃左右。生產(chǎn)中通常采用在460℃左右進行操作。另外，在457℃以上反應(yīng)時，丙烯易于與氧作用生成大量CO2，放熱較多，反應(yīng)溫度不易控制。再者，過高的溫度也會使催化劑的穩(wěn)定性降低。(4)接觸時間 丙烯氨氧化反應(yīng)是氣—固相催化反應(yīng)，反應(yīng)是在催化劑表面進行的。因此，原料氣和催化劑必須有一定的接觸時間，使原料氣能盡量轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物。一般說來，適當增加接觸時間，可以提高丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯腈收率，而副產(chǎn)物乙腈、氫氰酸和丙烯醛的收率變化不大，這對生產(chǎn)是有利的。但是，增加接觸時間是有限度的，過長的接觸時間會使丙烯腈深度氧化的機會增大，反而使丙烯腈收率下降。同時，過長的接觸時間，還會降低設(shè)備的生產(chǎn)能力，而且由于尾氣中氧含量降低而造成催化劑活性下降，故接觸時間一般為5～l0s。(5)反應(yīng)壓力 丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈是體積縮小的反應(yīng)，提高壓力可增大反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。同時，提高壓力也可增加氣體的相對密度，相應(yīng)地可增加設(shè)備的生產(chǎn)能力。但實驗表明，加壓反應(yīng)的效果不如常壓理想。這可能是由于加壓對副反應(yīng)更有利，反而降低了丙烯腈的收率。因此，一船采用常壓操作，適當加壓只是為了克服后部設(shè)備及管線的阻力。 工藝流程丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的工藝流程如圖1—1所示。圖11 丙烯氨氧化法合成丙烯腈工藝流程圖1－反應(yīng)器；2－旋風(fēng)分離器；11225－塔頂氣體冷凝器；4－急冷塔；5－水吸收塔；6－急冷塔釜液泵；7－急冷塔上部循環(huán)泵；8－回收塔；20－塔釜液泵；117－分層器；119－油層抽出泵；14－乙腈塔；15－脫氰塔；1230－塔底再沸器；21－成品塔；23－成品塔側(cè)線抽出冷卻器；26－吸收塔側(cè)線采出泵；27－吸收塔側(cè)線冷卻器；28－氨蒸發(fā)器；29－丙烯蒸發(fā)器原料丙烯經(jīng)蒸發(fā)器（29）蒸發(fā)，氨經(jīng)蒸發(fā)器（28）蒸發(fā)后，進行過熱、混合，從流化床底部經(jīng)氣體分布板進入反應(yīng)器（1），原料空氣經(jīng)過濾由空壓機送入反應(yīng)器（1）錐底，原料在催化劑作用下，在流化床反應(yīng)器中進行氨氧化反應(yīng)。反應(yīng)尾氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器（2）捕集生成氣夾帶的催化劑顆粒，然后進入尾氣冷卻器（3）用水冷卻，再進入急冷塔（4）。氨氧化反應(yīng)放出大量的熱，為了保持床層溫度穩(wěn)定，反應(yīng)器中設(shè)置了一定數(shù)量的U型冷卻管，通入高壓熱水，借水的汽化潛熱移走反應(yīng)熱。經(jīng)反應(yīng)后的氣體進入急冷塔（4），通過高密度噴淋的循環(huán)水將氣體冷卻降溫。反應(yīng)器流出物料中尚有少量未反應(yīng)的氨，這些氨必須除去。因為在氨存在下，堿性介質(zhì)中會發(fā)生一些不希望發(fā)生的反應(yīng)，如氫氰酸的聚合、丙烯醛的聚合、氫氰酸與丙烯醛加成為氰醇、氫氰酸與丙烯腈加成為丁二腈，以及氨與丙烯腈反應(yīng)生成氨基丙腈等。生成的聚合物會堵塞管道，而各種加成反應(yīng)會導(dǎo)致產(chǎn)物丙烯腈和副產(chǎn)物氫氰酸的損失。因此，冷卻的同時需向塔中加入硫酸以中和未反應(yīng)的氨。％(w)左右，中和過程也是反應(yīng)物料的冷卻過程，故急冷塔也叫氨中和塔。反應(yīng)物料經(jīng)急冷塔除去未反應(yīng)的氨并冷至40℃左右后，進入水吸收塔（5），利用合成氣體中的丙烯腈、氫氰酸和乙腈等產(chǎn)物，與其它氣體在水中溶解度相差很大的原理，用水作吸收劑回收合成產(chǎn)物。通常合成氣體由塔釜進入，水由塔頂加入，使它們進行逆流接觸，以提高吸收效率。吸收產(chǎn)物后的吸收液應(yīng)不呈堿性，含有氰化物和其它有機物的吸收液由吸收塔釜泵送至回收塔（8）。其它氣體自塔頂排出，所排出的氣體中要求丙烯腈和氫氰酸含量均小于2l05。 丙烯腈的水溶液含有多種副產(chǎn)物，其中包括少量的乙腈、氫氰酸和微量丙烯醛、丙腈等。在眾多雜質(zhì)中，乙腈和丙烯腈的分離最困難。因為乙腈和丙烯腈沸點僅相差4℃，若采用一般的精餾法，據(jù)估算精餾塔要有150塊以上的塔板，這樣高的塔設(shè)備不宜用于工業(yè)生產(chǎn)中。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用共沸精餾。在塔頂?shù)帽╇媾c水的共沸物，塔底則為乙腈和大量的水。利用回收塔（8）對吸收液中的丙烯腈和乙腈進行分離，由回收塔側(cè)線氣相抽出的含乙腈和水蒸氣的混合物送至乙腈塔（14）釜，以回收副產(chǎn)品乙腈；乙腈塔頂蒸出的乙腈水混合蒸汽經(jīng)冷凝、冷卻后送至乙腈回收系統(tǒng)回收或者燒掉。乙腈塔釜液經(jīng)提純可得含少量有機物的水，這部分水再返回到回收塔（8）中作補充水用。從回收塔頂蒸出的丙烯腈、氫氰酸、水等混合物經(jīng)冷凝、冷卻進入分層器（12）中。依靠密度差將上述混合物分為油相和水相，水相中含有一部分丙烯腈、氫氰酸等物質(zhì)，由泵送至脫氰塔（14）以脫除氫氰酸?；厥账猩倭恐亟M分的水送至廢水處理系統(tǒng)。含有丙烯腈、氫氰酸、水等物質(zhì)的物料進入脫氰塔（15）中，通過再沸器加熱，使輕組分氫氰酸從塔頂蒸出，經(jīng)冷凝、冷卻后送去再加工。由脫氰塔側(cè)線抽出的丙烯腈、水和少量氫氰酸混合物料在分層器（17）中分層，富水相送往急冷塔或回收塔回收氰化物，富丙烯腈相再由泵送回本塔進一步脫水，塔釜純度較高的丙烯腈料液由泵送到成品塔（21）。由成品塔頂蒸出的蒸汽經(jīng)冷凝后進入塔頂作回流，由成品塔釜抽出的含有重組分的丙烯腈料液送入急冷塔中回收丙烯腈，由成品塔側(cè)線液相抽出成品丙烯腈經(jīng)冷卻后送往成品中間罐。 典型設(shè)備－流化床反應(yīng)器丙烯氨氧化的反應(yīng)裝置多采用流化床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖1—2所示。流化床反應(yīng)器按其外形和作用分為三個部分，即床底段、反應(yīng)段和擴大段。床底段為反應(yīng)器的下部，許多流化床的底部呈錐形，故又稱錐形體，此部分有氣體進料管、防爆孔、催化劑放出管和氣體分布板等部件。床底段主要起原料氣預(yù)分配的作用，氣體分布板除使氣體均勻分布外，還承載催化劑的堆積。反應(yīng)段是反應(yīng)器中間的圓筒部分，其作用是為化學(xué)反應(yīng)提供足夠的反應(yīng)空間，使化學(xué)反應(yīng)進行完全。催化劑受氣體的吹動而呈流化狀，主要集中在這一部分，催化劑粒子的聚集密度最大，故又稱濃相段。為排出反應(yīng)放出的熱量，在濃相段設(shè)置一定數(shù)量的垂直U形管，管中通入高壓軟水，利用水的汽化帶出反應(yīng)熱，產(chǎn)生的蒸汽可作能源。 擴大段是指反應(yīng)器上部比反應(yīng)段直徑稍大的部分，其中安裝了串聯(lián)成二級或三級的旋風(fēng)分離器，它的主要作用是回收氣體離開反應(yīng)段時帶出的一部分催化劑。在擴大段中催化劑的聚集密度較小，故也稱為稀相段。圖1－2丙烯氨氧化流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖1－第一級旋風(fēng)分離器；2－第二級旋風(fēng)分離器；3－第三級旋風(fēng)分離器；4－三級料腿；5－二級料腿；6－一級料腿；7－氣體分布板；2 總體方案工藝設(shè)計 設(shè)計任務(wù)（1）設(shè)計項目名稱 丙烯腈合成工段初步設(shè)計。（2）生產(chǎn)方法 以丙烯、氨、空氣為原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈。（3）生產(chǎn)能力 年產(chǎn)60000噸丙烯腈。（4）原料組成 液態(tài)丙烯原料含丙烯85%（mol）,丙烷15%（mol）；液態(tài)氨原料含氨100%。（5）工段產(chǎn)品為丙烯腈水溶液，%(wt)。 流程確定液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器氣化，然后分別在丙烯過熱器和氨氣過熱過熱到需要的溫度后進入混合器：經(jīng)過壓縮后的空氣先通過空氣飽和塔增濕，經(jīng)過空氣加熱器預(yù)熱到一定的溫度再進入混合器?；旌蠚獬隹诘母邷貧怏w經(jīng)過廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230℃左右進入氨中和塔，在70~80℃下用硫酸吸收反應(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)過循法冷卻器除去吸熱再返回塔頂循環(huán)使用,同時補充部分新鮮的酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸銨的廢液，中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進入水吸收塔，用5~10℃的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物，%的丙烯腈水溶液，經(jīng)換熱器與氨中和塔出口氣體換熱，溫度升高后去精制工段。物料流程圖如下： 物料流程圖 3 工藝設(shè)計計算 物料衡算與熱量衡算 按年工作日300天，%，設(shè)計裕量6%計算，丙烯腈小時產(chǎn)量為：600001000(30024)= 。 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 (1) 計算依據(jù) 9107kg/h， （摩爾分數(shù)） 含 C3H685%，C3H815% （摩爾比）為 C3H6 ：NH3 ：O2 ：H2O ＝ 1 ： ： ：3 表31 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率物質(zhì)丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）CO2摩爾收率 ， ℃，反應(yīng)溫度470℃，出口氣體溫度360℃。 (2) 物料衡算 C3H6 C3H8 = NH3 = O2 = H2O 3= N2 = 丙烯腈 乙腈 3/2 = 丙烯醛 =2kmol/h= CO2 3= HCN 3= C3H8 N2 O2 2 9/(32) = C3H6 2/3 = NH3 ,83 = H2O +3+2+2++2 =1651kmol/h=29720kg/h 表32 反應(yīng)器物料平衡表 組分流量和組成反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)C3H612026 1659C3H8 2223 2223NH35110 O221072 5066H2O 1651 29720N2 69362