【正文】 陜西理工學院課程設(shè)計年產(chǎn)一萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計目 錄一、概論及設(shè)計任務(wù)…………………………………………………………………… 2二、生產(chǎn)方案…………………………………………………………………………… 2 工藝技術(shù)方案及原理………………………………………………………… 2 設(shè)備方案………………………………………………………………………3 工程方案………………………………………………………………………3 三、物料衡算和熱量衡算 ………………………………………………………………3 生產(chǎn)工藝及物料流程…………………………………………………………3 小時生產(chǎn)能力…………………………………………………………………5 物料衡算和熱量衡算…………………………………………………………5 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算………………………………………5 廢熱鍋爐的熱量衡算…………………………………………………7 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算……………………………………8 氨中和塔物料衡算和熱量衡算…………………………………… 10 換熱器物料衡算和熱量衡算……………………………………… 13 水吸收塔物料衡算和熱量衡算…………………………………… 15 空氣水飽和塔釜液槽……………………………………………… 18 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算……………………………………………… 19 丙烯過熱器熱量衡算……………………………………………… 19 氨蒸發(fā)器熱量衡算………………………………………………… 20 氣氨過熱器………………………………………………………… 20 混合器……………………………………………………………… 20 空氣加熱器的熱量衡算…………………………………………… 21 吸收水第一冷卻器………………………………………………… 21 吸收水第二冷卻器………………………………………………… 22 吸收水第三冷卻器………………………………………………… 22四、主要設(shè)備的工藝計算………………………………………………………………22 空氣飽和塔………………………………………………………………… 22 水吸收塔…………………………………………………………………… 24 合成反應(yīng)器………………………………………………………………… 26 廢熱鍋爐…………………………………………………………………… 27 丙烯蒸發(fā)器………………………………………………………………… 29 循環(huán)冷卻器………………………………………………………………… 30 吸收水第一冷卻器………………………………………………………… 31 吸收水第二冷卻器………………………………………………………… 32 吸收水第三冷卻器………………………………………………………… 33 氨蒸發(fā)器…………………………………………………………………… 34 氣氨過熱器………………………………………………………………… 35 丙烯過熱器………………………………………………………………… 35 空氣加熱器………………………………………………………………… 35 循環(huán)液泵…………………………………………………………………… 36 空氣壓縮機………………………………………………………………… 36 中和液貯槽………………………………………………………………… 37五、工藝設(shè)備一覽表………………………………………………………………… 37六、原料消耗綜合表………………………………………………………………… 39七、能量消耗綜合表………………………………………………………………… 40八、排出物綜合表…………………………………………………………………… 41九、主要管道流速表………………………………………………………………… 41十、環(huán)境保護和安全措施…………………………………………………………… 44 ……………………………… 44 ……………………………………………………… 45概論及設(shè)計任務(wù) 概論 丙烯腈是重要的有機化工產(chǎn)品，在丙烯系列產(chǎn)品中居第二位，僅次于聚丙烯。在常溫常壓下丙烯腈是無色液體，味甜，微臭，℃。丙烯腈有毒，／L，在空氣中爆炸極限(體積分數(shù))％～％，與水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有C—C雙鍵和氰基，化學性質(zhì)活潑，能發(fā)生聚合、加成、氰基和氰乙基等反應(yīng)，制備出各種合成纖維、合成橡膠、塑料、涂料等。 近年來，丙烷氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的研究也取得長足進展，現(xiàn)已處于中試階段。這一方面是由于價格的因素，丙烷的價格比丙烯低得多，另一方面也為惰性的丙烷開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。但就目前的技術(shù)水平來看，固定資產(chǎn)投資大，轉(zhuǎn)化率低，選擇性不高，目前報道的丙烷的轉(zhuǎn)化率67％，選擇性60％，還難以和丙烯氨氧化法相競爭，但其前景看好，根據(jù)美國斯坦福研究所18萬t／a丙烯腈概念設(shè)計，丙烷為原料生產(chǎn)丙烯腈的成本只是丙烯的64％。研究開發(fā)的催化劑主要有VSbAlO、VSbWAlO、GaSbA1O、VBiMoO等。 丙烯腈是重要的有機原料，主要用于橡膠合成（如丁腈橡膠）、塑料合成（如ABS，AS樹脂、聚丙烯酰胺等）、有機合成、制造腈綸、尼龍66等膈成纖維、殺蟲劑、抗水劑、粘合劑等。 設(shè)計任務(wù)1　 設(shè)計項目名稱 丙烯腈合成工段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 年生產(chǎn)天數(shù)300天，產(chǎn)量10000t/a丙烯腈。4　 原料組成 液態(tài)丙烯原料含丙烯85%（mol）；液態(tài)氨原料含氨100%。5　 工段產(chǎn)品為丙烯腈水溶液，%（wt）。生產(chǎn)方案 工藝技術(shù)方案及原理 20世紀60年代以前，丙烯腈的生產(chǎn)采用環(huán)氧乙烷、乙醛、乙炔等為原料和HCN反應(yīng)制得，但HCN有劇毒，生產(chǎn)成本高。1960年美國Standard石油公司(Sohio)(現(xiàn)BP公司)開發(fā)成功丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新工藝，又稱Sohio法。由于丙烯價廉易得，又不需劇毒的HCN，從此丙烯腈的生產(chǎn)發(fā)生了根本的變化。迄今為止，丙烯腈的工業(yè)生產(chǎn)都以此方法進行。 丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五種工藝路線，即Sohio法、Snam法、DistinersUgine法、Montedison ，上述五種工藝路線的化學反應(yīng)完全相同，丙烯、氨和空氣通過催化劑生成丙烯腈，其中Sohio法和MontedisonUOP法采用流化床反應(yīng)器，其他方法采用固定床反應(yīng)器。相比較而言，Sohio法有一定的先進性，Snam法和DistillersUgine法丙烯的消耗定額比較高，而固定床反應(yīng)器的單臺生產(chǎn)能力遠小于流化床反應(yīng)器，不利于擴大生產(chǎn)能力，而且固定床反應(yīng)溫度難以實現(xiàn)最優(yōu)化操作，因此，目前Sohio法應(yīng)用比較普遍，約占全球總生產(chǎn)能力的90％。中國引進的也是Sohio技術(shù)。 本工程采用丙烯氨氧化的原理，丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生產(chǎn)過程的主反應(yīng)為C3H6+NH3+3/2O2 CH2=CHCN+3H2O該反應(yīng)的反應(yīng)熱為 （△Hr）298= 主要的副反應(yīng)和相應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下：(1) 生成氫化氰（HCN）C3H6 + 3NH3 +3O2 3HCN + 6H20（△Hr）298= (2)生成丙烯醛（ACL）C3H6 + O2 CH2=CHCHO + H2O（△Hr）298=(3)生成乙腈（ACN）C3H6 + 3/2NH3 + 3/2O2 3/2CH3CN + 3H2O（△Hr）298= (4)生成CO2和H2OC3H6 + 9/2O2 3CO2 + 3H2O（△Hr）298=641kJ/mol CO2 催化設(shè)備 眾所周知，在丙烯腈生產(chǎn)中，催化劑起著十分重要的作用。催化劑正在不斷地更新?lián)Q代，實踐證明，居世界領(lǐng)先水平的催化劑有美國BP的C49MC、日本化學公司的NS733D以及我國的MB9MB96等。這些催化劑的應(yīng)用都可為丙烯腈的生產(chǎn)帶來顯著的經(jīng)濟效益。從催化劑的國產(chǎn)化方面考慮，結(jié)合擴能改造，應(yīng)逐步采用效能更為優(yōu)異的MB93和MB96催化劑。 其余的車間工段裝置，在相應(yīng)的車間工段設(shè)立控制室，進行監(jiān)視控制操作。 鍋爐房電站生產(chǎn)裝置的運行控制方式，采用爐機集中控制。（包括爐、機、除氧給水系統(tǒng)）。將爐機控制室設(shè)在裝置建筑物內(nèi)，以利于對機組進行監(jiān)視控制。 全廠選用一套中心DCS 系統(tǒng)，分別對儀表進行控制。對連鎖較多的裝置還采用PLC系統(tǒng)。DCS 及PLC系統(tǒng)考慮進口。 在線自動分析儀表，基本上采用國內(nèi)引進技術(shù)生產(chǎn)的紅外線自動分析器和紫外線自動分析器，在線質(zhì)譜儀考慮進口，在線色譜儀選用國內(nèi)引進技術(shù)生產(chǎn)的或者進口。 本系統(tǒng)也考慮了能聯(lián)結(jié)全廠生產(chǎn)調(diào)度，操作管理站即生產(chǎn)總調(diào)度站，以及電氣控制站及其馬達控制中心和馬達的驅(qū)動裝置，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程綜合自動化。 合成丙烯腈生產(chǎn)過程中，為了達到最佳的合成效果，H2/N2必須進行嚴格控制，由于工藝過程對H2/N2 配比干擾因素較多，應(yīng)迅速檢測出氫氮比，為此選用采集周期短的質(zhì)譜儀測出氫氮比，從而能實現(xiàn)多變量預(yù)估控制，并使合成塔入口的氫氮比，波動最小，得到最佳氫氮比，產(chǎn)生最好的經(jīng)濟效益。 土建工程方案選擇及原則確定 1) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計符合技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用2) 在滿足工藝生產(chǎn)的前提下，廠房布置盡量一體化，設(shè)備盡可能露天設(shè)置或采用敞開 式，半敞開式。3) 盡量采用普及或放式通難度不大的建筑物配件。 4) 充分利用地方建材物料衡算和熱量衡算 、生產(chǎn)工藝及物料流程 生產(chǎn)工藝流程示意圖如下：流程簡介如下：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器過熱到需要的溫度后進入混合器；經(jīng)壓縮后的空氣先通過空氣飽和塔增濕，再經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱至一定溫度進入混合器?；旌蠚獬隹诘母邷貧怏w先經(jīng)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)循環(huán)冷卻器除去吸收熱后，返回塔頂循環(huán)使用，同時補充部分新鮮酸液，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。 物料流程圖示意如下：、小時生產(chǎn)能力按年工作日300天，%、設(shè)計裕量6%計算，丙烯腈小時產(chǎn)量為 物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)a. 丙烯腈產(chǎn)量 ,（摩爾分數(shù)） 含C3H6 85%,C3H8 15%（摩爾分數(shù)）為 C3H6 : NH3 : O2 : H2O＝1::23:3物質(zhì)丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）摩爾收率e. 操作壓力 , ℃，反應(yīng)溫度470℃，出口氣體溫度360℃主要物質(zhì)C3H6C3H8NH3丙烯腈 乙腈丙烯醛摩爾質(zhì)量kg/kmol424417534156（2）物料衡算 a. 反應(yīng)器進口原料氣中各組分的流量C3H6 C3H8 ()= kmol/h = kg/hNH3 = kmol/h = kg/hO2 = kmol/h= kg/hH2O 3= kmol/h= kg/hN2 （）= kmol/h= kg/h b. 反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量 丙烯腈(AN) kmol/h= kg/h 乙腈(ACN) 3/2 = kmol/h= kg/h 丙烯醛(ACL) = kmol/h= kg/h CO2 3= kmol/h= kg/h HCN 3= kmol/h= kg/h C3H8 kmol/h = kg/h N2 kmol/h= kg/h O2 （3/2）（32） = C3H6 （1/3）（2/3）（1/3）= kmol/h = NH3 = kmol/h= kg/h H2O +3+2+2++ = kmol/h= kg/h　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)C3H6C3H8NH3O2N2H2OAN0000ACN0000HCN0000ACL0000CO20000合計2091710010020877100100（3）熱量衡算各物質(zhì)0~t℃的平均定壓比熱容如下物質(zhì)C3H6C3H8