【文章內(nèi)容簡介】 反應氣體在流化床中用旋風分離器除去催化劑后離開反應器，進入氨中和塔（急冷塔）用 % ~ 2%硫酸進行洗滌和降溫，以除去殘留的氨，避免產(chǎn)生堿催化（氨的水溶液呈堿性）的二次反應， 如氫氰酸的聚合、丙烯醛的聚合、氫氰酸與丙烯醛加成為氰酸、氫氰酸和丙烯腈加成生成丁二腈、氨和丙烯腈作用氨基丙腈、氨與二氧化碳生成碳酸氫銨等 以避免堵塞管道。由于稀硫酸具有強腐蝕性， 故氨中和塔中循環(huán)液體的 pH 值保持在 ~ 。 pH 值太小，腐蝕性太大， pH 值太大會 引起聚合和加成反應。氨中和塔排除的含氰化物和硫酸銨的有毒廢液需排放處理。脫除了殘留氨并冷卻到 40℃左右的反應物料進入回收系統(tǒng)。 7 回收部分 工藝流程圖見圖 31，此部分流程主要由三塔組成；水吸收塔（ 50 塊塔板）、萃取精餾塔（ 70 塊塔板）和乙腈解吸塔。由氨中和塔出來的反應物進入水吸收塔，用 5 ~ 10℃的冷水吸收物料中的產(chǎn)物丙烯腈、副產(chǎn)物乙腈、氫氰酸、丙烯醛及丙酮等，而惰性氣體丙烷、氮氣、未反應的丙烯、氧及副產(chǎn) 物一氧化碳和二氧化碳等氣體自塔頂排除，控制排除氣體中 丙烯腈及氫氰酸含量均 62 10?? ，尾氣可經(jīng)催化燃燒處理后放空或經(jīng)高煙囪直接排放。 吸收塔所得吸收液含丙烯腈 4% ~ 5%，其他有機副產(chǎn)物約 1%左右。由于丙烯腈和乙腈相對揮發(fā)度很接近，故采用萃取精餾法，水為萃取劑，其用量為進料中丙烯腈含量的 8 ~ 10 倍。在萃取精餾塔塔頂蒸出氫氰酸和丙烯腈與水的共沸物，乙腈殘留在塔釜。副產(chǎn)物丙烯醛、丙酮等羰基化合物，雖沸點較低，但它們能與氫氰酸發(fā)生加成反應生成沸點較高的氰醇，故丙烯醛 主要是以氰醇的形式留在塔釜，只有少量從塔頂蒸出。因為丙烯腈與水部分互溶，故蒸出的共沸物經(jīng)冷卻冷凝后，分為水相與油相，水相送回萃取精餾塔，油相為粗丙烯腈送至精制部分。 萃取精餾塔塔釜液中含 1%左右乙腈及少量氫氰酸和氰醇，其中大部分是水，送乙腈解吸塔進行解吸分離，分出副產(chǎn)物粗乙腈和符合質(zhì)量要求的水，此水作為吸收劑與萃取循環(huán)回水吸收塔和萃取精餾塔。自乙腈解吸塔底排除的少量含氰廢水送污水處理裝置。 精制部分 精制部分是將回收部分得到的粗丙烯腈進一步分離精制，以獲得聚合級產(chǎn)品丙烯腈和所需純度的副產(chǎn)物氫氰酸。該流程由三塔組成：脫氫氰酸塔，氫氰酸精餾塔和丙烯腈精制塔（成品塔），見圖 32。 粗丙烯腈含丙烯腈 80%以上，氫氰酸 10%左右，水 8%左右，及微量丙烯醛、丙酮和氰醇等雜質(zhì)。它們的沸點相差很大，可用精餾法精制所需成品。 粗丙烯腈在脫氫氰酸塔脫去氫氰酸，隨后進入丙烯腈精制塔，在塔頂蒸出丙烯腈與水的共沸物及微量丙烯醛、 8 氫氰酸等雜質(zhì)，經(jīng)冷卻冷凝及分層后，油層丙烯腈仍回流入塔，水層分出。成品 聚合丙烯腈自塔上部側(cè)線出料。 粗 丙 烯 腈阻 聚 劑S O2S O2對 苯 二 酚阻 聚 劑不 凝 氣H C N含 丙 烯 腈 2 5 % 至氨 中 和 塔 底 部去 萃 取 精 餾 塔123451 — 脫 氫 氰 酸 塔 ； 2 — 氫 氰 酸 精 餾 塔 ； 3 — 丙 烯 腈 精 制 塔 ； 4 — 過 濾 器 ；5 — 成 品 丙 烯 腈 中 間 貯 槽圖 32 粗丙烯腈分離和精制的工藝流程 自脫氫氰酸塔蒸出的氫氰酸在氫氰酸精餾塔內(nèi)脫出其中的不凝氣體及高沸點物丙烯腈等，由側(cè)線得到純度 %的氫氰酸等。 由于丙烯腈、氫氰酸和丙烯醛等在回收和精制部分處理時易發(fā)生自聚，使塔和塔釜發(fā)生堵塞現(xiàn)象，必須在物料中加入少量阻聚劑，同時應根據(jù)物料不同聚合機理，選用不同的阻聚劑。丙烯腈的阻聚劑可用対二苯酚或其他酚類，少量的水對丙烯腈也有阻聚作用。氫氰酸在酸性介質(zhì)中易聚合，需加酸性阻聚劑，由于它在氣相和液相中都能聚合，在 氣相中可用氣相阻聚劑二氧化硫，液相中用醋酸作為阻聚劑。 9 4 物料衡算與能量衡算 物料衡算 小時生產(chǎn)能力 年工作日 320 天，丙烯腈損失率為 %，設(shè)計裕量為 5%，年生產(chǎn)量為 3000 噸 /年 ，則每小時的生產(chǎn)能力為： 3 0 0 0 1 0 0 0 1 .0 5 1 .0 3 2 = 4 2 43 2 0 2 4 k g h? ? ?? 。 反應器物料衡算 （ 1）計算依據(jù)： 丙烯腈產(chǎn)量 424kg h ，即 8kmol h ； 原料組成（摩爾分數(shù)）丙烯 85%，丙烷 15%； 反應器進口原料配比（摩爾比）為 3 6 3 2: : : 1 : 5 : : 1C H NH H O ?空 氣； 反應后各產(chǎn)物的收率見表 41。 表 41 反應后各產(chǎn)物收率 物質(zhì) 丙烯腈（ AN） 氫氰酸（ HCN） 乙腈（ ACN） 丙烯醛（ ACL） 二氧化碳 摩爾收率 （ 2）反應器進口原料氣中各組分的流量 36 : 8 10 420C H k mo l h k g h??； 38 10: 0 . 1 5 1 . 8 7 5 8 2 . 50 . 8 5C H k m o l h k g h? ? ?； 3 : 10 178 .5N H k m ol h k g h? ? ?； 10 98 284 2k m ol h k g h? ? ?空 氣 : ； 2 : 98 658 .56O k m ol h k g h? ? ?； 10 2 : 9 8 0 .7 9 7 7 .4 2 2 1 6 7 .7 6N k m o l h k g h? ? ?； 2 : 10 1 10 180H O k m ol h k g h? ? ?。 （ 3） 反應器出口混合氣中各組分的流量 : 8 424kmol h kg h?丙 烯 腈 ； : 10 3 m ol h k g h? ? ? ?氫 氰 酸 ； 3: 1 0 0 . 0 5 0 . 7 5 3 0 . 7 52 k m o l h k g h? ? ? ?乙 腈 ； : 10 1 06 6 6k m ol h k g h? ? ? ?丙 烯 醛 ； 2 : 1 0 3 0 .0 8 2 .4 1 0 5 .6CO k m o l h k g h? ? ? ?； 38 : 75 82. 5C H k m ol h k g h?； 2 : 216 k m ol h k g h?； 36 2 1 1: 1 0 8 0 . 7 5 1 . 3 5 0 . 0 6 2 . 4 0 . 1 9 7 . 9 83 3 3C H k m o l h k g h? ? ? ? ? ? ? ? ? ?； 2 33: 2 0 . 5 8 8 1 . 3 5 0 . 7 5 0 . 0 6 2 . 4 2 . 8 2 9 0 . 2 422O k m o l h k g h? ? ? ? ? ? ? ? ?； 3 : 1 0 .5 8 1 .3 5 0 .7 5 0 .4 6 .8NH k m o l h k g h? ? ? ? ?； 2 : 10 8 3 5 2 5 2 6 40. 66 731 .88H O k m ol h k g h? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。 氨中和塔物料衡算 （ 1）計算依據(jù) 入塔氣體流量和組成與反應器出口氣體相同； 在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸 吸收，生成硫酸銨； 新鮮硫酸吸收劑的含量為 93％ (wt)； 塔底出口液體 （ 即循環(huán)液 ） 的組成 見表 42。 11 表 42 氨中和塔塔底出口液體組成 組分 水 AN HCN ACN 硫酸 硫酸銨 合計 %（ wt） 100 排除廢液中硫酸銨的量應與進入塔中的氨的量相等，進塔氣體中含 的氨，在塔內(nèi)生產(chǎn)硫酸銨。 氨和硫酸生成硫酸銨的反應方程式： 2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 的生成量，即需要連續(xù)排除的硫酸銨的量： 0 .4 2 1 3 2 2 6 .4 kg h? ? ? 。塔底需要排除的硫酸銨的量為 %（ wt），故需要塔底需要排除的廢液的量為： 9 121 .16 kg h? （ 2）排除的廢液中各組分的量 : 121 .16 762 94. 04 k g h??水 ； : 121 .16 004 5A N k g h??； : 121 .16 3 C N k g h??； : 121 .16 2 k g h?? : 121 .16 05 1 k g h??硫 酸 ； : 1 2 1 .1 6 0 .2 1 7 9 2 6 .4 k g h??硫 酸 銨 。 （ 3）需要補充的新鮮吸收劑（ 93%H2SO4）的量 981 2 1 . 1 6 0 . 0 0 5 0 . 4 0 . 9 3 2 1 . 7 32 k g h??? ? ? ????? （ 4）出塔氣體中各組分的含量 : 424 5 423 .95 k g h?丙 烯 腈 ； : k g h??氫 氰 酸 ； : 30. 75 2 30. 73 k g h??乙 腈 ； 12 : kg h丙 烯 醛 ； 2 : kg h； 38: H kg h； 2 : 216 6N kg h； 36: H kg h； 2 : kg h； 2 : 7 3 1 .8 8 2 1 .7 3 0 .0 7 9 4 .0 4 6 3 9 .3 6H O k g h? ? ? ?。 水吸收塔物料衡算 （ 1）計算依據(jù) 入塔氣流量和組成與氨中和塔出塔氣體相同； 出塔氣溫度為 10℃，壓力為 101KPa； 出塔丙烯腈的含量為 %。 （ 2）塔頂出氣各組分的含量 36 : 0 .1 9 7 .9 8C H k m o l h k g h?， 38 : 75 82. 5C H k m ol h k g h?，2 : 2 .4 1 0 5 .6CO km o l h kg h?， 2 : 4O k mol h k g h?，2 : 216 k m ol h k g h?。 10℃時水的飽和蒸汽壓為 1228Pa，總壓力為 101000Pa，出塔氣中干氣的總量為： 9 75 2 77. 42 84. 705 k m ol h? ? ? ? ?。 出塔氣 中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下： 1228 8 4 . 7 0 5 1 . 0 4 1 8 . 7 71 0 1 0 0 0 1 2 2 8 k m o l h k g h? ? ?? 出塔總氣量為： 8 82. 5 105 .6 90. 24 216 6 18. 77 247 5 k g h? ? ? ? ? ?。 （ 3）塔頂加入吸收液量 13 出塔丙烯腈溶液總量：出塔溶液丙烯腈含量為 %，入塔氣體中丙烯腈的量為 h ，故出塔丙烯腈溶液總量為 423 .95 6 921 k g h?。 對吸收塔做總的質(zhì)量衡算得到塔頂加入的吸收液的總量： = + 入 塔 吸 收 液 量 塔 底 丙 烯 腈 溶 液 量 出 塔 氣 體 總 量 入 塔 氣 總 量 = 9 2 1 6 .3 0 2 4 7 2 .8 5 3 5 8 7 .8 9 = 8 1 0 1 .2 6 k g h?入 塔 吸 收 液 量 。 （ 4）出塔丙烯腈溶液的組成 由于丙烯腈、氫氰酸、乙腈和丙烯醛全部被吸收。所以， : 423 .95 , %kg h丙 烯 腈 ；: , %kg h氫 氰 酸 ； : 30. 73 , 3%kg h乙 腈 ； : , %kg h丙 烯 醛 ； 水的量為： 9 2 1 6 .3 0 4 2 3 .9 5 3 6 .4 1 3 0 .7 3 3 .3 6 8 7 2 1 .8 5 , 9 4 .6 4 %k g h? ? ? ? ?。 萃取精餾塔物料衡算 （ 1）計算依據(jù) 入塔 溶液 流量和組成與 水吸收 塔出塔 溶液 相同； 萃取劑水的用量為丙烯腈含量的 倍，即 423 .95 390 0 kg h?? ； 塔頂蒸出氫氰酸和丙烯腈與水的共沸物 ，丙烯腈的回收率為 %； 萃取塔頂蒸出液各組分組成見表 43。 表 43 萃取塔頂蒸出液各組分組成 組分 丙烯腈 水 氫氰酸 乙腈 丙烯醛 %（ wt） （ 2）塔頂蒸出液 流 量及組成 : 4 2 3 .9 5 0 .9 8 2 4 1 6 .3 2 k g h??丙 烯 腈 ，塔頂蒸出總量為： 416 .32 4 481 .85 kg h?。: 481 .85 606 29. 2 k g h??水 ， : 4 8 1 .8 5 0 .0 7 5 3 6 .1 2 k g h??氫 氰 酸 ，以及微量的乙腈與丙烯醛。 （ 3）塔底液流量及組成 14 對總塔做物料衡算： = + = + = 1 2 6 3 4 .4 5 k g h塔 底 液 進 料 量 萃 取 劑 塔 頂 蒸 出 液 9 2 1 6 . 3 0 3 9 0 0 4 8 1 . 8 5 其中， : 8 7 2 1 .8 5 3 9 0 0 2 9 .2 1 2 5 9 2 .6 5 , 9 9 .6 7 %k