【文章內容簡介】 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。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，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脫出其中的不凝氣體及高沸點物丙烯腈等，由側線得到純度 %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 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