【正文】 5∶ 1(mol) (2)有明顯影響 ,在初期的 PMoBiO催化劑上的 研究表明 ,丙烯氨氧化反應在 350℃就開始進行 ,但轉化率甚低 ,隨著反應溫度的遞增 ,丙烯轉化率相應地增高 (3) K 的數(shù)值都很大 ,故可將這些反應看作不可逆反應。此時 ,反應壓力的變化對反應的影響僅表現(xiàn)在動力學上。由前述的動力學方程可知 ,反應速度與丙烯的分壓成正比 ,故提高丙烯分壓 ,對反應是有利的 ,而且還可提高反應器的生產能力。但在加快反應速度的同時 ,反應熱也在激增 ,過高的丙烯分壓使反應溫度難以控制。實驗又表明 ,增加反應壓力 ,催化劑的選擇性會降低 ,從而使丙烯腈的收率下降 ,故丙烯氨氧化反應不宜在加壓下進行。對固定床反應器 ,為了克服管道和催化劑阻力 ,反應進口氣體壓力為 ～ (表壓 ),對于流化床反應器 ,為 ～ (表壓 ) (4) 固相催化反應 ,反應在催化劑表面進行 ,不可能瞬間完成 ,因此 ,保證反應原料氣在催化劑表面停留一定時間是很必要的 ,該時間與反應原料氣在催化劑床層中的停留時間有關 ,停留時間愈長 ,原料氣在催化劑表面停留的時間也愈長。因此 ,確定一個適宜的停留時間是很重要的。原料氣在催化劑床層中的停留時間 常稱接觸時間 ,它可用下式計算 : 接觸時間 (s)= 反應器中催化劑層的靜止高度 (m)/反應條件下氣體流經反應器的線速度 適宜的接觸時間與催化劑的活性、選擇性以及反應溫度有關 ,對于活性高、選擇性好的催化劑 ,適宜的接觸時間應短一些 ,反之則應長一些 。反應溫度高時 ,適宜的接觸時間應短一些 ,反之則應長一點。一般生產上選用的接觸時間 ,流化床為 5～ 8 s(以原料氣通過催化劑層靜止高度所需的時間表示 ),固定床為 2～ 4 s。 24 六 、 反應器的 物料衡算和熱量衡算 工藝計算 過程： 小時生產能力 按年工作日 300 天，丙烯腈損失率 %、設計裕量 6%計算，丙烯腈小時產量為 2430 0 03 0030 00 ? ???= kg/h 物料衡算 (1)計算依據 a. 丙烯腈產量 ,即 （摩爾分數(shù)）含 %15%,85 8363 HCHC （摩爾分數(shù)）為 3:23::1::: 22363 ?OHONHHC . 反應后各產物的單程收率為 物質 丙烯腈（ AN） 氰化氫（ HCN） 乙腈 （ ACN） 丙烯醛（ ACL） 2CO 摩爾收率 e. 操作壓力 進口 , 出口 110℃，反應溫度 470℃，出口氣體溫度 360℃ （ 2）物料衡算 a. 反應器進口原料氣中各組分的流量 63HC 83HC hkghk m ol / ??? 3NH hkghk m o l /??? 2O hkghk m o l /??? 25 OH2 hkghk m o l /??? 2N hkghk m ol / 6 8/ ??? b. 反應器出口混合氣中各組分的流量 丙烯腈 hkghk m ol / 5 5/ ? 乙腈 hkghk m ol /???? 丙烯醛 hkghk m o l /??? 2CO hkghk m o l /???? HCN hkghk m o l /???? 83HC hkghk m o l /? 2N hkghk m o l / 4 6 8/ 2 3 ? 2O hkghk m o l /?????????? 63HC hkghk m o l /?????????? 3NH hkghk m o l /????? OH2 hkghk m ol /1486/ ?? ???????? 流量 和組 成 組 分 反 應 器 進 口 反 應 器出口 kmol/h kg/h %(mol) %(wt) kmol/h kg/h %(mol) %(wt) C3H6 C3H8 26 NH3 O2 N2 H2O 1486 AN 0 0 0 0 ACN 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 ACL 0 0 0 0 CO2 0 0 0 0 合計 100 100 100 100 熱量衡算 各物質 0~t℃的平均定壓比熱容如下 物質 63HC 83HC 3NH 2O 2N H2O AN HCN ACN ACL 2CO ? ?)/(/ KkgkJc p 0~110℃ 0~360℃ 0~470℃ 熱裝置的熱負荷及產生蒸汽量 假設如下熱力學途徑： 1 1 0 ℃ ， 反應器入口混合氣 25 ℃ ， 反應器入口混合氣 25 ℃ ， 濃相段出口混合氣 470 ℃ ， 濃相段出口混合氣 Δ H Δ H 1 Δ H 2 Δ H 3 各物質 25~t℃平均比熱容用 0~t℃的平均比熱容代替，誤差不大，因此， hkJH /)10025( )( 51 ???? ?????????????hkJH /)641 ( 6333332???? ????????????????hkJH /)25470)( ( 63 ???????????? ??????????????27 hkJHHHH / 6665321 ????????????????? 若熱損失取Δ H 的 5%，則需由濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負 荷）為： Q=() 106= 106kJ/h 濃相段換熱裝置產生 的飽和蒸汽（飽和溫度 143℃）， 143℃飽和蒸汽焓 i=2736kJ/kg 143℃飽和水焓 iH2O=∴ 產生的蒸汽量 = hkg / 3 7 0 12 7 3 6 100 6 3 6 ?? ? 以 0℃氣體為衡算基準 進入稀相段的氣體帶入熱為 hkJQ /)0470)( ( 61 ???????????? ?????????????離開稀相段的氣體帶出的熱為 hkJQ /)0360)( ( 62 ???????????? ?????????????若熱損失為 4%，則稀相段換熱裝置的熱負荷為 Q=（ ）（ Q1Q2） = ))(( 66 ???? = 106kJ/h 稀相段換熱裝置產生 的飽和蒸汽，產生的蒸汽量為 hkgG / 2 0 12 7 3 6 101 2 6 6 ?? ?? 28 七 、合成反應器 的工藝計算 （ 1） 計 算依據 ；入口氣體流量 。 進口壓力 ，出 口壓力 。 應溫 度 470℃，氣體離 開 稀相段的 溫 度 為 360℃ 流化床 內 的 換熱裝 置以水 為 冷 卻劑 ， 產 生 （ 143℃）的 飽 和蒸汽。 時間 10s （ 2） 濃 相段直 徑 因反 應過 程 總 物 質 的量增加，故按出口 處計 算塔 徑 比 較 安全 出口 處 氣體體 積 流量 為 V=** *273470273 ? =9111 hm/3 = sm/3 取 空床線 速 濃 相段直 徑為 * ?d = 取流化床 濃 相段直 徑為 （ 3） 濃 相段高度 按接觸 時間 10s 算，推化 劑 的堆體 積為 10*?rV = 3m 靜 床高 20 *?H = 取膨 脹 比 為 2， 則濃 相段高度 為 *201 ?? RHH = 取 濃 相段高 9m 校核 推化 劑 的堆密度 為 640 3/mkg 推化 劑 的品 質 W=*640== 推化 劑負 荷 為 * = )./(63 kgcathHC 29 實驗裝 置的推化 劑負 荷可 達 到 )./(63 kgcathHC ，本 設計 的值小于 實驗 值，是可靠的。 （ 4） 擴 大段（此 處 即稀相段）直 徑 取 擴 大段氣速 為 操作氣速的一半即 u=氣體流量 為 *273 360273**239 ??V=7762 hm/3 = sm/3 擴 大段直 徑為 d= * = 取 4m （ 5） 擴 大段高度 根據流化床直 徑 ，空塔氣速 ，查 圖 得 2H /D=2 稀相段高度 ?2H 2D=2*= 取 6m （ 6） 濃 相段冷卻 裝 置的 換熱 面 積 換熱裝 置用套管式， 總 差 傳熱 系 數(shù) 取 233 )./( 2 KmW 換熱 裝 置的 熱負 荷已 由熱衡 算求出 Q= 106kJ/h = 106J/S 換熱 面 積為 F= 26 )143470(233 10* m?? 取 30%的 設計 裕量， 則換熱 面 積為 (1+)=24 2m （ 7）稀相段冷 卻裝 置的 換熱 面 積 用套管式 換熱裝 置，水 為 冷 卻劑 ， 產 生 （ 143℃）蒸汽。 總傳熱 系 數(shù) 取 20 )./( 2 kmW ， 換熱裝 置 熱負 荷 為 Q= 106kJ/h = 105J/s 又 ? ? ? ?143360143470ln143360143470???????mt=267℃ 換熱 面 積為 267*20 10* 5?F = 2m 取 30%設計 裕量， 則換熱 面 積為 *(1+)=77 2m 30 八 、 工藝設備 參數(shù) 一覽表 序號 設備 位號 設備名稱及規(guī)格 設備圖號、型號或標準圖號 單位 數(shù)量 材料 重量/kg 備注 1 R1 合成反應器 流 化 床 反 應 器 ， 濃 相 段 直 徑mm2800? ，高 9000mm；稀相段直徑mm4000? ，高 6000mm；濃相段換熱面積為 24m2 的套管式換熱裝置；稀相段內有換熱面積為 77m2 的套管式換熱裝置。 臺 1 九、總結 及體會 課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識 ， 發(fā)現(xiàn) 、 提出 、 分析和解決實際問題 ， 鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié) ， 是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程 。 由于我所學的專業(yè)是制藥工程，平時對化工方面的知識涉及并不算多，對于丙烯 腈 這一物質 更是知之甚少，而課程設計的目的在于將理論實際化，是在對 理論知識有一定程度上的領悟后進行的實踐操作， 因此， 這給我的設計增加了更多的艱辛。 在為期四個星期課程設計中，我曾有過疑慮不解、思緒不通的迷茫， 也有過 埋首資料 、不眠不休的執(zhí)著，還有過恍然大悟、醍醐灌頂?shù)那迕?。經過這一路跌宕起伏、波折四起的設計歷程，我收獲頗為豐富，著實學到了很多知識，這些知識既包括了我所學過的專業(yè)知識，并對這些知識進行了重新領悟，溫故而知新，也包括從前沒有學過的化工方面專業(yè)知識， 拓寬了知識系統(tǒng)，優(yōu)化了知識結構。在查找丙烯 腈 的資料，研究丙烯 腈 的生產反應原理，以及對反應進行物料衡算和熱量衡算等計算的 過程中，我深知做科學的嚴謹性，因此 ， 我不放過任何一個細小的方面，翻閱了大量的資料，檢索了大量的文件，以求獲得更加精細的 相關 知識以及更加精準的計算 數(shù)據， 這 使我對理論知識有了更加深刻的認識與理解，為設計的順利進行提供了有力的理論保證，也使我在后面的實際操作過程中少走了很多彎路。在對設備進行工藝計算 ，設計流化床反應器規(guī)格 ，繪制工藝流程圖以及設備裝配圖的過程中，我對工藝的流程以及反應設備的組成進行了細致入微的解析，務求能了然與胸，躍然紙上，因此在工藝計算及繪制圖紙時，碰到的艱難險阻也都順利的克服了，通過這些 操作，我 也 能 更加夠 熟練應用 Auto CAD 等軟件繪制圖紙，大大的增強 了自己的實際操作能力 。此外，通過 此次設計 ， 也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教31 或上網查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗 為 豐富 。 由于時間有限， 加之受所學功課的水平限制， 所做的設計尚有一些不足，需要改進： 1. 未有對設備尺寸進行詳盡的計算，可根據 流量、轉化率、熱負荷、回流比等模擬數(shù)據進行更進一步的設備尺寸的計算； 2. 未進行換熱網絡的合成，因此沒有設計出具體的換熱網絡結構； 3. 本設計沒有進行詳盡具體的經濟衡算 ，設備成本、運行成本、共用工程、投資回報等都沒 有 給出詳盡的設計方案； 4. 本設計中涉及到的產品多有毒害，未提出詳細的儲存、運輸防護措施。