【導(dǎo)讀】條件以及主要參考文獻(xiàn)等。丙烯腈是易燃、易爆、有刺激性臭味、劇毒的無色液體。己二腈、丙烯酰胺及其他衍生物的原料,是我國石油化工重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品之一。除此之外,丙烯腈聚合物與丙烯腈衍生物也廣泛應(yīng)用于建材及日用品中[1，2]。乙烷和氫氰酸合成丙烯腈的工業(yè)生產(chǎn)裝置。1959年出現(xiàn)了丙烯氨氧化合成丙烯腈的方法,該法出現(xiàn)后,發(fā)展迅。該工藝就是現(xiàn)今全球95%的丙烯腈裝置都采用的Sohio法。集中在亞洲，特別是中國。中國未來將擴(kuò)大ABS樹脂和丙烯酸類纖維生產(chǎn)能力，從。而推動丙烯腈消費(fèi)增長。全球丙烯腈開工率也由兩年前的84%上升至90%。烯腈下游產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，國內(nèi)丙烯腈市場需求量已到每年140多萬噸。1/3的丙烯腈需要從國外進(jìn)口。因此，進(jìn)一步提高丙烯腈的產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，加強(qiáng)節(jié)能減排已成為國內(nèi)丙烯腈各生產(chǎn)廠家的共識。步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。低壓下進(jìn)行，對設(shè)備無加壓要求。丙烯腈產(chǎn)品，以滿足后繼工段的使用。

　　

【正文】 Q3==106kJ/h （ d）有機(jī)物冷凝放熱 Q4 AN 的冷凝量 ，其冷凝熱為 ； 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 17 ACN 的冷凝量為 ，其冷凝熱為 ； HCN 的冷凝量為 ，其冷凝熱為 ，所以 Q4=++=（ e）氨氣和放熱 Q5 每生成 1mol硫酸銨放熱 ，所以， 65 896. 41 1000 273. 8 10 /132Q KJ h?? ? ? ? （ f）硫酸稀釋放熱 Q6 硫酸的稀釋熱為 749 kJ/ kg H2SO4，所以， Q6=749=104KJ/h （ g）塔釜排放的廢液帶出熱量 Q7 塔釜排放的廢液 中 H2O 與（ NH4） 2SO4 的摩爾比為 ,塔釜溫度為81℃ ，查氮肥設(shè)計(jì)手冊得此組分的硫酸銨水溶液比熱容為 (kg﹒ K)，所以， Q7=（ 810） =105KJ/h （ h）新鮮吸收劑帶入熱 Q8 30℃ 、 93% 24HSO 的比熱容為 KJ/(kg﹒ K)，所以， Q8=（ 300） =23988KJ/h （ i）求循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷 Q8 因操作溫度不高，忽略熱損失。把數(shù)據(jù)代入平衡方程： Q1 +Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q8=Q7+Q2+Q9 得到， 106+106++106+104+23988=105+105+ Q9 解得 Q9=106 kJ/h (j)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量 W 設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上升水溫 25℃ ，排水溫度 30℃ 。則， t/h586kg/])32/ [ 4 . 1 8 4 ( 3 56 ????? (e)求循環(huán)液量 m 30℃ 循環(huán)液的比 熱容為 （ kgK），循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為 kJ/（ kgK）。 設(shè)循環(huán)液流量為 m kg/h，循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度 t℃ 。 對新鮮吸收劑與循環(huán)液匯合處列熱平衡方程得： m+23988=（ m＋ ） 79 (1) 對循環(huán)冷卻器列熱平衡方程得： （ m81） （ m） =Q9=106 (2) 聯(lián)立 (1)和 (2)得， m=106kg/h t=℃ 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 18 氨中和塔換熱器物料衡算和熱量衡算 （ 1） 計(jì)算依據(jù) 進(jìn)口氣體 85℃ ，組成和流量與氨中和出口氣體相同；出口氣體溫度 40℃ ，操作壓力 。 （ 2） 物料衡算 出口氣體溫度 40℃ ， 40℃ 飽和蒸汽壓力為 a3 7 2 KPHP H ?? 設(shè)出口氣體中含有 x kmol/h 的蒸汽，根據(jù)分壓定律有： )( ???? XX 解得 x= kmol/h=∴ 蒸汽的冷凝 量為 8 8 7 8 . 6 K g / h=5 6 0 . 9 69 4 3 9 . 5 6 因此得到換熱氣體殼方的物料平衡如下： 表 312 換熱氣體殼方的物料平衡 流量和組 成 組分 入口氣體 出口氣體 冷凝水 Kmol/ h Kg/h %（ mol） %（ wt） Kmol/ h Kg/h %（ mol） %（ wt） Kg/h %（ wt） 36CH 0 0 38CH 0 0 2O 0 0 2N 0 0 2HO 100 AN 1820 1820 0 0 ACN 0 0 HCN 0 0 ACL 0 0 2CO 0 0 換熱器 AN 溶液去精制 AN 溶液來自水吸收塔 氣體來自氨中和塔 氣液混合物去水吸收塔 85℃ 40176。 C 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 19 合計(jì) 100 100 100 100 100 (3)熱量衡算 a．換熱器入口氣體帶入熱 hKJQ / 51 ?? b．蒸汽冷凝放熱 Q2 40℃ 水汽化熱為 h/ 4 0 8 7 8 72 KJQ ???? c．冷凝液帶出熱 Q3 ? ? h/ 63 KJQ ????? d．出口氣體帶出熱 Q4 表 313 出口氣體各組分在 0~40℃ 的平均比熱容如下： 組分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN HCN ACN ACL CO2 ? ?)/(/ KkgkJc p (4 ??????????Q? ?040) ??????????? =105KJ/h e．熱衡算求換熱器的熱負(fù)荷 熱平衡方程： 54321 Q ???? 帶入數(shù)據(jù)得： 55675 Q???????? 得到 Q5=107KJ/h 水吸收塔物料衡算和熱量衡算 （ 1）計(jì)算依據(jù) a. 入塔氣流量和組成與換熱器出口氣相同 b. 入塔氣溫度 40℃ ，壓力 112KPa。出塔氣溫度 10℃ ，壓力 101KPa c. 入塔吸收液溫度 5℃ d. 出塔 AN 溶液中含 %(wt) （ 2）物料衡算 a．進(jìn)塔物流流量和組成與換熱器出口相同 b．出塔氣量和組成 設(shè)入塔氣中的 AN、 HCN、 ACL、 CAN 等組分全部被水吸收， C3H6， C3H8， O2，N2， CO2， 等組分不溶于水，因此，出塔氣體中，干氣體有： 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 20 C3H6 () C3H8 Kmol/h（ ） O2 Kmol/h（ ） N2 Kmol/h（ ） CO2 Kmol/h（ ） 出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下： 10℃ 水的飽和蒸氣壓 aP 1228POH2 ?。，總壓為 101325 aP ，出塔氣中干氣總量： ++++= Kmol/h 則出塔氣中含有水蒸氣的量： ??? 出塔氣總量為： ++++=c．塔頂加入的吸收水量 （ a）出塔 AN 溶液總量 1820/= (b)塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得： 入塔吸收液量 =塔底 AN 溶液量 +出塔氣體總量 入塔氣量 凝水量 =+ =d．塔底 AN 溶液的組成和量 AN 溶液中的水 =塔頂加入的水 +進(jìn)塔氣液混合物中帶入的水 出塔氣中帶出的水 =++ = 表 314 水吸收塔物料平衡 表 流量和組 成 組分 入塔氣 入塔凝液 入塔水 出塔氣 塔底出口 AN 溶液 Kmol/ h Kg/h %（ mol） %（ wt） Kg/h Kg/h Kmol/ h Kg/h %（ mol） %（ wt） Kmol/ h Kg/h %（ mol） %（ wt） 36CH 0 0 0 0 0 0 38CH 0 0 0 0 0 0 2O 0 0 0 0 0 0 2N 0 0 0 0 0 0 2HO 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 21 AN 1820 0 0 0 0 0 0 1820 ACN 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 ACL 0 0 0 0 0 0 2CO 0 0 0 0 0 0 合計(jì) 100 100 100 100 101022.4 100 100 （ 3）熱量衡算 a．入塔氣帶入熱 Q1 表 315 氣體各組分在 0～ 40℃ 的平均摩爾熱容為 物質(zhì) C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN HCN ACN ACL CO2 EP/[kJ/（ kmolk） ] 則，得到： h/)040)((51KJQ??????????????????????? h/ 5 KJ?? b. 入塔凝水帶入熱 Q2 h104 8 )040(1 8 8 7 8 62 KJQ ????? c. 出塔氣帶出熱 Q3 h/)010)( ( 53 KJQ ???? ???????????d. 吸收水帶入熱 Q4 h/)05( 9 5 1 9 64 KJQ ????? e. 出塔 AN 溶液帶出熱 Q5 表 316 AN 溶液中各組分的液體摩爾熱容如下： 組分 H2O AN ACN HCN ACL cP/[kJ/（ kmol k） ] htKJtQ / 1 8 6 2 3)0 )((5 ?? ??????????f．水冷凝放熱 Q6 水冷凝量 ==水的冷凝熱為 2256KJ/kg,所以， h/ 66 KJQ ???? 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 22 g． AN、 HCN、 ACN、 ACL 等氣體的溶解放熱 Q7 表 317 AN、 HCN、 ACN、 ACL 的冷凝熱數(shù)據(jù)如下 : 組 分 AN ACN ACL HCN 冷凝熱（ kJ/kg） h/ 67 KJQ ?? ???????? h．熱衡算求出塔液溫度 t 5376421 Q ?????? ? + ? + ? + ? + ? = ? + t=℃ 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 （ 1）計(jì)算依據(jù) 蒸發(fā)壓力 ；加熱劑用 0℃ 的冷鹽水，出口溫度 2℃ ； 丙烯蒸發(fā)量 丙烷蒸發(fā)量 （ 2）有關(guān)資料 a. 下丙烯的沸點(diǎn)為 13℃ ，汽化熱 410KJ/kg b. 下丙烷的沸點(diǎn)為 5℃ ，汽化熱 （ 3）熱衡算丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量 Q1 hKJQ / 8 0 2 51 ???? Q2 hKJQ / 52 ???? Q 冷損失按 10%考慮 h/)( 555 KJQ ?????? 平均溫度（ 1℃ ）下，冷凍鹽水比熱容 （ ） 冷凍鹽水用量為 ? ?? ? hW / 55 ?????? 丙烯過熱器熱量衡算 （ 1）計(jì)算依據(jù) 丙烯進(jìn)口溫度 13℃ ，出口溫度 65℃ ，用 蒸汽為加熱劑。 （ 2）熱衡算求丙烯過熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量 丙烯氣的比熱容為 （ ），丙烷氣比熱容 （ ），熱損失按 10%第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 23 考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為 ? ?? ? h/)( 5 KJQ ???????? 加熱蒸汽量為 hkgW / 5 ??? 上式中 2138KJ/kg 是 蒸汽的冷凝熱 氨蒸發(fā)器熱量衡算 （ 1）計(jì)算依據(jù) 。氨氣蒸發(fā)量為 飽和蒸汽，冷凝熱為 2138 KJ/h （ 2）有關(guān)資料 下氨的蒸發(fā)溫度為 7℃ ，汽化熱為 1276KJ/kg （ 3）熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 冷損失按 10%考慮，氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 Q h/ 2 7 6 KJQ ????? 加熱蒸汽量 h/ 6 ?? 氣氨過熱器 （ 1）計(jì)算依據(jù) 7℃ ，出口溫度 65℃ 蒸汽為加熱劑。 （ 2）熱衡算求其氣氨過熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 氨氣的比熱容為 KJ/（ ），冷損失按 10%算。氣氨過熱器的熱負(fù)荷為 ? ?? ? h/ 5 KJQ ??????? 加熱蒸汽用量為 hW / 1 3 8 106 0 5 ??? （ 1）計(jì)算依據(jù)氣氨進(jìn)口溫度 65℃ ，流量 丙烯氣進(jìn)口溫度 65℃ ，流量 , 丙烷氣進(jìn)口溫 度 65℃ ，流量 , 出口混合氣溫度 110℃ 。濕空氣來自空氣加熱器 （ 2）熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度 t 以 0℃ 為熱衡算基準(zhǔn)。 C3H6， C3H8， NH3， 在 0~65℃ 的平均比熱容如下表 : 表 318 C3H6， C3H8， NH3， 在 0~65℃ 的平均比熱容如下表 : 物質(zhì) 63HC 83HC 3NH 第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 24 /cp KJ/（ ） Q1 hKJQ /102 3 )065)( 3 35 6 8 0 2( 51 ??????? Q2 hKJQ /)065( 52 ????? Q3, 22,ON 在 0~136℃ 的平均比熱容分別為 KJ/（ ） （ ）。 htKJtQ /)0)((3 ?????? Q4 h/)0110)((64KJQ????????????? e. 熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度 t 熱損失按 10%考慮 熱衡算方程： 4321 )( ????