【導(dǎo)讀】本文是主要研究年產(chǎn)8萬噸丙烯腈回收工段的初步設(shè)計(jì)。目的、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、市場前景以及生產(chǎn)方法。根據(jù)查找資料，確定生產(chǎn)裝置采用以。水為溶劑的萃取精餾塔工藝流程，主要目的是將丙烯腈與乙腈分離。本文重點(diǎn)闡述了丙。包括工藝原理和工藝流程的論述。根據(jù)工藝參數(shù)進(jìn)行物料衡算、熱量衡。算和設(shè)備計(jì)算，并依據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備選型。最后根據(jù)工藝條件利用AutoCAD繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，并且完。成了20000字的設(shè)計(jì)說明書。

　　

【正文】 0 400 比熱容 kJ/(kgk) ℃ 既 365K 時(shí) , 7 0 . 7 67 0 . 7 67 6 . 9 13 5 03 6 5 3 5 04 0 0 ? ???? X ， 得 X=(molk) (5)液態(tài)丙烯腈定壓比熱容查表的： 表 221 液態(tài)乙腈定壓比熱容 溫度 ℃ 40 60 比熱容 kJ/(kgk) ℃ 時(shí) , 1 0 8 . 11 0 8 . 11 0 9 . 64041 4060 ? ???? X ， 得 X=(molk) (6)氣態(tài)丙烯腈定壓比熱容查表的： 表 222 氣態(tài)乙腈定壓比熱容 溫度 k 350 400 比熱容 kJ/(kgk) 92℃ 既 365K 時(shí) , 5 6 . 9 85 6 . 9 86 1 . 3 43 5 03 6 5 3 5 04 0 0 ? ???? X ， 得 X=(molk) (7)液態(tài)氫氰酸的定壓比熱容查表的： 表 223 液態(tài)氫氰酸定壓比熱容 液態(tài)氫氰酸溫度 ℃ 40 定壓比熱容 J/(molk) 由于無法查到其他溫度下的液態(tài)氫氰酸定壓比熱容，因此采用倍數(shù)法求得以下溫度下的定壓比熱容： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ℃ 時(shí) , 4041?J/(molk) ℃ 時(shí) , ?J/(molk) (8)氣態(tài)氫氰酸的定壓比熱容查表的： 表 224 氣態(tài)氫氰酸定壓比熱容 液態(tài)氫氰酸溫度 ℃ 30 定壓比熱容 J/(molk) 由于無法查到其他溫度下的液態(tài)氫氰酸定壓比熱容，因此采用倍數(shù)法求得以下溫度下的定壓比熱容： ℃ 時(shí) , ? J/(molk) ℃ 時(shí) , ? J/(molk) 表 225 各組分不同溫度下定壓比熱容（ J/(molk)） 溫度 丙烯腈 乙腈 氫氰酸 水 108℃ （氣態(tài)） ℃ （液態(tài)） ℃ （液態(tài)） ℃ （液態(tài)） 對乙腈塔進(jìn)行熱量衡算 : 根據(jù)熱量守恒，可以按下面公式計(jì)算： PQ mC t?? 式中 : Q溶液的熱負(fù)荷， kJ/h； CP溶液的比熱容， J/； m流體流速， kg/h； t? 溶液的溫度差， ℃ 。 進(jìn)入物料帶入的熱量 (含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水 )： Q1=Cm t? =（ + + + + ） （ 1080） = kJ/h 塔頂物料帶走的熱量（含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水）： Q2=C2m t? 2 =（ + + +18264 ） （ 920） 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 = kJ/h 塔頂冷凝器去除的熱量 (含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水 )： Q3=C3m t? 3 =（ ++ +1866） （ 9241） = kJ/h 塔底釜液帶走的熱量 (含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水 )： Q4=C4m t? 4 =（ + + +48 ） （ ） = kJ/h 塔底再沸器帶進(jìn)的熱量 (含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水 )： Q5=C5m t? 5=（ + + + ） （ ） = kJ/h 裝置的熱損失 : Q 損 =10﹪ Q 進(jìn) Q 損 =10﹪ = kJ/h Q 總進(jìn) = Q1+ Q4= kJ/h Q 總出 = Q2+ Q3+ Q5= kJ/h Q 進(jìn) ≈Q 帶 所以乙腈塔熱量守恒。 根據(jù)熱量守恒乙腈塔符合熱量守恒定律。 物質(zhì)在整個(gè)過程中發(fā)生的質(zhì)量傳遞和能量變化。利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)律，通過平衡計(jì)算求得，這樣的化工計(jì)算成為能量衡算。 圖 27 分層器熱量平衡圖 回收塔塔頂氣體帶入的熱量 : Q1= kJ/h 回收塔分層器水槽帶出的熱量 (含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水 ): Q2=C2m t? 2 =（ + + ） （ ） 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 =223642. 09kJ/h 回收塔分層器去脫氰塔進(jìn)料帶出的熱量 : (含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、溶劑水 )： Q3=C3m t? 3 =（ + +） （ 400） = kJ/h Q 總進(jìn) = Q1+ Q4=Q 總出 = Q2+ Q3= kJ/h Q 進(jìn) ≈Q 帶 所以分層器熱量守恒。 根據(jù)熱量守恒分層器符合熱量守恒定律。 Aspen過程模擬 Aspen模擬 圖 28 全流程 Aspen 模擬圖 全流程的 Aspen 模擬數(shù)據(jù)見表 32 表 226 全流程 Aspen 模擬數(shù)據(jù)表 進(jìn)料 kg/h 出料 kg/h 丙烯腈 丙烯腈 乙腈 乙腈 氫氰酸 氫氰酸 水 水 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 Aspen模擬 圖 29 回收塔 Aspen 模擬圖 圖 210 回收塔 Aspen 模擬表（ 1） 圖 210 回收塔 Aspen 模擬表（ 2） 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 Aspen模擬 圖 211 乙腈塔 Aspen 模擬圖 圖 212 乙腈塔 Aspen 模擬表（ 1） 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 212 乙腈塔 Aspen 模擬圖（ 2） Aspen模擬 圖 213 分層器 Aspen 模擬表 圖 214 分層器 Aspen 模擬圖（ 1） 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 214 分層器 Aspen 模擬圖（ 2） 全流程的模擬結(jié)果與實(shí)際的物料出方的結(jié)果大致相同，但在實(shí)際物料衡算出回收塔各物質(zhì)的量和模擬抽回收塔結(jié)果有些出入，造成這種結(jié)果可能主要有以下兩個(gè)原因引起的：一是可能由于實(shí)際物料衡算中對回收塔出料計(jì)算的不準(zhǔn)確性：二是可能由于在 Aspen模擬回收塔對關(guān)鍵組分的選取不太恰當(dāng)。 針對上述的兩個(gè)原因，主要有以下措施加以改正，重新對物料進(jìn)行衡算，尤其是對回收塔物料熱量時(shí)對各物質(zhì)的物性參數(shù)要做到準(zhǔn)確，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)要把去熱量衡算的參數(shù)準(zhǔn)確度提高，爭取把誤差降到最低。 第 3章 設(shè)備選擇 選 擇原則 在化工生產(chǎn)中塔是是重要的化工設(shè)備。塔設(shè)備性能對于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等都有重要影響。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔備，首先必須時(shí)氣液兩相能充分接觸以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足化工工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列項(xiàng)要求。 (1)生產(chǎn)能力大。在較大的氣液流速情況下，不能發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 等破壞正常操作的現(xiàn)象。 (2)操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣液負(fù)荷量有較大的波動時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長期連續(xù)操作。 (3)流體流動的阻力小，即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動力消耗，以降低經(jīng)常操作費(fèi)用。 (4)結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用，耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修 [16]。 關(guān)鍵設(shè)備的選型 徑、塔高和孔徑的 計(jì)算 計(jì)算用數(shù)據(jù)： 表面張力（ 100℃ ） ζ = N∕m 連續(xù)相粘度（ 100℃ ） 181。c = 103Pas 1．孔徑選 。 孔間距一般要求是孔徑的 ~ 倍，故取孔間距 t = 極限空塔氣速最大流速 maxu 上maxu =C ??VVL? ?? = m/s 下maxu =C ??VVL? ?? = m/s 根據(jù) u=（ ～ ） maxu 取安全系數(shù)為 則 上maxu = umax =? = m/s 下maxu = umax =? 0784= m/s 因?yàn)椋? VS 上 = m3/s VS 下 = m3/s 求塔徑 D 上 = un?4V = ??? m 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 D 下 =un?4V= ??? m 表 31 浮閥塔板間距的參考值 塔徑 m 板間距 mm 200300 300350 350450 450500 500600 600700 由上表得： HT 上 =500mm HT 下 =700mm 所以 HT=600mm= 經(jīng)查飽和蒸汽壓表得 全塔平均相對揮發(fā)度 am= wDaa = 根據(jù)著名的 KremserBrownSouder 方程式 [11]為 N= ???LnyxLnf???????????????????????????????????????????111myxm0n0 （ 31） 式中： N───理論級數(shù)； m───分配系數(shù)； ε───萃取因子。 由公式（ 39）有 N = ? ? 0 . 0 0 LnLn ?????? ??????? = 12 10．實(shí)際級數(shù) n=0?N （ 32） 式中： n───實(shí)際級數(shù)。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 由公式 ( 310)有 n =0?N = = 故取實(shí)際級數(shù) n = 28。 （ 1）塔高 板間距根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為 [12]，則 L=（ n－ 1） HT =（ 60－ 1） = 塔的切線高度 H = + + + 3 = 27m （ 2）塔厚 δ= ? ?ctiP2? DPC （ 33） 式中： δ ─── 計(jì)算壁厚， mm ； Pc ─── 設(shè)計(jì)壓力， MPa ； [ζ]t───許用應(yīng)力， MPa ； φ ─── 安全系數(shù)。 塔體材料為 16MnR，查（化工原理附錄 4）得： [ζ]t = 170 ，由 Di=， Pc=，焊縫采用雙面對接焊，局部無損傷故 φ=，取腐蝕裕量 C2=2mm 。由公式（ 33）有δ= ? ?ctiP2? DPC = 600 ?? ? = 設(shè)計(jì)厚度為： δd=δ+ C2 = +2 = mm 查（化工原理）鋼板厚度負(fù)偏差表知 C1= mm。 則名義厚度為 δn=δd + C1 +Δ= ++=14 mm （圓整植 Δ= ） 則有效厚度為 δe=δn－ C1－ C2 = 14－ － = 12 mm 一、初選換熱器的規(guī)格 （ 1） 計(jì)算熱負(fù)荷 Q1= m1CpΔt1= 23 425(35－ 28) = 684 451KW （ 2）計(jì)算流體平均溫度差 按單殼程、多管程計(jì)算，逆流計(jì)算平均溫度差為： 1212mttlnttt?????? = ? ? ? ?2840 3561ln28403561 = 18℃ 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 （ 3） 傳熱面積 通過以上的數(shù)據(jù)，根據(jù)管殼式換熱器中的總傳熱系數(shù) K 的經(jīng)驗(yàn)值 [19]，取 K=400w∕m℃ 則估算的面積為： A = m1tQ?K = 18400451 684? = 95m2 考慮到估算性質(zhì)的影響，故實(shí)際傳熱面積為估算的 倍，那么實(shí)際的傳熱面積為： A0 = 95 = 100m2 （ 4）初選換熱器規(guī)格 由上述數(shù)據(jù)分析，從換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中選定 F600100254Ⅱ 。 二、換熱器核算 （ 1）傳熱能力的核算 殼程流體的傳熱模系數(shù)，用馬恩法計(jì)算： α0 = 01 PrRe ????????we uud? （ 35） 當(dāng)量直徑 de = 0 . 0 2 53 . 1 4 22