【正文】 塔頂噴淋液各組成 O2 H2O N2 (2) 物料衡算 進(jìn)塔干空氣量 =(+)= 查得 30℃ ，相對(duì)濕度 80%時(shí)空氣濕含量為 水氣 /kg 干空氣， 因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸汽量為 90420=1990kg/h 氣液比為 ，故進(jìn)塔噴淋液量為 (+)(273+170)/2731/= 塔頂噴淋液（ 105℃ ） 的密度為 958kg/m3,因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為 958=285000 kg/h 出塔氣體中的 O N H2O 的量與 反應(yīng)器入口氣體相同，因而 O2 H2O N2 ,2kg/h 組分 AN ACN 氰醇 ACL H2O 合計(jì) %(wt) 100 17 塔內(nèi)水蒸發(fā)量 == ∴ 出塔液流量 ==271530kg/h 36 表 36 飽和塔物料平衡表 成分 入塔氣 出塔氣 入塔噴淋液 塔釜排出液 kmol/h Kg /h % (mol) % (wt) kmol /h Kg /h % (mol) % (wt) Kg /h % (wt) Kg /h % (wt) 2O 65 21 072 8 658.5 21072 0 0 0 0 0 2N 2477.2 69362 2 2477.2 69362 0 0 0 0 0 OH2 921.1 16580 858.9 154 0 285960 6 271489 5 AN 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 25 ACN 0 0 0 0 0 0 0 0 4 氰醇 0 0 0 0 0 0 0 0 3 5 3 53 ACL 0 0 0 0 0 0 0 0 7 2 7 21 合計(jì) 100 100 100 100 285000 100 271530 100 (3) 熱衡算 從物料平衡表得知，空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為 ，根據(jù)分壓定律，蒸汽的實(shí)際分壓為 PH2O=yH2OP== 因飽和度為 ，所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為 查飽和蒸汽表得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度為 90℃ ，因此須控制出塔氣體溫度為 90℃ ，才能保證工藝要求的蒸汽量 18 入塔水來(lái)自精制工段乙腈解吸塔塔釜， 105℃ t 熱衡算基準(zhǔn)： 0℃ 氣態(tài)空氣， 0℃ 液態(tài)水 (a)170℃ 進(jìn)塔空氣帶入熱量 Q1 170℃ 蒸汽焓值為 ，干空氣在 0～ 170℃ 的平均比熱容為 (kg 30℃ ，相對(duì)濕度 80%，空壓機(jī)出口氣體溫度 170℃。 進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為 Q1=(1659+2223+7295+5066+69362+ 29720++1233+1507++4530) (4700)=107kJ/h 離開稀相段的氣體帶出熱為 Q2=(1659+2223+7295+5066+69362+ 29720++1233+1507++4530)(3600)=107kJ/h 熱損失取 4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為 Q3=() (Q1Q2)=( )(107)=107kJ/h 稀相段換熱裝置產(chǎn)生 的飽和蒸汽量為 G=107/()=10550kg/h 廢熱鍋爐的 物料衡算和 熱量衡算 (1) 計(jì)算依據(jù) 360℃ ，壓力 180℃ ，壓力 MPa MPa 的飽和蒸汽 (2) 熱衡算 以 0℃ 氣體為衡算基準(zhǔn) ，各物質(zhì)的平均比熱容為表 34 所示。 C，濃相段出口混合氣 25176。 C，反應(yīng)器入口混合氣 470176。 (2) 物料衡算 C3H6 C3H8 = NH3 = O2 = H2O 3= N2 = 丙烯腈 乙腈 3/2 = 丙烯醛 =2kmol/h= CO2 30 .12= HCN 3= 13 C3H8 N2 O2 2 9/(32) = C3H6 2/3 = NH3 ,83 = H2O +3+2+2++2 =1651kmol/h=29720kg/h 32 表 32 反應(yīng)器物料平衡表 （ 3） 熱量衡算 各物質(zhì) 0～ t℃的平均定壓比熱容如表 33 所示 組分 流量和組成 反應(yīng)器進(jìn)口 反應(yīng)器出口 Kmol /h Kg /h % (mol) % (wt) Kmol /h Kg /h % (mol) % (wt) C3H6 12026 1659 C3H8 2223 2223 NH3 5110 O2 21072 5066 H2O 1651 29720 N2 69362 69362 AN 0 0 0 0 ACN 0 0 0 0 1233 HCN 0 0 0 0 1507 ACL 0 0 0 0 2 CO2 0 0 0 0 4530 合計(jì) 15440 417500 100 100 4782 125240 100 100 14 表 33 各物質(zhì) 0～ t℃ 的平均定壓比熱容 CP/[kJ/(kg 物料流程圖如下： 圖 物料流程圖 11 12 3 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 物料衡算與熱量衡算 按年工作日 300 天，丙烯腈損失率 %，設(shè)計(jì)裕量 6%計(jì)算，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為： 600001000(30024)= 。 圖 1－ 2 丙烯氨氧化流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖 1－第一級(jí)旋風(fēng)分離器； 2－第二級(jí)旋風(fēng)分離器； 3－第三級(jí)旋風(fēng)分離器； 4－三級(jí)料腿； 5－ 二級(jí)料腿； 6－一級(jí)料腿； 7－氣體分布板； 10 流程確定 液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器氣化，然后分別在丙烯過(guò)熱器和氨氣過(guò)熱過(guò)熱到需要的溫度后進(jìn)入混合器：經(jīng)過(guò)壓縮后的空氣先通過(guò)空氣飽和塔增濕，經(jīng)過(guò)空氣加熱器預(yù)熱到一定的溫度再進(jìn)入混合器。 （ 4）原料組成 液態(tài)丙烯原料含丙烯 85%（ mol） ,丙烷 15%（ mol）；液態(tài)氨原料含氨 100%。 （ 2）生產(chǎn)方法 以丙烯、氨、空氣為原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈。在擴(kuò)大段中催化劑的聚集密度 較小，故也稱為稀相段。為排出反應(yīng)放出的熱量，在濃相段設(shè)置一定數(shù)量的垂直 U形管，管中通入高壓軟水，利用水的汽化帶出反應(yīng)熱，產(chǎn)生的蒸汽可作能源。 反應(yīng)段是反應(yīng)器中間的圓筒部分，其作用是為化學(xué)反應(yīng)提供足夠的反應(yīng)空間，使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行完全。 床底段為反應(yīng)器的下部，許多流化床的底部呈 錐形，故又稱錐形體，此部分有氣體進(jìn)料管、防爆孔、催化劑放出管和氣體分布板等部件。 典型設(shè)備－流化床反應(yīng)器 丙烯氨氧化的反應(yīng)裝置多采用流化床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖 1— 2 所示。由脫氰塔側(cè)線抽出的丙烯腈、水和少量氫氰酸混合物料在 分層器（ 17）中分層，富水相送往急冷塔或回收塔回收氰化物，富丙烯腈相再由泵送回本塔進(jìn)一步脫水，塔釜純度較高的丙烯腈料液由泵送到成品塔（ 21）?；厥账猩倭恐亟M分的水送至廢水處理系統(tǒng)。從回收塔頂蒸出的丙烯腈、氫氰酸、水等混合物經(jīng)冷凝、冷卻進(jìn)入分層器（ 12）中。 利用回收塔（ 8）對(duì)吸收液中的丙烯腈和乙腈進(jìn)行分離，由回收塔側(cè)線氣相抽出的含乙腈和水蒸氣的混合物送至乙腈塔（ 14）釜，以回收副產(chǎn)品乙腈；乙腈塔 8 頂蒸出的乙腈水混合蒸汽經(jīng)冷凝、冷卻后送至乙 腈回收系統(tǒng)回收或者燒掉。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用共沸精餾。在眾多雜質(zhì)中，乙腈和丙烯腈的分離最困難。其它氣體自塔頂排出，所排出的氣體中要求丙烯腈和氫氰酸含量均小于 2 l05。通常合成氣體由塔釜進(jìn)入，水由塔頂加入，使它們進(jìn)行逆流接觸，以提高吸收效率。工業(yè) 上采用硫酸濃度為 ％ (w)左右，中和過(guò)程也是反應(yīng)物料的冷卻過(guò)程，故急冷塔也叫氨中和塔。生成的聚合物會(huì)堵塞管道，而各種加成反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物丙烯腈和副產(chǎn)物氫氰酸的損失。反應(yīng)器流出物料中尚有少量未反應(yīng)的氨，這些氨必須除去。氨氧化反應(yīng)放出大量的熱，為了保持床層 溫度穩(wěn)定，反應(yīng)器中設(shè)置了一定數(shù)量的 U型冷卻管，通入高壓熱水，借水的汽化潛熱移走反應(yīng)熱。 7 圖 11 丙烯氨氧化法合成丙烯腈工藝流程圖 1－反應(yīng)器； 2－旋風(fēng)分離器； 1 1 2 25－塔頂氣體冷凝器； 4－急冷塔； 5－水吸收塔； 6－急冷塔釜液泵； 7－急冷塔上部循環(huán)泵； 8－回收塔； 20－塔釜液泵； 117－分層器； 1 19－油層抽出泵； 14－乙腈塔； 15－脫氰塔 ； 1 2 30－塔底再沸器；21－成品塔； 23－成品塔側(cè)線抽出冷卻器； 26－吸收塔側(cè)線采出泵； 27－吸收塔側(cè)線冷卻器；28－氨蒸發(fā)器； 29－丙烯蒸發(fā)器 原料丙烯經(jīng)蒸發(fā)器（ 29）蒸發(fā)，氨經(jīng)蒸發(fā)器（ 28）蒸發(fā)后，進(jìn)行過(guò)熱、混合，從流化床底部經(jīng)氣體分布板進(jìn)入反應(yīng)器（ 1），原料空氣經(jīng)過(guò)濾由空壓機(jī)送入反應(yīng)器（ 1）錐底，原料在催化劑作用下，在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化反應(yīng)。因此，一船采用常壓操作，適當(dāng)加壓只是為了克服后部設(shè)備及管線的阻力。但實(shí)驗(yàn)表明，加壓 反應(yīng)的效果不如常壓理想。 (5)反應(yīng)壓力 丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈是體積縮小的反應(yīng)，提高壓力可增大反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是，增加接觸時(shí)間是有限度的，過(guò)長(zhǎng)的接觸時(shí)間會(huì)使丙烯腈深度氧化的機(jī)會(huì)增大，反而使丙烯腈收率下降。因此，原料氣和催化劑必須有一定的接觸時(shí)間，使原料氣能盡量轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物。再者，過(guò)高的溫度也會(huì)使催化劑的穩(wěn)定性降低。生產(chǎn)中通常采用在 460℃左右進(jìn)行操作。 當(dāng)反應(yīng)溫度升高時(shí)，丙烯轉(zhuǎn)化率、丙烯腈收率都明顯地增加， 而副產(chǎn)物乙腈和氫氰酸收率則有所增加。要獲得丙烯腈的高收率，必須控制較高的反應(yīng)溫度。 (3)反應(yīng)溫度 溫度是影響丙烯氨氧化的一個(gè)重要因素。因此，發(fā)展趨勢(shì)是改進(jìn)催化劑性能，以便少加或不加水蒸汽。另一方面，水蒸 氣的加入，勢(shì)必降低設(shè)備的生產(chǎn)能力，增加動(dòng)力消耗。 （水比） 丙烯氨氧化的主反應(yīng)并不需要水蒸氣參加。但空氣過(guò)多也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如使丙烯濃度下降，影響反應(yīng)速度，從而降低了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力；促使反應(yīng)產(chǎn)物離開催化劑床層后，繼續(xù)發(fā)生深度氧化反應(yīng)，使選擇性下降；使動(dòng)力消耗增加； 使反應(yīng)器流出物中產(chǎn)物濃度下降，影響產(chǎn)物的回收。但若催化劑長(zhǎng)期在缺氧條件下操作，雖經(jīng)再生，活性也不可能全部恢復(fù)。目前，工業(yè)上實(shí)際采 用的丙烯與氧的摩爾比約為 l:2～ 3（大于理論值 1:），采用大于理論值的氧比，主要是為了保護(hù)催化劑，不致因催化劑缺氧而引起失活。因此，丙烯與氨的摩爾比，應(yīng)控制在理論值或略大于理論值，即丙烯 :氨＝ 1:1～ 左右。 （氨比） 在實(shí)際投料中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氨比小于理論值 1:1時(shí)，有較多的副產(chǎn)物丙烯醛生成，氨的用量至少等于理論比。 (2)原料的配比 合理的原料配比，是保證丙烯腈合成反應(yīng)穩(wěn)定、副反應(yīng)少、消耗定 額低，以及操作安全的重要因素。 5 因此，丙烯中丁烯或更高級(jí)烯烴含量必須控制。乙烯在氨氧化 反應(yīng)中不如丙烯活潑，因其沒(méi)有活潑的α H，一般情況下，少量乙烯存在對(duì)反應(yīng)無(wú)不利影響。 操作條件 (1)原料純度 原料丙烯是從烴類裂解氣或催化裂化氣分離得到，其中可能含有的雜質(zhì)是碳二、丙烷和碳四，也可能有硫化物存在。載體的選擇也很重要，由于反應(yīng)是強(qiáng)放熱，所以工業(yè)生產(chǎn)中采用流化床反應(yīng)器。單獨(dú)使用 P— Ce 時(shí)，對(duì)反應(yīng)不能加速或極少加速，但 當(dāng)它們和Mo— Bi 配合使用時(shí)，能改進(jìn) MO— Bi 催化劑的性能。一般認(rèn)為，其中 Mo— Bi 是主催化劑，P— Ce 是助催化劑，具有提高催化劑活性和延長(zhǎng)催化劑壽命的作用。 我國(guó)目前采用的主要是第一類催化劑。為了減少副反應(yīng)，提高目的產(chǎn)物收率，除考慮工藝流程合理和設(shè)備強(qiáng)化外，關(guān)鍵在于選擇適宜的催化劑，所采用的催化劑必須使主反應(yīng)具有較低活化能，這樣可以使反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，使熱力學(xué)上更有利的深度氧化等副反應(yīng)，在動(dòng)力學(xué)上受到抑制。在反應(yīng)過(guò)程中，副產(chǎn)物