【正文】 第二部分 生產(chǎn)方案選擇 8第三部分 工藝流程設(shè)計 8 丙烯腈工藝流程示意圖 8 9第四部分 物料衡算和熱量衡算 10 10 10 物料衡算 10 熱量衡算 12 14 14 14 15 16 16 17 18 21 21 21 22 23 23 23 熱量衡算 26 27 27 27 28 28 28 29 29 29 29 29 30 30 30 30 30 30 30 31 31 31 32 32 32第五部分 主要設(shè)備的工藝計算 32 32 32 33 33（此處即稀相段）直徑 34 34 34 35 35 35 36 38 38 38 39 40 42 42 42 44 44 44 47 47 47 48 48 48 49 49 49 50 50 50 52 52 53第五部分 課程設(shè)計心得 53第六部分 附錄 54 54 附圖 55摘要：，在設(shè)計中采用了丙烯氨氧化制丙烯腈法，此法能有效降低生產(chǎn)成本。該設(shè)計對丙烯腈的性質(zhì)、應(yīng)用、國內(nèi)外發(fā)展、生產(chǎn)方法等進行了簡單介紹。通過設(shè)計計算得出流化床濃相段總高是16米，稀相段高度為10米，直徑是9米，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。丙烯腈，英文名Acrylonitrile（簡稱為ACN），化學(xué)分子式：CH2=CHCN；分子量：。~%（體積）。丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等會成二元共沸混合物，和水的共沸點為 71℃，共沸點中丙烯腈的含量為88%（質(zhì)量），在有苯乙烯存在下，還能形成丙烯腈—苯乙烯—水三元共沸混合物。表 11 丙烯腈與水的相互溶解度溫度/℃水在丙烯腈中的溶解度（質(zhì)量）/%丙烯腈在水中的溶解度（質(zhì)量）/%01020304050607080表12丙烯腈的主要物理性質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)沸點()℃燃點/℃481蒸汽壓/KPa熔點/℃—比熱容Jk1177。聚合反應(yīng)和加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯腈的C=C 雙鍵上，純丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生產(chǎn)過程中，通常要加少量阻聚劑，如對苯酚甲基醚（阻聚劑MEHQ）、對苯二酚、氯化亞銅和胺類化合物等。丙烯腈經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二腈。氰乙基化反應(yīng)是丙烯腈與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng)；丙烯腈和醇反應(yīng)可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯腈主要用來生產(chǎn)ABS樹脂，丙烯酰胺、丙烯酸纖維、己二腈和苯乙烯己二腈樹脂等，目前國內(nèi)供不應(yīng)求，每年需大量進口來滿足市場需求，2000年進口量超過150kt。Sohio丙烯腈工藝日趨完善，催化劑的改進已成為提高丙烯腈收率的主要因素。Ugine開發(fā)的固定床丙烯氨氧化制丙烯腈的工藝，于1990年關(guān)閉，墨西哥的1個工廠于1993年關(guān)閉，在東歐的少數(shù)工廠也陸續(xù)停工。BP公司(已收購Sohio公司)擁有丙烯腈生產(chǎn)裝置所采用的Sohio工藝，其他專利許可公司還包括日本旭化成公司、日東公司、Solutia公司和中國石油化工集團(簡稱中國石化)。（1）裝置規(guī)模向大型化發(fā)展一些原設(shè)計能力為7萬噸/年的生產(chǎn)裝置通過消除“瓶頸”制約，擴大了生產(chǎn)能力，有的達(dá)到9萬噸/年，有的甚至超過13萬噸/年。由于裝置規(guī)模的大型化，每萬噸丙烯腈的建設(shè)投資大幅度下降，裝置運行中的能耗和物耗降低，使丙烯腈生產(chǎn)成本降低，給企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟效益。（2）新型催化劑的開發(fā)及應(yīng)用催化劑是丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是丙烯腈專利的核心。幾十年來世界上從事丙烯腈研究與開發(fā)的各公司都投入了大量的人力、物力和財力，致力于新型催化劑的研究開發(fā)工作，BP、旭化成、Monsanto、中國石油化工總公司等都推出了自己的一代又一代的新催化劑。從催化劑的單程收率看，70年代為70%～75%；80年代達(dá)到80%；90年代超過了80%。20世紀(jì)60年代以來，我國不斷開發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈技術(shù)，并建成多套千噸級規(guī)模裝置。；將中國石化上海石油化工股份有限公司(簡稱上海石化)，打破了國外的技術(shù)壟斷，為國內(nèi)現(xiàn)有裝置改擴建提供了技術(shù)依據(jù)。我國人口眾多，解決13億人口的穿衣問題十分突出。從目前發(fā)展水平看，我國腈綸產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需求。從技術(shù)發(fā)展看，用國內(nèi)丙烯腈技術(shù)建設(shè)的工廠最大規(guī)模才達(dá)到1萬噸/年，而迄今我國大型丙烯腈裝置的技術(shù)都是從國外引進。因此，努力開發(fā)我國自己的丙烯腈成套技術(shù)，特別是采用國內(nèi)技術(shù)興建大型的丙烯腈裝置是擺在我們面前的一項艱巨的任務(wù)。這些都為發(fā)展我國自己的丙烯腈技術(shù)打下了堅實的基礎(chǔ)。為了發(fā)展我國的丙烯腈工業(yè)，中國石油化工總公司組織上海石油化工研究院等單位采用了我國自行開發(fā)成功的11項專利技術(shù)和專有技術(shù)，編制了中國石油化工總公司自己的5萬噸/年丙烯腈裝置的工藝包，命名為SANT。繼1989年大慶石油化工總廠化纖廠采用國產(chǎn)MB86催化劑后，獲得了成功，為國產(chǎn)MB86催化劑的進一步推廣應(yīng)用打開了新的局面。國產(chǎn)催化劑所以能夠比較普遍地被采用，并逐步取代進口催化劑主要原因有兩條:一是國產(chǎn)催化劑的性能質(zhì)量與進口催化劑相當(dāng)，甚至優(yōu)于某些牌號的進口催化劑；二是國產(chǎn)催化劑在價格上比進口催化劑有較強的競爭力。值得一提的是淄博石油化工廠在引進裝置開車時，首裝就采用了國產(chǎn)MB86催化劑，而且開車結(jié)果很好。以MB98丙烯腈催化劑、新型空氣分布板和丙烯氨分布器、PV型旋風(fēng)分離器、復(fù)合萃取分離技術(shù)、負(fù)壓脫氰塔、導(dǎo)向浮閥和新型氣液分離器等國內(nèi)自行開發(fā)的專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)為基礎(chǔ)，打破了國外的技術(shù)壟斷。目前，丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)已在大慶石化、安慶石化、吉化公司、上海石化等4套丙烯腈裝置上推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。據(jù)粗略計算，國產(chǎn)丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)如在國內(nèi)全面推廣應(yīng)用，預(yù)計年新增效益可達(dá)6億元。Sohio法工業(yè)化50多年來，已日趨成熟，工藝上基本沒有重大改變，研究的重點主要在開發(fā)新型的催化劑，開展以節(jié)能、降耗為目標(biāo)的工藝技術(shù)改造，提高工藝收率，減少三廢，消除環(huán)境污染等方面。BP公司已將該法運行成功，并稱該法的生產(chǎn)成本比丙烯法降低20%。中國石油大慶石化分公司研究院開發(fā)了流向變換催化燃燒技術(shù)治理丙烯腈尾氣。該技術(shù)具有工藝可靠、方法簡單、處理效果好等特點。通過急冷過程丙烯腈聚合動力學(xué)和擴散動力學(xué)的理論研究，以新型內(nèi)構(gòu)件改變急冷塔氣、液流場分布、抑制丙烯腈的聚合反應(yīng)，并在急冷塔下段補加水以控制塔釜液中重組分濃度，將酸直接加入到塔釜中以控制塔釜液pH值以及降低外循環(huán)噴淋液溫度，從而有效降低了丙烯腈聚合損失。在此基礎(chǔ)上，通過冷、熱模研究和千噸級工業(yè)試驗，研究了氣液傳熱和流場分布，開發(fā)了丙烯腈急冷塔氣相段新型內(nèi)構(gòu)件，并優(yōu)化了急冷塔工藝參數(shù)，進一步提高了急冷塔的氣液傳熱效率，增強了急冷效果，有效降低了急冷塔內(nèi)丙烯腈在氣相中的聚合損失。上海石化院成功地開發(fā)了提高丙烯腈精制回收率的第二代技術(shù)，有效地增產(chǎn)了丙烯腈產(chǎn)品，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，為我國丙烯腈新建裝置、老裝置改造技術(shù)出口提供了有力的技術(shù)支撐。（1）生成乙腈(ACN)：（2）生成氫氰酸(HCN)。(4)生成二氧化碳。COCO和H2O可以由丙烯直接氧化得到,也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。 催化劑丙烯氨氧化所采用的催化劑主要有兩類,即Mo系和Sb系催化劑。,Mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。P是助催化劑,起提高催化劑選擇性的作用。由于在原料氣中需配入大量水蒸氣,約為丙烯量的3倍(mol),在反應(yīng)溫度下Mo和Bi因揮發(fā)損失嚴(yán)重,催化劑容易失活,而且不易再生,壽命較短,只在工業(yè)裝置上使用了不足10年就被C2C41等代替。初期使用的SbUO催化劑活性很好,丙烯轉(zhuǎn)化率和丙烯腈收率都較高,但由于具有放射性,廢催化劑處理困難,使用幾年后已不采用。據(jù)文獻(xiàn)報道,催化劑中Fe/Sb比為1∶1(mol),X光衍射測試表明,催化劑的主體是FeSbO4,還有少量的Sb2O4。第二部分 生產(chǎn)方案選擇本次設(shè)計選用丙烯氨氧化法制丙烯腈，其優(yōu)點如下：(1)丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品，氨是合成氨工業(yè)的產(chǎn)品，這兩種原料均來源豐富且價格低廉。(3)反應(yīng)的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要是氫氰酸和乙腈，都可以回收利用，而且丙烯腈成品純度較高。(5)反應(yīng)在常壓或低壓下進行，對設(shè)備無加壓要求。第三部分 工藝流程設(shè)計液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器蒸發(fā)，然后分別在丙烯過熱器和氨氣過熱器過熱到需要的溫度后進入混合器；經(jīng)壓縮后的空氣先通過空氣飽和塔增濕，再經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱至一定溫度進入混合器。反應(yīng)器出口的高溫氣體先經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230℃左右進入氨中和塔，在70～80℃下用硫酸吸收反應(yīng)器出口氣體中未反應(yīng)的氨，氨中和塔塔底的含硫酸銨的酸液經(jīng)循環(huán)冷卻器除去吸收熱后，返回塔頂循環(huán)使用。氨中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進入水吸收塔，用5～10℃的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物，％的丙烯腈水溶液，經(jīng)換熱器與氨中和塔出口氣體換熱，溫度升高后去精制工段。K)0~110℃0~360℃0~470℃物質(zhì)ANHCNACNACLCO2kJ/(kg又查硫酸銨的溶解度數(shù)據(jù)得知，80℃時．，而釜液的硫酸銨含量為()，所以釜液溫度控制81℃不會有硫酸銨結(jié)晶析出。系統(tǒng)服從亨利定律和分壓定律，壓力和含量的關(guān)系為： 或塔底排出液的溫度為15℃(見后面的熱衡算)查得15℃時ACN、HCN、ACL和AN的亨利系數(shù)E值為：AN E=810kPaACL E=ACN E=HCN E=1824kPa①AN塔底　?。蠥N=112=從以上計算可看出，溶液未飽和②ACLＰACL=112=，溶液未達(dá)飽和③ACNＰACN=112=，溶液未達(dá)飽和④HCN　ＰHCN=112=從計算結(jié)果可知，在吸收塔的下部，對HCN的吸收推動力為負(fù)值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣體中HCN的含量達(dá)到要求。圖6 空氣飽和塔塔釜物料關(guān)系（1）進料①乙腈解吸塔釜液入槽量==②空氣飽和塔塔底液入槽量==③入槽軟水