1、丙烯腈生產(chǎn)概念設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)作者：林英光 喻冬秀 指導(dǎo)教師：錢 宇 教授 陸恩錫 教授 項(xiàng)目背景2. 設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù) 3. 技術(shù)分析 4. 流程模擬與優(yōu)化5. 經(jīng)濟(jì)分析6. 總結(jié)(改進(jìn)之處）7. 建議 主 要 內(nèi) 容一、項(xiàng)目背景1、丙烯腈應(yīng)用廣泛-丙烯腈是一種非常重要的有機(jī)化工原料，在合成纖維、樹脂、橡膠急膠粘劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 2、丙烯腈的產(chǎn)量和市場(chǎng)需求大 全球產(chǎn)量：5050kt/a，年均需求增長(zhǎng)4.0%； 中國(guó)產(chǎn)量：410kt/a,年均需求增長(zhǎng)14.3%。3、合成方法-提出了對(duì)傳統(tǒng)的丙烯氨氧化法具有挑戰(zhàn)性的丙烷氨氧化法設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)規(guī)模：100000噸丙烯腈/年，按照300天開工計(jì)算，即

2、7200小時(shí)，丙烯腈產(chǎn)品流量13888.89Kg/hr,即261.56Kmol/h；設(shè)計(jì)要求：丙烯腈產(chǎn)品純度（質(zhì)量）99.5%。二、設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù) 三、技 術(shù) 分 析-反應(yīng)過程分析C3H8 + NH3 +1.5 O2 CH2 =CHCN + 3 H2OC3H8 + 1.5NH3 + 2O2 1.5CH3CN + 4H2O C3H8 + 3NH3 + 3.5O2 3HCN + 7H2OC3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2OC3H8 + 3.5O2 3CO + 4H2O 丙烷 丙烯腈氨 乙腈、氫氰酸氧氣 廢氣：CO2、 CO；廢水三、技 術(shù) 分 析-生產(chǎn)流程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖原料預(yù)熱汽化反應(yīng)系統(tǒng)分離

3、系統(tǒng)氨-再生-循環(huán)丙烷-處理-循環(huán)乙腈、氫氰酸 丙烷、氨、氧 廢氣：CO2、CO等;丙烯腈廢水 丙烯腈生產(chǎn)過程中各組分性狀及流向組分 常壓沸點(diǎn)/ 常溫常壓性狀 水溶性 流向丙烷 -42.0 無色氣體 不溶 反應(yīng)器-處理-循環(huán)氨 -33.4 無色氣體 溶 反應(yīng)器-再生-循環(huán)氧氣 -182.8 無色氣體 不溶 反應(yīng)器二氧化碳 -78 無色氣體 不溶 尾氣處理排放一氧化碳 -191.5 無色氣體 不溶 尾氣處理排放丙烯腈 78 無色液體 溶 主產(chǎn)物回收乙腈 81.6 無色液體 溶 副產(chǎn)物回收氫氰酸 26 無色液體 溶 副產(chǎn)物回收水 100 無色液體 溶 排放處理 三、技 術(shù) 分 析-分離過程分析三、

4、技 術(shù) 分 析-分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 反應(yīng)產(chǎn)物冷凝塔冷凝塔精餾塔精餾塔 反應(yīng)氣 CO2、CO、原料氣氨、水丙烯腈乙腈HCN四、流程模擬與優(yōu)化-工藝流程圖 Aspen plus 模擬流程圖四、流程模擬與優(yōu)化-冷凝塔F-101操作條件確定 冷凝塔F-101溫度對(duì)分離效果的影響 四、流程模擬與優(yōu)化-冷凝塔F-101操作條件確定Block Results SummaryT（Outlet）P（Out）VaporfractionHeat dutyNet duty102bar0.5459312.0859Mmkcal/hr12.0859Mmkcal/hrMass and Energy BalanceTotalIn

5、OutRel.diffMole-Flow/Kmol/hr3622.036513622.036510Mass-Flow/Kg/hr106101.888106101.888-4.732e-13Enthalpy/MMkcal/hr-52.411935-64.4978470.18738473 冷凝塔F-101模擬與優(yōu)化結(jié)果 四、流程模擬與優(yōu)化-冷凝塔F-102操作條件確定冷凝塔F-102溫度對(duì)分離效果的影響 四、流程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-101 優(yōu)化結(jié)果精餾塔T-101理論塔板數(shù)、進(jìn)料板位置與回流比的關(guān)系 四、流程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-101 優(yōu)化結(jié)果精餾塔T-101理論塔板數(shù)對(duì)分離效果的影響 四、流

6、程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-101 優(yōu)化結(jié)果理論塔板數(shù)最佳進(jìn)料位置回流比塔頂壓力/bar塔底壓力/bar60300.512Block Results SummaryCondenser duty15.3620MMkcal/hrT/Feed stage 91.3063T/Top stage 11.2079Reboiler duty15.9641MMkcal/hrT/Bottom stage 101.4693Feed quality-0.0527642Mass and Energy Balance TotalInOutRel.diffMole-Flow/Kmol/hr1646.555021646.553

7、916.7235e-07Mass-Flow/Kg/hr64580.161164579.8734.4615e-06Enthalpy/MMkcal/hr42.47765543.0798026-0.0139774四、流程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-102 優(yōu)化結(jié)果精餾塔T-102理論塔板數(shù)、進(jìn)料板位置與回流比的關(guān)系 四、流程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-102 優(yōu)化結(jié)果精餾塔T-102理論塔板數(shù)對(duì)分離效果的影響 四、流程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-102 優(yōu)化結(jié)果精餾塔T-102回流比對(duì)分離效果的影響 四、流程模擬與優(yōu)化-精餾塔T-102 優(yōu)化結(jié)果 理論塔板數(shù)最佳進(jìn)料位置回流比塔頂壓力/bar塔底壓力/bar 4020

8、2012Block Results SummaryCondenser duty43.1318MMkcal/hrT（Feed stage）/ 91.3063T（Top stage ）/78.6760Reboiler duty42.9515MMkcal/hrT（Bottom stage）/ 101.729Feed quality0.0404397Mass and Energy BalanceTotalInOutRel.diffMole-FlowKmol/hr329.311004329.3110040Mass-FlowKg/hr17372.699917372.704-2.379e-07Enthalp

9、yMMkcal/hr12.152651211.97241520.01483100四、流程模擬與優(yōu)化-產(chǎn)物物流（Stream No18）模擬結(jié)果Mole Flow kmol/hr Mass Frac AMMON-01（氨）0AMMON-010OXYGE-01（氧）0OXYGE-010ACRYL-01（丙烯腈）261.856516ACRYL-010.99531764ACETO-01（乙腈）1.59227595ACETO-010.00468231HYDRO-01（氫氰酸）0HYDRO-010WATER（水）0WATER0CARBO-01（二氧化碳）0CARBO-010CARBO-02（一氧化碳）0C

10、ARBO-020PROPA-01（乙烷）0PROPA-010五、 經(jīng)濟(jì)分析-反應(yīng)過程對(duì)比經(jīng)濟(jì)分析 收率為60% 時(shí)丙烷法與丙烯法反應(yīng)器參數(shù)對(duì)比項(xiàng)目丙烷氨氧化法(A)丙烯氨氧化法(B)A/B反應(yīng)器熱負(fù)荷MMkcal/hr-53.664016-45.266371.19反應(yīng)出料物流體積流量Cum/hr106027.35298368.4341.08產(chǎn)物丙烯腈流量(純度99.5%)261.857261.6851.00五、 經(jīng)濟(jì)分析 -投資成本對(duì)比經(jīng)濟(jì)分析 投資費(fèi)用 日本三菱化學(xué) 美國(guó)BP-AMOCO（百萬美元） 丙烷法工藝 丙烯法工藝總固定投資 237.3 188.4原材料 56.6 62.5公用工程 5.9 8.3可變成本 50.8 62.5裝置現(xiàn)金成本 60.2 69.1生產(chǎn)成本 78.9 86.3副產(chǎn)收益 -11.7 -8.4產(chǎn)品成本 111.5 112.2反應(yīng)器直徑/高度(m) 13.3/14.2 9.5/18.9吸收塔直徑/高度(m) 5.4/15.2 3.8/15.2六、 總 結(jié)1、選用最先進(jìn)的三菱化學(xué)的丙烷氨氧化催化技術(shù)；2、采用“雙冷凝塔雙精餾塔”的分離結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了全程流程模擬和計(jì)算； 3、用ASPEN-PL