年4月19日年產(chǎn)一萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。年產(chǎn)一萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)目錄一、概論及設(shè)計(jì)任務(wù)……………………2二、生產(chǎn)方案……………22.1工藝技術(shù)方案及原理…………22.2設(shè)備方案………………………32.3工程方案………………………3三、物料衡算和熱量衡算………………33.1生產(chǎn)工藝及物料流程…………33.2小時(shí)生產(chǎn)能力…………………53.3物料衡算和熱量衡算…………53.3.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算………53.3.2廢熱鍋爐的熱量衡算…………………73.3.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算3.3.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算……103.3.5換熱器物料衡算和熱量衡算3.3.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算……153.3.7空氣水飽和塔釜液槽………………183.3.8丙烯蒸發(fā)器熱量衡算………………193.3.9丙烯過(guò)熱器熱量衡算………………193.3.10氨蒸發(fā)器熱量衡算…………………203.3.11氣氨過(guò)熱器…………203.3.12混合器………………203.3.13空氣加熱器的熱量衡算……………213.3.14吸收水第一冷卻器…………………213.3.15吸收水第二冷卻器…………………223.3.16吸收水第三冷卻器…………………22四、主要設(shè)備的工藝計(jì)算………………224.1空氣飽和塔…………………224.2水吸收塔……………………244.3合成反應(yīng)器…………………264.4廢熱鍋爐……………………274.5丙烯蒸發(fā)器…………………294.6循環(huán)冷卻器…………………304.7吸收水第一冷卻器…………314.8吸收水第二冷卻器…………324.9吸收水第三冷卻器…………334.10氨蒸發(fā)器……………………344.11氣氨過(guò)熱器…………………354.12丙烯過(guò)熱器…………………354.13空氣加熱器…………………354.14循環(huán)液泵……………………364.15空氣壓縮機(jī)…………………364.16中和液貯槽…………………37五、工藝設(shè)備一覽表…………………37六、原料消耗綜合表…………………39七、能量消耗綜合表…………………40八、排出物綜合表……………………41九、主要管道流速表…………………41十、環(huán)境保護(hù)和安全措施……………4410.1丙烯腈生產(chǎn)中的廢水和廢氣及廢渣的處理………………4410.2生產(chǎn)安全及防護(hù)措施………45

1、概論及設(shè)計(jì)任務(wù)概論丙烯腈是重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，在丙烯系列產(chǎn)品中居第二位，僅次于聚丙烯。在常溫常壓下丙烯腈是無(wú)色液體，味甜，微臭，沸點(diǎn)77.3℃。丙烯腈有毒，室內(nèi)允許濃度為0.002mg／L，在空氣中爆炸極限(體積分?jǐn)?shù))為3.05％～17.5％，與水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有C—C雙鍵和氰基，化學(xué)性質(zhì)活潑，能發(fā)生聚合、加成、氰基和氰乙基等反應(yīng)，制備出各種合成纖維、合成橡膠、塑料、涂料等。

近年來(lái)，丙烷氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的研究也取得長(zhǎng)足進(jìn)展，現(xiàn)已處于中試階段。這一方面是由于價(jià)格的因素，丙烷的價(jià)格比丙烯低得多，另一方面也為惰性的丙烷開(kāi)拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。但就當(dāng)前的技術(shù)水平來(lái)看，固定資產(chǎn)投資大，轉(zhuǎn)化率低，選擇性不高，當(dāng)前報(bào)道的丙烷的轉(zhuǎn)化率67％，選擇性60％，還難以和丙烯氨氧化法相競(jìng)爭(zhēng)，但其前景看好，根據(jù)美國(guó)斯坦福研究所18萬(wàn)t／a丙烯腈概念設(shè)計(jì)，丙烷為原料生產(chǎn)丙烯腈的成本只是丙烯的64％。研究開(kāi)發(fā)的催化丙烯腈是重要的有機(jī)原料，主要用于橡膠合成（如丁腈橡膠）、塑料合成（如ABS，AS樹(shù)脂、聚丙烯酰胺等）、有機(jī)合成、制造腈綸、尼龍66等膈成纖維、殺蟲(chóng)劑、抗水劑、粘合劑等。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱(chēng)丙烯腈合成工段生產(chǎn)方法以丙烯、氨、空氣為原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈。 生產(chǎn)能力年生產(chǎn)天數(shù)300天，產(chǎn)量10000t/a丙烯腈。原料組成液態(tài)丙烯原料含丙烯85%（mol）；液態(tài)氨原料含氨100%。工段產(chǎn)品為丙烯腈水溶液，含丙烯腈約1.8%（wt）。2、生產(chǎn)方案2.1工藝技術(shù)方案及原理20世紀(jì)60年代以前，丙烯腈的生產(chǎn)采用環(huán)氧乙烷、乙醛、乙炔等為原料和HCN反應(yīng)制得，但HCN有劇毒，生產(chǎn)成本高。1960年美國(guó)Standard石油公司(Sohio)(現(xiàn)BP公司)開(kāi)發(fā)成功丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新工藝，又稱(chēng)Sohio法。由于丙烯價(jià)廉易得，又不需劇毒的HCN，從此丙烯腈的生產(chǎn)發(fā)生了根本的變化。迄今為止，丙烯腈的工業(yè)生產(chǎn)都以此方法進(jìn)行。

丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五種工藝路線，即Sohio法、Snam法、Distiners-Ugine法、MontedisonUOP和O.S.W法，上述五種工藝路線的化學(xué)反應(yīng)完全相同，丙烯、氨和空氣經(jīng)過(guò)催化劑生成丙烯腈，其中Sohio法和Montedison-UOP法采用流化床反應(yīng)器，其它方法采用固定床反應(yīng)器。相比較而言，Sohio法有一定的先進(jìn)性，Snam法和Distillers-Ugine法丙烯的消耗定額比較高，而固定床反應(yīng)器的單臺(tái)生產(chǎn)能力遠(yuǎn)小于流化床反應(yīng)器，不利于擴(kuò)大生產(chǎn)能力，而且固定床反應(yīng)溫度難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化操作，因此，當(dāng)前Sohio法應(yīng)用比較普遍，約占全球總生產(chǎn)能力的90％。中國(guó)引進(jìn)的也是Sohio技術(shù)。本工程采用丙烯氨氧化的原理，丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生產(chǎn)過(guò)程的主反應(yīng)為C3H6+NH3+3/2O2CH2=CHCN+3H2O該反應(yīng)的反應(yīng)熱為（-△Hr）298=586.5kJ/molAN 主要的副反應(yīng)和相應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下：生成氫化氰（HCN）C3H6+3NH3+3O23HCN+6H20（-△Hr）298=315.1kJ/molHCN (2)生成丙烯醛（ACL）C3H6+O2CH2=CH-CHO+H2O（-△Hr）298=353.1kJ/molACN(3)生成乙腈（ACN）C3H6+3/2NH3+3/2O23/2CH3CN+3H2O（-△Hr）298=362.3kJ/molACN (4)生成CO2和H2OC3H6+9/2O23CO2+3H2O（-△Hr）298=641kJ/molCO22.2主要設(shè)備方案2.2.1催化設(shè)備

眾所周知，在丙烯腈生產(chǎn)中，催化劑起著十分重要的作用。催化劑正在不斷地更新?lián)Q代，實(shí)踐證明，居世界領(lǐng)先水平的催化劑有美國(guó)BP的C-49MC、日本化學(xué)公司的NS-733D以及中國(guó)的MB-93、MB-96等。這些催化劑的應(yīng)用都可為丙烯腈的生產(chǎn)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。從催化劑的國(guó)產(chǎn)化方面考慮，結(jié)合擴(kuò)能改造，應(yīng)逐步采用效能更為優(yōu)異的MB-93和MB-96催化劑。其余的車(chē)間工段裝置，在相應(yīng)的車(chē)間工段設(shè)立控制室，進(jìn)行監(jiān)視控制操作。鍋爐房電站生產(chǎn)裝置的運(yùn)行控制方式，采用爐機(jī)集中控制。（包括爐、機(jī)、除氧給水系統(tǒng)）。將爐機(jī)控制室設(shè)在裝置建筑物內(nèi)，以利于對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視控制。2.2.2控制系統(tǒng)全廠選用一套中心DCS系統(tǒng)，分別對(duì)儀表進(jìn)行控制。對(duì)連鎖較多的裝置還采用PLC系統(tǒng)。DCS及PLC系統(tǒng)考慮進(jìn)口。在線自動(dòng)分析儀表，基本上采用國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的紅外線自動(dòng)分析器和紫外線自動(dòng)分析器，在線質(zhì)譜儀考慮進(jìn)口，在線色譜儀選用國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的或者進(jìn)口。本系統(tǒng)也考慮了能聯(lián)結(jié)全廠生產(chǎn)調(diào)度，操作管理站即生產(chǎn)總調(diào)度站，以及電氣控制站及其馬達(dá)控制中心和馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化。合成丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程中，為了達(dá)到最佳的合成效果，H2/N2必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，由于工藝過(guò)程對(duì)H2/N2配比干擾因素較多，應(yīng)迅速檢測(cè)出氫氮比，為此選用采集周期短的質(zhì)譜儀測(cè)出氫氮比，從而能實(shí)現(xiàn)多變量預(yù)估控制，并使合成塔入口的氫氮比，波動(dòng)最小，得到最佳氫氮比，產(chǎn)生最好的經(jīng)濟(jì)效益。2.3程方案土建工程方案選擇及原則確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用在滿足工藝生產(chǎn)的前提下，廠房布置盡量一體化，設(shè)備盡可能露天設(shè)置或采用敞開(kāi)式，半敞開(kāi)式。盡量采用普及或放式通難度不大的建筑物配件。充分利用地方建材3、物料衡算和熱量衡算3.1、生產(chǎn)工藝及物料流程生產(chǎn)工藝流程示意圖如下：流程簡(jiǎn)介如下：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)熱器過(guò)熱到需要的溫度后進(jìn)入混合器；經(jīng)壓縮后的空氣先經(jīng)過(guò)空氣飽和塔增濕，再經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱至一定溫度進(jìn)入混合器。混合氣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(jìn)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，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，同時(shí)補(bǔ)充部分新鮮酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸銨的廢液。中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)入水吸收塔，用5～10℃的水吸收丙烯腈和其它副產(chǎn)物，水吸收塔塔底得到含丙烯腈約1.8%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。物料流程圖示意如下：3.2、小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3.1%、設(shè)計(jì)裕量6%計(jì)算，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為3.3物料衡算和熱量衡算3.3.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a.丙烯腈產(chǎn)量1517.86kg/h,即28.63b.原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）含C3H685%,C3H815%c.進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為C3H6:NH3:O2:H2O＝1:1.05:23:3d.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率如表物質(zhì)丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）摩爾收率0.60.0650.070.0070.12e.操作壓力進(jìn)口0.203MPa,出口0.162MPaf.反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度110℃，反應(yīng)溫度470℃g.化學(xué)參數(shù)如表主要物質(zhì)C3H6C3H8NH3丙烯腈乙腈丙烯醛摩爾質(zhì)量kg/kmol424417534156（2）物料衡算a.反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H628.63/0.6=47.72kmol/h=.2kgC3H8(47.72/0.85)×0.15=8.42kmol/h=370.5kgNH347.72×1.05=50.11kmol/h=851.87kgO247.72×2.3=109.76kmol/h=3512.32kgH2O47.72×3=143.16kmol/h=2576.88kgN2（109.76/0.21）×0.79=412.9kmol/h=11561.4kg/hb.反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈(AN)28.63kmol/h=1517.86kg乙腈(ACN)3/2×47.72×0.07=5.01kmol/h=205.4kg丙烯醛(ACL)47.72×0.007=0.33kmol/h=18.48kg/hCO23×47.72×0.12=17.18kmol/h=755.9kgHCN3×47.72×0.065=9.31kmol/h=251.2kgC3H88.42kmol/h=370.5kg/hN2412.9kmol/h=11561.4kg/hO2109.76-（3/2）×28.63-9.31-0.33-5.01-9/（3×2）×17.18=26.40kmol/h=844.8kgC3H647.72-（1/3）×9.31-0.33-（2/3）×5.01-28.63-（1/3）×17.18=6.59kmol/h=276.7kgNH350.11-28.63-5.01-9.31=7.16kmol/h=121.7kgH2O143.16+3×28.63+2×5.01+2×9.31+17.18+0.33=275.2kmol/h=4953.6kgc.反應(yīng)器物料平衡表流量和組成組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H647.72.26.1819.66.59276.70.8271.325C3H88.42370.51.0911.7758.42370.51.061.775NH350.11851.876.494.087.16121.70.8980.583O2109.763512.3214.2216.8226.40844.83.3124.046N2412.911561.454.3855.38412.911561.457.8255.4H2O143.162576.8818.5412.34275.24953.634.4923.71AN000028.631517.863.5947.271ACN00005.01205.40.62890.9843HCN00009.31251.21.1681.231ACL00000.3318.480.0420.0896CO2000017.18755.92.5163.622合計(jì)772.0720917100100797.1320877100100（3）熱量衡算各物質(zhì)0~t℃的平均定壓比熱容如下物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLCO20~1101.8412.052.3010.9411.0461.8830~3602.6783.0132.6361.0041.0882.0081.8741.6401.9331.9661.1300~4702.9293.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量假設(shè)如下熱力學(xué)途徑：470°C，濃相段出口混合氣470°110°△H△H△H1△H325°C25°25°△H2各物質(zhì)25～t℃平均比熱容用0～t℃的平均比熱容代替，誤差不大，因此，若熱損失取ΔH的5%，則需由濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負(fù)荷）為：Q=(1-0.05)×1.886×107=1.792×107kJ/h濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405Mpa的飽和蒸汽（飽和溫度143℃），143℃飽和蒸汽焓isteam143℃飽和水焓iH2O∴產(chǎn)生的蒸汽量=b.稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量以0℃氣體為衡算基準(zhǔn)進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為離開(kāi)稀相段的氣體帶出的熱為若熱損失為4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405Mpa的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為3.3.2廢熱鍋爐的熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)a.入口氣體和出口氣體的組成與反應(yīng)器出口氣體相同b.入口氣體溫度360℃，壓力c.出口氣體溫度180℃，壓力d.鍋爐水側(cè)產(chǎn)生0.405Mpa的飽和蒸汽（2）熱衡算以0℃氣體為衡算基準(zhǔn)

物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLCO22.0712.3432.4060.9621.0541.9251.5521.4851.6071.5861.004各物質(zhì)在0～180℃的平均比熱容為入口氣體帶入熱（等于反應(yīng)器稀相段氣體帶出熱出口氣體帶出熱熱衡算求需要取出的熱量Q按熱損失10%計(jì)，需取出的熱量為產(chǎn)生蒸汽量產(chǎn)生0.405Mpa飽和蒸汽的量為3.3.3（1）計(jì)算依據(jù)a.入塔空氣壓力0.263Mpa,出塔空氣壓力0.243Mpab.空壓機(jī)入口空氣溫度30℃，相對(duì)濕度80%，空壓機(jī)出口氣體溫度c.飽和塔氣、液比為152.4（體積比），飽和度0.81d.塔頂噴淋液為乙腈解吸塔釜液，溫度105℃物質(zhì)ANACN氰醇ACLH2O合計(jì)%（wt）0.0050.0080.00050.000299.986100e.塔頂出口濕空氣的成分和量按反應(yīng)器入口氣體的要求為O2109.76kmol/h即3512.32kgN2412.9kmol/h即11561.4kgH2O143.16kmol/h即2576.88kg(2)物料衡算a.進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量等于（109.76+412.9）=522.65kmol/h=15073kg/h查得30℃，相對(duì)濕度80%時(shí)空氣濕含量為0.022水氣/kg干空氣，因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為0.022×15073=331.6kg/hb.進(jìn)塔熱水量液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為塔頂噴淋液（105℃）的密度為958kg/m3,因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為49.59×958=47507kgC.出塔濕空氣量出塔氣體中的O2、N2、H2O的量與反應(yīng)器入口氣體相同，因此O2109.76kmol/h即3512.32kgN2412.9kmol/h即11561.4kgH2O143.16kmol/h即2576.88kgd.出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量=2576.88—331.6=2245.28kg/h∴塔液流量=47507—2245.28=45261.7kg/he.飽和塔物料衡算表成分入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排出液kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kg/h%(wt)kg/h%(wt)O2109.763512.3220.422.88109.763512.3216.4819.900000N2412.911561.476.7575.32412.911561.462.0165.500000H2O18.42331.68.851.8143.162576.8821.5114.604750099.9864525499.985AN000000002.3750.0052.3750.00525ACN000000003.8000.0083.8000.0084氰醇000000000.2380.00050.2380.00053ACL000000000.0950.00020.0950.00021合計(jì)541.0815405.32100100665.8217650.481001004750710045261100(3)熱衡算a.空氣飽和塔出口氣體溫度從物料平衡表得知，空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為0.215，根據(jù)分壓定律，蒸汽的實(shí)際分壓為因飽和度為0.81，因此飽和蒸汽分壓應(yīng)為：0.05655/0.81=0.0698Mpa=69800Pa查飽和蒸汽表，得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度為90℃，因此，必須控制出塔氣體溫度在90℃，才能保證工藝要求的蒸汽量b．入塔熱水溫度入塔水來(lái)自精制段乙腈解吸塔塔釜，105c.由熱衡算求出熱水溫度t熱衡算基準(zhǔn)：0℃氣態(tài)空氣，0（a）170℃進(jìn)塔空氣帶入熱量Q1170℃蒸汽焓值為2773.3kJ/kg,干空氣在0~170℃（b）出塔濕空氣量帶出熱量Q290℃蒸汽焓2660kJ/kg,,空氣比熱容取1.044kJ/(kg·（c）105℃入塔噴淋液帶入熱量Q3(d)求出塔熱水溫度t出塔熱水帶出的熱量用Q4表示，則按熱損失5%計(jì)，則熱平衡方程Q1+Q3=Q2+Q4+Q代入數(shù)據(jù)：解得t=793.3.4（1）計(jì)算依據(jù)a.入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同b.在中和塔內(nèi)全部氨硫酸吸收，生成硫酸銨c.新鮮硫酸吸收劑的含量為93%（wt）d.塔底出口液體的組成如下：組分H2OANACNHCNH2SO4(NH4)2SO4合計(jì)%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100ｅ．進(jìn)塔溫度180℃，出塔溫度76℃，新鮮硫酸吸收劑溫度30℃ｆ．塔頂壓力0.122ＭＰａ，塔底壓力0.142ＭＰａ（２）物料衡算a.排出的廢液量及其組成進(jìn)塔其中含有72.95kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸銨，氨和硫酸反應(yīng)的方程式如下：硫酸銨的生成量，即需要連續(xù)排出的的流量為塔底排出液中，的含量為30.9%（wt），因此，排放的廢液量為472.5/0.309=1529.1kg/h排放的廢液中，各組分的量：H2O1529.1×0.6853=1047.9kgAN1529.1×0.0003=0.459ACN1529.1×0.0002=0.3058HCN1529.1×0.00016=0.2447H2SO41529.1×0.005=7.647kg(NH4)2SO41529.1×0.309=472.7kg需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%硫酸）的量為：c.出塔氣體中各組分的量C3H6276.7kgC3H8370.5kgO2844.8kgN211561.4kgAN1517.86-0.459=1517.401kgACN205.4-0.3058=205.09kgACL18.48kg/hHCN251.2-0.2447=250.96kgCO2755.9kgH2O出塔氣中的水=入塔氣中帶入的水+新鮮吸收劑帶入水-廢液排出的水=4953.6+385.5×0.07-1047.9=3932.685kg氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表流量和組成組分入塔氣新鮮吸收液排放廢液出塔氣Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)Kg/h%(wt)Kg/h%(wt)Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)C3H66.59276.70.8261.32500006.59276.70.8981.402C3H88.42370.51.061.77400008.42370.51.1481.877NH37.16121.70.8990.58200000000O226.40844.83.3144.048000026.40844.83.604.282N2412.911561.451.855.380000412.911561.456.3158.58H2O275.24953.634.5223.7226.98571047.968.53218.53932.68529.8019.93AN28.631517.863.5917.271000.4590.0328.631517.863.9047.692ACN5.01205.40.62840.9840000.30580.025.00205.090.681.04HCN9.31251.21.1671.203000.24470.0169.29250.961.2691.273ACL0.3318.480.0420.089400000.3318.480.0450.0946CO217.18755.92.1553.621000017.18755.92.3423.83H2SO40000358.515937.6470.50000(NH4)SO4000000472.730.90000合計(jì)797.120877100100385.51001529.1100733.1819733100100(3)熱衡算a.出塔氣體溫度塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為pH2O=yH2Op=0.2980×0.122=0.0363MPa設(shè)飽和度為0.98，則與塔氣體溫度平衡的飽和蒸汽分壓為：P○H2O=0.03636/0.98=0.0371MPa入塔噴淋液的硫酸銨含量為100×30.9/68.53=45g(NH4)2SO4/100gH2O，已知硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓如表10.1所示。根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和p○H2O的值，內(nèi)插得到出塔氣的溫度為76℃b.入塔噴淋液的溫度入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低6℃,故為70℃。C.塔釜排出液溫度表10.1硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/MPa(NH4)2SO4含量/lg[(NH4)2SO4/gH2O]溫度/℃404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109入塔氣蒸氣分壓PH2O=yH2Op=0.3452×0.142=0.049MPa,在釜液(NH4)2SO4含量[45g(NH4)2SO4/100gH2O]下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于0.049MPa時(shí)的釜液溫度即為釜液的飽和溫度，內(nèi)插法從表10.1中得到，飽和溫度為83.5℃，設(shè)塔釜液溫度比飽和溫度低2.5℃,即81又，查硫酸銨的溶解度數(shù)據(jù)得知，80℃時(shí)，每100g水能溶解95.3g硫酸銨，而釜液的硫酸銨含量為45g(NH4)2SO4/100gH2O,因此釜液溫度控制81℃。不會(huì)有硫酸銨結(jié)晶析出。d.熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q7+Q2+Q9(a)入塔氣體帶出熱Q1入塔氣體帶入熱量與廢熱鍋爐出口氣體帶出熱量相同。Q1=5.269×106kJ/h(b)出塔氣體帶出熱Q2各組分在0～76℃的平均比熱容的值如下：物質(zhì)C3H6C3H8O2N2H2OANHCNACNACLCO2EP/[kJ/(kg·k)]1.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921(c)蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱Q3蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量=進(jìn)塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽=4953.6-3932.685=1020.9kg/h蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kgQ3=1020.9×2246.6=2.294×106kJ/h(d)有機(jī)物冷凝放熱Q4AN的冷凝量0.0.459kg/h，其冷凝熱為615kJ/kgACN的冷凝量0.3058kg/h，其冷凝熱為728kJ/kgHCN的冷凝量0.2447kg/h，其冷凝熱為878.6kJ/kg因此(e)氨氣和放熱Q5每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ(f)硫酸稀釋放熱Q6硫酸的稀釋熱為749kJ/kgH2SO4∴Q6=358.515×749=2.685×105kJ/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，查氮肥設(shè)計(jì)手冊(cè)得此組分的硫酸銨水溶液比熱容為3.347kJ/（kg·K）∴Q7=1529.1×3.347×（81-0）=4.145×105kJ/h(h)新鮮吸收劑帶入熱Q830℃、93%H2SO4的比熱容為1.603kJ/（kg·∴Q8=385.5×1.603×（30-0）=18539kJ/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：解得Q9=6.524×106kJ/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)水上水溫度32℃，排水溫度36 W=6.524×106/[4.184(36-32)]=3.898×105e.求循環(huán)液量m30℃循環(huán)液的比熱容為3.368kJ/（kg·K），循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為3.364kJ/（kg·設(shè)循環(huán)液流量為mkg/h，循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度t℃。對(duì)新鮮吸收劑與循環(huán)液匯合處列熱平衡方程得：m×3.368t+18539=(m+395.5)×3.364×70(1) 對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡方程得：m×3.347×81-m×3.368t=Q9=6.524×106（2）解析（1）和（2）得m=183051kg/ht=70.043.3.5換熱器物料衡算和熱量衡算換熱器換熱器AN溶液去精制AN溶液來(lái)自水吸收塔氣體來(lái)自氨中和塔氣液混合物去水吸收塔7640(1)計(jì)算依據(jù)進(jìn)口氣體76℃，組成和流量與氨中和塔出口氣體相同；出口氣體溫度40℃，操作壓力115.5kPa。(2)物料衡算出口氣體溫度40℃，40℃飽和蒸汽壓力為PoH2O=55.32mmHg=7.375kPa 設(shè)出口氣體中含有xkmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：解得x=35.10kmol/h=631.8kg/h∴蒸汽的冷凝量為3932.685-631.8=3300.885kg/h流量和組成組分入口氣體出口氣體冷凝水Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)Kg/h%(wt)C3H66.59276.70.8981.4026.59276.70.8981.402C3H88.42370.51.1481.8778.42370.51.1481.877O226.40844.83.604.28226.40844.83.604.282N2412.911561.456.3158.58412.911561.456.3158.58H2O218.53932.68529.8019.9335.10631.86.3013.8113300.885100AN28.631517.863.9047.69228.631517.863.9047.692ACN5.00205.090.681.045.00205.090.681.04HCN9.29250.961.2691.2739.29250.961.2691.273ACL0.3318.480.0450.09460.3318.480.0450.0946CO217.18755.92.3423.8317.18755.92.3423.83合計(jì)797.12087710010055716555.21001003300.885100因此得到換熱氣體殼方的物料平衡如下:(3)熱量衡算a.換熱器入口氣體帶入熱Q1=1.892×106kJ/hb.蒸汽冷凝放熱Q2c.冷凝液帶出熱Q3d.出口氣體帶出熱Q4出口氣體各組分在0~40℃的平均比熱容如下：組分C3H6C3H8O2N2H2OANHCNACNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3562.7652.0965.6138.66e.熱衡算求換熱器的熱負(fù)荷熱平衡方程：帶入數(shù)據(jù)得：Q5=8.534×106kJ/h3.3.6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℃c．入塔吸收液溫度5d．出塔AN溶液中含AN1.8%（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，EMBEDEquation.3C3H6,C3H8,O2,N2,CO2,等組分不溶于水，因此，出塔干氣體有C3H66.59Kmol/h(276.7KJ/h)，C3H88.42Kmol/h(370.5KJ/h)，O226.40Kmol/h(844.8KJ/h)，N2412.9Kmol/h(11561.4KJ/h)，CO217.18Kmol/h(755.9KJ/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,總壓為101325，出塔氣中干氣總量：6.59+8.42+26.40+412.9+17.18=471.49Kmol/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1517.86/0.018=84325.6kg/h（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=84325.6+13913.42-16555.2-3300.885=78383kgd．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=78383+631.8+3300.885-104.12=82211.56kge.水吸收塔物料平衡如下：流量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/hKg/h%(mol)%(wt)Kg/hKg/hKmol/hKg/h%(mol)%(wt)Kmol/hKg/h%(mol)%(wt)C3H66.59276.71.181.4026.59276.71.3801.9890000C3H88.42370.51.511.8778.42370.51.7642.6620000O226.40844.84.764.28226.40844.85.5356.0740000N2412.911561.474.1258.58412.911561.486.5183.090000H2O35.10631.86.1583.8113300.885783835.784104.121.2120.7484567.382211.5699.0697.64AN28.631517.865.147.692000028.631517.860.62091.8ACN5.00205.090.891.0400005.00205.090.10840.243HCN9.29250.961.671.27300009.29250.960.2010.0221ACL0.3318.480.000590.094600000.3318.480.007160.298CO217.18755.93.083.8317.18755.93.5995.4530000合計(jì)55716555.21001003300.88578383477.27413913.431001004610.5584203.95100100f.檢驗(yàn)前面關(guān)于AN、HCN、ACN、ACL全部溶于水的假設(shè)的正確性因?yàn)橄到y(tǒng)壓力<1MPa,氣相可視為理想氣體，AN、HCN、ACN、ACL的量相對(duì)于水很小，故溶液為稀溶液，系統(tǒng)服從亨利定律和分壓定律。壓力和含量的關(guān)系為P*1=E1x1或P1=E1x1 塔底排出液的溫度為15℃，該溫度下AN、HCN、ACN ACNE=4atm=405.3kPa HCNE=18atm=1824kPa ACLE=3333mmHg=444.4kPa ANE=8atm=810kPa (a)AN 塔底PAN=0.0514×112=5.75681kPax*AN=PAN/EAN=5.7568/810=0.00711以上計(jì)算能夠看出，xAN=0.006209<x*AN，可見(jiàn)溶液未達(dá)飽和。(b)丙烯醛ACLPACL=0.00059×112=0.06608kPax*ACL=PACL/EACL=0.066608/444.4=0.0001487以上計(jì)算能夠看出，xACL=0.0000716<x*ACL，可見(jiàn)溶液未達(dá)飽和。 (c)乙腈ACNPACN=0.0089×112=1.00576kPax*ACN=PACN/EACN=1.00576/405.3=0.002481以上計(jì)算能夠看出，xACN=0.001084<x*ACN，可見(jiàn)溶液未達(dá)飽和。 (d)HCNPHCN=0.0167×112=1.8704kPax*HCN=PHCN/EHCN=1.8704/1824=0.0010254以上計(jì)算能夠看出，xHCN=0.00201>x*HCN，在吸收塔的下部，對(duì)HCN的吸收推動(dòng)力為負(fù)值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣中HCN含量達(dá)到要求。(3)熱量衡算入塔氣帶入熱Q1氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容為物質(zhì)C3H6C3H8O2N2H2OANHCNACNACLCO2EP/[kJ/(kmol·k)]61.9272.3829.4629.2936.7563.3552.1065.6162.7638.66b.入塔凝水帶入熱Q2c.出塔氣帶出熱Q3d.吸收水帶入熱Q4 e.出塔AN溶液帶出熱Q5 AN溶液中各組分的液體摩爾熱容如下：組分H2OANACNHCNACLcP/[kJ/(kmol·k)]75.3121.1107.371.55123.8f.水冷凝放熱Q6水冷凝量=631.8-104.12=527.68kg/h水的冷凝熱為2256kJ/kg∴AN、HCN、ACN、ACL等氣體的溶解放熱Q7AN、HCN、ACN、ACL的冷凝熱數(shù)據(jù)如下:組分ANACNACLHCN冷凝熱（kJ/kg）610.9765.7493.7937.2 熱衡算求出塔液溫度t℃3.3.7空氣水飽和塔釜液槽（1）空氣飽和塔液體進(jìn)出口流量和液體的溫度由空氣飽和塔物料和熱衡算確定；去水吸收塔的液體流量由水吸收塔物料衡算的確定，排污量按乙腈解析塔來(lái)的塔釜液量的15%考慮；乙腈解析塔塔釜液量和去萃取解析塔的液體量由精致系統(tǒng)的物料衡算確定。（2）物料衡算進(jìn)料：乙腈解析塔釜液入槽量=113300-47507=65793kg/h空氣飽和塔塔低液入槽量=45255-17000=28255kg/h入槽軟水量xkg/h出料：去水吸收塔液體量78496kg/h去萃取解析塔液體量30000kg/h做液體釜的總質(zhì)量平衡得65793+28255+x=78496+30000解得x=14448kg/h（3）熱量衡算a.入槽乙腈解析塔釜液帶入熱Q1b.入槽軟水帶入熱Q2c.空氣飽和塔底液帶入熱Q3d.去吸收塔液體帶出熱Q4e.去萃取解析塔帶出熱Q5f.熱衡算求槽出口液體溫度t熱損失按5%算，熱平衡方程為代入數(shù)據(jù)：解得t=88.23℃3.3.8丙烯蒸發(fā)器熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)蒸發(fā)壓力0.405Mpa；加熱劑用0℃的冷鹽水，出口溫度-2℃；丙烯蒸發(fā)量.2kg/h（2）有關(guān)資料a.0.405Mpa下丙烯的沸點(diǎn)為-13℃，汽化b.0.405Mpa下丙烷的沸點(diǎn)為-5℃，汽化（3）熱衡算秋丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量a.丙烯蒸發(fā)吸收的熱Q1b.丙烷蒸發(fā)吸收的熱Q2c.丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q冷損失按10%考慮d.冷凍鹽水用量平均溫度（-1℃）下，冷凍鹽水比冷凍鹽水用量為3.3.9丙烯過(guò)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0.405Mpa蒸汽為加熱劑。（2）熱衡算求丙烯過(guò)熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量丙烯氣的比熱容為1.464KJ/(kg.K)，丙烷氣比熱容1.715KJ/(kg.K)，熱損失按10%考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為加熱蒸汽量為上式中2138KJ/kg是0.405Mpa蒸汽的冷凝熱3.3.10氨蒸發(fā)器熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)a.蒸發(fā)壓力0.405Mpa。b.加熱劑用0.405Mpa飽和蒸汽，冷凝熱為2138KJ/h（2）有關(guān)資料0.405Mpa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加熱蒸汽量3.3.11氣氨過(guò)熱器（1）計(jì)算依據(jù)a.氣氨進(jìn)口溫度-7℃，出口溫度b.用0.405Mpa蒸汽為加熱劑。c.氣氨流量851.87kg（2）熱衡算求其氣氨過(guò)熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量氨氣的比熱容為2.218KJ/(kg.K)，冷損失按10%算。氣氨過(guò)熱器的熱負(fù)荷為加熱蒸汽用量為3.3.（1）計(jì)算依據(jù)氣氨進(jìn)口溫度65℃，流量851.87kg/h丙烯氣進(jìn)口溫度65℃，流量.2kg/h，丙烷氣進(jìn)口溫度65℃，流量370.5kg/h出口混合氣溫度110℃。濕空氣來(lái)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)。EMBEDEquation.3C3H6,C3H8,NH3,在0~65℃的平均比熱容如下表:物質(zhì)KJ/(kg.K)1.5691.822.197氣態(tài)丙烯丙烷帶入熱Q1氣氨帶入熱Q2濕空氣帶入熱Q3和蒸汽0~136℃的平均比熱容分別為1.046KJ/(kg.K)1.84KJ/(kg.K),1.925KJ/(kg.K)?；旌掀鞒隹跉怏w帶出熱Q4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：代入數(shù)據(jù)得:解得:t=1363.3.13空氣加熱器的（1）計(jì)算依據(jù)a.入口空氣溫度90℃，出口空氣溫度136b.空氣的流量和組成如下組分O2N2H2O合計(jì)Kg/h3512.3211561.42576.8817650.6C.熱衡算求空氣加熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽量N2,O2和蒸汽90~136℃的平均比熱容分別為1.046KJ/(kg.K)1.84KJ/(kg.K),1.925KJ/(kg.K)熱損失按10%考慮，空氣加熱器的熱負(fù)荷為用0.608Mpa蒸汽為加熱劑，其飽和溫度為164.2℃，冷凝熱為2066KJ/kg，加熱蒸汽用量為3.3.14吸收水第一冷卻器（1）計(jì)算依據(jù)a.吸收水來(lái)自空氣飽和塔釜液槽，流量為78496kg/h，溫度為b.吸收水出口溫度40℃c.冷卻劑極為循環(huán)水，進(jìn)口32℃，出口（2）熱衡算求冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻劑用量熱負(fù)荷冷卻劑（循環(huán)水）用量為3.3.15吸收水第二冷（1）計(jì)算依據(jù)吸收水進(jìn)口溫度為40℃，出口溫度25℃冷卻劑為深井水，進(jìn)口溫度18℃，出口溫度21℃吸收水流量為78496kg/h（2）熱衡算求冷卻器的熱負(fù)荷和深井水用量冷卻器熱負(fù)荷深井水用量3.3.16吸收水第三冷（1）計(jì)算依據(jù)a.吸收水進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度b.冷卻劑為冷凍鹽水，進(jìn)口溫度-5℃，出口溫度c.吸收水流量為78496kg（2）熱衡算求冷卻器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量冷卻器熱負(fù)荷：冷凍鹽水的比熱容為3.473KJ/(kg.K，冷凍鹽水用量4、主要設(shè)備的工藝計(jì)算4.1空氣飽和塔計(jì)算依據(jù)a.進(jìn)塔空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)Kmol/h109.76412.918.42541.08Kg/h3512.3211561.4331.615405.32b.出塔空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)Kmol/h109.76412.9143.16665.82kg/h3512.3211561.42576.8817650.48c.塔頂噴淋液量47507kg/h，溫度塔底排出液量45261.7kg/h，溫度79℃.塔底壓力0.263Mpa，塔頂壓力0.243Mpa入塔氣溫度170℃，出塔氣溫度90℃.填料用50*50*4.5陶瓷拉西環(huán)（亂堆）塔徑的確定拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式為lg=0.022-1.75(A)式中wf——泛點(diǎn)空塔氣速，m/s；g——重力加速度，9.81m/s2;_____干填料因子，m-1；——?dú)庀嗪鸵合嗝芏?，kg/m3；L，G——?dú)庀嗪鸵合嗔髁?；kg/h——液體的粘度，mPa.(cP).50×50瓷拉西環(huán)的干填料因子為177m-1a.塔頂處==958L=47507kgG=17650.48kg=0.282mPa.s吧數(shù)據(jù)帶入（A）式：解得=1.743m/s泛點(diǎn)率取75%，則氣體空塔速度為：W=0.75×1.752=1.307出塔操作條件下的氣量；塔徑應(yīng)為b.塔底出=975L=45261.7kgG=15405.32kg=0.38mPa.s把數(shù)據(jù)帶入（A）式解得wF=1.721m/s氣體空塔速度為w=0.75wf=0.75×1.721=1.291m/s入塔氣在操作條件下的氣量：塔徑為取塔徑為1.5m填料高度空氣水飽和塔的填料高度確定必須考慮兩方面的要求式出塔氣體中蒸汽含量達(dá)到要求。式塔頂噴淋液中CAN等在塔內(nèi)脫吸以使出塔釜液中CAN等的含量盡量低，以減少污水處理負(fù)荷并回收CAN等副產(chǎn)物。按工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，取填料高度11m。4.2水吸收塔(1)計(jì)算依據(jù)a.進(jìn)塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNACLHCNCO2合計(jì)Kmol/h6.598.4226.40412.935.1028.635.000.339.2917.18557Kg/h276.7370.5844.811561.4631.81517.86205.0918.48250.96755.916555.2 b.出塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2OANCO2合計(jì)Kmol/h6.598.4226.40412.95.784少量17.18477.274Kg/h276.7370.5844.811561.4104.12少量755.913913.43隨入塔氣進(jìn)入的凝水3300.885kg/h。c.塔頂噴淋液量78383kg/h,含ANO.005%(wt),溫度5d.塔底排出液量84325.6kg/h,溫度e.塔底壓力112kPa,塔頂壓力lOlkPa。f.人塔氣溫度40℃,出塔氣溫度10g.出塔氣體中AN含量不大于0.055%(wt)h.填料用250Y型塑料孔板波紋填料。塔徑的確定塑料孔板波紋填料的泛點(diǎn)氣速計(jì)算公式為L(zhǎng)g[ω2F/g(a/ε3)(ρG/ρL)μL0.2]=0.291-1.563(L/G)1/4(ρG/ρL)按塔底情況計(jì)算WFρG=16555.2/[557×22.4×(273+40)/273×101.3/112]=1.286kg/m3ρL=997kg/m3L=18841.52kg/hG=3943.96kg/hμL=1.154mPa·s(cP)a=240m2/mε=0.97代入數(shù)據(jù)：Lg[ω2F/9.81×240/0.973×1.286/997×1.1540.2=0.291-1.563(78383/16555.2)1/4(1.286/997)1/8解得ωF=2.333m/s泛點(diǎn)率取70%，則氣體空塔速度為：ωF=0.7×2.333=1.633m/s氣體在操作條件下的氣量:V=557×22.4×（273+40）/273×101.3/112=12940m3/h=3.594m塔徑取塔徑為1.8m。(3)填料高度液體的噴琳密度U=78383/999.8/(0.785×1.32)=59m3/(m2·h)塑料孔板液紋墳料250Y的液相傳質(zhì)單元高度HOL:當(dāng)U=40m3/(m2·h)時(shí)，25℃下的HOL為0.225mU=60m3/(m2·h)時(shí)，25℃下的HOL得到U=59m3/(m2·h)時(shí)，25℃下的HOL又（HOL）25℃=（HOL）t·e塔內(nèi)液體的平均溫度為(5+15.2)/2=10.2 ∴ 液相傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式如下塔底X1=28.63/(4610.55-28.63)=6.24×10-3E1=810kPaP=112kPa ∴X*1=PaN/E1=0.0514×112/810=0.007198X*1=0.007198/(1-0.007198)=0.00725塔頂X2=(0.005/53)/[(100-0.005)/18]=1.698×10-5E2=506.6kPaP=101.3kPa 出口氣體中含有AN不小于0.055%(wt),因此PaN=5.5×10-4×119.3=0.055 ∴X*2=PaN/E2=0.055/506.6=1.1×10-4代人數(shù)據(jù)求NOL: ∴填料高度為Z=NOL·HOL=16.18×0.292=4.72m 取填料高度為7m。 4.3合成反應(yīng)器 (1)計(jì)算依據(jù)a.出口氣體流量797.13kmol/h;入口氣體流量772.07kmol/h。b.氣體進(jìn)口壓力0.203MPa，出口壓力0.162MPa。c.反應(yīng)溫度470℃，氣體離開(kāi)稀相段的溫度為360d.流化床內(nèi)的換熱裝置以水的冷卻劑，產(chǎn)生0.405MPa(143℃e.接觸時(shí)間10s。(2)濃相段直徑因反應(yīng)過(guò)程總物質(zhì)的量增加，故按出口處計(jì)算塔徑比較安全出口處氣體體積流量為取空床線速0.6m/s濃相段直徑為取流化床濃相段直徑為3.8m。濃相段高度按接觸時(shí)間10s計(jì)算，催化劑的堆體積應(yīng)為靜床高取濃相段高13m。校核:催化劑的堆密度為640kg/m3催化劑質(zhì)量W=67.4×640=43136kg=43.14t∴催化劑負(fù)荷為試驗(yàn)裝置的催化劑負(fù)荷可達(dá)到1.77molC3H6/(h·kgcat)，本設(shè)計(jì)的值小于試驗(yàn)值，是可靠的。(4)擴(kuò)大段(此處即稀相段)直徑取擴(kuò)大段氣速為操作氣速的一半即u=0.3m/s氣體流量擴(kuò)大段直徑為取5.5m。(5)擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床直徑3.8m，空塔氣速0.6m/s.查圖得Hl/D=2∴稀相段高度(6)濃相段冷卻裝置的換熱面積換熱裝置用套管式，總傳熱系數(shù)取233W/(m2·K)換熱裝置的熱負(fù)荷已由熱衡算求出，Q=1.792×107kJ/h=4.978×106J/s換熱面積為取30%的設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為85m2(7)稀相段冷卻裝置的換熱面積用套管式換熱裝置，水為冷卻劑，產(chǎn)生0.405MPa(143℃)蒸汽?？倐鳠嵯禂?shù)取20W/(m2·K)，換熱裝置熱負(fù)荷為Q=2.410×106kJ/h=6.69×105J/s又換熱面積為取30%設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為160m4.4廢熱鍋爐(1)計(jì)算依據(jù)a.管內(nèi)氣體流量和組成如下:組分C3H6C3H8NH3O2N2H2OANACNACLHCNCO2合計(jì)Kmol/h6.598.427.1626.40412.9275.228.635.010.339.3117.18797.13Kg/h276.7370.5121.7844.811561.44953.61517.86205.418.48251.2755.920877 b.管內(nèi)氣體進(jìn)口溫度360℃，出口溫度180管內(nèi)氣體進(jìn)口壓力0.162MPa，出口壓力0.152MPa。 c.用φ42×3.5無(wú)縫鋼管230根作為換熱管，管外熱水沸騰，產(chǎn)生0.405MPa飽和蒸汽。 d.熱負(fù)荷為5.005×106kJ/h。 (2)計(jì)算換熱面積，確定換熱管管長(zhǎng) a.總傳熱系數(shù) (a)管內(nèi)氣體的給熱系數(shù)α1管內(nèi)氣體體積流量(進(jìn)、出口平均流量)為0.157 其它物性數(shù)據(jù)按空氣考慮誤差不大，平均溫度270℃μ=3×10-5kg/(s·m)λ=0.0465W/(m·K)Pr=0.7 (b)管外熱水沸騰的給熱系數(shù)α2 取α2=4651W/(m2·K) (c)總傳熱系數(shù)K沸騰水方污垢熱阻取0.26×10-3m2·K/W，空氣方污垢熱阻取0.5×10-3m2 b.對(duì)數(shù)平均傳熱溫差 c.換熱面積 熱負(fù)荷 換熱面積為取安全系數(shù)1.2,則換熱面積用170m2 換熱管管長(zhǎng)為L(zhǎng)=135/(230×3.14×0.035)=5.34m取L=6m 4.5丙烯蒸發(fā)器 (1)計(jì)算依據(jù) a.丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-13℃，管內(nèi)用0℃的冷凍鹽水(17.5%NaOH水溶液)與丙烯換熱，冷凍鹽水出口溫度 b.丙烯蒸發(fā)量.2kg/h，冷凍鹽水用量152305kg/h。 c.丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷1.057×106kJ/h。 (2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積 a.總傳熱系數(shù) (a)管內(nèi)給熱系數(shù)α1 蒸發(fā)器內(nèi)安裝φ38×3.5的U型鋼管80根。 冷凍鹽水平均溫度-1℃μ=2.485×10-3kg/(m·s)λ=0.545W/(m·K)Cp=3.473kJ/(kg·K)ρ=1130.8kg/m3冷凍鹽水流速為 ∴ (b)管外液態(tài)丙烯沸騰給熱系數(shù)取α2=2326W/(m2·K)(c)總傳熱系數(shù)冷凍鹽水方污垢熱阻取0.264X10-3m2·K/W，丙烯蒸發(fā)側(cè)污垢熱阻取0.176X10-3m2 ∴b.傳熱平均溫差熱端溫差0-(-13)=13℃,冷端溫差-2-(-13)=11c.換熱面積 熱負(fù)荷Q=1.057×106kJ/h=2.936×105J/s 換熱面積為A=70472.2/(532×45)=39.68m 取安全系數(shù)1.2,則換熱面積用50m2 4.6循環(huán)冷卻器 (1)計(jì)算依據(jù) a.管內(nèi)循環(huán)液流量42982kg/h，進(jìn)口溫度81℃。出口溫度70.03 b.管外冷卻劑為循環(huán)水，進(jìn)口溫度32℃，出口沮度36℃，循環(huán)水流量為 c.熱負(fù)荷為1.514×106kJ/h。 (2)計(jì)算換熱面積初選GH90-105I型石墨換熱器，換熱面積105m2,設(shè)備殼休內(nèi)徑D=880mm，內(nèi)有外徑32mm、內(nèi)徑22mm、長(zhǎng)3m的石墨管417根,換熱管為正三角形排列,相鄰兩管的中心距t=40mma.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)循環(huán)液側(cè)的給熱系數(shù)α1平均流體溫度t=(81+69.6)/2=75.5℃,該溫度循環(huán)液的物性數(shù)據(jù)如下:ρ=1140kg/m3μ=0.85×10-3kg/(m·s)λ=0.547W/(m·K)Cp=3.305kJ/(kg·K)管內(nèi)流體的流速為u=42982/[1140×3600×417×0.785(0.022)2=0.0661m/sRe=0.022×0.0661×1140/(0.85×10-3)=1960<10000，過(guò)度流Pr=3.305×103×0.85×10-3/0.547=5.136 ∴α1=0.023λ/dRe0.8Pr0.4(1-6×105/Re1.8)=0.023×0.547/0.022(1960)0.8(5.136)0.4(1-6×105/19601.8)=596W/(m2·K)代人數(shù)據(jù)得d0=4(31/2/2×402-π/4×322)/32π=23.16mmS=0.374×0.888(1-0.032/0.04)=0.0664m 管外流體的流速為u=90464/(994×3600×0.0664)=0.381m/s ∴Re=douρ/μ=0.02316×0.381×994/(0.7371×10-3)=11899 Re值在～1000000范圍內(nèi)可用下式計(jì)算給熱系數(shù)：α2=0.36λ/deRe0.55Pr0.33(μ/μw)0.14代人數(shù)據(jù)得α2=0.36×0.621/0.02316×118990.555.180.33×1=2896.8W/(m2·K) (c)總傳熱系數(shù)石墨的導(dǎo)熱系數(shù)λ=38.4W/(m·K),石墨管壁厚5mm，循環(huán)冷卻水側(cè)污垢熱阻0.6×10-3m2·K/W,循環(huán)液側(cè)污垢熱阻0.2×10-31/K=1/136.68+1/2896.8×22/32+（0.005×22）/（38.4×27）+0.6×10-3+0.2×10-3∴K=120.8W/(m2·K) b.對(duì)數(shù)平均溫差△tm=[(81-36)-(70.03-32)]/ln[(81-36)/(70.03-32)]=41.42K c.換熱面積熱負(fù)荷Q=1.514×106kJ/h=420555.6J/s 換熱面積為A=420555.6/(120.8×41.42)=82m 取安全系數(shù)1.2,則換熱面積用99m24.7吸收水第一冷卻器采用兩臺(tái)螺旋板換熱器并聯(lián)操作，每臺(tái)換熱面積123.7m2，外徑為1600mm,板寬1.2m。板厚4mm，通道14mm(1)計(jì)算依據(jù)a.吸收水量18841.52kg/h，進(jìn)口溫度83.8℃，出口溫度40b.冷卻水里104099kg/h，進(jìn)口溫度32℃，出口溫度40c熱負(fù)荷3.484×106kJ/h=0.968×106J/s。(2)計(jì)算換熱面積a總傳熱系數(shù) (a)的吸收水側(cè)給熱系數(shù)α1吸收水平均溫度t=(83.8+40)/2=61.9℃,此溫度下的水的物性數(shù)據(jù)如下:μ=0.455×10-3kg/(m·s)cp=1kcal/(kg·K)ρ=983kg/m3Pr=2.894吸收水側(cè)通道面積為1.2×0.014=0.0168m2吸收水流速u(mài)=18841.52/(983×3600×2×0.0168)=0.1585m/s當(dāng)量直徑de=4×流通截面/潤(rùn)濕周邊=4(1.2×0.014)/[2(1.2+0.014)]=0.0277m螺旋板換熱器的給熱系數(shù)計(jì)算公式為:α=0.018Re-0.2cpGPr-0.6式中G——液體的重量流量，kg/(m2·h)；cp——液體比熱容，kcal/(kg·K)；α——給熱系數(shù)，kcal/(m2·h·℃)。代人數(shù)據(jù)G=18841.52/(3×0.0168)=5.608×105kg/(m2Re=deuρ/μ=0.0277×0.1585×983/(0.455×10-3)=9485 ∴α1=0.018×9485-0.2×1×5.608×105×2.894-0.6=854kcal/(m2·h·℃)=993W/(m2·K) (b)冷卻水側(cè)的給熱系數(shù)α2吸收水平均溫度t=(32+40)/2=36℃,此溫度下的水的物性數(shù)據(jù)如下:μ=0.7085×10-3kg/(m·cp=1kcal/(kg·K)ρ=993.9kg/m3Pr=4.86冷卻水通道面積=1.2×0.014=0.0168m2吸收水流速u(mài)=104099/(993.9×3600×2×0.0168)=0.866m/s當(dāng)量直徑de=4(1.2×0.014)/[2(1.2+0.014)]=0.0277m∴G=104099/(2×0.0168)=3.098×106kg/(m2·h)Re=deuρ/μ=0.0277×0.866×993.9/(0.7085×10-3)=33651α2=0.018×33651-0.2×1×3.098×106×4.86-0.6=2683kcal/(m2·h·℃)=3120W/(m2·K) (c)總傳熱系數(shù)不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/(m·K),板厚4mm,冷卻水(循環(huán)水)側(cè)污垢熱阻0.6×10-3m2·K/W,吸收水側(cè)污垢熱阻0.23×10-3代人數(shù)據(jù)求K：1/K=1/993+1/3120+0.004/45+0.6×10-3+0.23×10-3∴K=445W/(m2·K) b.傳熱平均溫差△tm=[(83.8-40)-(40-32)]/ln[(83.8-40)/(40-32)]=21.06℃ c.換熱面積(每臺(tái))每臺(tái)換熱器的熱負(fù)荷為Q=0.968×106/2J/s=4.84×105J/s 每臺(tái)換熱器的換熱面積為A=4.84×105/(445×21.06)=102.6m取安全系數(shù)1.2,則每臺(tái)換熱器的換熱面積應(yīng)為122m2。所選123.7m 4.8吸收水第二冷卻器選與吸收水第一冷卻器相同的兩臺(tái)螺旋板換熱器并聯(lián)操作。(1)計(jì)算依據(jù)a.吸收水量18841