丙烯乙酰氨基酸氧化路線制備丙烯腈工藝設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u20496一、文獻(xiàn)綜述 3275111.丙烯腈的性質(zhì) 382321.1丙烯腈的物理性質(zhì) 3321461.2丙烯腈的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用 45902.丙烯腈的生產(chǎn)情況分析及預(yù)測 4120013.丙烯腈的市場分析 59664.丙烯腈的生產(chǎn)方法 552294.1丙烯腈常用的生產(chǎn)方法介紹 558614.2丙烷氨氧化制丙烯腈工藝 627875.丙烯腈的發(fā)展趨勢及建議 7129725.1丙烯腈的發(fā)展趨勢 736435.2關(guān)于丙烯腈的發(fā)展趨勢個人建議 8103016.提升丙烯腈收率的方法 891736.1不斷優(yōu)化操作條件 895036.2不斷改善原料進(jìn)料的分布水平 846696.3對損失嚴(yán)重的急冷塔進(jìn)行改造 9205786.4降低吸收溫度，減少丙烯腈的損失 9154007.丙烯腈損失的原因分析 987387.1聚合損失 9247017.2游離損失 920485二、工藝流程介紹 10203102.1生產(chǎn)方法簡述 1016024(1)生成氫化氰(HCN) 1025697(2)生成丙烯醛(ACL) 109924(3)生成乙腈(ACN) 1022805(4)生成CO2和H2O 10224422.2工藝流程說明 10218892.3工藝條件 111712.3.1反應(yīng)溫度 1173762.3.2反應(yīng)壓力 1131762.3.3接觸時間 11232222.3.4原料純度 117418三、物料衡算和熱量衡算 123433.2.2廢熱鍋爐的熱量衡算 16314113.3.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算 17254593.3.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算 2046483.3.5換熱器物料衡算和熱量衡算 26217183.3.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算 28172423.3.8丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 34110973.3.10氨蒸發(fā)器熱量衡算 3549053.3.11氣氨過熱器 3633323.3.12混合器 3665313.3.13空氣加熱器的熱量衡算 3771733.3.15吸收水第二冷卻器 3866373.3.16吸收水第三冷卻器 3822428四、主要設(shè)備的工藝計算 39249094.4.1空氣飽和塔 39301(1)計算依據(jù) 396953(2)塔徑的確定拉西環(huán)的泛點速度計算公式為： 3938574.4.2水吸收塔 428627(1)計算依據(jù) 4217131(2)塔徑的確定塑料孔板波紋填料的泛點氣速計算公式為： 4210073(3)填料高度 43264944.4.3合成反應(yīng)器 4519892(1)計算依據(jù) 456744(2)濃相段出口處氣體體積流量為： 457430(3)濃相段高度按接觸時間5s計算，催化劑的堆體積應(yīng)為 4526587(4)擴(kuò)大段(此處即為稀相段)直徑 46104164.4.4廢熱鍋爐 4729789(1)計算依據(jù) 4720548(2)計算換熱面積,確定換熱管管長 478874.4.5丙烯蒸發(fā)器 4918966(1)計算依據(jù) 4930406(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積 49193284.4.6循環(huán)冷卻器 50265304.4.7吸收水第一冷卻器 531084(1)計算依據(jù) 5323448(2)計算換熱面積 5334484.4.8吸收水第二冷卻器 5520906(1)計算依據(jù) 5512942(2)計算換熱面積 5557974.4.9吸收水第三冷卻器 5726763(1)計算依據(jù) 57266(2)計算換熱面積 57130354.4.10氨蒸發(fā)器 5931069(1)計算依據(jù) 5926419(2)計算換熱面積 5966214.4.11氨氣過濾器 593660(1)計算依據(jù) 6018663(2)計算換熱面積 60229924.4.12丙烯過熱器 602969(1)計算依據(jù) 605287(2)計算換熱面積 60313454.4.13空氣加熱器 61290954.4.14循環(huán)液泵 62204734.4.15空氣壓縮機(jī) 63286914.4.16中和液貯槽 632500五、工藝設(shè)備一覽表 633370六、原料消耗綜合表 675691七、能量消耗綜合表 6729484八、排出物綜合表 687707九、主要管道流速表 68一、文獻(xiàn)綜述1.丙烯腈的性質(zhì)1.1丙烯腈的物理性質(zhì)丙烯腈的主要物理性質(zhì)見下表1-1，1-2：表1-1丙烯腈與水的相互溶解度表1-2丙烯腈的主要物理性質(zhì)1.2丙烯腈的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用丙烯腈,易燃,其中的一種水蒸氣和其他空氣相互作用后就可以直接加熱形成一種具有強(qiáng)烈爆炸性的氣體混合。碰到這種明火和水的高熱很容易直接導(dǎo)致食物燃燒,并且還會釋放出一些對人有毒的有害氣體。它與其他氧化劑、強(qiáng)酸、弱酸和堿、胺類、溴等都一樣可以直接進(jìn)行劇烈的氧化反應(yīng)。在高于火場的高溫下,能夠迅速地加熱發(fā)生化學(xué)集熱聚合反應(yīng)并直接釋放出大量的化學(xué)熱量,從而直接導(dǎo)致集熱容器發(fā)生破裂。丙烯腈可發(fā)生雙鍵可氫、環(huán)氧化、雙鍵斷裂、鹵素加成,氰基水解生成羧基,氰基還原生成酰胺和伯胺等反應(yīng)。迄今為止,丙烯腈不僅僅成為可以廣泛地應(yīng)用于加工制備各種合成樹脂、合成橡膠和其他合成纖維等重要合成單體,而且還成為可以廣泛地應(yīng)用于制造殺蟲劑和滅蟲滿腈的中間體。2.丙烯腈的生產(chǎn)情況分析及預(yù)測2019年中國全球人民使丙烯腈行業(yè)總產(chǎn)能累計達(dá)818.4萬噸/年,相比2018年同比增長了大約16萬噸,其主要形成原因之一可能就是由于中國國內(nèi)每年一批新建成的丙烯腈生產(chǎn)裝置已經(jīng)全部開始批量投產(chǎn),同時還由于存在一些部分先進(jìn)設(shè)備致使總計21萬噸/年的過剩產(chǎn)能被迫暫時關(guān)停。英力特稀土工業(yè)集團(tuán)的民用丙烯腈生產(chǎn)總量和年均產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到135.5萬噸/年,它已經(jīng)發(fā)展成為了目前全球市場規(guī)模最大的民用丙烯腈原料制造商。在未來的幾年里,全球丙烯腈制造業(yè)的巨頭依舊在沙特擴(kuò)建自己的丙烯腈制造設(shè)備,主要是有很多企業(yè)合資在沙特大陸新建了20萬噸/年的丙烯腈生產(chǎn)設(shè)備,這個巨大的項目原本打算在2015年年底前完工并使用開始投產(chǎn),但直到現(xiàn)在,仍然會經(jīng)常出現(xiàn)沒有任何一家企業(yè)建成開始投產(chǎn)的消息報道。直到2025年建成并正式投產(chǎn)時,它將一定會發(fā)展成為中東地區(qū)的第一座同類型機(jī)械制造廠。3.丙烯腈的市場分析眾所周知,亞洲、歐洲和北美洲是世界上丙烯腈消費的主要地區(qū),然而在世界各個地區(qū)中,推動全球需求量增長最快的市當(dāng)屬亞洲。自從2019年開始,我國國內(nèi)丙烯腈市場一直呈現(xiàn)出穩(wěn)步上揚的趨勢。2019年5月中旬,丙烯腈在國內(nèi)眾多化工產(chǎn)品中相當(dāng)受歡迎。它的下游產(chǎn)品需求量比較大,尤其是ABS方面,裝置基本上都開滿,需求相對穩(wěn)定。直到2019年6月,丙烯腈在中國的市場已經(jīng)進(jìn)入了快速的下跌趨勢,漲幅迅猛,猝不及防,其需求量的下滑是壓制市場不斷走低的主要因素。4.丙烯腈的生產(chǎn)方法4.1丙烯腈常用的生產(chǎn)方法介紹(1)乙炔法在氯化亞銅-氯化鉀-氯化鈉稀鹽酸溶液作為催化劑，反應(yīng)溫度為80-90℃的條件下，乙炔和氫氰酸反應(yīng)從而制得丙烯腈。這種方法生產(chǎn)過程簡單，收率良好，以氫氰酸來計可以高達(dá)97%。但是不足之處莫過于副反應(yīng)較多，產(chǎn)物精制比較困難，毒性也比較大，最主要的還是原料乙炔的價格比丙烯高很多，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于丙烯氨氧化法。很久很久以前，乙炔法曾是全國各地生產(chǎn)丙烯腈的主要方法。(2)丙烯氨氧化法將丙烯、氨、空氣和水作為主要原料，按照一定量的配比進(jìn)入沸騰床或固定床反應(yīng)器，以硅膠作為載體的銻鐵系催化劑作用下，在常壓、400-500℃溫度范圍內(nèi)，進(jìn)而生成丙烯腈。接下來在中和塔中利用稀硫酸去除殘余的氨，再經(jīng)過吸收塔把丙烯腈等氣體用水吸收之后從而形成水溶液，使該水溶液經(jīng)過萃取塔從而有效分離乙腈，在脫氫氰酸塔中除去氫氰酸，再經(jīng)過大量的脫水、適當(dāng)?shù)木s以此得到純度較高的丙烯腈產(chǎn)品，它的單程收率可以高達(dá)70%以上，這種方法主要產(chǎn)生三種副產(chǎn)物分別是：乙腈、氫氰酸和硫酸銨。丙烯氨氧化法是迄今為止最具有工業(yè)生產(chǎn)價值的生產(chǎn)方法。(3)環(huán)氧乙烷法(又稱氰乙醇法)環(huán)氧乙烷和氫氰酸作為其主要原料，經(jīng)過兩步反應(yīng)就可以合成丙烯腈。環(huán)氧乙烷和氫氰酸在水和三甲胺存在的條件下反應(yīng)制得氰乙醇，然后以碳酸鎂作為催化劑，在200-280℃范圍內(nèi)脫水制得丙烯腈，收率為75%左右。這種方法生產(chǎn)的丙烯腈純度比較高，但是氫氰酸毒性較大，成本也較高。正是因為以上各種傳統(tǒng)生產(chǎn)方法原料比較昂貴，生產(chǎn)成本較高，所以很大程度上緊緊限制了丙烯腈生產(chǎn)的發(fā)展。再加上，丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新方法的開發(fā)，不但原料價格低廉易得、工藝流程簡單、設(shè)備投資少、產(chǎn)品品質(zhì)高并且生產(chǎn)成本低，因此很快就代替了乙炔法，從而迅速推動了丙烯腈生產(chǎn)的發(fā)展，成為當(dāng)今世界生產(chǎn)丙烯腈的主要方法之一。因此，目前我國主要采用丙烯氨氧化制丙烯腈的生產(chǎn)方法。其生產(chǎn)原理為:主反應(yīng)：副反應(yīng)：反應(yīng)條件：(1)溫度：850華氏度；

(2)壓力：0.2MPa；接觸時間：2-6s；

(3)原料配比：。4.2丙烷氨氧化制丙烯腈工藝目前國內(nèi)外的產(chǎn)品生產(chǎn)流化技術(shù)主要設(shè)備有專用流化床乙炔丙烯胺與氨甲酯氧化法和專用流化床乙烯丙烷胺與氨甲酯氧化復(fù)合法。正是因為人工丙烷和天然丙烯之間還存有著巨大的產(chǎn)品市場性和價格差,再者又加上其中對丙烷的利用資源格外豐富,因此,許多生產(chǎn)企業(yè)紛紛主動開始著手研究一種利用天然丙烷丙烯作為主要生產(chǎn)原料來制備天然丙烯腈的各種生產(chǎn)工藝方法和制備工藝。這可以憑借豐富的丙烷原料完成氨氧化,是一種環(huán)境友好型并且具有額外經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)工藝。目前,丙烷酸或氨經(jīng)過氧化制備法的主要生產(chǎn)工藝大致情況可以劃分為兩種:第一種主要采用的方式是一步法,也就是說脫氧丙烷在較穩(wěn)定的兩種催化劑聯(lián)合作用下,同時對脫氧丙烷和氨進(jìn)行著兩種制備反應(yīng),即脫氧丙烷的丙氫氧化亞碳脫氧加氫制備反應(yīng)和脫氧丙烯酸或氨的過氧化脫氫反應(yīng);第二種主要采用的方法是兩步直接制備法的方法,也就是說先將丙烷經(jīng)過丙氫氧化亞碳脫羧加氫后直接生成氧化丙烯,然后再以一種傳統(tǒng)的脫氫丙烯酸或氨經(jīng)過氧化脫氫制備法的工藝直接生產(chǎn)丙烯腈。4.2.1丙烷直接氨氧化生產(chǎn)工藝一般來說,丙烷直接通過氨氧化法制取丙烯腈是個格外復(fù)雜的反應(yīng),該種聚苯丙烯腈在反應(yīng)中不僅含有C3H8和NH3活化,而且還含有NH的插入聚苯丙烯腈反應(yīng)。該反應(yīng)的過程中除了會產(chǎn)生丙烯腈的主反應(yīng)外,還會繼續(xù)伴隨著許多副反應(yīng)的發(fā)生,從而加大了催化反應(yīng)的機(jī)理和研究難度。許多研究人員對此問題進(jìn)行了很多深入的研究,但是他們所得到的結(jié)果卻不盡相同。研究工作人員在進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn),該反應(yīng)并沒有順利地沿原始的反應(yīng)路徑逐次進(jìn)行,同時他們還得出了一個結(jié)論,就是不太可能能夠完全排除另一個反應(yīng)路徑的存在。因此,隨著反應(yīng)環(huán)境條件的不斷改善以及催化劑系統(tǒng)的截然差異,這些反應(yīng)都很極端地有可能會繼續(xù)發(fā)生。雖然丙烷可以沿許多種不同的路徑轉(zhuǎn)化為丙烯腈,但Centi等人認(rèn)為,丙烷轉(zhuǎn)化的主要途徑仍然是通過丙烷首次轉(zhuǎn)化為丙烯,丙烯經(jīng)丙烯醇、丙烯亞胺再次生成丙烯腈。4.2.2丙烷脫氫丙烯氧化生產(chǎn)工藝總的來說,丙烷脫氫后經(jīng)過丙烯氨氧化處理工藝主要分為以丙烷和氨氧化作為主要原材料的兩個階段。(1)丙烷經(jīng)過適當(dāng)?shù)拿摎鋸亩磻?yīng)生成丙烯；(2)現(xiàn)在人們采用傳統(tǒng)丙烯氨氧化去除工藝將其制成丙烯腈。正是第二種方法需要大量地使用和添加丙烷脫氫劑的裝置,所以其固定投資成本必然也就比丙烷直接氨氧化法使用的成本更高。因此,丙烷直接氨氧化法相比傳統(tǒng)的其他生產(chǎn)方法更具有吸引力。5.丙烯腈的發(fā)展趨勢及建議5.1丙烯腈的發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代科學(xué)的復(fù)雜變化和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,丙烯腈制造工業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)出幾個主要發(fā)展趨勢：一個主要是以丙烷基乙烯為主要原材料的丙烯腈制造路線正在逐漸被推廣；二是對新型催化劑研究仍然被認(rèn)為是國內(nèi)外專家和學(xué)者所關(guān)注的研究課題;三是設(shè)備規(guī)模的大型化;四是幾十年來節(jié)能低碳減排、制造工藝和設(shè)備的優(yōu)化變得越來越重要;五是目前對廢氣和垃圾廢水進(jìn)行處理已經(jīng)成為了重要研究方向。丙烯腈在工業(yè)上生產(chǎn)的方法主要可以分為丙烷氨氧化法和丙烯氨氧化法。在這個科技發(fā)達(dá)的時代,我國的丙烯腈大多數(shù)都是通過丙烯氨氧化法制備而得到的。國內(nèi)在推廣丙烯腈制備技術(shù)的研究過程中己經(jīng)取得了相當(dāng)十足的成果。由于催化劑的應(yīng)用是企業(yè)生產(chǎn)各種丙烯腈最為關(guān)鍵的因素，因此很多企業(yè)和公司都比較重視其高性能催化劑的研制和開發(fā),隨著現(xiàn)代社會人們的環(huán)保意識增強(qiáng),丙烯腈的生產(chǎn)對于環(huán)境所造成的嚴(yán)重污染也使其越來越受到了人們的關(guān)注。這將會給一些早年正在建設(shè)的丙烯腈材料裝置工程帶來極為不利的后果,這些材料裝置在使用過程中需要投入大量資金、對其進(jìn)行一定程度的改造、新建廢氣和垃圾等處理設(shè)備,以便于實現(xiàn)環(huán)保的要求。5.2關(guān)于丙烯腈的發(fā)展趨勢個人建議根據(jù)國內(nèi)外丙烯腈的發(fā)展趨勢,就我個人的觀點提出以下幾點建議:(1)通過深入地研究了丙烯腈的生物化學(xué)機(jī)理,探索并尋求找出了丙烯腈在各種產(chǎn)品中酸度高、惡胍物質(zhì)含量高的主要原因以及其他有效解決這些問題的途徑和方法,從而改善和提高了丙烯腈在工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量。(2)努力去尋求一種高濃度的含氰化學(xué)廢水的處理方式,去取代目前消費成本巨大的焚燒鍋爐方式,這樣以來，不但可以節(jié)能而且可以達(dá)到環(huán)保的要求。與此同時,我們還可以開展高濃度的含氰化學(xué)廢水處理工藝和技術(shù)方法的研究,對于低濃度的廢水來說,提高含氰化學(xué)濃度降低產(chǎn)量的問題還是應(yīng)在我們所要研究的領(lǐng)域之內(nèi),并且努力找到一個有效解決的辦法。(3)我們應(yīng)力求優(yōu)化丙烯腈的生產(chǎn)工藝,強(qiáng)化它的生產(chǎn)經(jīng)營管理,在節(jié)能降耗這個方向上得到了進(jìn)一步的提升,進(jìn)而為企業(yè)自身創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價值。因此,我們應(yīng)該繼續(xù)加快科研和技術(shù)開發(fā),完善當(dāng)前現(xiàn)有的丙烯腈生產(chǎn)工藝,在通過消化和吸收原來直接引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,也需要積極地自主研究開發(fā)或者引進(jìn)新世紀(jì)一代中國制造商所采用的成本較低、回收率相對更高以及環(huán)保性能較好的新型催化劑,尤其特別是我們需要進(jìn)一步地推進(jìn)催化劑在我國的國產(chǎn)化過程,并且逐漸形成一批具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)商。我們不僅僅要積極研究開發(fā)廢水、尾氣的處理等新技術(shù),開發(fā)不含硫酸銨等任何有害物質(zhì)的丙烯腈制品生產(chǎn)新技術(shù),盡量去減少這些有害物質(zhì)對于環(huán)境的破壞,從而大大提高丙烯腈原料的綜合利用率；也就需要盡量努力地降低主要原材料丙烯的使用成本,加強(qiáng)對其他副產(chǎn)品乙腈和氫氰酸(HCN)的綜合利用,以大大降低其生產(chǎn)成本,從而提高公司的市場競爭能力。6.提升丙烯腈收率的方法6.1不斷優(yōu)化操作條件在設(shè)計和生產(chǎn)丙烯腈的過程中,操作環(huán)境和條件對其吸收率也有著直接的影響,我們可以通過對所需軟件地有效應(yīng)用,從而在現(xiàn)場設(shè)計中對裝置的操作參數(shù)和方法進(jìn)行在線優(yōu)化。在經(jīng)過優(yōu)化之后,不僅能夠?qū)Σ煌A段和時期的丙烯臘生產(chǎn)工藝設(shè)備條件都進(jìn)行控制,而且還能夠?qū)ιa(chǎn)工藝設(shè)備條件做出實時的調(diào)整,這樣就能夠使得丙烯臘的生產(chǎn)工藝設(shè)備參數(shù)一直保持在最佳生產(chǎn)狀態(tài)。6.2不斷改善原料進(jìn)料的分布水平處于反應(yīng)器當(dāng)中的丙烯腈原料經(jīng)過充分的接觸后,不僅能夠大幅度地提高反應(yīng)選擇性,而且還能夠大幅度地提升對氨的轉(zhuǎn)化效率,這樣以來，雜質(zhì)的產(chǎn)生也相對地會比原來要少很多,這樣就能夠把丙烯腈在反應(yīng)中的全程吸附利用率大幅度地提高上去。6.3對損失嚴(yán)重的急冷塔進(jìn)行改造通過不斷地增加急冷塔上方某一個位置的構(gòu)件,并且針對噴頭進(jìn)行一定程度的改造,可以對空氣中的接觸物進(jìn)行良好的修復(fù)和改善,也因為它們可以有效地大幅度提高脫除殘留氨的能力,并且還因為它們可以有效預(yù)防殘留氨的貫穿和滲透性,如此以來,丙烯腈就絕對不會在空氣中產(chǎn)生過多的自聚反應(yīng)，這樣可以提高丙烯腈吸附的效果。6.4降低吸收溫度，減少丙烯腈的損失首先，我們應(yīng)該大幅度地有效提升吸收塔內(nèi)鍋釜的底爐換熱冷卻效果,其次,在需要吸收進(jìn)入塔的各個吸收塔的底釜換熱位置適當(dāng)?shù)靥砑右粋€低溫冷卻循環(huán)系統(tǒng),其主要處理目的就是能夠有效保證即使在一定的大工業(yè)負(fù)荷和高工業(yè)生產(chǎn)量的情況下,能夠?qū)ξ账^程中產(chǎn)生的高溫液體進(jìn)行良好有效地冷卻吸收。7.丙烯腈損失的原因分析7.1聚合損失在回收丙烯腈的反應(yīng)物當(dāng)中,所含的大量剩余氨相對比較多,這樣就導(dǎo)致了在急冷塔下方的位置,回收系統(tǒng)總是保持在一種比較酸堿的環(huán)境中,但是如若丙烯腈能夠很好地長期的處于這種堿性的環(huán)境下就可能會直接發(fā)生一種自聚合反應(yīng)。7.2游離損失在急冷塔、吸附制冷式塔或乙酸丁腈塔等各類成品制冷塔當(dāng)中往往可能會因此發(fā)生一定不同程度的流體游離性性能損失。在急冷塔的下方一段水的位置,水循環(huán)的水流數(shù)量通常也應(yīng)該為4.8:1,但是在急冷塔的上方一段水的位置,水循環(huán)的水流數(shù)量通常也應(yīng)該為18:1,這樣就很有可能會直接導(dǎo)致溫室氣體在塔內(nèi)流動的時間速度比較低,以至于很有可能還會讓這兩段之間直接產(chǎn)生一個比較重的電力損耗。除此之外,如果我們吸入的空氣溫度很高,就很有可能還會使得我們吸入的所釋放空氣所損耗能量變得極其巨大。在乙丙烯腈塔當(dāng)中之所以存在可能有時會出現(xiàn)由于丙烯腈的大量損失,主要造成原因可能是由于一些回收材料塔的乙腈分離處理效率比較差。近年來,丙烷腈與氨基氫氧化物的制備和加工生產(chǎn)丙烯腈在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用研究也已經(jīng)取得了長足的研究進(jìn)展,現(xiàn)已正式開始進(jìn)入工業(yè)中試生產(chǎn)階段。一方面,由于生產(chǎn)成本和市場價格上的巨大變動,丙烷在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用價格可能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比普通的聚丙烯低很多,另一方面也已經(jīng)給一些有利于惰性物質(zhì)丙烷源的發(fā)展企業(yè)開拓了一個新的環(huán)境適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域。但是,就目前的資產(chǎn)科學(xué)化和技術(shù)水平發(fā)展情況分析來看,固定資產(chǎn)的直接投資需求量大,轉(zhuǎn)化的效率低,選擇性不高。因此,人們大多數(shù)采用丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈。本次設(shè)計主要包括設(shè)計說明書和圖紙兩部分。說明書主要描述內(nèi)容一般包括工藝流程的確定,物料衡算,熱量衡算,主要設(shè)備的相關(guān)工藝計算以及工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計選型。二、工藝流程介紹2.1生產(chǎn)方法簡述丙烯乙酰氨基酸氧化路線制備丙烯腈的方法主要可以分為五種不同的工藝氧化路線,即Sohio法(又被廣泛稱為羥基丙烯乙酰氨基酸氧化制備法)、Snam法、Distiners-Ugine法、MontedisonUop和O.S.W法，這五種不同工藝氧化路線的各種化學(xué)反應(yīng)都是截然相同的。相比較而言,Sohio法比較具有更高的技術(shù)性和先進(jìn)性,Snam法和Distiners-Ugine法對于丙烯的生產(chǎn)需求量相對比較大，再加上固定機(jī)和床兩種反應(yīng)器的工作溫度很難同時實現(xiàn)最佳和優(yōu)化的生產(chǎn)操作。因此,目前利用Sohio等方法在當(dāng)代我國的實際應(yīng)用比較廣泛。本設(shè)計主要采用丙烯氨氧化的反應(yīng)原理，主反應(yīng)為：該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：各反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下:(1)生成氫化氰(HCN)(2)生成丙烯醛(ACL)(3)生成乙腈(ACN)(4)生成CO2和H2O2.2工藝流程說明生產(chǎn)工藝流程示意圖2.1如下:圖2.12.3工藝條件2.3.1反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度的穩(wěn)定性是合成丙烯腈的重要參數(shù)之一,它不但影響反應(yīng)速率,而且對其他環(huán)境也產(chǎn)生了相應(yīng)的選擇性。因此,要想能夠取得高吸附率的丙烯腈,必須嚴(yán)格控制其在反應(yīng)環(huán)境中的溫度。2.3.2反應(yīng)壓力丙烯氨氧化法制備丙烯腈是一種不可逆的反應(yīng)。對于一個不可逆的反應(yīng)來說,反應(yīng)中壓力的改變只是一個體積的大小在流體運動中的相互關(guān)系。因此,提高丙烯的分壓,有利于反應(yīng)的順利進(jìn)行,并且還能夠大幅度地提高反應(yīng)器的產(chǎn)量和功率。然而,過高的分壓會導(dǎo)致反應(yīng)過程中的溫度很難得到控制。所以,丙烯氨水合物的氧化反應(yīng)一般不宜放入加壓環(huán)境中。2.3.3接觸時間接觸時,原料空氣在催化劑的床層上所處的停留時刻被統(tǒng)稱為接觸時刻。一般來說,對于各種主要的反應(yīng)而言,增加了接觸時間,有利于改善丙烯腈的單程吸附效率。由此我們可知,適當(dāng)?shù)卦黾咏佑|時間將更有利于進(jìn)行丙烯氨基氧化和生成丙烯腈的各種主要反應(yīng),但是如果過分地延長了接觸的時間,就會直接導(dǎo)致丙烯腈的吸附和回收效果下降。除此之外,接觸時間的延長,不僅可能會大幅度地降低反應(yīng)器的制造生產(chǎn)能力,而且還會不利于企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)。2.3.4原料純度正是因為原料中的丙烯是通過使用烴類的裂解氣或者是催化劑類的裂解氣對其進(jìn)行化學(xué)分離后的制備反應(yīng)得到,所以一般的丙烯純度都比較高。然而硫化原料的純度已經(jīng)完全達(dá)到了硫化肥料氨的等級,即能夠滿足現(xiàn)代肥料工業(yè)原料生產(chǎn)的要求。三、物料衡算和熱量衡算3.1小時生產(chǎn)能力年工作日按照300天，丙烯腈損失率3.1%、設(shè)計裕量6%計算，丙烯腈小時產(chǎn)量為： 3.2物料衡算和熱量衡算3.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)a.丙烯腈產(chǎn)量713.39kg/h,即13.46kmol/hb.原料組成(摩爾分?jǐn)?shù))含C3H685%,C3H815%c.進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)為：d.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率如下表3-1所示為：表3-1e.操作壓力進(jìn)口0.203MPa,出口0.162MPaf.反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度100℃，反應(yīng)溫度850華氏度=454℃,出口氣體溫度354℃。(2)物料衡算a.反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H6C3H8NH3O2H2ON2b.反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈乙腈丙烯醛CO2HCNC3H8N2O2C3H6NH3H2Oc.反應(yīng)器物料平衡表3-2表3-2(3)熱量衡算各物質(zhì)0～t℃的平均定壓比熱容如下表3-3：表3-3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)如下圖3.2熱力學(xué)途徑：圖3.2各物質(zhì)25～t℃的平均比熱容可以用0～t℃的平均比熱容代替，相差很小，因此， 若熱損失取ΔH的5%，則需由濃相段換熱裝置(即換熱裝置的熱負(fù)荷)為：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143℃飽和水焓∴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稀相段的氣體帶出熱為:熱損失取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：3.2.2廢熱鍋爐的熱量衡算(1)計算依據(jù)a.氣體進(jìn)入廢熱鍋爐和氣體離開廢熱鍋爐的組成與氣體離開反應(yīng)器的組成相同b.氣體進(jìn)入鍋爐溫度為354℃，壓力為0.162MPac.氣體離開鍋爐溫度為180℃，壓力為0.152MPad.廢熱鍋爐水的一側(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)。0～180℃各物質(zhì)的平均比熱容為：表3-4氣體進(jìn)入鍋爐帶入的熱量(等于氣體離開反應(yīng)器稀相段帶出的熱量)氣體離開鍋爐帶出的熱量熱衡算求需要取出的熱量Q熱量損失如果按照10%計算，需要取出的熱量為產(chǎn)生蒸汽量3.3.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)a.氣體進(jìn)入空氣飽和塔的壓力為0.263MPa，氣體離開空氣飽和塔的壓力為0.243MPab.氣體進(jìn)入空壓機(jī)時空氣溫度30℃，相對濕度80%，氣體離開空壓機(jī)氣體溫度170℃c.氣體和液體進(jìn)入飽和塔的體積比為152.4，飽和度為0.81d.乙腈解吸塔塔釜液實則為塔頂噴淋液，溫度為105℃，塔頂噴淋液的組成如下表：表3-5e.濕空氣從塔頂出去的成分和量按氣體進(jìn)入反應(yīng)器的要求為：O2即N2即H2O即(2)物料衡算a.進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量=查得30℃，相對濕度為80%時空氣濕含量為，因此，氣體進(jìn)入空氣飽和塔帶入的水蒸氣量為：b.氣體進(jìn)入空氣飽和塔的熱水量氣體和液體進(jìn)入空氣飽和塔的體積比為152.4，所以氣體進(jìn)入空氣飽和塔塔噴淋液量為： 由于塔頂噴淋液(105℃)的密度為958，因此水進(jìn)入空氣飽和塔的質(zhì)量流量為： c.出塔濕空氣量O2即N2即H2O即d.出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量=∴出塔液流量=飽和塔物料平衡表表3-6(3)熱衡算a.氣體離開空氣飽和塔的溫度從物料平衡表得知，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為0.215，根據(jù)道爾頓分壓定律，蒸汽的實際分壓為： 飽和度為0.81，所以飽和蒸汽分壓為： b.熱水進(jìn)入塔內(nèi)的溫度進(jìn)入空氣飽和塔的水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105℃。

c.由熱衡算求出塔熱水溫度t,熱衡算基準(zhǔn):0℃氣態(tài)空氣，0℃液態(tài)水。(a)170℃空氣進(jìn)入飽和塔帶入的熱量170℃蒸汽焓值為，干空氣在0～170℃的平均比熱容。(b)出塔濕空氣帶出熱量90℃蒸汽焓2660，空氣比熱容取。(c)105℃入塔噴淋液帶入熱量(d)求出塔熱水溫度t熱水離開塔時帶出的熱量為，則熱損失按5%計，則熱平衡方程代入數(shù)據(jù)：解得℃因此，出塔熱水溫度為78℃。3.3.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)a.氣體進(jìn)入氨中和塔的流量和組成與氣體離開反應(yīng)器的流量和組成相同。b.在氨中和塔內(nèi)，硫酸把全部氨吸收掉，進(jìn)而生成硫酸銨。c.新鮮硫酸吸收劑的含量為93%(wt)。d.從塔底流出的液體組成如下：表3-7e.氣體進(jìn)入氨中和塔的溫度為180℃，氣體離開氨中和塔的溫度為76℃，新鮮硫酸吸收劑溫度為30℃。f.塔頂壓力0.122MPa,塔底壓力0.142MPa。(2)物料衡算氨中和塔部分流程如圖所示：圖3.3a.從氨中和塔排出的廢液量及其組成從氨中和塔進(jìn)入的氣體中含有的氨，在塔內(nèi)硫酸把氨氣吸收進(jìn)而生成硫酸銨，氨和硫酸反應(yīng)的方程式如下:的生成量，即需要連續(xù)排出的流量為：塔底排出液中，的含量為30.9%(wt),因此，排出的廢液量為：排放的廢液中，各組分的量：b.需要補(bǔ)充的新鮮吸收劑(93%H2SO4)的量為：c.出塔氣體中各組分的量C3H6C3H8O2N2ANACNACLHCNCO2H2Od.氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表表3-8(3)熱衡算a.氣體進(jìn)入氨中和塔的溫度塔頂氣體中實際蒸汽分壓為設(shè)飽和度為0.98，則與出塔氣體溫度平衡的飽和蒸汽分壓為：入塔噴淋液的硫酸銨含量為：，已知硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓如表3-1所示。由內(nèi)插法得到出塔氣的溫度為76℃。b.入塔噴淋液溫度為70℃。c.塔釜排出液溫度表3-9硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/MPa入塔氣蒸汽分壓d.熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量作圖3.4的虛線方框列熱平衡方程得：圖3.4(a)氣體進(jìn)入氨中和塔帶入的熱量為 Q1氣體進(jìn)入氨中和塔帶入的熱量與氣體離開廢熱鍋爐帶出的熱量完全相同，(b)氣體離開氨中和塔帶出的熱量Q2各組分在0～76℃的平均比熱容的值如下：表3-10 (c)蒸汽在中和塔內(nèi)冷凝放熱量為Q3蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kg∴(d)有機(jī)物冷凝放熱Q4AN的冷凝量，其冷凝熱為ACN的冷凝量，其冷凝熱為HCN的冷凝量，其冷凝熱為∴(e)氨中和塔放熱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∴(g)塔釜排放的廢液帶出熱量Q7從塔釜流出的廢液中，與的摩爾比為，查得這種組成的硫酸銨水溶液比熱容為∴(h)新鮮吸收劑進(jìn)入塔內(nèi)帶入的熱量為Q830℃、93%H2SO4的比熱容為?！?i)求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷Q9因操作溫度過低，忽略熱量損失。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程：(j)流經(jīng)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量為W設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度32℃，排水溫度36℃，則冷卻水量為e.求循環(huán)液量m70℃循環(huán)液的比熱容為，循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為。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℃。對新鮮吸收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點)列熱平衡方程得：(1)對循環(huán)冷卻器列熱平衡方程得：(2)聯(lián)立(1)(2)式解得:m=84517kg/ht=70℃3.3.5換熱器物料衡算和熱量衡算圖3.5(1)計算依據(jù)進(jìn)口氣體76℃，氣體進(jìn)入換熱器的組成和流量與氣體離開氨中和塔的組成和流量相同。氣體離開換熱器的溫度為40℃，操作壓力為115.5kPa。(2)物料衡算出口氣體溫度40℃，40℃飽和蒸汽壓力為設(shè)離開換熱器的出口氣體中含有xkmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：解得：∴蒸汽的冷凝量為：因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下：表3-11 (3)熱衡算a.氣體進(jìn)入換熱器帶入的熱量為Q1(等于氣體離開氨中和塔帶出的熱量)b.蒸汽冷凝放出熱量Q240℃水汽化熱為c.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℃的平均摩爾熱容為表3-12∴e.熱衡算求換熱器的熱負(fù)荷熱平衡方程：代入數(shù)據(jù):解得3.3.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算(1)計算依據(jù)(如下圖)圖3.5a.氣體進(jìn)入水吸收塔的流量和組成與氣體離開換熱器的流量和組成相同。b.氣體進(jìn)入水吸收塔的溫度為40℃，壓力為112kPa。氣體離開水吸收塔的溫度為10℃，壓力為101kPa。c.入塔吸收液溫度5℃。d.出塔AN溶液中含AN1.8%(wt)。(2)物料衡算a.進(jìn)塔物流(包括氣體和凝水)的組成和流量與換熱器出口相同。b.出塔氣的組成和量設(shè)入塔氣中的AN、HCN、ACL、ACN等組分全部被水吸收(見后面校驗)，C3H6、C3H8、O2、N2、CO2等組分不溶于水，因此，出塔干氣中含有C3H6、C3H8、O2N2、CO2。出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下：10℃水的飽和蒸汽壓，總壓為101325Pa，出塔氣中干氣總量為：因此，出塔氣中含有水蒸氣量：出塔氣總量為： c.塔頂加入的吸收水量(a)出塔AN溶液總量出塔AN溶液中，AN為1.8%(wt)，AN的量為713.2kg/h，因此，出塔AN溶液總量為：(b)塔頂加入的吸收水量作水吸塔的總質(zhì)量衡算得：d.塔底AN溶液的組成和量AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因為塔底AN溶液中的AN、ACN、HCN、ACL的量與進(jìn)塔氣、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。e.水吸收塔物料平衡如下。表3-13f.因為溶液為稀溶液，故系統(tǒng)服從亨利定律和道爾頓分壓定律。壓力和含量的關(guān)系為或塔底排出液的溫度為15℃查得15℃時各物質(zhì)的亨利系數(shù)E值為：ACNHCNACLAN(a)AN塔底從以上計算可看出，，可見溶液未達(dá)飽和。(b)丙烯醛ACL塔底ACL的含量，溶液未達(dá)飽和。(c)乙腈ACN塔底ACN的含量，溶液未達(dá)飽和。(d)氫氰酸HCN塔底HCN的含量從計算結(jié)果可以得知，在吸收塔的下部，對HCN的吸收推動力為負(fù)值，但如果吸收塔足夠高，依舊可以使塔頂出口氣體中HCN的含量達(dá)到要求。(3)熱量衡算a.入塔氣帶入熱Q1各組分在0～40℃的平均摩爾熱容如下：表3-14b.入塔凝水帶入熱Q2c.出塔氣帶出熱Q3d.吸收水帶入熱Q4e.出塔AN溶液帶出熱Q5AN溶液中各組分的液體摩爾熱容如下：表3-15f.水冷凝放熱Q6水冷凝量=水的冷凝熱為2256kJ/h∴g.AN、ACN、ACL、HCN等氣體的溶解放熱Q7溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱AN、ACN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)如下：表3-16h.熱衡算求出塔液溫度t熱平衡方程代入數(shù)據(jù)得：解得t=15.21℃3.3.7空氣水飽和塔釜液槽(1)計算依據(jù)進(jìn)、出口物料關(guān)系和各股物料的流量和溫度如圖3.4所示。圖3.4(2)物料衡算進(jìn)料：乙腈解吸塔釜液入槽量=空氣飽和塔塔底液入槽量=入槽軟水量去水吸收塔液體量去萃取解吸塔液體量作釜液槽的總質(zhì)量平衡得解得(3)熱量衡算a.入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱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.去萃取解吸塔液體帶出熱Q5f.熱衡算求槽出口液體溫度t熱損失按5%計算，熱平衡方程為代入數(shù)據(jù)：解得t=84.2℃3.3.8丙烯蒸發(fā)器熱量衡算(1)計算依據(jù)蒸發(fā)壓力0.405MPa；加熱劑用0℃的冷凍鹽水，冷凍鹽水出口溫度-2℃；丙烯蒸發(fā)量。(2)有關(guān)數(shù)據(jù)a.0.405MPa下丙烯的沸點為-13℃，汽化熱為b.0.405MPa下丙烷的沸點為-5℃，汽化熱為(3)熱衡算求丙烯蒸發(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e.冷凍鹽水用量平均溫度(-1℃)下，冷凍鹽水比熱容為冷凍鹽水用量為3.3.9丙烯過熱器熱量衡算(1)計算依據(jù)氣體進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器的溫度為-13℃，氣體離開丙烯蒸發(fā)器的溫度為65℃，用0.405MPa蒸汽作為加熱劑。(2)熱衡算求丙烯過熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量丙烯氣的比熱容為，丙烷氣比熱容為，冷損失按10%考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為加熱蒸汽量為上式中是0.405MPa蒸汽的冷凝熱。3.3.10氨蒸發(fā)器熱量衡算(1)計算依據(jù)a.蒸發(fā)壓力為0.405MPa。b.加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽，冷凝熱為。(2)有關(guān)數(shù)據(jù)0.405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7℃,汽化熱為。(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)荷為加熱蒸汽量為：3.3.11氣氨過熱器(1)計算依據(jù)a.氣體進(jìn)入氣氨過熱器的溫度為-7℃，氣體離開氣氨過熱器的溫度為65℃b.用0.405Mpa蒸汽作為加熱劑。c.氣氨流量。(2)熱衡算求氣氨過熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量氨氣的比熱容為，冷損失按10%考慮，氣氨過熱器的熱負(fù)荷為加熱蒸汽用量為3.3.12混合器(1)計算依據(jù)氣氨進(jìn)口溫度65℃，流量。丙烯氣進(jìn)口溫度65℃，流量，丙烷氣進(jìn)口溫度65℃，流量。出口混合氣溫度110℃。濕空氣來自空氣加熱器(2)熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度t以0℃為熱衡算基準(zhǔn)。表3-17在0～65℃的平均比熱容如下表：氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱Q1氣態(tài)氨帶入熱Q2濕空氣帶入熱N2、O2、H2O和蒸汽0～136℃的平均比熱容分別為、和。氣體離開混合器帶出的熱量Q4e.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=136℃3.3.13空氣加熱器的熱量衡算(1)計算依據(jù)a.氣體進(jìn)入空氣加熱器的溫度為90℃，氣體離開空氣加熱器的溫度為136℃。b.空氣的流量和組成如下。表3-18(2)熱衡算求空氣加熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽量、和蒸汽90～136℃的平均比熱容分別為、、和。熱損失按10%考慮，空氣加熱器的熱負(fù)荷為用0.608Mpa的蒸汽作為加熱劑，其飽和溫度為164.2℃，冷凝熱為，加熱蒸汽用量為3.3.14吸收水第一冷卻器(1)計算依據(jù)a.吸收水來自空氣飽和塔釜液槽，流量為，溫度為84.2℃。b.吸收水出口溫度40℃。c.冷卻劑為循環(huán)水，進(jìn)口32℃，出口40℃。(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)用量為吸收水第二冷卻器(1)計算依據(jù)a.水進(jìn)入吸收水第二冷卻器的溫度為40℃，水離開吸收水第二冷卻器的溫度為25℃。b.冷卻劑為深井水，進(jìn)口溫度18℃，出口溫度21℃。c.吸收水流量為。(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吸收水第三冷卻器(1)計算依據(jù)a.水進(jìn)入吸收水第三冷卻器的進(jìn)口溫度為25℃,水離開吸收水第三冷卻器的出口溫度為5℃。b.冷卻劑為冷凍鹽水，進(jìn)口溫度-5℃，出口溫度5℃。c.吸收水流量為。(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，冷凍鹽水用量為四、主要設(shè)備的工藝計算4.4.1空氣飽和塔(1)計算依據(jù)表4-1進(jìn)塔空氣的組成和流量表4-2出塔濕空氣的組成和流量a.塔頂噴淋液量，溫度105℃。b.塔底排出液量，溫度78℃。c.塔底壓力0.263MPa，塔頂壓力0.243MPa。d.入塔氣溫度170℃，出塔氣溫度90℃。e.填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。(2)塔徑的確定拉西環(huán)的泛點速度計算公式為：(A)式中─泛點空塔氣速，；g─重力加速度，9.81；─干填料因子，；，─氣相和液相密度，；,─氣相和液相流量，；─液體的粘度，。瓷拉西環(huán)的干填料因子為。塔頂處把數(shù)據(jù)代入(A)式：解得泛點率取75%，則氣體空塔速度為：出塔操作條件下的氣量： 塔徑應(yīng)為a.塔底處把數(shù)據(jù)代入(A)式解得氣體空塔速度為：入塔氣在操作條件下的氣量：塔徑為取塔徑為。(1)填料高度按工廠實際經(jīng)驗，取填料高度。水吸收塔(1)計算依據(jù)表4-3進(jìn)塔氣體流量和組成表4-4出塔氣體流量和組成隨入塔氣進(jìn)入的凝水a(chǎn).塔頂噴淋液量,含AN0.005%(wt)，溫度5℃。b.塔底排出液量，溫度15.3℃。c.塔底壓力,塔頂壓力。d.入塔氣溫度40℃，出塔氣溫度10℃。e.出塔氣中AN含量小于等于0.055%(wt)。f.填料用250Y型塑料孔板波紋填料。(2)塔徑的確定塑料孔板波紋填料的泛點氣速計算公式為：按塔底情況計算WF代入數(shù)據(jù)：解得空塔氣速為(泛點率取70%)：氣體在操作條件下的流量為塔徑取塔徑為1.2m。(3)填料高度液體的噴淋密度塑料孔板波紋填料250Y的液相傳質(zhì)單元高度:當(dāng)U=20m3/（m2.h)時，25。C下的HOL為0.187m。U=403/(m2.h)時，25。C下的HOL為0.225m。內(nèi)插法得到U=333/(m2.h)時,25。C下的HOL為0.200m又塔內(nèi)液體的平均溫度為(5+15.3)/2=10.17℃∴液相傳質(zhì)單元數(shù)計算式如下塔底∴塔頂出口氣體中含有AN大于等于0.055%(wt)，因此：∴代入數(shù)據(jù)求：填料高度取填料高度為2m。4.4.3合成反應(yīng)器(1)計算依據(jù)a.氣體進(jìn)入合成反應(yīng)器的氣體流量為；氣體離開合成反應(yīng)器的氣體流量為。b.氣體進(jìn)口壓力，出口壓力。c.反應(yīng)溫度454℃，氣體離開稀相段的溫度為354℃。d.流化床內(nèi)的換熱裝置以水作為冷卻劑，產(chǎn)生0.405MPa(143℃)的飽和蒸汽。e.接觸時間2-6s(取5s)。(2)濃相段出口處氣體體積流量為：取空床線速。濃相段直徑為：取流化床濃相段直徑為3.0m。(3)濃相段高度按接觸時間5s計算，催化劑的堆體積應(yīng)為靜床高取膨脹比為2，則濃相段高度為取濃相段高6m。校核：催化劑的堆密度為催化劑的質(zhì)量∴催化劑負(fù)荷為：試驗裝置的催化劑負(fù)荷可達(dá)到，本次實驗的設(shè)計值小于實驗值，比較可靠。(4)擴(kuò)大段(此處即為稀相段)直徑取操作氣速為擴(kuò)大段氣速的兩倍，即。氣體流量為擴(kuò)大段直徑為：取4m。(5)合成反應(yīng)器擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床直徑3.0m，空塔氣速，查圖得：?！嘞∠喽胃叨热　?6)濃相段冷卻裝置的換熱面積套管式換熱器，總傳熱系數(shù)取換熱面積為取30%的設(shè)計裕量，則換熱面積為。(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)生蒸汽?？倐鳠嵯禂?shù)取,換熱裝置熱負(fù)荷為又換熱面積為取30%設(shè)計裕量,則換熱面積為。4.4.4廢熱鍋爐(1)計算依據(jù)a.管內(nèi)氣體流量和組成如下：表4-5b.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，出口壓力。c.用無縫鋼管230根作為換熱管，管外熱水沸騰，產(chǎn)生飽和蒸汽。d.熱負(fù)荷為。(2)計算換熱面積,確定換熱管管長a.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)氣體的給熱系數(shù)管內(nèi)氣體體積流量(進(jìn)出口平均流量)為：其它物性數(shù)據(jù)按空氣考慮誤差不大，平均溫度270℃，次溫度下空氣的物性數(shù)據(jù)為：管內(nèi)氣體給熱系數(shù)為： (b)管外熱水沸騰的給熱系數(shù)取(c)總傳熱系數(shù)沸騰水方污垢熱阻取，空氣方污垢熱阻取，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為?！郻.對數(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。換熱管管長為：取4.4.5丙烯蒸發(fā)器(1)計算依據(jù)a.丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力為，蒸發(fā)溫度-13℃，管內(nèi)用0℃的冷凍鹽水(17.5%水溶液)與丙烯換熱,冷凍鹽水出口溫度-2℃。b.丙烯蒸發(fā)量，冷凍鹽水用量。c.丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷。(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)蒸發(fā)器內(nèi)安裝的型鋼管80根。冷凍鹽水平均溫度-1℃，此溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：冷凍鹽水流速為過渡流∴(b)管外液體丙烯沸騰給熱系數(shù)。(c)總傳熱系數(shù)冷凍鹽水方污垢熱阻取,丙烯蒸發(fā)側(cè)污垢熱阻取,鋼管導(dǎo)熱系數(shù)取。b.傳熱平均溫差熱端溫差0-(-13)=13℃,冷端溫差-2-(-13)=11℃,傳熱平均溫差為： c.換熱面積熱負(fù)荷換熱面積為：取安全系數(shù)1.2,則換熱面積為。4.4.6循環(huán)冷卻器(1)計算依據(jù)a.循環(huán)冷卻器管內(nèi)循環(huán)液的流量為，循環(huán)液進(jìn)入冷卻器的溫度為，循環(huán)液流出冷卻器的溫度為。b.管外冷卻劑為循環(huán)水，進(jìn)口溫度，出口溫度，循環(huán)水流量為。c.熱負(fù)荷為。(2)計算換熱面積初選型石墨換熱器,換熱面積,設(shè)備殼體內(nèi)徑，內(nèi)有外徑、內(nèi)徑、長的石墨管417根。換熱管為正三角形排列，相鄰兩管的中心距。a.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)循環(huán)液側(cè)的給熱系數(shù)平均流體溫度，該溫度循環(huán)液的物性數(shù)據(jù)如下：管內(nèi)流體的流速為：，屬過渡流區(qū)(b)殼程(循環(huán)水側(cè))的給熱系數(shù)循環(huán)水平均溫度,34℃水的物性數(shù)據(jù)如下：正三角形排列時，當(dāng)量直徑的計算公式為：式中─管子外徑，mm；─管間距，mm。管外流體的流速根據(jù)流體通過的最大橫截面積S來計算,S的計算公式為:式中h─兩塊擋板間的距離，；D─換熱器殼體直徑，；─換熱管外徑，；─管間距，。已知，，，。代入數(shù)據(jù)得：管外流體的流速為：值在2000～1000000范圍內(nèi)可用下式計算給熱系數(shù)：代入數(shù)據(jù)得(c)總傳熱系數(shù)，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)，石墨管壁厚，循環(huán)冷卻水側(cè)污垢熱阻，循環(huán)液側(cè)污垢熱阻。代入數(shù)據(jù)求：b.對數(shù)平均溫差c.換熱面積熱負(fù)荷換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為，因此，選型石墨換熱器,其換熱面積已經(jīng)足夠。4.4.7吸收水第一冷卻器采用兩臺螺旋板換熱器并聯(lián)操作，每臺換熱面積,外徑為，板寬，板厚，通道(以上參數(shù)取自國家標(biāo)準(zhǔn))。(1)計算依據(jù)a.吸收水量，進(jìn)口溫度84.2℃，出口溫度40℃。b.冷卻水量，進(jìn)口溫度32℃，出口溫度40℃。c.熱負(fù)荷。(2)計算換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)吸收水側(cè)給熱系數(shù)吸收水平均溫度,此溫度下水的物性數(shù)據(jù)如下：吸收水側(cè)的通道面積為：吸收水流速當(dāng)量直徑螺旋板換熱器的給熱系數(shù)計算公式為：式中─液體的重量流量，；─液體的比熱容，；─給熱系數(shù)，。代入數(shù)據(jù)得： (b)冷卻水側(cè)的給熱系數(shù)冷卻水側(cè)的平均溫度，36℃水的物性數(shù)據(jù)如下：冷卻水的通道面積為=冷卻水流速當(dāng)量直徑∴(c)總傳熱系數(shù)不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，板厚，冷卻水(循環(huán)水)側(cè)污垢熱阻為，吸收水側(cè)污垢熱阻為。代入數(shù)據(jù)求：∴b.傳熱平均溫差為：c.換熱面積每臺換熱器的熱負(fù)荷為：每臺換熱器的換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則每臺換熱器的換熱面積為，所選的換熱器兩臺已足夠滿足工藝。4.4.8吸收水第二冷卻器(1)計算依據(jù)a.吸收水量,進(jìn)口溫度40℃，出口溫度25℃。b.冷卻水量，進(jìn)口溫度18℃，出口溫度21℃。c.熱負(fù)荷。(2)計算換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)吸收水側(cè)給熱系數(shù)吸收水平均溫度32.5℃，此溫度下水的物性數(shù)據(jù)如下：吸收水側(cè)的通道面積為吸收水流速當(dāng)量直徑(b)冷卻水側(cè)的給熱系數(shù)冷卻水平均溫度,19.5℃水的物性數(shù)據(jù)如下：冷卻水通過面積=冷卻水流速當(dāng)量直徑∴(c)總傳熱系數(shù)不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù),板厚,冷卻水污垢熱阻為，吸收水側(cè)污垢熱阻。代入數(shù)據(jù)求：∴b.對數(shù)平均溫差c.換熱面積冷卻器的熱負(fù)荷為換熱面積為：取安全系數(shù)1.2，則每臺換熱器的換熱面積為，現(xiàn)選一臺的螺旋板換熱器已足夠滿足工藝要求。4.4.9吸收水第三冷卻器(1)計算依據(jù)a.吸收水量,進(jìn)口溫度25℃，出口溫度5℃。b.冷卻水量，進(jìn)口溫度-5℃，出口溫度5℃。c.冷卻器的熱負(fù)荷為。(2)計算換熱面積a.總傳熱系數(shù)(a)吸收水側(cè)給熱系數(shù)吸收水平均溫度,15℃