丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)論文

1、天 津 大 學(xué)（高等教育自學(xué)考試）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 辦學(xué)點(diǎn) 化學(xué)工程 專(zhuān)業(yè) 石油 設(shè)計(jì)（論文）題目：1.2萬(wàn)噸/年 丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)完成期限： 指 導(dǎo) 教 師 辦學(xué)點(diǎn)負(fù)責(zé)人 批 準(zhǔn) 日 期 學(xué) 生 接受任務(wù)日期 附設(shè) 計(jì) 進(jìn) 度 計(jì) 劃 表序號(hào)起止日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容實(shí) 際 完 成 情 況檢查日期檢查人簽名12014.7.32014.7.20收集資料，研究分析22014.7.212014.8.1確定選題，開(kāi)題報(bào)告32014.8.22014.8.10擬定論文提綱，提綱的修改42014.8.112014.9.21撰寫(xiě)論文52014.9.212014.

2、10.9論文的修改和整理62014.10.92014.11.12論文答辯，裝訂成冊(cè)78指導(dǎo)教師批準(zhǔn)，并簽名： 年 月 日天津大學(xué)高等教育自學(xué)考試本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱(chēng)1.2萬(wàn)噸/年丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)學(xué)院名稱(chēng)天津大學(xué)化工學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 （內(nèi)容包括：課題的來(lái)源及意義，國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，本課題的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、研究方法、研究手段和進(jìn)度安排，實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析和已具備的實(shí)驗(yàn)條件以及主要參考文獻(xiàn)等。）丙烯腈(an)是易燃、易爆、有刺激性臭味、劇毒的無(wú)色液體。丙烯腈化學(xué)性質(zhì)活潑, 容易發(fā)生加成、水解、聚合、醇解等化學(xué)反應(yīng), 因此是石油化工的重要中間體

3、, 在合成樹(shù)脂、合成纖維、合成橡膠等高分子材料中占有顯著的地位, 主要用于合成聚丙烯腈( san)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物( abs)、丁腈橡膠( as)、己二腈、丙烯酰胺及其他衍生物的原料, 是我國(guó)石油化工重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品之一。除此之外, 丙烯腈聚合物與丙烯腈衍生物也廣泛應(yīng)用于建材及日用品中1，2。1893 年, 法國(guó)人moureu 用化學(xué)脫水劑由丙烯酰胺和氟乙醇制取丙烯腈, 但一直未得到工業(yè)應(yīng)用。直到1930 年, 才開(kāi)始工業(yè)生產(chǎn)。1940 年, 建立了以環(huán)氧乙烷和氫氰酸合成丙烯腈的工業(yè)生產(chǎn)裝置。1952 年, 用乙炔代替了環(huán)氧乙烷, 成本大大降低。1959 年出現(xiàn)了丙烯氨氧化合成丙烯

4、腈的方法, 該法出現(xiàn)后, 發(fā)展迅速。1960 年, 美國(guó)美孚石油公司第一個(gè)建成以丙烯、氨和空氣為原料, 用氨氧化法合成丙烯腈的化工廠(chǎng)。該工藝就是現(xiàn)今全球95%的丙烯腈裝置都采用的sohio 法3。據(jù)預(yù)計(jì)，全球丙烯腈需求增速會(huì)略高于產(chǎn)能增速，平均為2.0%一2.5%/a，且集中在亞洲，特別是中國(guó)。中國(guó)未來(lái)將擴(kuò)大abs樹(shù)脂和丙烯酸類(lèi)纖維生產(chǎn)能力，從而推動(dòng)丙烯腈消費(fèi)增長(zhǎng)。全球丙烯腈開(kāi)工率也由兩年前的84%上升至90%。隨著丙烯腈下游產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)丙烯腈市場(chǎng)需求量已到每年140多萬(wàn)噸。每年有近1/3的丙烯腈需要從國(guó)外進(jìn)口。因此，進(jìn)一步提高丙烯腈的產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，加強(qiáng)節(jié)能減排已成

5、為國(guó)內(nèi)丙烯腈各生產(chǎn)廠(chǎng)家的共識(shí)。丙烯氨氧化法的優(yōu)點(diǎn)在于丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化工產(chǎn)品，氨是合成氨的工業(yè)產(chǎn)品，這兩種原料來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉。其次是工藝流程比較簡(jiǎn)單，經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。副產(chǎn)物主要是氫氰酸和乙腈都可以回收利用，且丙烯腈成品純度高。丙烯氨氧化屬于放熱反應(yīng)，再熱平衡上很有利，反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備無(wú)加壓要求。與其他生產(chǎn)方法相比可以減少原料的配套設(shè)備的建設(shè)投資。基于畢業(yè)設(shè)計(jì)的特性，設(shè)計(jì)思路遵循已有的工藝流程，生產(chǎn)規(guī)模為2萬(wàn)噸/年，以丙烯、氨、空氣為原料，采用丙烯氨氧化法合成丙烯腈的工藝。本課題主要針對(duì)丙烯腈合成工段的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。研究目標(biāo)是得到高純度的丙烯腈產(chǎn)品，

6、以滿(mǎn)足后繼工段的使用。本文研究?jī)?nèi)容主要包括：確定工藝流程、物料衡算（含合 成反應(yīng)器、氨中和塔及換熱器、水吸收塔）、熱量衡算（含合成 反應(yīng)器、反應(yīng)氣冷卻器/廢熱 鍋爐、氨中和塔、氨中和塔換熱器、水吸收塔、丙 烯蒸發(fā)器 、丙烯 過(guò)熱器 、氨蒸發(fā)器、氨氣過(guò)熱器、混和器 、空氣加熱器、吸收水第一/二/三冷卻器）、繪制合成工段的工藝流程圖。其中對(duì)丙烯氨氧化制取丙烯腈生產(chǎn)的具體工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)反應(yīng)過(guò)程中物料和能量進(jìn)行衡算，對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率、低能耗的目的。對(duì)反應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)要求對(duì)。對(duì)其設(shè)備進(jìn)行選型和校驗(yàn)。研究方法和步驟：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的工藝參數(shù)，對(duì)

7、系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，確定反應(yīng)條件；確定工藝介質(zhì)的流量、溫度壓力；確定設(shè)備的尺寸等。得到具體的物料的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)表和設(shè)備一覽表。參考書(shū)目1 王保玉,丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的研究進(jìn)展,廣州化工,2010,38,（9）:172 紀(jì)立春，丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，專(zhuān)論綜述，2009，12，25,19( 6):69743 王鳳榮,丙烷氨氧化制丙烯腈工藝以及催化劑研究進(jìn)展,石油化工，2008（8）: 134 黃璐、王寶國(guó)，化工設(shè)計(jì)，北京化學(xué)工業(yè)出版社，2001 目 錄第一章 文獻(xiàn)綜述11.1丙烯腈簡(jiǎn)述11.2 市場(chǎng)調(diào)研11.2.1 國(guó)際現(xiàn)狀11.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀21.3 丙烯腈的合成方法和工藝條

8、件21.3.1 丙烷氨氧化法21.3.2 丙烯氨氧法31.3.3 方案的選擇31.3.4 反應(yīng)過(guò)程分析3第二章 總體工藝方案設(shè)計(jì)62.1 設(shè)計(jì)任務(wù)62.2 流程確定6第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算83.1 物料衡算與熱量衡算83.1.1反應(yīng)器的物料衡算與熱量衡算83.2廢熱鍋爐的物料衡算與熱量衡算113.3氨中和塔物料衡算和熱量橫算123.4氨中和塔換熱器物料衡算和熱量衡算183.5水吸收塔物料衡算和熱量衡算193.6丙烯蒸發(fā)器熱量衡算223.7丙烯過(guò)熱器熱量衡算223.8氨蒸發(fā)器熱量衡算233.9氣氨過(guò)熱器233.10混合器233.11空氣加熱器的熱量衡算243.12吸收水第一冷卻器243.13吸收水

9、第二冷卻器253.14吸收水第三冷卻器25第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算264.1水吸收塔264.2合成反應(yīng)器284.3廢熱鍋爐294.4丙烯蒸發(fā)器314.5 吸收水第一冷卻器324.6吸收水第三冷卻器344.7氨蒸發(fā)器354.8 氣氨過(guò)熱器364.9 丙烯過(guò)熱器364.10空氣加熱器374.11循環(huán)液泵384.12空氣壓縮機(jī)38第五章 安全與環(huán)保405.2生產(chǎn)安全及防護(hù)措施40第六章 結(jié)論與展望44參考文獻(xiàn)45附 錄46致 謝47摘 要本文介紹了丙烯腈生產(chǎn)基本情況及年產(chǎn)12000噸合成工藝系統(tǒng)流程，介紹了丙烯腈的生產(chǎn)情況，合成基本原理，發(fā)展前景及工藝流程的概述和工藝合成的基本方法，并且對(duì)設(shè)備進(jìn)行

10、物料，熱量衡算和工藝計(jì)算。丙烯腈是目前應(yīng)廣泛的一種化工原料，應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)外丙烯腈需求量的日益增長(zhǎng)，丙烯腈供不應(yīng)求，國(guó)內(nèi)大部分丙烯腈靠進(jìn)口來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，為此加大生產(chǎn)規(guī)模和建立合理的生產(chǎn)方案是解決需求的首要問(wèn)題。目前丙烯腈的生產(chǎn)方法主要是以丙烯、氨、空氣為原料，采用丙烯氨氧化法合成丙烯腈，該法原料來(lái)源廣泛價(jià)格低廉且工藝簡(jiǎn)單，與以往的工藝相比具有很大的優(yōu)越性，已成為國(guó)內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目。本文結(jié)合其工藝的優(yōu)點(diǎn)和特性，以1.2萬(wàn)噸/年 丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)為主題，確定具體工藝流程和工藝參數(shù)以及相關(guān)設(shè)備的尺寸，旨在對(duì)其工藝的可行性做出分析和研究，對(duì)該項(xiàng)目的建設(shè)和發(fā)展具有極

11、其重要的意義。丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展主要是朝2個(gè)方向：裝置規(guī)模向大型化發(fā)展；新型催化劑的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用關(guān)鍵詞：丙烯腈 合成工段 工藝流程 工藝參數(shù)abstractthis article describes the basic situation of acrylonitrile production and synthesis of 12，000 tons annual output of system flow，introduced acrylonitrile production，synthesis of basic principles development prospects and p

12、rocess overview and synthesis of the basic method of process and equipmentfor material，and process heat balance calculation.acrylonitrile is a kind of chemical raw materials, the current should be widely applied to every field of life and production, with the growing demand of acrylonitrile at home

13、and abroad in recent years, acrylonitrile in short supply, most acrylonitrile on imports to meet domestic market demand, to increase the scale of production and set up reasonable production plan is to address the needs of the primary issue. present methods of acrylonitrile production mainly in propy

14、lene and ammonia, air as raw material, uses the synthesis method of acrylonitrile, propylene ammoxidation sources of the raw materials widely, low price and simple operation as compared with the previous process has great superiority, has become a domestic focus on the project. combining with the ch

15、aracteristics and advantages of the process, with 12000 tons/year of acrylonitrile synthesize section process design as the theme, determine the specific technological process and technological parameters and the size of the related equipment, to make analysis and research, the feasibility of the pr

16、ocess of the projects construction and development has the extremely vital significance.by material balance，obtain the required raw material propylene，ammonia，sulfuric acid and water consumption of raw materials.keywords: acrylonitrile ;synthesis section ;the process flow ;process parameters 第一章 文獻(xiàn)綜

17、述1.1丙烯腈簡(jiǎn)述丙烯腈（an）是重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，是易燃、易爆、有刺激性臭味、劇毒的無(wú)色液體,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0.002mgl，在空氣中爆炸極限（體積分?jǐn)?shù)）為3.0517.5，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cc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)，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。1.2 市場(chǎng)調(diào)研1.2.1 國(guó)際現(xiàn)

18、狀2005年世界丙烯腈產(chǎn)能為614 萬(wàn)噸/年，2006年全球丙烯腈產(chǎn)能為617 萬(wàn)噸/年。截至2009年，全球丙烯腈能力為623.7 萬(wàn)噸/年。市場(chǎng)分析人士表示，2008 年全球丙烯腈需求比2007 年下降了約15%，這是丙烯腈歷史上需求降幅最大的一年。受全球經(jīng)濟(jì)低迷的影響，丙烯腈下游主要領(lǐng)域如腈綸纖維和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物（abs）市場(chǎng)需求疲軟，從而導(dǎo)致2008 年全球丙烯腈需求下挫至約440 萬(wàn)噸/年。2008年全球丙烯腈裝置的平均開(kāi)工率為75%，到了第四季度開(kāi)工率甚至下降55%的低位。2009年第一季度開(kāi)工率比上年第四季度有較大幅度的上升，但仍遠(yuǎn)低于滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)的水平。據(jù)估算，20

19、08年來(lái)自腈綸領(lǐng)域的丙烯腈需求，從2007 年的220 萬(wàn)噸下降至176 萬(wàn)噸；來(lái)自abs 領(lǐng)域的丙烯腈需求，則從2007年的220 萬(wàn)噸下降至152 萬(wàn)噸。據(jù)從事市場(chǎng)咨詢(xún)的英國(guó)tecnon orbichem 公司分析，丙烯腈生產(chǎn)面臨的最大問(wèn)題是腈綸纖維的不景氣。20082009 年，腈綸纖維生產(chǎn)商的開(kāi)工率低達(dá)60%64%。腈綸是丙烯腈最大的終端用戶(hù)，占丙烯腈需求量近50%。2008年以來(lái)，由于需求減少，腈綸纖維生產(chǎn)商的開(kāi)工率低達(dá)60%，產(chǎn)量大幅下滑。據(jù)日本化學(xué)纖維協(xié)會(huì)報(bào)道，2008 年世界腈綸短纖維比上年減少18%，為202 萬(wàn)噸，已連續(xù)4 年減少。中國(guó)大陸產(chǎn)量減少25%。主要出口地區(qū)日本、

20、臺(tái)灣省則分別大幅度減少39%和32%。腈綸需求衰退導(dǎo)致丙烯腈生產(chǎn)成本不能有效地向下游轉(zhuǎn)移， 迫使生產(chǎn)廠(chǎng)家低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至停產(chǎn)。丙烯腈第二大終端用戶(hù)是abs，abs 成為驅(qū)動(dòng)丙烯腈需求的主要?jiǎng)恿?。?0 年來(lái)abs 消費(fèi)占全球丙烯腈生產(chǎn)越來(lái)越大的份額。截至20082009 年， 全球丙烯腈供應(yīng)相對(duì)維持不變，約為620 萬(wàn)621 萬(wàn)噸/年。唯一計(jì)劃新增的能力為旭化成公司與泰國(guó)ptt 化學(xué)公司合資在泰國(guó)馬塔府建設(shè)的20 萬(wàn)噸/年裝置，定于2010 年底2011 年初投產(chǎn)。生產(chǎn)商們?nèi)圆豢春?010 年的世界丙烯腈市場(chǎng)前景。預(yù)計(jì)20102011 年世界丙烯腈需求年增長(zhǎng)率約為1.5。腈綸需求繼續(xù)下滑，其消

21、費(fèi)量比例將從2005 年50下降至2010 年44；abs 消費(fèi)量比例將從32上升至36。據(jù)預(yù)計(jì)，2010年世界丙烯腈需求將達(dá)約624萬(wàn)噸。1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀2005年我國(guó)主要的丙烯腈生產(chǎn)企業(yè)有10家，總產(chǎn)能約為101.3萬(wàn)t/a（全國(guó)總產(chǎn)能約達(dá)110萬(wàn)t/a），總產(chǎn)量達(dá)到93.1萬(wàn)t。其中2005年2月投產(chǎn)的上海賽科產(chǎn)能為26萬(wàn)t/a，是目前國(guó)內(nèi)最大的丙烯腈生產(chǎn)廠(chǎng)家。需求增長(zhǎng)促使我國(guó)丙烯腈繼續(xù)擴(kuò)能，2006年丙烯腈的擴(kuò)能主要為吉林石化公司擴(kuò)能到25萬(wàn)t/a，撫順石化公司擴(kuò)能到9.2萬(wàn)t/a，合計(jì)增加5萬(wàn)t/a，2006年底我國(guó)丙烯腈主要企業(yè)總產(chǎn)能達(dá)到106.3萬(wàn)t/a，全國(guó)總產(chǎn)能約達(dá)115

22、萬(wàn)t/a。2005年我國(guó)丙烯腈消費(fèi)量達(dá)到124.7萬(wàn)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)缺口為31.6萬(wàn)。預(yù)計(jì)2012年丙烯腈消費(fèi)量略有增加。近年，我國(guó)丙烯腈進(jìn)口一直保持在30萬(wàn)以上，2004年進(jìn)口31.86萬(wàn)t，2005年由于上海賽科石化2萬(wàn)t/a裝置投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)能力大幅增加，使進(jìn)口量有所下降，為31.64萬(wàn)t，2006年1-6月進(jìn)口量已達(dá)到15.84萬(wàn)t，預(yù)計(jì)全年進(jìn)口將高于2005年。我國(guó)丙烯腈進(jìn)口主要來(lái)自韓國(guó)、日本、美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)。2005年開(kāi)始，我國(guó)有部分丙烯腈出口國(guó)外，主要出口商是上海賽科石化的丙烯腈工廠(chǎng)，其在2006年上半年的出口量達(dá)到3萬(wàn)以上。國(guó)內(nèi)需求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力仍有一定差距，丙烯腈在國(guó)內(nèi)

23、擁有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿Α?.3 丙烯腈的合成方法和工藝條件1.3.1 丙烷氨氧化法以美國(guó)bp 公司、日本旭化成公司和三菱化成公司為代表的主要丙烯腈生產(chǎn)商開(kāi)始了以丙烷為原料的生產(chǎn)丙烯腈的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。該技術(shù)主要合成工藝有兩種：一是bp 公司開(kāi)發(fā)的丙烷直接氨氧化法，在特定的催化劑下，以純氧為氧化劑，同時(shí)進(jìn)行丙烷氧化脫氫和丙烯氨氧化法反應(yīng)；日本旭化成公司開(kāi)發(fā)的丙烷直接氨氧化工藝7。是將丙烷、氨和氧在裝有專(zhuān)用催化劑的管式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng), 其催化劑8為sio2 上負(fù)載20%60%的mo、v、nb 或sb 金屬, 反應(yīng)中用惰性氣體稀釋, 反應(yīng)條件為415和0.1mpa。當(dāng)丙烷轉(zhuǎn)化率約為90%時(shí), 丙烯

24、腈選擇性為70%, 收率約為60%。三是三菱化成公司開(kāi)發(fā)的獨(dú)特循環(huán)工藝，主要是丙烷氧化脫氫后生成丙烯，然后再以常規(guī)氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈，其主要特點(diǎn)是采用選擇性烴的吸附分離體系的循環(huán)工藝，可將循環(huán)物流中的惰性氣體和碳氧化物選擇性除去，原料丙烷和丙烯100%回收，從而降低了生產(chǎn)成本。盡管丙烷法較丙烯氨氧化法總投資高，但是由于丙烷價(jià)格（19.8 美分/kg）比丙烯價(jià)格（39.6 美分/kg）低一半，因此單從原料成本上看丙烷法比丙烯法更有前景，有關(guān)資料介紹丙烷法有望比丙烯氨氧化法降低30%的生產(chǎn)成本。盡管目前尚處于研究階段，開(kāi)發(fā)高效的催化劑是關(guān)鍵，但是由于丙烷價(jià)格低廉、容易得到，不久的將來(lái)丙烷氨氧化法法

25、可望工業(yè)化生產(chǎn)，前景樂(lè)觀(guān)。1.3.2 丙烯氨氧法目前世界95% 以上的丙烯腈生產(chǎn)采用bp公司開(kāi)發(fā)的丙烯氨氧化法生產(chǎn)工藝（ sohh io工藝）。以化學(xué)純丙烯（丙烯含量92% 94% ）和化肥級(jí)氧為原料（進(jìn)料組成為丙烯：氨：空氣= 1：1.2 ：10） ,主要采用磷-鉬-鉍系催化劑, 采用流化床反應(yīng)器, 在反應(yīng)溫度400500、壓力0.050.1mpa下與空氣進(jìn)行丙烯的氨氧化反應(yīng), 在反應(yīng)器中的接觸時(shí)間為10s或更低。丙烯、氨和空氣通過(guò)流化床反應(yīng)器氨氧化生成丙烯腈, 副產(chǎn)品要包括乙腈、氫氰酸、丙烯醛、丙烯酸和co2, 此外還有少量未反應(yīng)的丙烯和氨。除去未反應(yīng)的氨, 反應(yīng)氣體去水吸收塔, 用低溫水

26、將氣體中的有機(jī)物吸收。然后, 將吸收液送去丙烯腈回收精制工序, 分離出高純度丙烯睛、氫氰酸和粗乙睛。bp公司丙烯氨氧化法生產(chǎn)工藝的主要技術(shù)改進(jìn)集中在催化劑、流化床反應(yīng)器以及節(jié)能降耗等。丙烯腈氧化法的優(yōu)點(diǎn)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(lái)源豐富且價(jià)格低廉。（2）工藝流程比較簡(jiǎn)單，經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。（3）反應(yīng)的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要是氫氰酸和乙腈，都可回收利用，而且丙烯腈成晶純度較高。（4）丙烯氨氧化過(guò)程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上很有利。（5）反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備無(wú)加壓要求。（6）與其他生產(chǎn)方法如乙炔與氫氰酸合成法，環(huán)氧乙烷與

27、氫氰酸合成法等比較，可以減少原料的配套設(shè)備（如乙炔發(fā)生裝置和氰化氫合成裝置）的建設(shè)投資。1.3.3 方案的選擇目前丙烯腈的合成路線(xiàn)主要有以上兩種，其中，丙烯氨氧化法的技術(shù)相對(duì)丙烷氨氧化法來(lái)說(shuō)比較成熟，經(jīng)討論，我們決定采用丙烯氨氧化法中的sohio法進(jìn)行模擬與設(shè)計(jì)。1.3.4 反應(yīng)過(guò)程分析（1）丙烯氨氧化的原理化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)條件下,對(duì)于丙烯氨氧化法，主反應(yīng)生成丙烯腈，是一個(gè)非均相反應(yīng)；與此同時(shí)，在催化劑表面還發(fā)生一系列副反應(yīng)。主反應(yīng)：c3h6 + nh3 +1.5 o2 ch2 =chcn + 3 h2o h = -512.5kj/mol同時(shí)還會(huì)發(fā)生一系列副反應(yīng), 生成相當(dāng)數(shù)量的氫氰酸（hc

28、n）、乙腈（ acn）、一氧化碳、二氧化碳及少量的丙烯醛、丙烯酸、丙酮、丙腈等12,13 。其副反應(yīng)方程式如下:生成乙腈：c3h6 + 1.5nh3 + 1.5o2 1.5ch3cn + 3h2o h=-522kj/mol生成氫氰酸：c3h6 + 3nh3 + 3o2 3hcn + 6h2o h=-941kj/mol生成二氧化碳：c3h6 + 4.5o2 3co2 +3 h2o h=-1925kj/mol生成一氧化碳：c3h6 + 3o2 3co + 3h2o h=-1067kj/mol 上述副反應(yīng)中，生成乙腈和氫氰酸是主要的，co2、co 和h2o 可以由丙烯直接氧化得到，也可以由丙烯腈、乙

29、腈等再次氧化得到14。反應(yīng)過(guò)程也副產(chǎn)少量的丙烯醛、丙烯酸、乙醛、丙腈以及高聚物等。因此，工業(yè)生產(chǎn)條件下的丙烯氨氧過(guò)程十分復(fù)雜。主、副產(chǎn)物的相對(duì)生成量，取決于催化劑本身性。(2) 催化劑 丙烯氨氧化所采用的催化劑主要有兩類(lèi),即mo系和sb系催化劑。mo系催化劑由sohio公司開(kāi)發(fā),由c-a型已發(fā)展到第四代的c-49、c-89。sb系催化劑由英國(guó)釀酒公司首先開(kāi)發(fā),在此基礎(chǔ)上,日本化學(xué)公司又相繼開(kāi)發(fā)成功第三代的ns-733a和第四代的ns-733b。下面對(duì)這兩類(lèi)催化劑作一簡(jiǎn)單介紹。mo系催化劑工業(yè)上最早使用的是p-mo-bi-o（c-a）催化劑,其代表組成為pbi9mo12o52?；钚越M分為moo3

30、和bi2o3.bi的作用是奪取丙烯中的氫,mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。因而是一個(gè)雙功能催化劑。p是助催化劑,起提高催化劑選擇性的作用。這種催化劑要求的反應(yīng)溫度較高（460-490）,丙烯腈收率60%左右。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c-21、c-41等代替。sb系催化劑sb系催化劑在60年代中期用于工業(yè)生產(chǎn),有sb-u-o、sb-sn-o和sb-fe-o等。初期使用的sb-u-o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

31、劑處理困難,使用幾年后已不采用。sb-fe-o催化劑由日本化學(xué)公司開(kāi)發(fā)成功,即牌號(hào)為nb-733a和nb-733b催化劑。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,催化劑中fe/sb比為11（mol）,x光衍射測(cè)試表明,催化劑的主體是fesbo4,還有少量的sb2o4。工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果表明,丙烯腈收率達(dá)75%左右,副產(chǎn)乙腈生成量甚少,價(jià)格也比較便宜,添加v、mo、w等可改善該催化劑的耐還原性。丙烯氨氧化法的催化劑都是制約反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)鍵因素。如美國(guó)bp-amoco 公司開(kāi)發(fā)的c-49mc 催化劑，丙烯轉(zhuǎn)化率98.3%，丙烯腈選擇性達(dá)84.5%。（3） 工藝條件的選擇a. 丙烯:氨:氧氣物質(zhì)的量比為1:11.2:1.82.3。丙烯

32、:氨物質(zhì)的量比理論值為1:1，實(shí)際為1:1.2，若物質(zhì)的量比過(guò)低，則副產(chǎn)物丙烯醛生成量顯著上升；若物質(zhì)的量比過(guò)量，在后續(xù)急冷工藝氨處理量加大。丙烯:氧的物質(zhì)的量比理論值為1:1.5，實(shí)際為1:1.82.5。若換成空氣，則實(shí)際為1:1012。降低氧氣比使選擇性增加，但造成丙烯轉(zhuǎn)化率降低，使丙烯腈收率降低；如果增大氧氣比，則二氧化碳生成量上升，丙烯腈的選擇性降低，且反應(yīng)器的體積要增大。b. 反應(yīng)溫度的影響；反應(yīng)溫度升高，丙烯轉(zhuǎn)化率增加，副產(chǎn)物乙腈生成量下降，氫氰酸和二氧化碳生成量上升，使丙烯腈選擇性降低。通常反應(yīng)溫度：400470。c. 反應(yīng)壓力的影響；壓力提高，反應(yīng)器的生產(chǎn)能力上升，丙烯轉(zhuǎn)化率提

33、高，但丙烯腈的收率卻直線(xiàn)下降，因?yàn)楦碑a(chǎn)物的生成量也增加。因此要選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)壓力，使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和丙烯的消耗保持在最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)，一般反應(yīng)壓力為0.10.3mpa。d. 反應(yīng)時(shí)間的影響；反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，丙烯轉(zhuǎn)化率下降，從而丙烯腈收率降低。反之，如果反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則丙烯腈發(fā)生二次反應(yīng)，不利于丙烯腈選擇性的提高。一般反應(yīng)時(shí)間615s。e. 轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)選擇性；丙烯:氨:空氣中氧的物質(zhì)的量比為1:11.2:1.82.3，反應(yīng)溫度為400500，反應(yīng)壓力為0.1013mpa，在此反應(yīng)條件下主副產(chǎn)物單程收率為：丙烯腈60%75%，丙烯轉(zhuǎn)化率85%-99%。 第二章 總體工藝方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）

34、設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱(chēng)：丙烯腈合成工段初步設(shè)計(jì)（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。（3）生產(chǎn)能力：年生產(chǎn)天數(shù)300天，年產(chǎn)12000噸丙烯腈（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%。（5）工段產(chǎn)品為丙烯腈水溶液，含丙烯腈1.8%（wt）。2.2 流程確定生產(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)熱到需要的溫度后進(jìn)入混合氣，經(jīng)過(guò)壓縮后的空氣先通過(guò)空氣飽和塔和增濕塔，經(jīng)過(guò)空氣加熱氣預(yù)熱到一定的溫度再進(jìn)入混合氣?；旌蠚獬隹诘母邷貧怏w經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐回收熱量

35、，氣體冷卻到230左右進(jìn)入氨中和塔，在7080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氨的酸液經(jīng)過(guò)循環(huán)冷卻器除去吸熱再返回塔頂循環(huán)使用，同時(shí)補(bǔ)充部分新鮮的酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸氨的廢液，中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)入水吸收塔，用510的水吸收丙烯腈和其他副產(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，溫度升高后去精致工段。物料流程圖如下第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 物料衡算與熱量衡算按年工作日300天，丙烯腈損失率4.00%，設(shè)計(jì)裕量5%計(jì)算，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為：1200010001.051.04/（30024）=1820/h。

36、3.1.1反應(yīng)器的物料衡算與熱量衡算 （1）計(jì)算依據(jù) a 丙烯腈產(chǎn)量 1820/h 即34.34kmol/h b 原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)） 含 85%， 15% c 進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾比）為 :=1：1.25：10.0:0.75d 反應(yīng)后各產(chǎn)物單程收率如表3-1所示表3-1 反應(yīng)后各產(chǎn)物單程收率組別丙烯轉(zhuǎn)化率%組分的收率丙烯腈氰化氫乙睛丙烯醛摩爾收率298.00%80.00%6.20%2.60%0.20%9.00% e操作壓力 進(jìn)口0.023mpa，出口0.162mpa f 反應(yīng)器進(jìn)口溫度110，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度360 g丙烯氨氧化法制丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：

37、 （2）物料衡算 a反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量 34.34/0.8=42.925kmol/h=1802.85kg/h 42.925/0.850.15=7.575kmol/h=333.3kg/h 42.9251.25=53.66kmol/h=912.16kg/h 42.925100.21=90.14kmol/h=2884.56kg/h 42.925100.79+42.9250.75=371.3kmol/h=5198.22kg/h b反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量 丙烯腈（an） 34.34kmol/h=1820kg/h 乙腈（acn） 3/242.9250.026=1.67kmol/h=68

38、.47kg/h 丙烯醛（acl） 42.9250.02=0.85kmol/h=47.6kg/h 342.9250.09=11.59kmol/h=509.95kg/h 342.9250.062=7.98kmol/h=215.57kg/h 7.575kmol/h=333.3kg/h 371.3kmol/h=5198.22kg/h 90.14-3/234.34-7.98-0.85-1.67-9/（32）11.59 =10.655kmol/h=340.96kg/h 42.925-1/37.98-0.85-2/31.67-34.34-1/311.59 =0.098kmol/h=4.13kg/h 53.6

39、6-34.34-7.98-1.67=9.67kmol/h=164.39kg/h 334.3421.6727.9811.59+0.85 =134.76kmol/h=2425.68kg/h c反應(yīng)器物料平衡如表32 表32 反應(yīng)器物料平衡流量和組成組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口%()%()%()%()42.9251802.857.5916.190.0984.130.020.047.575333.31.342.997.575333.31.282.9953.66912.169.498.199.67164.391.641.4890.142884.5615.9425.9110.655340.961.803.06

40、371.35198.2265.6546.70371.35198.2262.946.710000134.762425.6822.8221.79an000034.3418205.8116.35acl00000.8547.60.140.43acn00001.6768.470.280.62hcn0000 7.98215.571.351.94000011.59509.951.964.58合計(jì)565.611131.09100.00590.57811128.27100.00100.00 （3）熱量衡算 各物質(zhì)0t的平均比熱熔如表3-3所示表3-3各物質(zhì)0t的平均定壓比熱熔 cp/kj（k）物質(zhì)anhcnac

41、nacl/0-651.5661.7042.1040.9191.0400000000-4152.1142.3172.4310.9711.0671.9671.5451.4821.6121.6860.9660-4272.1302.3892.4420.9731.0691.9711.5531.4861.6121.6770.968a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:各物質(zhì)25t的平均比熱熔用0t的平均比熱熔代替，誤差不大，因此， 若熱損失取h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： 濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405mpa的飽和蒸汽（飽和溫度143）14

42、3的飽和蒸汽含i=2736kj/kg143飽和水含i=601.2kj/kg產(chǎn)生的蒸汽量=1.79105/(2736-601.2)=83.85kg/hb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)稀相段的氣體帶出熱為= 熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為=（10.04）（）=稀相段換熱裝置產(chǎn)生mp的飽和蒸汽量為g=3.2廢熱鍋爐的物料衡算與熱量衡算 （1）計(jì)算依據(jù) a.入口氣和出口氣的組成與反應(yīng)器出口氣體相同 b.入口氣體溫度360，壓力0.162mp c.出口氣體溫度180，壓力0.152mp （2）熱衡算以0氣體為衡算基準(zhǔn)，各物質(zhì)的平

43、均比熱容為表3-4所示。表3-4各物質(zhì)0180的平均比熱容物質(zhì)c3h6c3h8nh3o2n2h2oanhcnacnaclco22.0712.3432.4060.9621.0541.9251.5521.4851.6071.5861.004a.入口氣體帶入熱（等于反應(yīng)氣稀相段的氣體帶出熱）=b.出口氣體帶出熱= c.熱衡算求需求取出的熱量q 按熱損失10%計(jì)，需要取出的熱量為q=（1-0.1）（）= d.產(chǎn)生的蒸汽量產(chǎn)生0.405mpa的飽和蒸汽量為 g=3.3氨中和塔物料衡算和熱量橫算（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

44、的含量為93%(wt）d塔底出口液體的組成如下：表3-5塔底出口液體的組成組分h2oanacnhcnh2so4（nh4）2so4合計(jì)%（wt）75.60.30.20.30.522100e.進(jìn)塔溫度180，出塔溫度78，新鮮硫酸吸收劑溫度30f.塔頂壓力0.03mpa,塔底壓力0.06mpa（2）物料衡算a.排出的廢液量及其組成 進(jìn)塔其中183.38/h，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：上式中，132是分子量，17是氨的分子量。塔底排出液中，的含量22%（wt），因此排放的廢液量為：638.22/0.22=2901kg/h排放的廢

45、液中，各組分的量： 29010.6853=1988.05kg/h 29010.0003=0.8703kg/h 29010.0002=0.5802 29010.00016=0.6266kg/h 29010.005=14.505kg/h 29010.309=896.41kg/hb.需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%硫酸）的量為：（29010.005164.39454.15kg/hc.出塔氣體中各組分的量： 4.13kg/h 333.3kg/h 340.96kg/h 5198.22kg/h 1820-0.8703=1819.129kg/h 68.47-0.5802=118.01kg/h 22.44kg/h

46、215.57-0.6266=214.94kg/h 906.52kg/h 2425.68+638.220.07-1988.05=482.31kg/hd.氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表表3-6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)0.0984.130.020.0400000.0984.130.020.047.575333.31.282.9900007.575333.31.573.539.67164.391.641.480000000010.655340

47、.961.803.06000010.655340.962.213.61371.35198.2262.946.710000371.35198.2276.9355.07134.762425.6822.8221.7944.67571988.0568.5326.795482.315.555.1134.3418205.8116.35000.87030.03034.321819.1297.1119.271.6768.470.280.62000.58020.0202.88118.010.591.257.98215.571.351.94000.62660.0217.961214.941.652.280.854

48、7.60.140.4300000.40122.440.080.2411.59509.951.964.58000020.602906.524.279.600000454.159314.5050.500000000000896.4130.900000合計(jì)590.5811128.3100100498.831002901.04100482.619439.56100100（3）熱衡算a. 出塔氣體溫度塔頂氣體中實(shí)際氣體分壓為mpa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mpa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下表：表3-7硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/mpa溫度/

49、含量g2530700.029160.02876800.04480.04376900.065630.06472根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和的值，線(xiàn)性插入可得硫酸銨含量為29.1g時(shí)的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:表3-8硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/mpa溫度/ 含量g29.1700.02883800.04395900.06488線(xiàn)性?xún)?nèi)插可求mpa時(shí)出塔氣的溫度為70.94不在7887范圍內(nèi)。故以上設(shè)計(jì)不可取，需要往急冷水塔中補(bǔ)充水。采用反推法，設(shè)塔釜溫度為85，則線(xiàn)性?xún)?nèi)插法得，此時(shí)，=，即出塔總水量為26.795/0.4091=65.5 kmol/h =1178.95kg/h 即補(bǔ)水量為:65.5-26.795=38.71 kmol/h設(shè)補(bǔ)水溫度為85，通過(guò)水飽和塔以蒸汽的形式進(jìn)入急冷塔，以蒸汽的形式存在，此時(shí)入塔水蒸氣變?yōu)閯t氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表變?yōu)楸?-9氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表流量和組