年產(chǎn)萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計

1、化工工藝設(shè)計課 程 設(shè) 計年產(chǎn)4.5萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計年 級2013專 業(yè) 化學工程與工藝學 號姓 名指導教師設(shè)計成績完成日期2016 年 月 日課程設(shè)計成績評定欄評定基元評審要素評審內(nèi)涵分值評分簽名欄設(shè)計說明，40%格式規(guī)范內(nèi)容完整格式是否規(guī)范8評閱教師簽名內(nèi)容是否完整8工藝計算正確、完整和規(guī)范物料恒算8熱量衡算8設(shè)備設(shè)計和選型8設(shè)計圖紙，30%圖紙規(guī)范標注清晰方案流程圖7評閱教師簽名工藝物料流程圖8帶控制點的工藝流程圖15 答辯成績20%儀態(tài)自然語言流暢語言流暢10答辯老師簽名答題正確10平時成績，10%上課出勤上課出勤考核5指導教師簽名制圖出勤制圖出勤考核5合計100答辯記錄 化

2、工工藝設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學 號學生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計題目年產(chǎn) 4.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)1.生產(chǎn)能力： 45000噸/年2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩爾分率）；液氨100%3.產(chǎn)品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液4.生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5.丙烯腈損失率：3%6.設(shè)計裕量：6%7.年操作日300天設(shè)計要求1.確定設(shè)計方案，并畫出流程框圖（要求見4（1）；2.物料衡算，熱量衡算3.主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算4.繪圖要求：（1）流程框圖（CAD或者PPT繪，截圖在方案設(shè)計中）；（2）方案流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；（3）工藝物料流程圖（帶物料表，CAD或手繪，A3圖紙）

3、；（4）制帶控制點的工藝流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；5.編寫設(shè)計說明書工作量1.設(shè)計計算：1.5周2.工藝流程圖與設(shè)計說明書：1周3.答辯：0.5周工作計劃第一周：物料衡算、熱量衡算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算第二周：畫圖，撰寫設(shè)計說明書，第三周：答辯參考資料化工工藝設(shè)計手冊第四版(上下冊)，中國石化集團上海工程有限公司編，化學工業(yè)出版社，2009年化學化工物性參數(shù)手冊，青島化工學院等編，化學工業(yè)出版社，2002年目錄第一部分 概述1第二部分 設(shè)計技術(shù)參數(shù)2第三部分 工藝流程設(shè)計23.1 丙烯腈工藝流程23.2 丙烯腈工藝流程示意圖3第四部分 物料衡算和熱量衡算34.1 小時生產(chǎn)能力34.2

4、 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算34.3 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算74.4 氨中和塔物料衡算和熱量衡算94.5換熱器物料衡算和熱量衡算144.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算154.7 空氣水飽和塔釜液槽194.8 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算214.9 丙烯過熱器熱量衡算224.10氨蒸發(fā)器熱量衡算224.11 氨氣過熱器224.12 混合器234.13 空氣加熱器的熱量衡算24第五部分 主要設(shè)備的工藝計算255.1流化床合成反應(yīng)器255.2空氣飽和塔275.3 水吸收塔285.4 丙烯蒸發(fā)器315.5 循環(huán)冷卻器325.6 氨蒸發(fā)器345.7 氨氣過熱器355.8 丙烯過熱器365.9空氣加熱器365.

5、10循環(huán)液泵385.11空氣壓縮機385.12中和液貯槽38第六部分 附錄406.1附表406.2 參考文獻40第七部分 課程設(shè)計心得42丙烯腈合成工段工藝設(shè)計第一部分 概述丙烯腈是重要的有機化工產(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色液體，味甜，微臭，沸點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(體積分數(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CC雙鍵和氰基，化學性質(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，丙烷氨氧化生產(chǎn)丙烯

6、腈的研究也取得長足進展，現(xiàn)已處于中試階段。這一方面是由于價格的因素，丙烷的價格比丙烯低得多，另一方面也為惰性的丙烷開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。但就目前的技術(shù)水平來看，固定資產(chǎn)投資大，轉(zhuǎn)化率低，選擇性不高，目前報道的丙烷的轉(zhuǎn)化率67%，選擇性60%，還難以和丙烯氨氧化法相競爭，但其前景看好，根據(jù)美國斯坦福研究所18萬ta丙烯腈概念設(shè)計，丙烷為原料生產(chǎn)丙烯腈的成本只是丙烯的64%。研究開發(fā)的催化劑主要有V-Sb-Al-O、V-Sb-W-Al-O、Ga-Sb-A1-O、V-Bi-Mo-O等。丙烯腈是重要的有機原料，主要用于橡膠合成（如丁腈橡膠）、塑料合成（如ABS，AS樹脂、聚丙烯酰胺等）、有機合成、制造腈

7、綸、尼龍66等合成纖維、殺蟲劑、抗水劑、粘合劑等。丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生產(chǎn)過程的主反應(yīng)為該反應(yīng)的反應(yīng)熱為 主要的副反應(yīng)和相應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下：（1） 生成氰化氫（HCN） HCN（2）生成丙烯醛（ACL） ACL（3）生成乙腈（ACN） ACN（4）生成CO2和H2O CO2第二部分 設(shè)計技術(shù)參數(shù)1.生產(chǎn)能力：45000 噸/年2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩爾分率）；液氨100%3.產(chǎn)品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液4.生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5.丙烯腈損失率：3%6.設(shè)計裕量：6%7.年操作日：300天第三部分 工藝流程設(shè)計3.1 丙烯腈工藝流程液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和

8、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)空氣加熱器預熱至一定溫度進入混合器。溫合器出口氣體混合物進入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)進行丙烯的氨氧化反應(yīng)。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)使用同時補充部分新鮮酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸銨的廢液。氨中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進入水吸收塔，用510的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物水吸收塔塔底得到古丙烯腈約1.8的丙烯腈水溶液，經(jīng)換熱器

9、與氨中和塔出口氣體換熱，濕度升高后去精制工段。廢熱鍋爐 冷卻劑 冷卻劑 反應(yīng)器 冷凍鹽水 深井水 循環(huán)水去萃取解吸塔 來自乙腈解吸塔釜液 軟水 飽和塔釜液槽 尾氣 AN溶液去精制 換熱器 硫酸循環(huán) 冷卻器 冷卻器 液態(tài)丙烯儲罐 丙烯蒸發(fā)器 丙烯過熱器 液氨儲罐 加熱劑 氨氣過熱器 加熱劑 氨蒸發(fā)器 空氣 空氣飽和塔 混合器 空氣加熱器加熱劑 廢液排放 氨中和塔 水吸收塔 軟水蒸汽3.2 丙烯腈工藝流程示意圖圖1 丙烯腈合成工段生產(chǎn)工藝流程示意圖第四部分 物料衡算和熱量衡算4.1 小時生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3%、設(shè)計裕量6%計算，年產(chǎn)量為45000噸/年，則每天每小時產(chǎn)量為：

10、4.2 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算計算依據(jù)A. 丙烯腈產(chǎn)量6823.75kg/h，即128.51kmol/hB. 原料組成（摩爾分數(shù)）：丙烯（C3H6）85%,丙烷（C3H8）15%C. 進反應(yīng)器的原料配比（摩爾比）為D. 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為：表4-1 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率物質(zhì)丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈（CAN）丙烯醛（ACL）二氧化碳摩爾收率0.60.0650.070.0070.12E. 操作壓力：進口0.023MPa，出口0.162MPaF. 反應(yīng)器進口氣體溫度110，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度360 物料衡算A. 反應(yīng)器進口原料氣中各組分的流量B. 反應(yīng)器出口原料氣中各

11、組分的流量丙烯腈 乙腈 丙烯醛 HCN C. 反應(yīng)器物料平衡表如表4-2表4-2 反應(yīng)器物料平衡表組分反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6214.188995.566.210.816.06674.520.450.72C3H837.801663.21.092.037.801663.21.061.77NH3224.893823.116.494.5932.12546.040.900.58O2492.6115763.6514.2218.93104.943357.922.933.58N21853.1551888.2553.486

12、2.31853.1551888.2551.8055.37H2O642.5411565.7218.541.391248.6822476.2434.9023.98AN0000128.516823.753.597.28ACN000022.49922.090.630.98HCN000041.771127.661.171.20ACL000014.99840.340.420.90CO2000077.103392.612.163.62合計3465.1783290.491001003577.6193712.62100100 能量衡算各物質(zhì)0t的平均定壓比熱容如下表4-3 各物質(zhì)0t平均定壓比熱容A. 濃相段熱

13、衡算求濃相段換熱裝置的熱負荷及產(chǎn)生蒸汽量H3110,反應(yīng)器入口混合氣470，濃相段出口混合氣25，反應(yīng)器出口混合氣25，濃相段入口混合氣HH1H2假設(shè)如下熱力學途徑：各物質(zhì)25t的平均比熱容用0t的平均比熱容代替，誤差不大，因此， 若熱損失取的5%，則需由濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負荷）為：濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405 MPa的飽和蒸汽（飽和溫度143）143飽和蒸汽焓：143飽和水焓：B. 稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負荷及產(chǎn)生蒸汽量以0氣體為衡算基準進入稀相段的氣體帶入熱為： 離開稀相段的氣體帶出熱為： 若熱損失為4%，則稀相段換熱裝置的熱負荷為：稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.4

14、05MPa的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：4.3 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算計算依據(jù)A. 入塔空氣壓力0.263MPa，出塔空氣壓力0.243MPaB. 空壓機入口空氣溫度30，相對溫度80%，空壓機出口氣體溫度170C. 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，組成如下表4-4 塔頂噴淋液的組成組分ANACN氰醇ACL水合計%（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物料衡算A. 進塔空氣量查得30，相對濕度80%時空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空

15、氣因此，進塔空氣帶入的水蒸汽量為：B. 進塔熱水量氣、液比為152.4，故進塔噴淋液量為塔頂噴淋液105的密度為958kg/m3，因此進塔水的質(zhì)量流量為：C. 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，因而D. 出塔液量熱量衡算A. 空氣飽和塔出口氣體溫度空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分數(shù)為：根據(jù)分壓定律蒸汽的實際分壓為：因飽和度為0.81，所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為：查飽和蒸汽表得到對應(yīng)的飽和溫度為90，因此，須控制出塔氣體溫度為90，才能保證工藝要求的蒸汽量。B. 入塔熱水溫度 入塔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：0氣

16、態(tài)空氣，0液態(tài)水。(a) 170進塔空氣帶入熱量Q1170蒸汽焓值為, 干空氣在0l70的平均比熱容 (b) 出塔濕空氣帶出熱量Q290蒸汽焓 ，空氣比熱容取 (c) 105入塔噴淋液帶入熱量Q3(d)求出塔熱水溫度t 出塔熱水帶出熱量用Q4表示，則熱損失按5%計，則熱平衡方程 代入數(shù)據(jù)，解得 t=78.1因此，出塔熱水溫度為78.14.4 氨中和塔物料衡算和熱量衡算計算依據(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)全部氨被硫酸吸收，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(即循環(huán)液)的組成如下表4-5 塔底出口液體的組成組分水ANACNHCN硫酸

17、硫酸銨合計%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100E. 進塔氣溫度180，出塔氣溫度76，新鮮硫酸吸收劑溫度30F. 塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa圖2 氨中和塔局部流程1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器物料衡算A. 排出的廢液量及其組成進塔氣中含有的氨，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：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，排放的廢液量為：排放的廢液中各組分的量：B. 需補充的新鮮硫酸吸收劑（93%的）的量為：C. 出塔氣體中各組分的量熱量衡算A. 出塔氣體溫度塔頂氣體中實際蒸汽分壓為：設(shè)飽和度

18、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，已知硫酸銨上方的飽和蒸汽壓如表4-6所示。表4-6 硫酸銨上方的飽和蒸汽壓(NH4)2SO4含量/g(NH4)2SO4/gH2O溫度/404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和的值，內(nèi)插得到出塔氣的溫度為76B. 入塔噴淋液溫度 入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低6，故為70C. 塔釜排出液溫度入塔氣蒸汽分壓，在釜液，含量下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于時的釜液溫度即為釜液的飽和溫度，用內(nèi)插法從4

19、-6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時每100g水能溶解95.3g硫酸銨，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。D. 熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負荷和冷卻水用量作圖3的虛線方框列熱平衡方程得圖3 氨中和塔的熱量衡算1氨中和塔； 2循環(huán)冷卻器（a）入塔氣體帶入熱Q1 入塔氣體帶入熱量與廢熱鍋爐出口氣體帶出熱量相同(b) 出塔氣體帶出熱Q2各組分在076的平均比熱容的值如下表4-7 各組分在076的平均比熱容組分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.04

20、61.8831.3471.3931.4061.3430.921(c) 蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱Q3蒸汽的冷凝熱為(d) 有機物冷凝放熱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749kJkg(g) 塔釜排放的廢液帶出熱量Q7塔釜排放的廢液中，與的摩爾比為，查氮肥設(shè)計手冊得此組成的硫酸銨水溶液比熱容為。(h) 新鮮吸收劑帶入熱Q8的比熱容為。(i)求循環(huán)冷卻器熱負荷Q9因操作溫度不高，忽略熱損失。把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程：解得 (j)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量W設(shè)循環(huán)冷卻器循

21、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m 循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制。70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。設(shè)循環(huán)液流量為m kg/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)冷卻器列熱平衡得： (2)聯(lián)解式(1)和(2)得 4.5換熱器物料衡算和熱量衡算換熱器氣體來自氨中和塔76氣液混合物去水吸收塔40AN溶液去精制AN溶液來自水吸收塔計算依據(jù)進口氣體76，組成和流量與氨中和塔出口氣相同。出口氣體溫度40，操作壓力115.5kPa。物料衡算 出口氣體溫度40， 40飽和蒸汽壓力為設(shè)出

22、口氣體中含有x kmol/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4-8 換熱器氣體方(殼方)的物料平衡組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計流量/(kmol/h)16.0637.80994.21104.941853.15128.5122.4941.7714.9977.103291.02 熱量衡算A. 換熱器入口氣體帶入熱 (等于氨中和塔出口氣體帶出熱)Q1B. 蒸汽冷凝放出熱Q240水汽化熱為2401.lkJkgC冷凝液帶出熱Q3D出口氣體帶出熱Q4出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容為表4-9 出口氣體各組分在

23、040的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66 E熱衡算求換熱器熱負荷Q5平衡方程： 代入數(shù)據(jù)求得：4.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算計算依據(jù)（見圖4）圖4 水吸收塔的局部流程A入塔氣流量和組成與換熱器出口相同。B入塔器溫度40，壓力112KPa。出塔氣溫度10，壓力101KPaC入塔吸收液溫度5D出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）物料衡算A進塔物料（包括氣體和凝水）的組成和流量與換熱器出口相同B出塔氣的組成和量出塔干氣含有、10水的飽和蒸汽壓，總壓為1013

24、25Pa 出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下：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，因此，出塔AN溶液總量為（b）塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(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、CAN、HCN、ACL的量與進塔氣、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。E水吸收塔平衡如下：表4-10 水吸收塔的物料平衡組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計流量16.0637.80236.41104.941853.151

25、28.5122.4941.7714.9977.102533.22F. 檢驗前面關(guān)于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假設(shè)的正確性 因系統(tǒng)壓力小于1Mpa，氣相可視為理想氣體，AN、ACN、ACL、HCN的量相對于水很小，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)系為或查得15 時ACN、HCN、ACl和AN的亨利系數(shù)E值為(a) AN塔底 從以上計算可看出，可見溶液未達飽和。(b) 丙烯醛ACL塔底。含量，溶液未達飽和。(c) 乙腈ACN塔底含量，溶液未達飽和。(d) 氫氰酸HCN塔底含量從計算結(jié)果可知，在吸收塔的下部，對HCN的吸收推動力為負值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔

26、頂出口氣體中HCN的含量達到要求。熱量衡算A入塔氣帶入熱Q1各組分在040的平均摩爾熱容如下表4-11各組分在040的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66 B入塔凝水帶入熱Q2C出塔氣帶出熱Q3 D吸收水帶入熱E出塔AN溶液帶出熱Q5溶液中各組分的液體摩爾熱容如下表4-12 AN溶液中各組分的液體摩爾熱容組分H2OANACNHCNACL75.3121.1107.371.55123.8F水冷凝放熱Q6水的冷凝熱為2256kJ/kg，故G等氣體的溶解放熱溶解熱=

27、冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱的冷凝熱數(shù)據(jù)如下表4-13 AN、CAN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)組分ANACNACLHCN610.9765.7493.7937.2H熱衡算求出塔液溫度t熱平衡方程 代入數(shù)據(jù)得：解得 4.7 空氣水飽和塔釜液槽計算依據(jù)空氣飽和塔液體進、出口流量和出口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，見本文相關(guān)部分計算；排污量按乙腈解吸塔來的塔釜液量的15%考慮；乙腈解吸塔塔釜液量和去萃取解吸塔的液體量由精制系統(tǒng)的物料衡算確定。 物料衡算進料： A乙腈解吸塔釜液入槽量 B.空氣飽和塔塔底液入槽量 C. 入槽軟水量x kg/h出

28、料； A. 去水吸收塔液體量351322.57kg/h B. 去萃取解吸塔液體量135882kg/h作釜液槽的總質(zhì)量平衡得解得 圖5 飽和塔釜液槽的物料關(guān)系熱量衡算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考慮，熱平衡方程為代入數(shù)據(jù)：解得 4.8 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算計算依據(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8416.4kg/h。有關(guān)數(shù)據(jù)A. 0.405MPa下丙烯的沸點為-13，汽化熱410kJkgB. 0.405MPa

29、下丙烷的沸點為-5，汽化熱376.6kJkg熱量衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負荷和冷凍鹽水用量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，冷凍鹽水比熱容為冷凍鹽水用量為4.9 丙烯過熱器熱量衡算計算依據(jù) 丙烯進口溫度-13，出口溫度65，用0.405MPa蒸汽為加熱劑。熱量衡算 求丙烯過熱器熱負荷和加熱蒸汽量丙烯氣的比熱容為，丙烷氣比熱容，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2138kJ/kg是0.405M Pa蒸汽的冷凝熱。4.10氨蒸發(fā)器熱量衡算計算依據(jù) A. 蒸發(fā)壓力0.405MPa

30、。 B. 加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽，冷凝熱為2138kJ/kg有關(guān)數(shù)據(jù) 0.405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7，汽化熱為1276kJkg熱量衡算求氨蒸發(fā)器的熱負荷和加熱蒸汽用量 冷損失按10考慮，氨蒸發(fā)器的熱負荷為加熱蒸汽量為 4.11 氨氣過熱器計算依據(jù)A氨氣進口溫度-7，出口溫度65。B. 用0.405MPa蒸汽為加熱劑。C氨氣流量3823.11kg/h。熱量衡算 求氨氣過熱器的熱負荷和加熱蒸汽用量 氨氣的比熱容為2.218kJ/(kg.K)，冷損失按10%考慮，氨氣過熱器的熱負荷為加熱蒸汽用量為4.12 混合器計算依據(jù)氣氨進口溫度65流量3823.11kg/h丙烯氣進口溫度65，流

31、量8416.4kg/h，丙烷氣進口溫度65，流量1663.2kg/h。出口混合氣溫度110。濕空氣來自空氣加熱器。熱衡算 求進口溫空氣的溫度t 以0為熱衡算基準。、，在065的平均比熱容如下表表4-14 C3H6、C3H8、NH3在065的平均比熱容組分C3H6C3H8NH31.5691.822.197A氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱Q1B氣態(tài)氨帶入熱Q2C溫空氣帶入熱Q3 、和蒸汽0136的平均比熱容分別為、和D混合器出口氣體帶出熱Q4E. 熱衡算求進口濕空氣的溫度t 熱損失按10%考慮。熱衡算方程：代入數(shù)據(jù)： 解得 4.13 空氣加熱器的熱量衡算 計算依據(jù)A. 入口空氣溫度90，出口空氣溫度136。

32、B空氣的流量和組成如下。表4-15 空氣的流量和組成組分氧氮水合計Kg/h15763.6551888.2511565.7279217.62熱衡算 求空氣加熱器的熱負荷和加熱蒸汽量 、和蒸汽90136的平均比熱容分別為、和。熱損失按l0考慮，空氣加熱器的熱負荷為用0.608MPa的蒸汽為加熱劑，其飽和溫度為164.2，冷凝熱為2066kJ/kg，加熱蒸汽用量為第五部分 主要設(shè)備的工藝計算5.1流化床合成反應(yīng)器計算依據(jù)A. 出口氣體流量；入口氣體流量。B. 氣體進口壓力，出口壓力。C. 反應(yīng)溫度，氣體離開稀相段的溫度為，流化床內(nèi)的換熱裝置以水為冷卻劑，產(chǎn)生的飽和蒸汽。E. 接觸時間濃相段直徑 因反

33、應(yīng)過程總物質(zhì)的量增加，故按出口處計算塔徑比較安全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濃相段高度 按接觸時間算，推化劑的堆體積為靜床高 取膨脹比為2，則濃相段高度為取濃相段高校核推化劑的堆密度為推化劑的品質(zhì) 推化劑負荷為實驗裝置的推化劑負荷可達到，本設(shè)計的值小于實驗值，是可靠的。擴大段（此處即稀相段）直徑取擴大段氣速為操作氣速的一半即氣體流量為擴大段直徑為擴大段高度 根據(jù)流化床直徑，空塔氣速，查圖得稀相段高度 濃相段冷卻裝置的換熱面積換熱裝置用套管式，總差傳熱系數(shù)取換熱裝置的熱負荷已由熱衡算求出換熱面積為取的設(shè)計裕量，則換熱面積為稀相段冷卻裝置的換熱面積用套管式換熱裝

34、置，水為冷卻劑，產(chǎn)生蒸汽?？倐鳠嵯禂?shù)取，換熱裝置熱負荷為又換熱面積為取設(shè)計裕量，則換熱面積為5.2空氣飽和塔計算依據(jù)A. 進塔空氣的組成和流量表5-1 空氣飽和塔進塔空氣的組成和流量組分氧氮水合計kmol/h492.611853.15236.412582.17kg/h15763.6551888.254255.3871907.28B. 出塔溫空氣的組成和流量表5-2 空氣飽和塔出塔溫空氣的組成和流量組分氧氮水合計kmol/h492.611853.15994.21333997kg/h15763.6551888.2517895.7585547.65C塔頂噴淋液量206449kg/h，溫度105。D塔

35、底排出液量196379.87kg/h，溫度84.58。E塔底壓力0.263MPa，塔頂壓力0.243MPa。F入塔氣溫度170，出塔氣溫度90。G填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。塔徑的確定根據(jù)拉西環(huán)的泛點速度計算公式 (A)A.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： B. 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：塔徑應(yīng)為： 取塔徑為：填料高度空氣水飽和塔的填料高度確定須考慮兩方面的要求A.使出塔氣體中蒸汽含量達到要求。B.使塔頂噴淋液中的ACN等在塔內(nèi)脫吸以使出塔釜液中ACN等的含量盡量低，以減少朽污水處理負荷并

36、回收ACN等副產(chǎn)物。按工廠實踐經(jīng)驗。取填料高度11m。5.3 水吸收塔計算依據(jù)A.進塔氣體流量和組成表5-3 水吸收塔進塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2O合計kmol/h16.0637.80104.941853.15994.21kg/h674.521663.23357.9251888.2517895.75組分ANACNACLHCNCO2kmol/h128.5122.4914.9941.7777.103291.02kg/h6823.75922.09840.341127.663392.6188586.09B.出塔氣體流量和組成表5-4 水吸收塔出塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8

37、O2N2H2OCO2AN合計kmol/h16.0637.80104.941853.15236.4177.10少量2325.46kg/h674.521663.23357.9251888.254255.383392.61少量65231.88隨入塔氣進入的凝水15075.85kg/hC.塔頂噴淋液量351322.57kg/h，含AN0.005(wt)，溫度5。D.塔底排出液量379097.22kg/h，溫度18.35。E.塔底壓力112kPa，塔頂壓力101kPa。F.入塔氣溫度40，出塔氣溫度10，G.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

38、塑料孔板渡紋填料的泛點氣速計算公式為： (A)按塔底情況計算把數(shù)據(jù)代入(A)式解得 空塔氣速為(泛點率取70%) 氣體在操作條件下的流量為塔徑應(yīng)為： 取塔徑為：填料高度液體的噴淋密度 塑料孔板液紋填料250Y的液相傳質(zhì)單元高度： 當時，25下的 時，25下的內(nèi)插得到時，25下的又 塔內(nèi)液體的平均溫度為 則 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不小于0.055(wt)，因此 填料高度為 取填料高度為：5.4 丙烯蒸發(fā)器計算依據(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(17.5NaOH水溶液)與丙烯換熱，冷凍鹽水出口溫度-2。B.丙烯蒸發(fā)量

39、，冷凍鹽水用量。C.丙烯蒸發(fā)器熱負荷丙烯蒸發(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U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 湍流 (b)管外液態(tài)丙烯沸騰給熱系數(shù)取 (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，鋼管導熱系數(shù)。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.換熱面積熱負荷 換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為5.5 循環(huán)冷卻器計算依據(jù)A.管內(nèi)循環(huán)液流量。進口溫度81，出口溫度70.0。B.管外冷卻劑為循環(huán)水，進口溫度32，出口溫度36，循環(huán)水流量為。C.

40、熱負荷為。 計算換熱面積 初選GH90-105型石墨換熱器，換熱面積為105m2，設(shè)備殼體內(nèi)徑D=880mm，內(nèi)有外徑32mm、內(nèi)徑22mm、長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)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(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)為正三角形排列時，當量直徑的計算公式為管外流體的流速根據(jù)流體流過的最大截面積S來計算，S的計算公式為已知t =40mm，=32mm，h=374mm, D=888mm代入數(shù)據(jù)得管外流體的流速為值在20001000000范圍內(nèi)可

41、用下式計算給熱系數(shù)代入數(shù)據(jù)得 (c)總傳熱系數(shù) 石墨的導熱系數(shù)，石墨管壁厚5mm，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K：B.對數(shù)平均溫差C.面積熱負荷 換熱面積為取安全系數(shù)1.2則換熱面積為。因此，選GH90105-1型石墨換熱器，其換熱面積已足夠。5.6 氨蒸發(fā)器計算依據(jù)A.氨蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-7B.加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C.熱負荷計算換熱面積A.總傳熱系數(shù) 蒸汽冷凝時的給熱系數(shù)取，液氨沸騰的給熱系數(shù)取，不銹鋼導熱系數(shù)，管壁厚4mm，兩側(cè)污垢熱阻取代入數(shù)據(jù)求K：B.平均溫度差C.換熱面積 氨蒸發(fā)器熱負荷為換熱面積為取換熱面積為：5.7

42、氨氣過熱器計算依據(jù)A.進口氣氨溫度-7出口氣氨溫度65。B.加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C.熱負荷計算換熱面積A.總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，K值的推薦范圍是)取 B.平均溫度差 冷端溫差為143-(-7)=150，熱端溫差為143-65=78。C.換熱面積 熱負荷為換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為：，選浮頭式熱交換器型，換熱面積，符合要求。 5.8 丙烯過熱器計算依據(jù)A.進口氣體溫度-l3，出口氣體溫度65。B.加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C.熱負荷計算換熱面積A.總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時，一方為蒸汽

43、冷凝、一方為氣體情況下，K值的推薦范圍是)取 B.平均溫度差 冷端溫差為143-(-13)=156，熱端溫差為143-65=78。C.面積 熱負荷為換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為：，選浮頭式熱交換器型，換熱面積25.6m2，符合要求。5.9空氣加熱器計算依據(jù)A.空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。B.進口氣體溫度90，出口氣體溫度136，氣體進口壓力0.243MPa，氣體的流量和組成如下：表5-5 空氣加熱器氣體的流量和組成組分氧氮水合計kmol/h492.611853.15236.412582.17kg/h15763.6551888.254255.3871907.28C.加熱蒸汽為0.60

44、8MPa(對應(yīng)的飽和溫度為164.2)，流量為。D.熱負荷為 即計算換熱面積 初選浮頭式換熱器一臺，換熱器有的管子268根。A.總傳熱系數(shù)(a)管內(nèi)(空氣一側(cè))的給熱系數(shù)，管內(nèi)氣體的平均溫度為，113空氣的物性數(shù)據(jù)為：, , 空氣的密度 (b)管外蒸汽冷凝側(cè)給熱系數(shù) 取(c)總傳熱系數(shù) 鋼的導熱系數(shù)為 ，空氣側(cè)污垢熱阻 ，蒸汽冷凝側(cè)污垢熱阻代入數(shù)據(jù)求總傳熱系數(shù)：B.對數(shù)平均溫度差C.換熱面積 安全系數(shù)取1.2，則換熱面積應(yīng)為。5.10循環(huán)液泵循環(huán)液質(zhì)量流量90271.70kg/h，循環(huán)液密度為1140kg /m3因此循環(huán)液的體積流量為又 選用80FVZ-30的耐腐蝕泵，三臺。正常使用兩臺，備用

45、一臺。80FVZ-0泵的流量為，揚程30m。5.11空氣壓縮機在產(chǎn)品樣本上，活塞式空氣壓縮機的排氣量指是后一級排出的空氣，換算為第一級進氣條件時氣體的體積藏量。現(xiàn)第一級進氣條件為常壓，溫度按30計，排出氣體的摩爾流量為270.6kmol/h,則排氣量(換算為第一級進氣條件)為因工藝要求排出壓力為0.263MPa，故選用排氣量為，排氣壓力為0.35MPa的5L-55/3.5型空氣壓縮機三臺，正常操作用兩臺，備用一臺。5.12中和液貯槽按停車時中和塔塔板上的吸收液流入貯槽所需要的容積確定貯槽的容積，中和塔塔徑1.8m，20塊塔板，板上液層高度0.082m，這些液體若全部流入貯槽，總體積為考慮到停車檢修時，原存于塔底的一定高度的液體，亦需排入中和液貯槽存放，則該貯槽舶裝料系數(shù)取0.8，故可選貯槽容積應(yīng)大于4.2m3。中和塔的操作壓力為0.263MPa，在國家標準容器系列GBl428 74(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.254MPa)中選用工作壓力0.25MPa，公稱容器6m3的型號，此容器的直徑為1600mm，長度為2600mm。第六部分 附錄6.1附表反應(yīng)器物料平衡表流量和組成組分反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hk