年產(chǎn)3.5萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計課程設(shè)計

1、年產(chǎn) 3.5萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計年級專業(yè)化學(xué)工程與工藝學(xué)號姓名指導(dǎo)教師設(shè)計成績完成日期年月日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(biāo)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(diǎn)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(dǎo)教師簽名制圖出勤制圖出勤考核5合計100答辯記錄化工工藝設(shè)計 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計題目年產(chǎn)3.5

2、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：35000 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

3、紙）；（ 4）制帶控制點(diǎn)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(tuán)上海工程有限公司編，化學(xué)工業(yè)出版社，2009 年化學(xué)化工物性參數(shù)手冊，青島化工學(xué)院等編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 年年產(chǎn) 3.5萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計1第一部分概述 11.1 丙烯腈的性質(zhì) 11.1.1 丙烯腈的物理性質(zhì) 11.1.2 丙烯腈的

4、化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用 21.2 丙烯腈的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 31.2.1 國外的發(fā)展情況 31.2.2 國內(nèi)發(fā)展概況 41.3 丙烯腈生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展 51.4 丙烯氨氧化的原理 61.4.1 61.4.2 催化劑 7第二部分生產(chǎn)方案選擇 8第三部分工藝流程設(shè)計 83.1 丙烯腈工藝流程示意圖 83.2 小時生產(chǎn)能力 9第四部分物料衡算和熱量衡算 104.1 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 104.1.1 計算依據(jù) 104.1.2 物料衡算 104.1.3 熱量衡算 124.2 空氣飽和塔的物料衡算和熱量衡算 144.2.1 計算依據(jù) 144.2.2 物料衡算 144.2.3 熱量衡算 154.3 氨中和塔

5、物料衡算和熱量衡算 164.3.1 計算依據(jù) 164.3.2 物料衡算 174.3.3 熱量衡算 184.4 換熱器物料衡算和熱量衡算 214.4.1 計算依據(jù) 214.4.2 物料衡算 214.4.3 熱量衡算 224.5 水吸收塔物料衡算和熱量衡算 234.5.1 計算依據(jù) 234.5.2 物料衡算 234.5.3 熱量衡算 264.6 空氣水飽和塔釜液槽 274.6.1 計算依據(jù) 274.6.2 物料衡算 284.6.3 熱量衡算 284.7 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 294.7.1 計算依據(jù) 294.7.2 有關(guān)數(shù)據(jù) 294.7.3 熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量 294.8 丙烯

6、過熱器熱量衡算 304.8.1 計算依據(jù) 304.8.2 熱量衡算求丙烯過熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量 304.9 氨蒸發(fā)器熱量衡算 304.9.1 計算依據(jù) 304.9.2 有關(guān)數(shù)據(jù) 304.9.3 熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 314.10 氨氣過熱器 314.10.1 計算依據(jù) 314.10.2 熱衡算求氣氨過熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 314.11 混合器 314.11.1 計算依據(jù) 314.11.2 熱衡算求進(jìn)口溫空氣的溫度t 324.12 空氣加熱器的熱量衡算 324.12.1 計算依據(jù) 324.12.2 熱衡算求空氣加熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽量 33第五部分主要設(shè)備的工藝計算3

7、35.1 合成反應(yīng)器 335.1.1 計算依據(jù) 335.1.2 濃相段直徑 335.1.3 濃相段高度 345.1.4 擴(kuò)大段（此處即稀相段）直徑 345.1.5 擴(kuò)大段高度 355.1.6 濃相段冷卻裝置的換熱面積 355.1.7 稀相段冷卻裝置的換熱面積 365.2 空氣飽和塔 365.2.1 計算依據(jù) 365.2.2 塔徑的確定 375.2.3 填料高度 395.3 水吸收塔 395.3.1 計算依據(jù) 395.3.2 塔徑的確定 405.3.3 填料高度 415.4 丙烯蒸發(fā)器 435.4.1 計算依據(jù) 435.4.2 丙烯蒸發(fā)器換熱面積 435.5 循環(huán)冷卻器 455.5.1 計算依據(jù)

8、 455.5.2 計算換熱面積 455.6 氨蒸發(fā)器 485.6.1 計算依據(jù) 485.6.2 計算換熱面積 485.7 氨氣過熱器 495.7.1 計算依據(jù) 495.7.2 計算換熱面積 495.8 丙烯過熱器 505.8.1 計算依據(jù) 505.8.2 計算換熱面積 505.9 空氣加熱器 515.9.1 計算依據(jù) 515.9.2 計算換熱面積 515.10 循環(huán)液泵 535.11 空氣壓縮機(jī) 535.12 中和液貯槽 54第五部分課程設(shè)計心得55第六部分附錄 566.1 參考文獻(xiàn) 566.3附圖 57年產(chǎn) 3.5 萬噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計摘要：本設(shè)計為年產(chǎn)3.5萬噸丙烯腈的合成段工藝設(shè)計

9、，在設(shè)計中采用了丙烯氨氧化制丙烯腈法，此法能有效降低生產(chǎn)成本。該設(shè)計對丙烯腈的性質(zhì)、應(yīng)用、國內(nèi)外發(fā)展、生產(chǎn)方法等進(jìn)行了簡單介紹。本設(shè)計的重點(diǎn)在于計算丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈過程中的物料衡算、熱量衡算和主要設(shè)備的工藝計算。通過設(shè)計計算得出流化床濃相段總高是16 米， 直徑為 6.9米， 催化劑堆體積是294.9立方米， 稀相段高度為10 米，直徑是9 米，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。第一部分概述1.1 丙烯腈的性質(zhì)1.1.1 丙烯腈的物理性質(zhì)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。丙烯腈，英文名Acrylonitrile （簡稱為ACN ） ，化學(xué)分子式： CH

10、2=CH-CN；分子量：53.1。丙烯腈在常溫下是無色或淡黃色液體，劇毒，有特殊氣味；可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有機(jī)溶劑；與水互溶，溶解度見表1-1。丙烯腈在室內(nèi)允許濃度為0.002mg/L，在空中的爆炸極限為 3.0517.5%（體積）。因此，在生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸中，必須有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、異丙醇等會成二元共沸混合物，和水的共沸點(diǎn)為71，共沸點(diǎn)中丙烯腈的含量為88%（質(zhì)量），在有苯乙烯存在下，還能形成丙烯腈苯乙烯水三元共沸混合物。丙烯腈的主要物理性質(zhì)見表1-2。表 1-1 丙烯腈與水的相互溶解度溫度 /水在丙烯腈中的溶解度（質(zhì)量）/%丙烯腈在水中的

11、溶解度（質(zhì)量）/%02.107.15102.557.17203.087.30303.827.51404.857.90506.158.41607.659.10709.219.908010.9511.10表 1-2丙烯腈的主要物理性質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)沸點(diǎn) (101.3KPa)熔點(diǎn)/78.5 82.0燃點(diǎn) /比熱容J· kg-1· k-1蒸發(fā)潛熱48120.92± 0.03蒸汽壓/KPa8.7時6.67相對密度260.080632.6kJ/mol45.5時33.33(d426 )粘度 (25 )0.34(077 )生成熱(25 )151kJ/mol77.3時10

12、1.32折射率(nD25 )1.3888燃燒熱1761kJ/mol臨界溫度246閃點(diǎn) /0聚合熱（25 ）72 kJ/mol臨界壓力3.42MPa1.1.2 丙烯腈的化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用丙烯腈分子中含有雙鍵及氰基（ -CN） ， 其化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，可以發(fā)生加成、聚合、水解、醇解、腈基及氫乙基化等反應(yīng)。聚合反應(yīng)和加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯腈的C=C 雙鍵上，純丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生產(chǎn)過程中，通常要加少量阻聚劑，如對苯酚甲基醚（阻聚劑MEH）Q、對苯二酚、氯化亞銅和胺類化合物等。除自聚外，丙烯腈還能與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一種或幾種發(fā)生共聚反應(yīng)，由

13、此可制得合成纖維、塑料、涂料和粘合劑等。丙烯腈經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二腈。氰基反應(yīng)包括水合反應(yīng)、水解反應(yīng)、醇解反應(yīng)等，丙烯腈和水在銅催化劑存在下，可以水合制取丙烯酰胺。氰乙基化反應(yīng)是丙烯腈與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng)；丙烯腈和醇反應(yīng)可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯腈與氨反應(yīng)可制得1， 3 丙二胺，該產(chǎn)物可用作紡織溶劑、聚氨酯溶劑和催化劑。丙烯腈主要用來生產(chǎn)ABS樹脂，丙烯酰胺、丙烯酸纖維、己二腈和苯乙烯-己二腈樹脂等，目前國內(nèi)供不應(yīng)求，每年需大量進(jìn)口來滿足市場需求，2000 年進(jìn)口量超過150kt。1.2 丙烯

14、腈的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展1.2.1 國外的發(fā)展情況自 1960 年 Sohio 公司成功地開發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈工藝以來，其他合成方法均遭淘汰，丙烯氨氧化工藝成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)丙烯腈的唯一技術(shù)。Sohio丙烯腈工藝日趨完善，催化劑的改進(jìn)已成為提高丙烯腈收率的主要因素。西歐有2 個工廠曾采用由Distillers Ugine 開發(fā)的固定床丙烯氨氧化制丙烯腈的工藝，于 1990 年關(guān)閉， 墨西哥的1 個工廠于1993 年關(guān)閉， 在東歐的少數(shù)工廠也陸續(xù)停工。 至今， 全世界的丙烯腈生產(chǎn)幾乎都采用流化床丙烯氨氧化工藝，即在多組分固體粉末催化劑作用下，丙烯和氨氣、空氣在流化床中發(fā)生氨氧化反應(yīng)，生成丙烯腈，并副

15、產(chǎn)乙腈和氫氰酸等。BP公司（已收購 Sohio 公司 ）擁有丙烯腈生產(chǎn)裝置所采用的Sohio 工藝，其他專利許可公司還包括日本旭化成公司、日東公司、Solutia 公司和中國石油化工集團(tuán)（簡稱中國石化）。 對于目前正在開發(fā)的丙烯腈工藝，值得密切關(guān)注的是直接以丙烷為原料的合成丙烯腈工藝。（ 1）裝置規(guī)模向大型化發(fā)展近年來國外丙烯腈裝置總的發(fā)展趨勢是向大型化發(fā)展。一些原設(shè)計能力為7萬噸 / 年的生產(chǎn)裝置通過消除“瓶頸”制約，擴(kuò)大了生產(chǎn)能力，有的達(dá)到 9 萬噸 /年， 有的甚至超過13 萬噸 / 年。 另外一些新建或準(zhǔn)備建設(shè)的丙烯腈裝置的規(guī)模多數(shù)為 13 萬噸/年，甚至達(dá)25 35萬噸/年。由于裝置

16、規(guī)模的大型化，每萬噸丙烯腈的建設(shè)投資大幅度下降，裝置運(yùn)行中的能耗和物耗降低，使丙烯腈生產(chǎn)成本降低，給企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。（ 2）新型催化劑的開發(fā)及應(yīng)用不斷研究開發(fā)新一代催化劑是丙烯腈技術(shù)發(fā)展的又一趨勢。催化劑是丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是丙烯腈專利的核心。新型催化劑的開發(fā)及應(yīng)用對丙烯腈工藝技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)起著決定性的作用。幾十年來世界上從事丙烯腈研究與開發(fā)的各公司都投入了大量的人力、物力和財力，致力于新型催化劑的研究開發(fā)工作，BP、旭化成、Monsanto、中國石油化工總公司等都推出了自己的一代又一代的新催化劑。這些新型催化劑不僅提高了丙烯腈的單程收率，而且提高了選擇性，減少了副產(chǎn)物的

17、生成。從催化劑的單程收率看，70 年代為70% 75%； 80 年代達(dá)到80%； 90年代超過了80%。高效新型催化劑的開發(fā)和應(yīng)用為丙烯腈工藝的發(fā)展提供了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也是丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)提高和發(fā)展的一個重要標(biāo)志。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展概況20 世紀(jì) 60年代以來，我國不斷開發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈技術(shù)，并建成多套千噸級規(guī)模裝置。目前， 中國石化已開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的丙烯腈成套技術(shù)，其中包括MB 系列丙烯腈催化劑、空氣分布板和丙烯-氨分布器、旋風(fēng)分離器、 復(fù)合萃取分離技術(shù)、負(fù)壓脫氰塔、導(dǎo)向浮閥和氣液分離器等專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。 并且利用該成套技術(shù)分別將中國石油化工股份有限公司齊魯分公司的原產(chǎn)能2

18、.5 萬噸/年丙烯腈生產(chǎn)裝置改造成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的4 萬噸/年國產(chǎn)化示范裝置；將中國石化上海石油化工股份有限公司（簡稱上海石化）的原產(chǎn)能6.0萬噸 /年丙烯腈裝置改造至13 萬噸/年，打破了國外的技術(shù)壟斷，為國內(nèi)現(xiàn)有裝置改擴(kuò)建提供了技術(shù)依據(jù)。我國人口眾多，解決13 億人口的穿衣問題十分突出。因此，目前我國的丙烯腈主要用于生產(chǎn)腈綸。從目前發(fā)展水平看，我國腈綸產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需求。近3 年來我國腈綸的年消耗量約在125 135 萬噸，盡管我國的腈綸生產(chǎn)能力已達(dá)到140 萬噸/年，而2005年丙烯腈的生產(chǎn)總量只有120萬噸，只能滿足腈綸生產(chǎn)能力需求的一半，其余需通過進(jìn)口來解決。從技術(shù)發(fā)展看

19、，用國內(nèi)丙烯腈技術(shù)建設(shè)的工廠最大規(guī)模才達(dá)到1 萬噸/年，而迄今我國大型丙烯腈裝置的技術(shù)都是從國外引進(jìn)。引進(jìn)一套5 萬噸/年的丙烯腈裝置，僅專利許可和催化劑費(fèi)用就高達(dá)1500 萬美元。因此，努力開發(fā)我國自己的丙烯腈成套技術(shù)，特別是采用國內(nèi)技術(shù)興建大型的丙烯腈裝置是擺在我們面前的一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。我國丙烯腈技術(shù)的開發(fā)工作已有40 多年的歷史，丙烯腈生產(chǎn)也有30 多年的經(jīng)驗(yàn)。這些都為發(fā)展我國自己的丙烯腈技術(shù)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。尤其是1983 年中國石油化工總公司成立以來，總公司十分重視丙烯腈技術(shù)的開發(fā)， 組織了一系列丙烯腈的重大技術(shù)攻關(guān)，取得了許多重大的工業(yè)化技術(shù)成果， 特別是MB-82、 MB-86

20、催化劑、 UL 型流化床反應(yīng)器、復(fù)合萃取精餾新工藝、負(fù)壓脫氰技術(shù)等，均已在國內(nèi)大型丙烯腈裝置上應(yīng)用成功，使我國的丙烯腈生產(chǎn)工藝在原有基礎(chǔ)上，在關(guān)鍵性的工藝技術(shù)上有了重大改進(jìn)，使我國的丙烯腈總體技術(shù)達(dá)到了國際水平。為了發(fā)展我國的丙烯腈工業(yè)，中國石油化工總公司組織上海石油化工研究院等單位采用了我國自行開發(fā)成功的11 項(xiàng)專利技術(shù)和專有技術(shù)，編制了中國石油化工總公司自己的5萬噸/年丙烯腈裝置的工藝包，命名為 S-ANT。SANT 所采用的技術(shù)及可達(dá)到的能耗、物耗等各項(xiàng)指標(biāo)都體現(xiàn)了它的先進(jìn)性和可靠性， 為我國丙烯腈工業(yè)的發(fā)展，為采用國內(nèi)技術(shù)建設(shè)自己的丙烯腈裝置，奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。繼1989 年大慶石油化

21、工總廠化纖廠采用國產(chǎn)MB-86 催化劑后，1992年 5月淄博石油化工廠2.5萬噸/年丙烯腈裝置以及1994年 9月大慶石油化工總廠化工二廠5 萬噸 /年丙烯腈裝置均采用了國產(chǎn)的MB-86 催化劑，獲得了成功，為國產(chǎn)MB-86 催化劑的進(jìn)一步推廣應(yīng)用打開了新的局面。目前，正在運(yùn)行的 9 套丙烯腈裝置已有7 套采用了國產(chǎn)MB-82 和 MB-86 催化劑， 其余裝置也將陸續(xù)更換國產(chǎn)催化劑。國產(chǎn)催化劑所以能夠比較普遍地被采用，并逐步取代進(jìn)口催化劑主要原因有兩條:一是國產(chǎn)催化劑的性能質(zhì)量與進(jìn)口催化劑相當(dāng)，甚至優(yōu)于某些牌號的進(jìn)口催化劑；二是國產(chǎn)催化劑在價格上比進(jìn)口催化劑有較強(qiáng)的競爭力。 當(dāng)然在推廣應(yīng)用

22、國產(chǎn)催化劑上還有許多工作要做，我們不僅要做好國產(chǎn)催化劑在國內(nèi)市場的推廣應(yīng)用，而且要努力開拓國際市場，參與國際競爭。值得一提的是淄博石油化工廠在引進(jìn)裝置開車時，首裝就采用了國產(chǎn)MB-86 催化劑，而且開車結(jié)果很好。齊魯石化公司、上海石化研究院以及清華大學(xué)、石油大學(xué)合作完成了 “丙烯腈主裝置成套國產(chǎn)化技術(shù)開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用”項(xiàng)目攻關(guān)。以 MB-98 丙烯腈催化劑、新型空氣分布板和丙烯-氨分布器、PV 型旋風(fēng)分離器、復(fù)合萃取分離技術(shù)、負(fù)壓脫氰塔、 導(dǎo)向浮閥和新型氣-液分離器等國內(nèi)自行開發(fā)的專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)為基礎(chǔ)，將原生產(chǎn)能力2.5萬 t/a 的齊魯丙烯腈裝置改造成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的4萬 t/a丙烯腈國產(chǎn)化

23、示范裝置，打破了國外的技術(shù)壟斷。該裝置投產(chǎn)以來，不僅生產(chǎn)能力擴(kuò)大了60%以上，而且生產(chǎn)每噸丙烯腈的丙烯單耗降到了1.077t， 產(chǎn)品精制回收率提高了4.2%，副產(chǎn)品乙腈回收率提高到97.21%，也為開發(fā)10 萬 t/a以上丙烯腈成套技術(shù)和國內(nèi)現(xiàn)有同類裝置的改擴(kuò)建提供了技術(shù)依據(jù)。目前， 丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)已在大慶石化、安慶石化、吉化公司、上海石化等4 套丙烯腈裝置上推廣應(yīng)用， 取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。幾年來， 齊魯石化丙烯腈裝置平均每年新增利潤4000萬元，大慶石化、安慶石化等4家裝置每年新增利潤4100萬元。據(jù)粗略計算，國產(chǎn)丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)如在國內(nèi)全面推廣應(yīng)用，預(yù)計年新增效益可達(dá)6億元。1.3

24、 丙烯腈生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展目前，世界上先進(jìn)的生產(chǎn)工藝以美國BP 公司的 Sohio 法為代表，用此法生產(chǎn)的丙烯腈占總產(chǎn)量的90%。 Sohio 法工業(yè)化50 多年來，已日趨成熟，工藝上基本沒有重大改變，研究的重點(diǎn)主要在開發(fā)新型的催化劑，開展以節(jié)能、降耗為目標(biāo)的工藝技術(shù)改造，提高工藝收率，減少三廢，消除環(huán)境污染等方面。此外，由于丙烷比丙烯價格低廉，人們便研究丙烷氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈。BP 公司已將該法運(yùn)行成功，并稱該法的生產(chǎn)成本比丙烯法降低20%。隨著環(huán)保要求的逐漸嚴(yán)格，丙烯腈生產(chǎn)裝置尾氣難以通過高煙囪直接放空，需要焚燒爐焚燒等處理。中國石油大慶石化分公司研究院開發(fā)了流向變換催化燃燒技術(shù)治理丙烯腈尾

25、氣。在完成燃燒催化劑篩選、評價基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的流向變換技術(shù)，處理丙烯腈尾氣，尾氣中的揮發(fā)性有機(jī)物去除率達(dá)98%以上，處理后的尾氣可直接排放。該技術(shù)具有工藝可靠、方法簡單、處理效果好等特點(diǎn)。上海石化院開發(fā)了適用于硫銨回收的提高丙烯腈精制回收率的第一代、第二代技術(shù)。通過急冷過程丙烯腈聚合動力學(xué)和擴(kuò)散動力學(xué)的理論研究，以新型內(nèi)構(gòu)件改變急冷塔氣、 液流場分布、抑制丙烯腈的聚合反應(yīng)，并在急冷塔下段補(bǔ)加水以控制塔釜液中重組分濃度，將酸直接加入到塔釜中以控制塔釜液pH 值以及降低外循環(huán)噴淋液溫度，從而有效降低了丙烯腈聚合損失。該技術(shù)通過了千噸級、萬噸級工業(yè)試驗(yàn)，丙烯腈精制回收率已從原來的90%提高到94%

26、，可為丙烯腈生產(chǎn)企業(yè)增加可觀的經(jīng)濟(jì)效益，3 個月就可收回全部投資，已在我國丙烯腈生產(chǎn)裝置上得到了全面推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，通過冷、熱模研究和千噸級工業(yè)試驗(yàn)，研究了氣液傳熱和流場分布，開發(fā)了丙烯腈急冷塔氣相段新型內(nèi)構(gòu)件，并優(yōu)化了急冷塔工藝參數(shù)，進(jìn)一步提高了急冷塔的氣液傳熱效率，增強(qiáng)了急冷效果，有效降低了急冷塔內(nèi)丙烯腈在氣相中的聚合損失。萬噸級工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，丙烯腈精制回收率達(dá)到了96.1%，且裝置運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，外排污水中聚合物總量減少。 上海石化院成功地開發(fā)了提高丙烯腈精制回收率的第二代技術(shù)，有效地增產(chǎn)了丙烯腈產(chǎn)品，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為我國丙烯腈新建裝置、老裝置改造技術(shù)出

27、口提供了有力的技術(shù)支撐。1.4 丙烯氨氧化的原理1.4.1在工業(yè)生產(chǎn)條件下,丙烯氨氧化反應(yīng)是一個非均相催化氧化反應(yīng):3CH3CH CH2NH3O2CH2CHCN 3H2OH 512. 5kJ / mol與此同時 ,( 1)生成乙腈(ACN)：333CH3CHCH2NH3O2CH3CN 3H2O222H362. 3kJ / mol( 2)生成氫氰酸(HCN)CH3CHCH2 3NH3 3O23HCN 6H2OH315. 5kJ / mol(3CH3CHCH2 O2CH2CHCHO H2OH 353. 1kJ / mol(4)9CH3CHCH2O23CO23H2OH 641kJ / mol上述副反

28、應(yīng)中,生成乙腈和氫氰酸的反應(yīng)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、乙腈等再次氧化得到。除上述副反應(yīng)外,還有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反應(yīng)。1.4.2 催化劑丙烯氨氧化所采用的催化劑主要有兩類,即 Mo 系和 Sb系催化劑。( 1) MoP-Mo-Bi-O(C-A) 催化劑,其代表組成為 PBi9Mo12O52。 活性組分為MoO3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

29、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。( 2) SbSb 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)公司開發(fā)成功,即牌號為NB-733A 和 NB-733B 催化劑。據(jù)文獻(xiàn)報道,催化劑中Fe/Sb 比為1 1(mol

30、),X 光衍射測試表明,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,價格也比較便宜,添加 V、 Mo、 W 等可改善該催化劑的耐還原性。第二部分生產(chǎn)方案選擇本次設(shè)計選用丙烯氨氧化法制丙烯腈，其優(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，這兩種原料均來源豐富且價格低廉。(2)工藝流程比較簡單經(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，都可以回收利用，而且丙烯腈成品純度較高。(4)丙烯氨氧化過程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上很有利。(5)反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對設(shè)備無

31、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。第三部分工藝流程設(shè)計液態(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(jìn)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(yù)熱至一定溫度進(jìn)入混合器?；旌掀鞒隹跉怏w進(jìn)入反應(yīng)器， 在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)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(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，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，

32、 返回塔頂循環(huán)使用。同時補(bǔ)充部分新鮮酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸銨的廢液。氨中和塔出口氣體經(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，溫度升高后去精制工段。3.1 丙烯腈工藝流程示意圖13.2 小時生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3%，設(shè)計裕量為6%，年產(chǎn)量為3.5萬噸計算，則每天每小時產(chǎn)量：3500010001.061.035307. 36kg / h30024第四部分物料衡算和熱量衡算4.1 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算4.1.1 計算依據(jù)（ 1）丙烯腈產(chǎn)量5307.36kg/h，

33、即F=100.03kmol/h（ 2）原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）丙烯（C3H6） 85%，丙烷（C3H8） 15%（ 3）進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為C3H6:NH3:O2:H2O=1:1.05:23:3表 4-1 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為：物質(zhì)丙烯腈（ AN ）氰化氫乙腈（CAN ）丙烯醛CO2摩爾收率0.60.0650.070.0070.12（ 4）操作壓力進(jìn)口： 0.203MPa ，出口：0.162MPa（ 5）反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度110，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度3604.1.2 物料衡算（ 1）反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H6:100.03/0.6= 166.72kmol /h

34、= 7002.1kg/h166. 72C3H8：0. 1529. 42kmol / h 1294. 53kg / h0. 85NH3： 166. 721. 05175. 06kmol / h 2975. 95kg / hO2： 166. 72 2. 3383. 46kmol / h 12270. 59kg / hH2O： 166. 72 3500. 16kmol / h 9002. 88kg / h383. 46N2：0. 791442. 54kmol / h40391. 12kg / h0. 21（ 2）反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈：5307.36kg/h F=100.03kmol/

35、h3乙腈 ：166. 72 0. 0717. 51kmol / h 717. 77kg / h2丙烯醛：166. 72 0. 0071. 17kmol / h 65. 53kg / hCO2： 3 166. 72 0. 1260. 02kmol / h2640. 84kg / hHCN： 3 166. 72 0. 06532. 51kmol / h 877. 78kg / hC3H8：29. 42kmol / h1294. 53kg / hN2： 1442. 54kmol / h 40391. 12kg / h39383. 46100. 0332.511. 1717.5160. 02O2：23

36、 292. 20kmol / h2950. 4kg / h121166. 7232. 511. 1717. 51100. 0160. 02C3H6：33323. 02kmol / h966. 98kg / hNH3：175. 0632.5117.51100. 0325. 01kmol / h 425. 17kg/ hH2O：500. 163100. 032 32. 512 17. 5160.021. 17961. 48kmol / h17306. 64kg / h( 3) ：反應(yīng)器物料平衡表表 4-2 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)

37、kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6166.727002.106.189.6023.02966.980.831.32C3H829.421294.531.091.7829.421294.531.061.78NH3175.062975.956.494.0825.01425.170.900.58O2383.4612270.5914.2216.8292.202950.403.314.05N21442.5440391.1253.4855.381442.5440391.1251.7955.37H2O500.169002.8818.5412.34961.4817306.6434.5223.73

38、丙烯腈0000100.035307.363.597.28乙腈000017.51717.770.630.98氰化氫000032.51877.781.171.20丙烯醛00001.1765.530.040.09CO2000060.022640.842.163.62合計2697.3672937.171001002784.9172944.121001004.1.3 熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)0110、0360、0470的平均定壓熱容如下：表 4-3 各物質(zhì)的平均定壓比熱容物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OcpkJ/(kg · K)01101.8412.052.3010.9411.0

39、461.88303602.6783.0132.6361.0041.0882.00804702.9293.3472.9391.0461.1092.092物質(zhì)ANHCNACNACLCO2cpkJ/(kg · K)011003601.8741.6401.9331.9661.13004702.0291.7242.102.1721.213（ 1）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平均比熱容用0t的平均比熱容代替，誤差不大因此 :1 (7002. 11. 8411294. 53 2. 05 2975. 95 2. 30112270. 59 0. 9

40、4140391. 12 1. 046 9002. 88 1. 883) (25 110)7916940. 23kJ / h2 (100. 03 103512. 5 17. 51 103362. 3 32. 51 103315. 51. 17 103 353. 160. 02 103641)106752100kJ / h3( 966. 982. 9291294. 533. 347425. 172. 9392950.4 1. 04640391. 12 1. 10917306. 642. 0925307. 362. 029717. 771. 724877. 782. 165. 532. 172264

41、0. 841. 213)(47025)48814314. 75kJ / h1237916940. 23106752100 48814314. 7565854725. 48kJ / h若熱損失取的 5%， 則需有濃相段換熱裝置取出的熱量（即換熱裝置的熱負(fù)荷）為：Q （ 10. 05） 65854725. 4862561989. 21kJ / 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：isteam 2736kJ / kg143飽和水焓：iH2O 601.2kJ /kg所以： 產(chǎn)生的蒸汽量29305. 78kg/h62561989. 212736 - 601

42、. 2( 2)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：Q1( 966. 982. 9291294. 533. 347425. 172. 9392950. 41. 04640391. 121.10917306. 642. 0925307. 362. 029717. 771. 724877. 782. 165. 532. 1722640. 841.213) (4700)51556691. 98kJ / h離開稀相段的氣體帶出熱為：Q2( 966. 982. 6781294. 533. 013425. 172. 6362950. 41. 0044

43、0391. 121.08817306. 64 2. 0085307. 361. 874717. 771. 640877. 78 1. 93365.531. 9662640.841. 130) (3600)37873108. 11kJ / h熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：Q ( 1 - 0. 04)( Q1Q2) (1 0.04)(5155669.198 3787310.811)1313624.051kJ / h稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405 的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：6153. 38kg / h13136240. 51 G2736601. 24.2 空氣飽和塔的物料衡算和熱量衡算4

44、.2.1 計算依據(jù)(1)入塔空氣壓力0.263MPa ，出塔空氣壓力0.243MPa(2) 空壓機(jī)入口空氣溫度30，相對溫度80，空壓機(jī)出口氣體溫度170(3) 飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81(4) 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)0.0050.0080.00050.000299.986100(5) 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O2： 383.46kmol/h，即12270.59kg/hN2： 1442.54 kmol/h，即 40391.12 kg/hH2O： 5

45、00.16kmol/h，即9002.88 kg/h4.2.2 物料衡算( 1)進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量383. 461442. 54 1826kmol / h 52661. 71kg / h查得30，相對濕度80%時空氣溫含量為0.022kg 水氣 /kg 干空氣因此，進(jìn)塔空氣帶入的水蒸氣量為：0. 022 52661. 711158. 56kg / h( 2)進(jìn)塔熱水量氣、液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為：1826 22. 4273 1702730. 101310. 263152. 4167. 75m3 / h塔頂噴淋液105的密度為，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：167. 75 95816070

46、3. 05kg / h( 3)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：O2： 383.46kmol/h，即12270.59kg/hN2： 1442.54 kmol/h，即40391.12 kg/hH2O： 500.16kmol/h，即9002.88 kg/h( 4)出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量9002. 88 - 1158. 567844. 32kg/h所以，出塔液流量160703. 05 - 7844. 32152858. 73kg/h4.2.3 熱量衡算（ 1）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?jǐn)?shù)為：100% 21. 5%500. 16

47、383. 46 1442. 54500. 16根據(jù)分壓定律，蒸汽的實(shí)際分壓為：PHOyHOP0. 215 0. 2430. 05225MPa飽和度為0.81， 所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為：0. 052250. 810. 0645MPa64500Pa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（ 2）入塔熱水溫度入塔水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105（ 3）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 170進(jìn)塔空氣帶入的熱量Q1：170 蒸 汽 焓 值 為 2773.3kJ/kg， 干 空 氣 在 0l70 的 平 均 比 熱 容 cp

48、1.004kJ/（kg K）所以，Q1 ( 12270. 5940391. 12)1. 004 ( 170 - 0)1158. 56 2773. 312201335. 11kJ / h出塔濕空氣帶出熱量Q290蒸汽焓2660kJ/kg，空氣比熱容取Cp1.004kJ / kg KQ2(12270. 59 40391. 12) 1. 004 (90 0) 9002. 88 2660 120857入塔噴淋液帶入熱量06172.92kJ/h Q3Q3160703. 05 4. 184 (105 - 0)70600063. 93kJ / h求出塔熱水溫度t出塔熱水帶出熱量:Q4152858. 73 4

49、. 184t639560. 93tkJ / h熱損失按5%者，則Q損0. 05 ( 12201335. 1170600063. 93)4140069. 95kJ / h熱平衡方程Q1+Q3=Q2+Q4+Q 損即 12201335.11+70600063.93=28706172.92+639560.93t+4140069.95解得t=78.11故，出塔熱水溫度為78.114.3 氨中和塔物料衡算和熱量衡算4.3.1 計算依據(jù)1）入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同2）在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，生成硫酸銨3）新鮮硫酸吸收劑的含量為93 （wt）4）塔底出口液體（即循環(huán)液）的組成如下表 4-5

50、循環(huán)液組成組分水ANACNHCN硫酸硫酸銨合計%（ wt）68.530.030.020.0160.530.901005）進(jìn)塔氣溫度l80，出塔氣溫度76，新鮮硫酸吸收劑溫度306）塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa581氨中和塔；2循環(huán)冷卻器4.3.2 物料衡算( 1)排出的廢液量及其組成進(jìn)塔氣中含有425.17kg/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：2NH3H2SO4( NH4)2SO4( NH4)2SO4的生成量，即需要連續(xù)排出的(NH4)2SO4的流量為：425. 171322 171650. 66kg / h塔底排出液中，(NH4)2SO4的含量為

51、30.9%( wt) ，因此，排放的廢液量為1650. 66 / 0. 3095341. 94排放的廢液中各組分的量：H2O： 5341. 94 0. 68533660. 83kg / hAN： 5341. 94 0. 00031. 60kg / hCAN ： 5341. 94 0. 00021. 07kg / hHCN： 5341. 94 0. 000160. 85kg / hH2SO4： 5341. 94 0. 00526. 71kg / h（NH4）2SO4： 5341. 94 0. 3091650. 66kg / h（ 2）需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%的 H2SO4）的量為：（ 5341. 94