化工工藝設(shè)計(jì)化工工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)年級(jí)專(zhuān)業(yè)化學(xué)工程與工藝學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)成績(jī)完成日期年月日《課程設(shè)計(jì)》成績(jī)?cè)u(píng)定欄評(píng)定基元評(píng)審要素評(píng)審內(nèi)涵分值評(píng)分簽名欄設(shè)計(jì)說(shuō)明，40%格式規(guī)范內(nèi)容完整格式是否規(guī)范8評(píng)閱教師簽名內(nèi)容是否完整8工藝計(jì)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(jì)和選型8設(shè)計(jì)圖紙，30%圖紙規(guī)范標(biāo)注清晰方案流程圖7評(píng)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(jī)20%儀態(tài)自然語(yǔ)言流暢語(yǔ)言流暢10答辯老師簽名答題正確10平時(shí)成績(jī)，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(jì)100答辯記錄化工工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(jì)裕量：6%7.年操作日：300天設(shè)計(jì)要求1.確定設(shè)計(jì)方案，并畫(huà)出流程框圖（要求見(jiàn)4（1））；2.物料衡算，熱量衡算3.主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4.繪圖要求：（1）流程框圖（CAD或者PPT繪，截圖在方案設(shè)計(jì)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）；（4）制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（CAD或手繪，A3圖紙）；5.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)工作量1.設(shè)計(jì)計(jì)算：1.5周2.工藝流程圖與設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：1周3.答辯：0.5周工作計(jì)劃第一周：物料衡算、熱量衡算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算第二周：畫(huà)圖，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，第三周：答辯參考資料《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版(上下冊(cè))，中國(guó)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(cè)》，青島化工學(xué)院等編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年

目錄年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì) 年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸丙烯腈的合成段工藝設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)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(jì)對(duì)丙烯腈的性質(zhì)、應(yīng)用、國(guó)內(nèi)外發(fā)展、生產(chǎn)方法等進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于計(jì)算丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈過(guò)程中的物料衡算、熱量衡算和主要設(shè)備的工藝計(jì)算。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)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(shù)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(jiǎn)稱(chēng)為ACN），化學(xué)分子式：CH2=CH-CN；分子量：53.1。丙烯腈在常溫下是無(wú)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(jiàn)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3.05~17.5%（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(huì)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(jiàn)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)78.5℃燃點(diǎn)/℃481蒸汽壓/KPa熔點(diǎn)/℃—82.0比熱容J·kg-1·k-120.92±0.038.7℃時(shí)6.67相對(duì)密度(d426)0.0806蒸發(fā)潛熱(0~77℃)32.6kJ/mol45.5℃時(shí)33.33粘度(25℃)0.34生成熱(25℃)151kJ/mol77.3℃時(shí)101.32折射率(nD25)1.3888燃燒熱1761kJ/mol臨界溫度246℃閃點(diǎn)/℃0聚合熱(25℃)72kJ/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)非常活潑，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(guò)程中，通常要加少量阻聚劑，如對(duì)苯酚甲基醚（阻聚劑MEHQ）、對(duì)苯二酚、氯化亞銅和胺類(lèi)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(lái)生產(chǎn)ABS樹(shù)脂，丙烯酰胺、丙烯酸纖維、己二腈和苯乙烯-己二腈樹(shù)脂等，目前國(guó)內(nèi)供不應(yīng)求，每年需大量進(jìn)口來(lái)滿足市場(chǎng)需求，2000年進(jìn)口量超過(guò)150kt。1.2丙烯腈的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展1.2.1國(guó)外的發(fā)展情況自1960年Sohio公司成功地開(kāi)發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈工藝以來(lái)，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(gè)工廠曾采用由Distillers

Ugine開(kāi)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(gè)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，并副產(chǎn)乙腈和氫氰酸等。BP公司(已收購(gòu)Sohio公司)擁有丙烯腈生產(chǎn)裝置所采用的Sohio工藝，其他專(zhuān)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(guó)石油化工集團(tuán)(簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)石化)。對(duì)于目前正在開(kāi)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(lái)國(guó)外丙烯腈裝置總的發(fā)展趨勢(shì)是向大型化發(fā)展。一些原設(shè)計(jì)能力為7萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)裝置通過(guò)消除“瓶頸”制約，擴(kuò)大了生產(chǎn)能力，有的達(dá)到9萬(wàn)噸/年，有的甚至超過(guò)13萬(wàn)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(wàn)噸/年，甚至達(dá)25～35萬(wàn)噸/年。由于裝置規(guī)模的大型化，每萬(wàn)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(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）新型催化劑的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

不斷研究開(kāi)發(fā)新一代催化劑是丙烯腈技術(shù)發(fā)展的又一趨勢(shì)。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(zhuān)利的核心。新型催化劑的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用對(duì)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(lái)世界上從事丙烯腈研究與開(kāi)發(fā)的各公司都投入了大量的人力、物力和財(cái)力，致力于新型催化劑的研究開(kāi)發(fā)工作，BP、旭化成、Monsanto、中國(guó)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(guò)了80%。高效新型催化劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用為丙烯腈工藝的發(fā)展提供了堅(jiān)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(gè)重要標(biāo)志。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展概況20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)不斷開(kāi)發(fā)了丙烯氨氧化制丙烯腈技術(shù)，并建成多套千噸級(jí)規(guī)模裝置。目前，中國(guó)石化已開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)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(zhuān)利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。并且利用該成套技術(shù)分別將中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司的原產(chǎn)能2.5萬(wàn)噸/年丙烯腈生產(chǎn)裝置改造成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4萬(wàn)噸/年國(guó)產(chǎn)化示范裝置；將中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化)的原產(chǎn)能6.0萬(wàn)噸/年丙烯腈裝置改造至13萬(wàn)噸/年，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，為國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置改擴(kuò)建提供了技術(shù)依據(jù)。

我國(guó)人口眾多，解決13億人口的穿衣問(wèn)題十分突出。因此，目前我國(guó)的丙烯腈主要用于生產(chǎn)腈綸。從目前發(fā)展水平看，我國(guó)腈綸產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)的需求。近3年來(lái)我國(guó)腈綸的年消耗量約在125～135萬(wàn)噸，盡管我國(guó)的腈綸生產(chǎn)能力已達(dá)到140萬(wàn)噸/年，而2005年丙烯腈的生產(chǎn)總量只有120萬(wàn)噸，只能滿足腈綸生產(chǎn)能力需求的一半，其余需通過(guò)進(jìn)口來(lái)解決。從技術(shù)發(fā)展看，用國(guó)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(wàn)噸/年，而迄今我國(guó)大型丙烯腈裝置的技術(shù)都是從國(guó)外引進(jìn)。引進(jìn)一套5萬(wàn)噸/年的丙烯腈裝置，僅專(zhuān)利許可和催化劑費(fèi)用就高達(dá)1500萬(wàn)美元。因此，努力開(kāi)發(fā)我國(guó)自己的丙烯腈成套技術(shù)，特別是采用國(guó)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(guó)丙烯腈技術(shù)的開(kāi)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(guó)自己的丙烯腈技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。尤其是1983年中國(guó)石油化工總公司成立以來(lái)，總公司十分重視丙烯腈技術(shù)的開(kāi)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(guó)內(nèi)大型丙烯腈裝置上應(yīng)用成功，使我國(guó)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(guó)的丙烯腈總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際水平。為了發(fā)展我國(guó)的丙烯腈工業(yè)，中國(guó)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(guó)自行開(kāi)發(fā)成功的11項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)和專(zhuān)有技術(shù)，編制了中國(guó)石油化工總公司自己的5萬(wàn)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(guó)丙烯腈工業(yè)的發(fā)展，為采用國(guó)內(nèi)技術(shù)建設(shè)自己的丙烯腈裝置，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。繼1989年大慶石油化工總廠化纖廠采用國(guó)產(chǎn)MB-86催化劑后，1992年5月淄博石油化工廠2.5萬(wàn)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(wàn)噸/年丙烯腈裝置均采用了國(guó)產(chǎn)的MB-86催化劑，獲得了成功，為國(guó)產(chǎn)MB-86催化劑的進(jìn)一步推廣應(yīng)用打開(kāi)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(guó)產(chǎn)MB-82和MB-86催化劑，其余裝置也將陸續(xù)更換國(guó)產(chǎn)催化劑。國(guó)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(guó)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(hào)的進(jìn)口催化劑；二是國(guó)產(chǎn)催化劑在價(jià)格上比進(jìn)口催化劑有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然在推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)催化劑上還有許多工作要做，我們不僅要做好國(guó)產(chǎn)催化劑在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的推廣應(yīng)用，而且要努力開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。值得一提的是淄博石油化工廠在引進(jìn)裝置開(kāi)車(chē)時(shí)，首裝就采用了國(guó)產(chǎn)MB-86催化劑，而且開(kāi)車(chē)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(guó)產(chǎn)化技術(shù)開(kāi)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(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)為基礎(chǔ)，將原生產(chǎn)能力2.5萬(wàn)t/a的齊魯丙烯腈裝置改造成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4萬(wàn)t/a丙烯腈國(guó)產(chǎn)化示范裝置，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。該裝置投產(chǎn)以來(lái)，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(kāi)發(fā)10萬(wàn)t/a以上丙烯腈成套技術(shù)和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有同類(lèi)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(lái)，齊魯石化丙烯腈裝置平均每年新增利潤(rùn)4000萬(wàn)元，大慶石化、安慶石化等4家裝置每年新增利潤(rùn)4100萬(wàn)元。據(jù)粗略計(jì)算，國(guó)產(chǎn)丙烯腈成套工業(yè)技術(shù)如在國(guó)內(nèi)全面推廣應(yīng)用，預(yù)計(jì)年新增效益可達(dá)6億元。1.3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(guó)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(lái)，已日趨成熟，工藝上基本沒(méi)有重大改變，研究的重點(diǎn)主要在開(kāi)發(fā)新型的催化劑，開(kāi)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(jià)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(chēng)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(guò)高煙囪直接放空，需要焚燒爐焚燒等處理。中國(guó)石油大慶石化分公司研究院開(kāi)發(fā)了流向變換催化燃燒技術(shù)治理丙烯腈尾氣。在完成燃燒催化劑篩選、評(píng)價(jià)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(jiǎn)單、處理效果好等特點(diǎn)。上海石化院開(kāi)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(guò)急冷過(guò)程丙烯腈聚合動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散動(dòng)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(chǎng)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(guò)了千噸級(jí)、萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)，丙烯腈精制回收率已從原來(lái)的90%提高到94%，可為丙烯腈生產(chǎn)企業(yè)增加可觀的經(jīng)濟(jì)效益，3個(gè)月就可收回全部投資，已在我國(guó)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(guò)冷、熱模研究和千噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)，研究了氣液傳熱和流場(chǎng)分布，開(kāi)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(wàn)噸級(jí)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(kāi)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(huì)效益，為我國(guó)丙烯腈新建裝置、老裝置改造技術(shù)出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化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)條件下,丙烯氨氧化反應(yīng)是一個(gè)非均相催化氧化反應(yīng):與此同時(shí),在催化劑表面還發(fā)生如下一系列主要的副反應(yīng)。（1）生成乙腈(ACN)：（2）生成氫氰酸(HCN)。（3）生成丙烯醛。(4)生成二氧化碳。上述副反應(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(lèi),即Mo系和Sb系催化劑。（1）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。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(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。（2）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1∶1(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。第二部分生產(chǎn)方案選擇本次設(shè)計(jì)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(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，都可以回收利用，而且丙烯腈成品純度較高。(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(jì)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(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)壓縮后的空氣先通過(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。混合器出口氣體進(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，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。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液氨液氨液態(tài)丙烯氨蒸發(fā)器丙烯蒸發(fā)器氨過(guò)熱器丙烯過(guò)熱器混合器壓縮機(jī)空氣飽和塔空氣加熱器反應(yīng)器廢熱鍋爐氨中和塔循環(huán)冷卻器水吸收塔圖13.2小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3%，設(shè)計(jì)裕量為6%，年產(chǎn)量為3.5萬(wàn)噸計(jì)算，則每天每小時(shí)產(chǎn)量：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(jì)算依據(jù)（1）丙烯腈產(chǎn)量5307.36kg/h，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360℃4.1.2物料衡算（1）反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H6:C3H8：NH3：O2：H2O：N2：（2）反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈：5307.36kg/hF=100.03kmol/h乙腈：丙烯醛：CO2：HCN：C3H8：N2：O2：C3H6：NH3：H2O：（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)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(jì)2697.3672937.171001002784.9172944.121001004.1.3熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)0~110℃、0~360℃、0~470℃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)C3H6C3H8NH3O2N2H2OkJ/(kg·K)0~110℃1.8412.052.3010.9411.0461.8830~360℃2.6783.0132.6361.0041.0882.0080~470℃2.9293.3472.9391.0461.1092.092物質(zhì)ANHCNACNACLCO2kJ/(kg·K)0~110℃0~360℃1.8741.6401.9331.9661.1300~470℃2.0291.7242.102.1721.213（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：110110℃，反應(yīng)器入口混合氣470℃，濃相段出口混合氣25℃，反應(yīng)器入口混合氣25℃，濃相段出口混合氣各物質(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：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：所以：（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：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：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：4.2空氣飽和塔的物料衡算和熱量衡算4.2.1計(jì)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(duì)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(jì)%（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/hN2：1442.54kmol/h，即40391.12kg/hH2O：500.16kmol/h，即9002.88kg/h4.2.2物料衡算（1）進(jìn)塔空氣量查得30℃，相對(duì)濕度80%時(shí)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：（2）進(jìn)塔熱水量氣、液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為：塔頂噴淋液105℃的密度為，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：（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/hN2：1442.54kmol/h，即40391.12kg/hH2O：500.16kmol/h，即9002.88kg/h（4）出塔液量4.2.3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：根據(jù)分壓定律，蒸汽的實(shí)際分壓為：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(duì)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(lái)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①170℃進(jìn)塔空氣帶入的熱量Q1：170℃蒸汽焓值為2773.3kJ/kg，干空氣在0~l70℃的平均比熱容②出塔濕空氣帶出熱量Q290℃蒸汽焓2660kJ/kg，空氣比熱容取 ③105℃入塔噴淋液帶入熱量Q3④求出塔熱水溫度t出塔熱水帶出熱量:熱損失按5%者，則熱平衡方程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78.11℃4.3氨中和塔物料衡算和熱量衡算4.3.1計(jì)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循環(huán)液組成組分水ANACNHCN硫酸硫酸銨合計(jì)%（wt）68.530.030.020.0160.530.90100（5）進(jìn)塔氣溫度l80℃，出塔氣溫度76℃，新鮮硫酸吸收劑溫度30℃（6）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：的生成量，即需要連續(xù)排出的的流量為：塔底排出液中，(NH4)2SO4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：H2O：AN：CAN：HCN：H2SO4：(NH4)2SO4：（2）需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%的H2SO4）的量為：（3）出塔氣體中各組分的量C3H6：966.98kg/h=23.02kmol/hC3H8:1294.53kg/h=29.42kmol/hO2：2950.40kg/h=92.20kmol/hN2：40391.12kg/h=1442.54kmol/hAN：5307.36-0.12=5307.24kg/h=100.02kmol/hACN：717.77-0.08=717.69kg/h=17.50kmol/hACL：65.53kg/h=1.17kmol/hHCN：877.78-0.06=877.72kg/h=32.51kmol/hCO2：2640.84kg/h=60.02kmol/hH2O：17306.64+1346.45×0.07-3660.83=13740.06kg/h=763.34kmol/h4.3.3熱量衡算（1）出塔氣體溫度塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為：PH2O=yH2OP=0.298×0.122=0.0364MPa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：表4-6硫酸銨上方的飽和蒸汽壓：含量溫度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PH2O的值，內(nèi)插得到出：塔氣的溫度為76.7℃（2）入塔噴淋液溫度入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低6.7℃，故為70℃（3）塔釜排出液溫度yH2O=0.3452入塔氣水蒸汽分壓：PH2O=yH2OP=0.3452×0.142=0.049MPa在釜液(NH4)2SO4含量()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，用內(nèi)插法從表中得到，飽和溫度為83.53℃，設(shè)塔釜液溫度比飽和溫度低2.53℃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()，所以釜液溫度控制81℃不會(huì)有硫酸銨結(jié)晶析出。（4）熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量圖3氨中和塔的熱量衡算1—氨中和塔；2—循環(huán)冷卻器作圖的虛線方框列熱平衡方程得Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q2+Q7+Q9①入塔氣體帶入熱入塔氣體帶入熱量Q1=2.53×106kJ/h②出塔氣體帶出熱表4-7各組分在0～76.7℃的平均比熱容組分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921Q2=(966.98×1.715+1294.53×1.966+2950.4×0.9414+40391.12×1.046+13740.06×1.883+1.347×5307.24+1.393×877.72+1.406×717.69+1.343×65.53+0.921×2640.84)×(76.7-0)=87003.38×76.7=6673159kJ/h③蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量=進(jìn)塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽=17306.64-13740.06=3566.58kg/h蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kgQ3=3566.58×2246.6=8012678.63kJ/h④有機(jī)物冷凝放熱AN的冷凝量1.60kg/h，其冷凝熱為615kJ/kgACN的冷凝量1.07kg/h，其冷凝熱為728kJ/kgHCN的冷凝量0.85kg/h，其冷凝熱為878.6kJ/kgQ4=1.6×615+1.07×728+0.85×878.6=2509.77kg/h⑤氨中和放熱每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ⑥硫酸稀釋放熱硫酸的稀釋熱為749kJ/kgQ6=0.93×1346.45×749=937896.68kJ/h⑦塔釜排放的廢液帶出熱量塔釜排放的廢液中，H2O與的(NH4)2SO4的摩爾比為，查氮肥設(shè)計(jì)手冊(cè)得此組成的硫酸銨水溶液比熱容為Q7=5341.94×3.347×(80-0)=1430357.85kJ/h⑧新鮮吸收劑帶入熱的比熱容為Q8=1346.45×1.603×(30-0)=64750.78kJ/h⑨循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷因操作溫度不高，忽略熱損失把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程解得：⑩循環(huán)冷卻器的冷卻水用量設(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：（5）循環(huán)液量循環(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(duì)新鮮暖收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點(diǎn))列熱平衡方程得：m×3.368t+9267=(m+192.7)×3.364×70(1)對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡得:m×3.347×81－m×3.368t=6868188.01(2)聯(lián)解式(1)(2)得：m=193942.26kg/h4.4換熱器物料衡算和熱量衡算換熱器AN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 圖44.4.1計(jì)算依據(jù)進(jìn)口氣體76.7℃，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115.5kPa4.4.2物料衡算表4-8進(jìn)口氣組成及流量組分C3H6C3H8O2N2ANACN流量kmol/h23.0229.4292.201442.54100.0217.50組分ACLHCNCO2H2O合計(jì)流量kmol/h1.1732.5160.02763.342561.74出口氣體溫度40℃，40℃飽和蒸汽壓力為設(shè)出口氣體中含有xkmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：解得x=122.67kmol/h=2208kg/h故，蒸汽的冷凝量為13740.06-2208=11532.06kg/h因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下表：表4-9換熱器氣體方(殼方)的物料平衡組分C3H6C3H8H2OO2N2AN流量kmol/h23.029.4122.792.21442.5100組分ACNHCNACLCO2冷凝水合計(jì)流量kmol/h17.5032.511.1760.0640.72561.74.4.3熱量衡算（1）換熱器入口氣體帶入熱（等于氨中和塔出口氣體帶出熱）Q1=6673159kJ/h（2）蒸汽冷凝放出熱40℃水汽化熱為2401.1kJ／kgQ2=11532.6×2401.1=27690925.86kJ/h（3）冷凝液帶出熱Q3=11532.06×4.184×(40-0)=1930005.56kJ/h（4）出口氣體帶出熱表4-10出口氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66Q4=（23.0×61.92+29.4×72.38+36.75×122.7+92.2×29.46+1442.5×29.29+63.35×100+17.50×52.09+32.51×62.76+1.17×65.61+60.0×38.66）×(40-0)=2588466.41kJ/h（5）熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平衡方程：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5代入數(shù)據(jù)求得：Q5=29845612.89kJ/h4.5水吸收塔物料衡算和熱量衡算4.5.1計(jì)算依據(jù)圖5水吸收塔的局部流程（1）入塔氣流量和組成與換熱器出口相同（2）入塔器溫度40℃，壓力112Kpa；出塔氣溫度10℃，壓力101Kpa（3）入塔吸收液溫度5℃（4）出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）4.5.2物料衡算（1）進(jìn)塔物料（包括氣體和凝水）的組成和流量與換熱器出口相同進(jìn)口氣量=23×42+29.4×44+122.7×18+92.2×32+1442.5×28+100×53+17.5×41+32.51×27+1.17×56+60×44=57409.39kg/h（2）出塔氣的組成和量出塔干氣含有：C3H623kmol/h=966kg/hC3H829.4kmol/h=1293.6kg/hO292.2kmol/h=2950.4kg/hN21442.5kmol/h=40390kg/hCO26.7kmol/h=294.8kg/h10℃水的飽和蒸汽壓，總壓P=101325pa出塔器中干氣總量=23+29.4+92.2+1442.5+6.7=1593.8kmol/h出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：出塔氣總量為：966+1293.6+2950.4+40390+294.8=45894.8kg/h（3）塔頂加入的吸收水量①出塔AN溶液總量出塔AN溶液中，AN為1.8%（wt），AN的量為5307.36kg/h，因此，出塔AN溶液總量為5307.36/0.018=294853.33kg/h②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=294853.33+45894.8－57409.39－11532.06=271806.68kg/h（4）塔底AN溶液的組成和量AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因?yàn)樗譇N溶液中的AN、CAN、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AN溶液中的水量=塔頂加入水+進(jìn)塔氣液混合物中的水-出塔氣帶出的水=271806.68+763.34×18-351.95=285194.85kg/h（5）水吸收塔平衡如下：表4-11水吸收塔物料平衡入塔氣組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計(jì)流量Kmol/h23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.17601921摩爾分?jǐn)?shù)0.0120.020.060.050.750.0520.00910.01690.00060.031入塔凝液kg/h11532.0611532.06入塔水kg/h271806.68271806.7出塔氣流量kmol/h23.029.419.5592.21442.50000601666.7塔底出口AN溶液kmol/h00159940010017.5032.511.17016145kg/h00287886005307717.5877.7765.520294853.33（6）檢驗(yàn)前面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(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：或塔底排出液的溫度為15℃(見(jiàn)后面的熱衡算)查得15℃時(shí)ACN、HCN、ACL和AN的亨利系數(shù)E值為：ANE=810kPaACLE=444.4kPaACNE=405.3kPaHCNE=1824kPa①AN塔底ＰAN=0.052×112=5.82kPa從以上計(jì)算可看出，溶液未飽和②ACLＰACL=0.0006×112=0.0672kPa，溶液未達(dá)飽和③ACNＰACN=0.0091×112=1.0192kPa，溶液未達(dá)飽和④HCNＰHCN=0.0169×112=1.8928kPa從計(jì)算結(jié)果可知，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，仍可使塔頂出口氣體中HCN的含量達(dá)到要求。4.5.3熱量衡算（1）入塔氣帶入熱表4-12各組分在0～40℃的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66Q1=（23.0×61.92+29.4×72.38+36.75×122.7+92.2×29.46+1442.5×29.29+63.35×100+17.50×52.09+32.51×62.76+1.17×65.61 +60.0×38.66）×(40-0)=2588466.41kJ/h（2）入塔冷凝水帶入熱Q2=11532.06×4.184×(40-0)=1930005.56kJ/h（3）出塔氣帶出熱Q3=(23.0×61.92+29.4×72.38+36.75×18.82+92.2×29.46+1442.5×29.29+60.0×38.66)(10-0)=515304kJ/h（4）吸收水帶入熱Q4=271806.68×4.184×(5-0)=5686195.75kJ/h（5）出塔AN溶液帶出熱表4-13溶液中各組分的液體摩爾熱容組分H2OANACNHCNACL75.3121.1107.371.55123.8Q5=(15844.16×75.3+100×121.1+17.5×107.3+32.51×71.55+1.17×123.8）t=1209523.81t（6）水冷凝放熱水冷凝量=2208.6－351.95=1856.65kg/h水的冷凝熱為2256kJ/kg，故Q6=4188602.4kJ/h（7）AN、ACN、ACL、HCN等氣體的溶解放熱溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱表4-14AN、ACN、ACL、HCN的冷凝熱組分ANACNACLHCN610.9765.7493.7937.2Q7=610.9×5307.24+765.7× 717.69+493.7×65.53+937.2×877.72=4646679.5kJ/h（8）熱衡算求出塔液溫度t熱平衡方程：Q1+Q2+Q4+Q6+Q7=Q3+Q5代入數(shù)據(jù)得2588466.41+1930005.56+5686195.75+4188602.4+4646679.5=515304+1209523.81t解得t=15.32℃4.6空氣水飽和塔釜液槽4.6.1計(jì)算依據(jù)空氣飽和塔液體進(jìn)、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(jiàn)本文相關(guān)部分計(jì)算；排污量按乙腈解吸塔來(lái)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。圖6空氣飽和塔塔釜物料關(guān)系4.6.2物料衡算（1）進(jìn)料①乙腈解吸塔釜液入槽量=396550-160703.05=235846.95kg/h②空氣飽和塔塔底液入槽量=152858.73-59482.5=93376.23kg/h③入槽軟水量xkg/h（2）出料①去水吸收塔液體量271806.68kg/h②去萃取解吸塔液體量105000kg/h作釜液槽的總質(zhì)量平衡得235846.95+93376.23+x=271806.68+105000解得x=47583.5kg/h4.6.3熱量衡算（1）入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱Q1=235846.95×4.184×(105-0)=103612282.1kJ/h（2）入槽軟水帶入熱Q2=47583.5×4.184×(30-0)=5972680.92kJ/h（3）空氣飽和塔塔底液帶入熱Q3=93376.23×4.184×(79-0)=30864205.56kJ/h（4）去吸收塔液體帶出熱Q4=271806.68×4.184×(t-0)=1137239.15tkJ/h（5）去萃取解吸塔液體帶出熱Q4=105000×4.184×(t-0)=439320tkJ/h（6）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0.95(Q1+Q2+Q3)=Q4+Q5解得t=84.63℃4.7丙烯蒸發(fā)器熱量衡算4.7.1計(jì)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1002.3kg/h4.7.2有關(guān)數(shù)據(jù)（1）0.405MPa下丙烯的沸點(diǎn)為-13℃，汽化熱410kJ/kg（2）0405MPa下丙烷的沸點(diǎn)為-5℃，汽化熱376.6kJ/kg4.7.3熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量（1）丙烯蒸發(fā)吸收的熱Q1=7002.1×410=2870861kJ/h（2）丙烷蒸發(fā)吸收的熱Q2=1294.53×376.6=487520kJ/h（3）丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷冷損失按l0％考慮Q=1.1(2870861+487520)=3694219.1kJ/h（4）冷凍鹽水用量平均溫度(-1℃)下，冷凍鹽水比熱容為3.47kJ／(kg?K)冷凍鹽水用量為：4.8丙烯過(guò)熱器熱量衡算4.8.1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4.8.2熱量衡算求丙烯過(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)，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0.405MPa蒸汽的冷凝熱4.9氨蒸發(fā)器熱量衡算4.9.1計(jì)算依據(jù)（1）蒸發(fā)壓力0.405MPa（2）加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽；冷凝熱為2138kJ/kg4.9.2有關(guān)數(shù)據(jù)0.405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7℃，汽化熱為1276kJ/kg4.9.3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：Q=2975.95×1276×1.1=4177043.42kJ/h加熱蒸汽量為：4.10氨氣過(guò)熱器4.10.1計(jì)算依據(jù)（1）氣氨進(jìn)口溫度-7℃，出口溫度65℃（2）用0.405MPa蒸汽為加熱劑（3）氣氨流量2975.95kg/h4.10.2熱衡算求氣氨過(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％考慮氣氨過(guò)熱器的熱負(fù)荷為：加熱蒸汽用量為：4.11混合器4.11.1計(jì)算依據(jù)（1）氣氨進(jìn)口溫度65℃，流量2975.95kg/h（2）丙烯氣進(jìn)口溫度65℃，流量7002.1kg/h，丙烷氣進(jìn)口溫度65℃，流量1294.53kg/h（3）出口混合氣溫度110℃，濕空氣來(lái)自空氣加熱器4.11.2熱衡算求進(jìn)口溫空氣的溫度t以0℃為熱衡算基準(zhǔn)表4-15C3H6、C3H8、NH3，在0～65℃的平均比熱容組分1.5691.822.197（1）氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱Q1=(7002.1×1.569+1294.53×1.82)(65-0)=867252.07kJ/h（2）氣態(tài)氨帶入熱Q2=2975.95×2.197(65-0)=424980.54kJ/h（3）溫空氣帶入熱 N2、O2和蒸汽0～136℃的平均比熱容分別為、和Q3=(40391.12×1.046+12270.59×1.841+9002.88×1.925)(t-0)=82169.81t（4）混合器出口氣體帶出熱Q4=(7002.1×1.569+1294.53×1.82+2975.95×2.197+40391.12×1.046+12270.59×1.841+9002.88×1.925)(110-0)=11225534.29kJ/h（5）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:0.9(Q1+Q2+Q3)=Q4代入數(shù)據(jù)0.9(867252.07+424980.54+82169.81t)=11225534.29解得t=136.07℃4.12空氣加熱器的熱量衡算4.12.1計(jì)算依據(jù)（1）入口空氣溫度90℃，出口空氣溫度136℃（2）空氣的流量和組成如下：表4-16空氣的流量與組成組分O2N2H2O合計(jì)kg/h1756.45781.51288.68826.54.12.2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、和熱損失按10％考慮，空氣加熱器的熱負(fù)荷為：Q=(5781.5×1.046+1756.4×1.841+1288.6×1.925)(136-90)×1.1=595133.74kJ/h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(jì)算5.1合成反應(yīng)器5.1.1計(jì)算依據(jù)（1）入口氣體流量2697.36kmol/h；出口氣體流量2784.91kmol/h（2）氣體進(jìn)口壓力0.203MPa；出口壓力0.162MPa（3）進(jìn)口氣體溫度110℃，反應(yīng)溫度470℃，出口氣體溫度360℃（4）流化床內(nèi)的換熱裝置以水為冷卻劑，產(chǎn)生0.405MPa（143℃）的飽和蒸汽（5）接觸時(shí)間10s5.1.2濃相段直徑因反應(yīng)過(guò)程總物質(zhì)量的增加，故按出口處計(jì)算塔徑比較安全出口處氣體體積流量為：表5-1一些工業(yè)上采用的流化床操作氣速產(chǎn)品反應(yīng)溫度℃操作空塔速度m/s丁烯氧化脫氫制丁二烯480～5000.8～1.2丙烯氨氧化制丙烯腈4750.6～0.8萘氧化制苯二甲酸酐3700.3～0.4取空床線速0.8m/s濃相段直徑為：取流化床濃相段直徑6.9m5.1.3濃相段高度按接觸時(shí)間10s計(jì)算，催化劑的堆積體積應(yīng)為：凈床高H0=294.9/0.785×6.92=7.89m取膨脹比為2，則濃相段高度為H1=RH0＝15.78m取濃相段高度16m校核：催化劑的堆密度為640kg/m3催化劑的質(zhì)量W=294.9×640=188736kg=188.74t所以，催化劑負(fù)荷為：是可靠的5.1.4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=0.4m/s氣體流量為：擴(kuò)大段直徑：取擴(kuò)大段直徑9m5.1.5擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床直徑6.9m，空塔氣速0.8m/s圖7查圖有：H2/D=1.4所以，稀相段高度H2=1.4D=1.4×6.9=9.66m取H2=10m5.1.6濃相段冷卻裝置的換熱面積表5-2流化床總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值工業(yè)過(guò)程床內(nèi)線速m/s濃相段傳熱系數(shù)W/(m2?K)換熱方式及介質(zhì)丁烯氧化脫氫制丁二烯0.8～1.2465～581套管，水丙烯氨氧化制丙烯腈0.6～0.8233～349套管，水萘氧化制苯二甲酸酐0.3～0.4300～316列管，水，汽水換熱裝置采用套管式，總傳熱系數(shù)取349W/(m2?K)前面已算出換熱器的熱負(fù)荷Q=62561989.21kJ/h=17.378×106J/s換熱面積：取30%的設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為200m25.1.7稀相段冷卻裝置的換熱面積換熱裝置采用套管式，水為冷卻劑，產(chǎn)生0.405MPa（143℃）的飽和蒸汽總傳熱系數(shù)取20W/(m2?K)換熱裝置熱負(fù)荷Q=13136240.51kJ/h=3.649×106J/s又換熱面積：取30%的設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為890m25.2空氣飽和塔5.2.1計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔空氣的組成和流量表5-3進(jìn)塔空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)kmol/h383.461442.5464.361890.36kg/h12270.5940391.121158.5653820.27（2）出塔溫空氣的組成和流量表5-4出塔溫空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)kmol/h383.461442.54500.162326.16kg/h12270.5940391.129002.8861664.59（3）塔頂噴淋液量160703.05kg/h，溫度105℃（4）塔底排出液量152858.73kg/h，溫度78.11℃（5）塔底壓力O.263MPa，塔頂壓力O.243MPa（6）入塔氣溫度l70℃，出塔氣溫度90℃（7）填料用Φ50×50×4.5陶瓷拉西環(huán)(亂堆)5.2.2塔徑的確定根據(jù)拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式（A）式中：ωF泛點(diǎn)空塔氣速，m/sg重力加速度，9.81m/s2干填料因子，m-1氣相和液相密度，kg/m3L、G氣相和液相流量，kg/h液體粘度，mPa·s(cP)Φ50×50瓷拉西環(huán)的干填料因子為177m-1（1）塔頂處代入式（A）有：解得泛點(diǎn)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：（2）塔底處代入式（A）有：解得泛點(diǎn)率取75％，則氣體空塔速度為入塔操作條件下的氣量：塔徑應(yīng)為：取塔徑為2.8m5.2.3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:①使出塔氣體中蒸汽含量達(dá)到要求②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，以減少污水處理負(fù)荷并回收ACN等副產(chǎn)物按工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取填料高度11m5.3水吸收塔5.3.1計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔氣體流量和組成表5-5進(jìn)塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計(jì)流量kmol/h23.029.4122.792.21442.510017.5032.511.1760.01921kg/h9661293.62208.62950.4403905300717.5877.7765.52264057409.4（2）出塔氣體流量和組成表5-6出塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8H2OO2N2CO2AN合計(jì)流量Kmol/h23.029.419.5592.21442.560.0少量1666.7kg/h9661293.6351.952950.4403902640少量48592隨入塔氣進(jìn)入的凝水11532.06kg/h（3）塔頂噴淋液量271806.68kg/h,含AN0.005％(wt)，溫度5℃（4）塔底排出液量294853.33kg/h，溫度15.32℃（5）塔底壓力ll2kPa，塔頂壓力101kPa（6）入塔氣溫度40℃，出塔氣溫度l0℃（7）出塔氣體中AN含量不大于0.055%(wt)（8）填料用250Y型塑料孔板波紋填料5.3.2塔徑的確定塑料孔板渡紋填料的泛點(diǎn)氣速計(jì)算公式為:（A）式中：ωF泛點(diǎn)空塔氣速，m/sg重力加速度，9.81m/s2干填料因子，m-1a=240m2/m3ε=0.97氣相和液相密度，kg/m3L、G氣相和液相流量，kg/h液體粘度，mPa·s(cP)按塔底情況計(jì)算ωF把數(shù)據(jù)代人(A)式解得空塔氣速為(泛點(diǎn)率取70%)氣體在操作條件下的流量為塔徑應(yīng)為：取塔徑為3.2m5.3.3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HOL當(dāng)時(shí)，25℃下的HOL為0.187m時(shí)，25℃下的HOL為0.225m內(nèi)插得到時(shí)，25℃下的HOL為0.213m又液相傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式如下①塔底E1=810kPaP=112kPa所以：②塔頂E1=506.6kPaP=101.3kPa出口氣體中含有不小于0.055％(wt)，因此所以代入數(shù)據(jù)求得：故，填料高度Z=NOL×HOL=16.19×0.292=4.73m取填料高度為7m5.4丙烯蒸發(fā)器5.4.1計(jì)算依據(jù)（1）丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-l3℃，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-2℃（2）丙烯蒸發(fā)量1002.3kg/h，冷凍鹽水用量532308.23kg/h（3）丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷Q=3694219.1kJ/h5.4.2丙烯蒸發(fā)器換熱面積（1）總傳熱系數(shù)①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-l℃．此溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：冷凍鹽水流速為：所以②管外液態(tài)丙烯沸騰給熱系數(shù)取13617.2③總傳熱系數(shù)冷凍鹽水方污垢熱阻取0.264×10-3m2·K/W；丙烯蒸發(fā)側(cè)污垢熱阻取0.176×10-3m2·K/W；鋼管導(dǎo)熱系數(shù)45W/(m·K)K=1185.3W/(m2?K)④傳熱平均溫差熱端溫差0－(﹣13)=13℃，冷端溫差﹣2－(﹣13)=11℃?zhèn)鳠崞骄鶞夭顬棰輷Q熱面積熱負(fù)荷Q=3694219.1kJ/h=1026172J/s換熱面積為:取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為87m25.5循環(huán)冷卻器5.5.1計(jì)算依據(jù)(1)管內(nèi)循環(huán)液流量193942.26kg/h，進(jìn)口溫度81℃，出口溫度70℃(2)管外冷卻劑為循環(huán)水，進(jìn)口溫度32℃，出口溫度36℃，循環(huán)水流量為410384.08kg/h(3)熱負(fù)荷為Q=6868188.01kJ/h5.5.2計(jì)算換熱面積初選GH90-105I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(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=40mm(1)總傳熱系數(shù)①管內(nèi)循環(huán)液側(cè)的給熱系數(shù)α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：所以②殼程(循環(huán)水側(cè))的給熱系數(shù)循環(huán)水平均溫度(32+36)/2=34℃，34℃水的物性數(shù)據(jù)為正三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑de的計(jì)算公式為管外流體的流速根據(jù)流體流過(guò)的最大截面積S來(lái)計(jì)算，S的計(jì)算公式為：S=hD(1-d0/t)已知t=40mm，d0=32mm，h=374mm，D=888mm代人數(shù)據(jù)得S=hD(1-d0/t)=0.374×0.888(1-0.032/0.04)=0.0664m2管外流體的流速為所以Re值在2000～1000000范圍內(nèi)可用下式計(jì)算給熱系數(shù)代入數(shù)據(jù)得③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0.2×10-3m2·K/W代入數(shù)據(jù)求K：K=604.1W/(m2·K)（2）對(duì)數(shù)平均溫差（3）換熱面積熱負(fù)荷Q=6868188.01kJ/h=1907830J/s換熱面積為取安全系數(shù)l.2則換熱面積為92m2,因此，選GH90—105-1型石墨換熱器，其換熱面積已足夠5.6氨蒸發(fā)器5.6.1計(jì)算依據(jù)（1）氨蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-7℃（2）加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃（3）熱負(fù)荷4177043.42kJ/h5.6.2計(jì)算換熱面積（1）總傳熱系數(shù)蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)取8000W/(m2·K)，液氨沸騰的給熱系數(shù)取2000W/(m2·K)，不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)45W/(m·K)，管壁厚4mm，兩側(cè)污垢熱阻取0.2×10-3m2·K/W代人數(shù)據(jù)求K:K=898W/(m2·K)（2）平均溫度差（3）換熱面積氨蒸發(fā)器熱負(fù)荷Q=4177043.42kJ/h=1160290J/s換熱面積為取換熱面積為9m25.7氨氣過(guò)熱器5.7.1計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)口氣氯溫度-7℃．出口氣氨溫度65℃（2）加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃（3）熱負(fù)荷Q=522772.04kJ/h5.7.2計(jì)算換熱面積（1）總傳熱系數(shù)管殼式換熱器用作加熱器時(shí)，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，K值的推薦范圍是28～250W/(m?K)，取230W/(m·K)（2）平均溫度差冷端溫差為143-(-7)=150℃，熱端溫差為l43-65=78℃（3）換熱面積熱負(fù)荷為Q=522772.04kJ/h=145214.5J/s換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為6.9m2，選浮頭式熱交換器BFT325-4.0-10-3/19-2I型，換熱面積10.5m2,符合要求5.8丙烯過(guò)熱器5.8.1計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)口氣體溫度﹣l3℃，出口氣體溫度65℃（2）加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃（3）熱負(fù)荷Q=1070028.39kJ/h5.8.2計(jì)算換熱面積（1）總傳熱系數(shù)管殼式換熱器用作加熱器時(shí)，一方為蒸汽冷凝、一方為氣體情況下，K值的推薦范圍是28～250W/(m?K)，取230W/(m·K)（2）平均溫度差冷端溫差為143-(-7)=150℃，熱端溫差為l43-65=78℃（3）換熱面積熱負(fù)荷為Q=1070028.39kJ/h=297230.1J/s換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為14.1m2，選浮頭式熱交換器BFT426-4.0-20-4.5/2.5-2I型，換熱面積25.6m2,符合要求5.9空氣加熱器5.9.1計(jì)算依據(jù)（1）空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間（2）進(jìn)口氣體溫度90℃，出口氣體溫度l36℃，氣體進(jìn)口壓力0.243MPa，氣體的流量和組成如下：表5-7進(jìn)口氣體的流量和組成組分O2N2H2O合計(jì)kg/h1756.45781.51288.68826.5kmol/h54.89206.4871.59332.96（3）加熱蒸汽為0.608MPa(對(duì)應(yīng)的飽和溫度為l64.2℃)，流量為288.06kg/h（4）熱負(fù)荷Q=595133.74kJ/h=165314.93J/s5.9.2計(jì)算換熱面積初選BFT700-1.6-800-3/25-2Ⅱ浮頭式換熱器一臺(tái)，換熱器有Φ25×3.5的管子268根（1）總傳熱系數(shù)①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(90+136)/2=113℃，113℃空氣的物性數(shù)據(jù)為空氣的密度：②管外蒸汽冷凝側(cè)給熱系數(shù)取α2=8000W/m2·K③總傳熱系數(shù)鋼導(dǎo)熱系數(shù)45W/(m·K)，空氣側(cè)污垢熱阻0.4×10-3m2·K/W，蒸汽冷凝側(cè)污垢熱阻0.2×10-3m2·K/WK=101.83W/(m2?K)（2）對(duì)數(shù)平均溫度差（3）換熱面積安全系數(shù)取1.2，則換熱面積應(yīng)為40.97m2，所選換熱面積80.4m2,符合要求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)液的體積流量為又所以，H=23m液柱=23×1.14=26mH2O選用80FVZ-30的耐腐蝕泵三臺(tái),正常使用兩臺(tái)，備用一臺(tái)。80FVZ-0泵的流量為50m3/h，揚(yáng)程30m。5.11空氣壓縮機(jī)在產(chǎn)品樣本上，活塞式空氣壓縮機(jī)的排氣量指是后一級(jí)排出的空氣，換算為第一級(jí)進(jìn)氣條件時(shí)氣體的體積藏量。現(xiàn)第一級(jí)進(jìn)氣條件為常壓，溫度按30℃計(jì)，排出氣體的摩爾流量為270.6kmol/h,則排氣量(換算為第一級(jí)進(jìn)氣條件)為因工藝要求排出壓力為0.263MPa，故選用排氣量為55m3/min，排氣壓力0為0.35MPa的5L-55/3.5型空氣壓縮機(jī)三臺(tái)，正常操作用兩臺(tái)，備用一臺(tái)5.12中和液貯槽按停車(chē)時(shí)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:V=20×0.785×1.82×0.082=4.2m3考慮到停車(chē)檢修時(shí)，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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)容器系列JBl42874(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.25～4MPa)中選用工作壓力0.25MPa，公稱(chēng)容器6m3的型號(hào)，此容器的直徑為1600mm，長(zhǎng)度為2600mm第五部分課程設(shè)計(jì)心得本次化工設(shè)計(jì)歷時(shí)1.5周，是學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)以來(lái)第一次獨(dú)立的課程設(shè)計(jì)。化工設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫(huà)出工藝流程圖等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。

在短短的1.5周里，從開(kāi)始的一頭霧水，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，再到對(duì)工業(yè)材料上的選取論證和后期的程序的編寫(xiě)以及流程圖的繪制等過(guò)程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問(wèn)題的不易。我們從中也明白了學(xué)無(wú)止境的道理，在我們所查找到的很多參考書(shū)中，很多的知識(shí)是我們從來(lái)沒(méi)有接觸到的，我們對(duì)事物的了解還僅限于皮毛，所學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)還很不完善，我們對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的理解還僅限于書(shū)本上，對(duì)實(shí)際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒(méi)有及時(shí)將所得結(jié)果總結(jié)，以致在后面的計(jì)算中不停地來(lái)回翻查數(shù)據(jù)，浪費(fèi)了大量時(shí)間。在一些應(yīng)用問(wèn)題上，我直接套用了書(shū)上的公式或過(guò)程，并沒(méi)有徹底了解各個(gè)公式的出處及用途，對(duì)于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。因此，一些計(jì)算數(shù)據(jù)有時(shí)并不是十分準(zhǔn)確的，只是擁有一個(gè)正確的范圍及趨勢(shì)，而并沒(méi)有更細(xì)地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設(shè)備的選型。如果有更充分的時(shí)間，我想可以進(jìn)一步再完善一下的。

通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個(gè)很好的指導(dǎo)方向，我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還使我們樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤為重要。

我還要感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我們的教導(dǎo)與幫助，感謝同學(xué)們的相互支持。

限于我們的水平，設(shè)計(jì)中難免有不足和謬誤之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。第六部分附錄6.1參考文獻(xiàn)[1]陳英男、劉玉蘭．常用華工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)[M]．上海：華東理工大學(xué)出版社，2005[2]賈紹義、柴誠(chéng)敬．化工原理課程設(shè)計(jì)[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2002[3]路秀林、王者相.塔設(shè)備[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[4]王明輝．化工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[5]夏清、陳常貴．化工原理（上冊(cè)）[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2005[6]夏清、陳常貴．化工原理（下冊(cè)）[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2005[7]《化學(xué)工程手冊(cè)》編輯委員會(huì)．化學(xué)工程手冊(cè)—?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989[8]劉光啟、馬連湘．化學(xué)化工物性參數(shù)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[9]賀匡國(guó)．化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[10]黃璐、王保國(guó)．化工