丙烯氨氧化制丙烯腈課程設(shè)計(jì)

1、華南理工大學(xué)研究生課程報(bào)告SOUTH CHINA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY課程名稱：化工過程設(shè)計(jì)任課教師：錢宇（教 授） 李秀喜（副教授）年產(chǎn)4億磅丙烯睛工藝的概念設(shè)計(jì)姓名江麗 200420112370李衛(wèi)軍 200420112448 院系化工與能源學(xué)院專業(yè)課程報(bào)告提交時(shí)間 2005年4月5日1設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1設(shè)計(jì)任務(wù)21.2設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料22概述42.1 r胡簡(jiǎn)介42.2市場(chǎng)概況42.3工藝現(xiàn)狀42.4原料來源42.5現(xiàn)有兩種工藝比較52. 5.1丙烯氨氧化法工藝簡(jiǎn)述52. 5. 2丙烷氧化法制丙烯贈(zèng)工藝62.5.3兩種工藝的主要傳統(tǒng)參數(shù)比較63 一步法丙烯臘生產(chǎn)工

2、藝設(shè)訃73.1丙烯睛的合成工藝流程設(shè)計(jì)73.1.1合成工藝過程分析及設(shè)計(jì)車點(diǎn)73.1.2合成工藝流程簡(jiǎn)圖73. 1. 3合成工藝流程簡(jiǎn)述83.2回收和分離的I：藝流程設(shè)計(jì)93. 2. 1回收和分離工藝過程分析與改進(jìn)93. 2. 2回收和分離丁藝流程簡(jiǎn)圖103. 2.3回收和分離工藝流程簡(jiǎn)述113.3精制部分的工藝設(shè)計(jì)113. 3.1稱制工藝過程分析和探索113. 3.2梢制工藝流程簡(jiǎn)圖123. 3.3梢制工藝流程簡(jiǎn)述133.4 “三廢”處理143.4.1廢水處理143. 4.2廢渣、廢氣處理144模擬計(jì)算154.1合成部分的流程模擬154.2冋收和分離部分流程模擬174.3粘制部分流程模擬19

3、5結(jié)果分析245.1設(shè)計(jì)結(jié)果分析245.2設(shè)計(jì)體會(huì)及建議241設(shè)計(jì)任務(wù)書任務(wù)下達(dá)日期：2004年10月設(shè)計(jì)日期：2004年10月至2005年4月5日設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)4億磅丙烯睛工藝的概念設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：在卓越公可給定的條件下，對(duì)丙烷氨氧化法生產(chǎn)工藝進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，并與丙烯 氨氧化法進(jìn)行比較，分析丙烷氨氧化法的經(jīng)濟(jì)町行性。注：卓越化學(xué)公司的商業(yè)開發(fā)部門想要擴(kuò)人他們的纖維和樹脂生產(chǎn)線，這一項(xiàng) 目能為作為原料之一丙烯陸提供4億磅的市場(chǎng)。因此，經(jīng)濟(jì)的丙烯睛生產(chǎn)工藝的開 發(fā)成為該公司迫切需要解決的問題。為解決此問題，而進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。；在設(shè)計(jì)中棊本體現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范及符介過程設(shè)計(jì)流程。1.1設(shè)計(jì)任務(wù)年產(chǎn)4億

4、磅丙烯躺生產(chǎn)工藝的概念設(shè)汁。1.2設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料1. 丙烯氨氧化法工藝條件溫度：750T內(nèi)部壓力：35psia氨/丙烯進(jìn)料摩爾比：1.05氧氣/丙烯進(jìn)料摩爾比：22. 丙烷氨氧化法工藝條件溫度：900T內(nèi)部壓力：35psia氨/丙烷進(jìn)料摩爾比：0.8氧氣/丙烷進(jìn)料賺爾比：2經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析原材料價(jià)格估算 丙烯骷:：SO. 37/lb 氨： $0.085/lb3. 生產(chǎn)要求：產(chǎn)品丙烯睛的故小純度達(dá)到:年操作時(shí)間：產(chǎn)量達(dá)到:丙烯：$0. 17/lb 丙烷:SO. 083/lb：99. Owt%；350天；40億磅;79従& 21輪原料來源空氣組成：32概述2.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介丙烯睛，分子式為CH汙C

5、H-CN,英文縮寫為AN。丙烯睹（AN）是一種易燃、劇毒、仃苦杏仁味的無色液體，它具仃高極性，可 同大多數(shù)仃機(jī)溶劑耳溶，它作為一種豆要的仃機(jī)化匸原料，在合成纖維、合成橡膠、 A成樹脂等高分子材料屮占仃世要地位。以丙烯丿情為原料町生產(chǎn)臘綸（丙烯悄纖 維），丁睛橡膠（BR）、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS）和苯乙烯-丙烯睛樹脂 （SAN）等。丙烯睹主要用于生產(chǎn)睛綸，約占50%,其次是ABS/SAN. C二船:和聚丙 烯酰胺等。2.2市場(chǎng)概況丙烯睛現(xiàn)貨價(jià)格抬高到1340-1400美元/噸。我國(guó)：2000年丙烯贈(zèng)生產(chǎn)能力約44. 2萬噸/年，產(chǎn)*39.7萬噸，消費(fèi)55萬噸, 預(yù)測(cè)2005年消費(fèi)86

6、萬噸。據(jù)報(bào)道，山于丙烯原料短缺，Sterling化學(xué)公司被迫關(guān)閉其位于美國(guó)德克薩斯 州徳克薩斯城的7. 4億磅（33.6萬噸）/年丙烯睛及英衍生產(chǎn)品裝置。2.3工藝現(xiàn)狀hl前，丙烯睛的主要生產(chǎn)工藝是流化床丙烯氨氧化法。然而，丙烷氨氧化法生 產(chǎn)工藝的出現(xiàn)對(duì)丙烯氨氧化法提出了挑戰(zhàn)，岡為丙烷比丙烯更具仃價(jià)格優(yōu)勢(shì)，這町 以大大降低生產(chǎn)所耗原材料的費(fèi)用。2.4原料來源丙烷脫氫制丙烯，原料丙烷主要來|'|液化石油氣（LPG）, 11前國(guó)內(nèi)的LPG主要作 為民用燃料使用。1997年，用作民用燃料的LPG占LPG商品總量的94.5%。已開工建 設(shè)的長(zhǎng)達(dá)4212km的“西氣東輸”管網(wǎng)工程將為長(zhǎng)江屮下游地

7、區(qū)提供120億立方米每 年的巨人天然氣源，另外，中右化預(yù)計(jì)明處在東海開發(fā)新的天然氣資源，目前探明 的可利用儲(chǔ)帚為190億立方米每年的巨大天然氣源；另外，安徽淮南又發(fā)現(xiàn)新的天 然氣資源等。2.5現(xiàn)有兩種工藝比較2. 5. 1丙烯氨氧化法工藝簡(jiǎn)述一）、生產(chǎn)工藝原理在丙烯氨氧化法生產(chǎn)工藝中，丙烯他是丙烯在一種混合金屬氧化物催化劑的作 用下與毎和氧氣（或空氣）反應(yīng)合成的。反應(yīng)力程式為：CsHe + NHs + 1. 50: <-> CsHaN + 3H20此反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)（220, OOOBTU/lbmole丙烯），雖然氨氧化催化劑對(duì)丙 烯睛是中等選擇性，但有許多副產(chǎn)物，如乙冊(cè)、HCN、

8、C0和CO.典型的反應(yīng)條件為: 溫度,750900F；壓力,3050psia：接觸時(shí)間,26秒：氨/丙烯（摩爾進(jìn)料比）, 1.051.2：空氣/丙烯（摩爾進(jìn)料比），820。在這些條件下丙烯的轉(zhuǎn)化率通常 人于90%。二）、生產(chǎn)工藝流程丙烯和氨蒸發(fā)混合后進(jìn)入反應(yīng)器，與壓縮機(jī)送來的空氣中的氧在催化劑作用 下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成丙烯骷:、乙嵋、氮鼠酸、水、丙烯醛及丙烯酸等物質(zhì)，形成 反應(yīng)氣體。這其中還包括未反應(yīng)的丙烯、氨及氧等物質(zhì)，反應(yīng)氣體經(jīng)旋風(fēng)分離器除 催化劑后，進(jìn)入急冷塔下段進(jìn)彳亍急冷和洗滌，除去反應(yīng)氣體攜帶的催化劑粉塵和 反應(yīng)生成的聚合物，并rti塔底排出，送界區(qū)外處理。洗滌后的反應(yīng)氣體進(jìn)入急冷塔

9、 中段,加入濃硫酸，濃硫酸與反應(yīng)氣體屮的氨發(fā)生中和反應(yīng)，生成的硫錢液送硫錢 液貯罐。反應(yīng)氣體除氨后進(jìn)入急冷塔上段進(jìn)行降溫，降溫后進(jìn)入吸收塔，冋收丙烯 蠟和其他水溶性直機(jī)反應(yīng)產(chǎn)物。吸收塔頂排出未被吸收的CO、C0 2、N2及怪類等 物質(zhì)，吸收塔釜液進(jìn)入萃取塔進(jìn)行萃取，從萃取塔側(cè)線抽出含仃乙睛、水及少帚氫 貳酸的混合物，并把混合物打入乙臘塔進(jìn)行汽提，得到粗乙丿措，一部分冋用，一 部分送乙席爐焚燒。萃取塔頂分離出的丙烯席、老鼠酸及水蒸氣等物質(zhì)進(jìn)入脫鼠塔, 經(jīng)減用精侏后，塔頂蒸出氫貳酸，塔釜出來的丙烯購含仃少竝水，再經(jīng)脫水塔除 水后,得到丙烯席成品。2. 5. 2丙烷氧化法制丙烯睛工藝在丙烷氨氧化法生

10、產(chǎn)工藝中，丙烯睛是丙烷在催化劑的作用下與氨和氧氣(或 空氣)反應(yīng)合成的。過程存在以下兒個(gè)主要反應(yīng)：(1) C3Hs + NH3 + 20： o C3H* + 4H：0(2) C3H8 + 0. 50： <-> CsHe + H2O(3) CA + 1. 502 + NH3 o C3H3N + 3H20但為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程的估算工作最，本設(shè)訃簡(jiǎn)化了過程的反應(yīng)體系，認(rèn)為只存 在反應(yīng)(1)o這樣，其生產(chǎn)過程條件與丙烯氨氧化法和似，但內(nèi)烷轉(zhuǎn)化率要低得 多，實(shí)驗(yàn)室屮C經(jīng)得到的轉(zhuǎn)化率為2080%o2.5.3兩種工藝的主要傳統(tǒng)參數(shù)比較根據(jù)以上信息，此公司要求開發(fā)的丙烯睛二藝應(yīng)為內(nèi)烷一段肖接氨氧化法

11、，其 工藝流程與丙烯氨氧化工藝流程人體相同，只仃工藝條件和設(shè)備人小的差異。下表 給出兩種工藝的主要傳統(tǒng)參數(shù)比較：農(nóng)1丙烷和丙烯氨氧化法匸藝參數(shù)比較項(xiàng)目丙烷氨氧化丙烯氨氧化反應(yīng)溫度/K800900700750接觸時(shí)間/S0.24N6熱效應(yīng)/kJ. kg-13. 35X10*1.60X101轉(zhuǎn)化率：對(duì)G6794對(duì)NHs8092. 8選擇性，% (mol)6080副產(chǎn)組成：相同相同HCN/kg. kg'10. 08-0. 1801乙 B/i/kg. kg1三0. 1W0. 1反應(yīng)器/個(gè)22 (一般1個(gè))3 一步法丙烯睛生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)3.1丙烯睛的合成工藝流程設(shè)計(jì)3.1.1合成工藝過程分析及設(shè)計(jì)

12、重點(diǎn)1、反應(yīng)是個(gè)強(qiáng)放熱過程，參照丙烯氨氧化法，采用流化床反應(yīng)器，反應(yīng)過程 屮所放出的熱最山反應(yīng)器內(nèi)的換熱器回收。2、為了利于反應(yīng)的引發(fā)，反應(yīng)的進(jìn)料需要一定的溫度，因此進(jìn)料應(yīng)設(shè)預(yù)熱器。3、反應(yīng)是一個(gè)體枳增人的反應(yīng)，雖然減小壓力可以增加轉(zhuǎn)化率，但會(huì)使設(shè)備 投資大大增加，根據(jù)（2仃的丙烯氨氧化法的經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)器的壓力選擇略髙于常壓。4、反應(yīng)器的溫度利工藝跟所用催化劑仃關(guān)，根據(jù)資料所給信息，采用750 900Fo該過程設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)可行性主要集屮在產(chǎn)品收率上，受制于反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)和反應(yīng)器中催化劑的改進(jìn)兩個(gè)方而：其屮催化劑的設(shè)計(jì)一般是在V/Sb卑催化劑上，逐步添加助劑W、P、Mg、B和Bi, 來改變催

13、化劑的比表而、孔徑等活性參數(shù)，進(jìn)而改變?cè)系霓D(zhuǎn)化率和反應(yīng)對(duì)物料的 選擇性，達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益。而反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在對(duì)流化床的附加裝龍的設(shè)計(jì)上，我們知道，床層 內(nèi)氧、烷的合理分布能有效地提高肉烯睛的選擇性，I人I此町以構(gòu)想采用空氣分段進(jìn) 氣的方法，以降低反應(yīng)器進(jìn)口處的氧、烷比，從而獲得較高的丙烯席選擇性，為了 保證活牲的需要，在床層的適當(dāng)部位再補(bǔ)加二次空氣，使空氣的總用最不變，I人1此 在床層內(nèi)應(yīng)設(shè)置橫向構(gòu)件，限制氣體的返混，使床層內(nèi)能形成軸向的濃度分布，仃 利于二段布?xì)獾膶?shí)施。3.1.2合成工藝流程簡(jiǎn)根據(jù)反應(yīng)過程分析和成熟的丙烯氨氧化法工藝，丙烷妃氧化法的A成工藝町設(shè) 計(jì)為如圖倆示：液氨

14、圖1丙烯睛的介成丁藝流程1-丙烷蒸發(fā)器：2液氨蒸發(fā)器：3-空氣壓縮機(jī)：4流化床反應(yīng)器：5、6-換熱器3.1. 3合成工藝流程簡(jiǎn)述1、原料氨是以液氨的形式儲(chǔ)存于廠內(nèi)大球罐，由泵輸送到氨汽化器，液氨的 沸點(diǎn)是-33. 4°C。用氣化器進(jìn)行氣化，再用換熱器加熱至66°C左右，以壓力0. 255Mpa, 進(jìn)入流化床。丙烷從罐區(qū)輸入，換熱溫度66°C,壓力0. 255Mpao2、氧氣采用空氣屮成分，經(jīng)換熱器換熱至165°C,壓力0.325Mpa后進(jìn)入反應(yīng)器。3、催化劑桶裝計(jì)帚并用噴射真空泵，真空吸入催化劑貯罐，灌頂設(shè)二級(jí)旋風(fēng) 收塵器，消潔尾氣夾帶的催化劑并用蒸汽冷

15、凝水沉降分離。4、反應(yīng)床溫度一般控制在480°C左右。反應(yīng)前，先燃燒丙烷，出口氣溫度為500 °C左右的空氣和煙道氣通入流化床來預(yù)熱催化劑，反應(yīng)開始后，溫度由反應(yīng)門身放 出的熱星來維持。高純度的液態(tài)丙烷和液氨，分別用水加熱蒸發(fā)，再經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱到66°C左右, 汁暈后兩者混介，進(jìn)入流化床反應(yīng)器丙烯-氨混合氣體分配管。空氣經(jīng)過濾器除塵 后壓縮至0. 325MPa左右，經(jīng)計(jì)最進(jìn)入反應(yīng)器。各原料器的管路屮都裝仃止逆閥， 以防止發(fā)生事故時(shí)，反應(yīng)器屮的催化劑和反應(yīng)氣體產(chǎn)生倒流。反應(yīng)器溫度為750-900 °F,壓力稍髙于常壓。反應(yīng)器濃相段U熨冷卻管內(nèi)通入髙壓軟水，

16、用以控制反應(yīng)溫 度。產(chǎn)生的高壓（壓力為4. OMPa左右）過熱蒸汽用作空氣壓縮機(jī)和制冷機(jī)的動(dòng)力。 反應(yīng)器內(nèi)的催化劑經(jīng)三級(jí)旋風(fēng)分離器捕集后返【叫反應(yīng)段參加反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體從 反應(yīng)器的頂部出來，在反應(yīng)器冷卻器進(jìn)行熱量交換后，冷卻至200°C左右，進(jìn)入后 續(xù)的回收和分離工序。3.2回收和分離的工藝流程設(shè)計(jì)3.2.1回收和分離工藝過程分析與改進(jìn)1、反應(yīng)氣的組成屮仃易溶于水的仃機(jī)物和K溶或微溶于水的惰性氣體，因此可 以用水吸收法將它們分離。2、因丿乂應(yīng)氣屮剰余的氨會(huì)便吸收水呈堿性，在堿性條件卜易發(fā)生許多副反應(yīng)， 使丙烯睛產(chǎn)率降低，堵塞管道等，【大1此，用水吸收前必須將反應(yīng)氣屮剩余的氨除去。3

17、、山于丙烷轉(zhuǎn)化率低，可考慮從分離出的惰性氣體屮回收丙烷，以減少物料消 耗，降低生產(chǎn)成本。所以，該部分工藝設(shè)計(jì)的突破點(diǎn)應(yīng)該放在對(duì)反應(yīng)后也性氣體屮的丙烷的回收和 對(duì)未反應(yīng)的氨的處理兩個(gè)環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的丙烷制丙烯猜工藝屮，未反應(yīng)的氨一般在急冷塔屮用硫酸處理，反應(yīng) 器流出物將從該工藝過程屮除去。產(chǎn)生的硫酸錢或者作為一種低價(jià)值肥料出售或者 用泉抽到地卜深處除去，結(jié)果是產(chǎn)甜的氨消耗提高，并口造成環(huán)境問題?！救薎此木設(shè)計(jì)采用BP Amoco公司開發(fā)的一種在丙烷制丙烯臘工藝過程中未反應(yīng) 氨的【叫收方法。即裝置一個(gè)除塵除氨塔，乂叫“急冷塔”。分為上下兩部分卞部分, 下部分用水沖洗反應(yīng)器出來的氣體，洗去夾帶的塵粒(

18、催化劑和聚合物)，并溶解 部分氨等。沖洗過的氣體經(jīng)過塔屮的填料層上升到塔的上部，然后剩下的氨與磷酸 二氫錢水溶液反應(yīng)來吸收。此方法的關(guān)鍵是起始溶液中的鍍離了與磷酸鹽離子的比 必須是0.7/ 1左右，不能超過1.3/ 1。研究者指岀最佳的磷酸錢溶液可以通過混 介90%的磷酸二氫錢和10%磷酸制得，用此溶液急冷丙烷氨氧化反應(yīng)器的流出物，使 得未反應(yīng)的氨與磷酸二氫彼結(jié)合，主要得到磷酸氫二彼。丙烯睛和仃價(jià)值的副產(chǎn)品, 氫鼠酸和乙睛通過急冷液時(shí)不參加反應(yīng)。在急冷塔底物解吸后，將磷酸氫二彼加熱 到100300°C分解，釋放出氨和磷酸二氫錢。氨干燥后循壞進(jìn)入該工藝的前端，而 再生的磷酸二氫錢巫新用

19、作總冷液。NHs + (NH,)H;POt -» (NH.):HPO<9(NH.)：HPO. - > NHj + (NHt) H：PO.該方法除了使氨用屋減到般少和排除了硫酸較污染環(huán)境問題外，還減少了在急 冷塔底仃機(jī)廢物和聚合物殘余物晴，使得廢物處理丁作常減少。I大1此，該方法提高 了丙烷氨氧化制丙烯席工藝的經(jīng)濟(jì)性和可操作性。為了進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，増加一個(gè)冋收丙烷的水吸收塔。在該塔中，已經(jīng)除 塵和除氨的產(chǎn)物氣體，川水吸收，得到丙烯赭加溶液。高壓對(duì)吸收仃利，低溫對(duì)吸 收仃利，在爪力溫度怕淀下，增加水的用呆對(duì)吸收仃利。因此，把急冷塔流出的其 他氣體冷卻到38°C左

20、右,在塔的偏上部用4°C的水吸收氣體中的AN, ACN, HCN等, 生成約14.5%的水溶液，其屮AN的含帚約為9.7% (以上均為摩爾百分含帚)，而 頂部出來的氣體，經(jīng)CO：過濾器過濾后，剩余的為丙烷和氧氣，干燥后進(jìn)入反應(yīng)器 冋收使用。3. 2.2回收和分離工藝流程簡(jiǎn)圖根據(jù)對(duì)回收和分離過程的分析，并參照相關(guān)的資料、文獻(xiàn)，回收和分離的工藝3.2.3回收和分離工藝流程簡(jiǎn)述如上分析，除塵除氨塔除了仃脫除氨的作用外，還仃冷卻反應(yīng)氣的作用，在此 流程屮也可稱急冷塔。如圖2所示，1-急冷塔分為三段，上端裝置多孔篩板，屮段 裝直填料，下段是空塔，設(shè)仃液體噴淋裝直。反應(yīng)氣經(jīng)初步冷卻至200

21、76;C左右后。 山急冷塔下部進(jìn)入，與下段酸性屮和水接觸，把夾帶的催化劑粉末、高沸物和聚合 物洗下來，并屮和大部分氨。反應(yīng)氣增濕，溫度從200°C急冷至84°C左右，然后進(jìn) 入屮段。在這屮.再次與酸性中和水接觸，將反應(yīng)氣屮剩余的催化劑粉末、高沸物和 聚介物洗掉并把殘余的氨脫除干凈。反應(yīng)氣經(jīng)下段和屮段洗后進(jìn)入上端，在篩板上 與屮性水接觸，洗去夾帶的酸性溶液殘沫，溫度冷卻至40°C左右。急冷塔上部屮性 水因溫度比較低，反應(yīng)氣屮仃部分蒸汽冷凝下來，也仃一部分主副產(chǎn)物溶丁水中， 故此水一部分循壞使用，一部分進(jìn)入5-水吸收塔下部，和水吸收塔下部的水吸收液 匯介后送粘制工序處

22、理。將磷酸氮二錢從急冷塔塔底抽出后，送往6-再生塔加熱到 100300°C分解，釋放出氨和磷酸二氫錢。氨十燥后循環(huán)進(jìn)入該匸藝的前端，而再 生的磷酸二気錢巫新川作急冷液，回到1-急冷塔。而從卜急冷塔塔頂出來的反應(yīng)氣 進(jìn)入水吸收塔下部。另外，來門精制工藝中的回收塔（又稱萃取解吸塔）塔底出來的水，經(jīng)換熱后 在冷卻至35°C左右后（也町將英冷卻至更低的溫度，如冷卻至4°C左右時(shí)，丙烯睹 收率町達(dá)99%）進(jìn)入水吸收塔上部用作吸收液。在5-水吸收塔屮，反應(yīng)氣屮的肉烯 脇，乙席和氫亂酸等溶于水屮，流往塔底與從急冷塔屮部出來的冷凝水吸收液匯合 去精制工序，而N2、g CO以及未反

23、應(yīng)的丙烷等由塔頂出來,經(jīng)壓縮冷卻后丙烷 與其它氣體分開，用作進(jìn)料。33精制部分的工藝設(shè)計(jì)3. 3.1精制工藝過程分析和探索1、丙烯睹精致的目的是分離出副產(chǎn)物和水，獲得合格的丙烯睹產(chǎn)品。2、丙烯丿俏和水與氯亂酸都很容易分離，丙烯丿堵和水能形成共沸混合物，共沸點(diǎn) 為7VC,共沸物中丙烯睛的含量為88% （WT）,而丙烯睛在水中只能部分溶解,因 12此,將共沸混合物蒸出并冷凝，就可得到油和和水相，油相為含丙烯躺90%以上的 粗丙烯睹，水相含水90%以上。丙烯睛和氫氛酸因沸點(diǎn)差較大，很容易用丼通的分 離方法分離。3、因丙烯睛與乙睛相對(duì)揮發(fā)度接近于1,所以用普通的蒸飾方法分離所需理論 板數(shù)太多，若采用萃

24、取蒸餡，例如選用水做萃取劑，由于乙臘的極性比I人j烯睛的極 性強(qiáng)，水的加入可以使乙睛和丙烯脇的相對(duì)揮發(fā)度大為提高。據(jù)計(jì)算，為塔頂水的 含呈分?jǐn)?shù)達(dá)0.8 （mol分?jǐn)?shù)）時(shí)，它們的相對(duì)揮發(fā)度達(dá)1.8,此時(shí)僅需40塊丈你塔板 就能將丙烯睹和乙睛分離。根據(jù)分析，匸藝裝耗仃萃取解吸塔、乙睹塔、油水分層器、脫亂塔和AN精制塔, 根弄卓越公司對(duì)副產(chǎn)HCN的純度要求，也可以增加一個(gè)HC7粘制塔。主要裝置輸入、輸出如下：萃取解吸塔：工業(yè)上稱為回收塔，作用是將AN從水里回收。采川萃取箱蝕， 塔上部在66°C左右進(jìn)料，塔上部用48°C的水萊取精懈，塔頂（70°C）的出料為丙 烯脳和水的

25、共沸物，側(cè)線出料為乙血和水的共沸物。油水分層器：萃取塔塔頂70°C的共沸蒸汽，經(jīng)冷卻到40°C左右，AN等在水屮溶 解度減小，門然分為水層和汕層。用擋板式分層器，將油相溢流進(jìn)入小貯罐，然后 泵入脫亂塔，水相返冋萃取塔。脫貳塔：山分層器出來的油相組分進(jìn)入脫亂塔，梢懈，塔底出來的純度接近成 品要求的丙烯脇產(chǎn)品，塔頂為粗的HCN副產(chǎn)品rAN精制塔：從脫亂塔塔底出來的丙烯臘純度還沒達(dá)到產(chǎn)詁要求，【人I此，進(jìn)一步 對(duì)丙烯脇溶液進(jìn)行耕飾，fl至達(dá)到產(chǎn)品要求。HC精制塔：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，副產(chǎn)MHCN的純度應(yīng)不小于99%,故要對(duì)其進(jìn) 行耕制，因此該裝芒也是不可少的。町以看出，該部分藝設(shè)計(jì)

26、的突破審；點(diǎn)應(yīng)該放在內(nèi)烯悄與乙臘的分離工藝設(shè)計(jì) 上。合理的設(shè)計(jì)可以人人減少塔板數(shù)屋，進(jìn)而達(dá)到過程的經(jīng)濟(jì)性。3.3.2精制工藝流程簡(jiǎn)圖根據(jù)對(duì)耕制過程的分析，并參考內(nèi)烯睹牛產(chǎn)的右關(guān)資料，精制部分的流程設(shè)計(jì)如圖3所示:氧酸圖3梢制匸藝流程圖1-回收塔;2-乙睛塔;3, 4-油水分層器:5-脫氟塔:6-ANM制塔3. 3. 3精制工藝流程簡(jiǎn)述如圖3所示，1-回收塔（萃取解吸塔）為一復(fù)合塔，塔上部產(chǎn)出氫鼠酸和丙烯 靖，經(jīng)冷卻冷凝后進(jìn)入3-油水分層器。油相中含丙烯睛80%以上、氫氛酸10%左右， 水約8%左右,并含仃其它微屋雜質(zhì)。山于它們的沸點(diǎn)相差較人，可用精僻法分離。 萃取解吸塔中部抽出乙睛-水溶液，其

27、屮乙睛含帚較高，町用泵打入乙脯塔，由塔 頂分出粗乙版戲取解吸塔釜液用泵送至四效蒸發(fā)系統(tǒng)處理。塔下段抽出一股液體, 經(jīng)熱交換后作水吸收塔的吸收用水。【叫收塔頂出來的蒸汽，經(jīng)冷卻冷凝，在油水分 離器屮分離出水相和油相，油相為粗內(nèi)烯臘，沆入5-脫鍬塔。山該塔塔頂可的粗絨 鼠酸，經(jīng)氫鼠酸粘懈塔（圖中未畫出）精制，側(cè)線可得純度達(dá)99. 5%的氫猱酸，塔 頂不可凝性氣體去焚燒爐。脫氛塔（采用真空操作）底部的釜液用泵打入6-ANM制 塔（丙烯席榊溜塔）。為減少聚合，降低箱蝕塔操作溫度，秸飾塔采用真空操作， 塔側(cè)線得純度為99.旅以匕的成品I人j烯賭。塔釜液用作冋收塔的萃取劑。133.4 “三廢”處理3.4.

28、1廢水處理縱觀全流程，可以知道仃兩股廢水，一股是從急冷塔下部排出，另一股是從 萃取塔下部排出。對(duì)于急冷塔廢水，其內(nèi)主要含有催化劑聚合物渣滓和內(nèi)烯酸，以及少晴的CAN 和AN等，這股廢水首先要經(jīng)催化劑沉降槽，分離出催化劑后，進(jìn)如焚燒爐處理。 產(chǎn)生的能最供匚藝流程使用。對(duì)于萃収塔廢水，其內(nèi)部主要含聚介物渣滓和輕仃機(jī)物?？梢杂谜舭l(fā)器處理, 大部分凈水可冋收使用，少部分用汽提塔脫除輕組分后，用生化方法處理廢水。3.4.2廢渣、廢氣處理流程茲本不產(chǎn)生廢渣，唯一的廢渣來源就是活性已無法滿足工藝要求的催化 劑，一般催化劑的壽命為兩年左右，廢催化劑町冋收做其他用途。另外，產(chǎn)生的廢氣主要是CO：,仃必要的話叮以

29、用堿液吸收處理。4模擬計(jì)算卓越化學(xué)公司c經(jīng)為我們簡(jiǎn)化了反應(yīng)體系，現(xiàn)在我們町以進(jìn)一步簡(jiǎn)化我們的模 擬，因?yàn)楸┟|生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)全流程完全模擬比較困難，因此 我們對(duì)流程只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分別模擬，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的計(jì)算。本設(shè)計(jì)利用以下一些茲本數(shù)據(jù)來模擬：SO. 37/lb-M烯購;SO. 17/lb-M烯：$0. 085/lb一氨；$0. 083/lb丙烷；丙烯 席的彊小純度達(dá)到99. Owt%；年操作時(shí)間350天產(chǎn)鼠達(dá)到40億磅：空氣組成，79觀& 21%0：丙烯氨氧化法工藝條件，溫度，750T；內(nèi)部壓力，35psia；氨/丙烯進(jìn)料摩爾 比，105；氧氣/丙烯進(jìn)料摩爾比，2：丙烷

30、氨氧化法工藝條件，溫度，900T：內(nèi)部壓力，35psia；氨/丙烷進(jìn)料摩爾 比,0.8；氧氣/丙烷進(jìn)料摩爾比,2：根據(jù)要求的丙烯睹年產(chǎn)量4億磅（約1.8141X103Kg）和反應(yīng)方程式以及要求 的丁藝條件，可以計(jì)算出需要原料的進(jìn)料帚如表2所示：表2兩種匸藝原料用量列表原料丙烯氨氣化法丙烷氨氧化法CsHe/Kg1. 4376 X 10sCA/Kg1. 5060 X103O:/Kg2. 1905 X 10s2. 1905 X 10sN：/Kg7. 5095 X 10s7. 5095 X103NH3/Kg0. 6110 X 10s0. 4655 X 10s原料粗略成本/$0. 6534 X 10s0

31、. 3629 X1034.1合成部分的流程模擬為了比較生產(chǎn)因原料變化而產(chǎn)生的投資變化，此部分對(duì)丙烷氨氧化法和丙烯氨 氧化法分別進(jìn)行了模擬。模擬流程圖和結(jié)果分別如圖4所示。15牛圖1介成T藝模擬流程圖根據(jù)以上數(shù)據(jù)対卓越公司C經(jīng)簡(jiǎn)化的合成反應(yīng)體系進(jìn)行如圖4流程的模擬，結(jié)果如下表3：衣3合成流程模擬糾果列衣COMPONENTS: KMOL/HRSTREAM45691011c3h30410. 0000061. 500061.5000061. 50000c3h3n000205.0000205. 0000205. 0000CAN00032. 595032. 595032. 5950HCN00066. 42

32、0066. 420066. 4200NH3328.00000065. 600065. 600065. 60000=00820. 00000113. 3024113. 3024H：0000820. 0000820. 0000820. 0000ENTHALPY:ENTHALPYBlB2B3B4B5KCAL/MOL-9. 2369-23. 7523-25. 12263. 2543-32. 6543KCAL/KG-620. 4436-552. 1258-962. 2759105. 2214-1278.9659MMCAL/HR-5. 0976-9.7048-42. 64001. 9840-56. 990

33、44.2回收和分離部分流程模擬【人1為缺少磷酸二氫鏤的相關(guān)參數(shù),模擬省略了対急冷塔的模擬，但可以根據(jù)其工作原理分析出從急冷塔塔頂出來的氣體的組成：C3H3N： 205.00;GHs：61.5;0：:113. 3025; C：HjN:32. 595; CHN:66. 42; H：0:820 （單位:kmol/hr）,這些氣體 通往水吸收塔進(jìn)彳亍吸收。而塔底液相組成以及再生塔的對(duì)模擬對(duì)工藝經(jīng)濟(jì)性分析無 關(guān)緊要，可以省略。卜面就單獨(dú)對(duì)水吸收塔進(jìn)行模擬，模擬流程圖如圖5所示：圖5水吸收塔模擬圖模擬結(jié)果如表4所列：表4水吸收塔模擬結(jié)果列表COMPONENTS: KMOL/HRSTREAM ID1234C

34、sHsN0205. 00002. 0326e-6205. 0000CJt061. 500061.25310. 24690：0113. 3025113. 30251. 9269e-7UHN032. 59503. 6674e-832.5950HCN066. 42001. 5432e-766.4200H：01080. 0000820. 0000509.81181390.1882COMPONENTS: MOLE FRACSTREAM ID1234C出胃00. 15782. 9543e-90. 1210CA00. 04748. 9503e21.4571e-40：00. 08720. 16568. 964

35、1e-llCAN00. 02515. 4243e-ll1. 9236e-2HCN00. 05112. 5219e-103.9199e-2H：01.00000. 63130. 74490. 8204COMPONENTS:KG/HRSTREAM ID1234GHN010865. 00001. 0773e-610865. 0000CA02706. 00002695. 136410. 86360：03625. 68003625. 68006.2518e6CAN01662. 34501. 8704e-61662. 3450HCN01793. 34004.1666e61793. 3400H：019500.

36、 000014760. 000091760612425023. 3876COMPONENTS:MASS FRACSTREAM ID1234CJfcN00. 30686.6642e-120. 2761c3hs00. 07640. 17392.7604e-40：00. 10240. 23406.6809e-10CzHaN00. 04696. 2355ell4.2240e2HCX00. 05062. 6886e104. 5567e-2H01.00000.41680. 59210. 635818TOTAL FLOW:STREAM ID1234KMOL/HR1080. 00001298.8175684.

37、 36741694. 4501KG/HR19500. 000035412. 365015497.426439354. 99674. 3精制部分流程模擬模擬流程圖如圖6所示：13圖6梢制過程模擬流程圖B1-萃取解吸塔：B2-油水分層器；B3-脫氛塔：B4-ANM制塔：B5-HCN粘:制塔囚為全流程模擬比較復(fù)雜，為了更好的進(jìn)行比較，下而根據(jù)模擬結(jié)果分別對(duì)并 個(gè)裝駅的進(jìn)出料進(jìn)行分析。通過模擬計(jì)算，可知在B1-萃取解吸塔塔頂出料的組成(wt%)為：AN : 52. 72%; HCN :15. 89%; H：0 :31.39%,即圖 6 中物流-2。而側(cè)線出料組成(wt%)為：ACN:9. 89%； H

38、：0: 88. 42% : HCN:1.69%。該物流 通往ACN耕制塔，而該塔的模擬省略，所以在圖6屮該物料流沒畫出。在油水分層器中，萃取塔塔頂70°C來的共沸蒸汽，經(jīng)冷卻到40°C左右，使AN 等組分在水中的溶解度減小，門然分為水層和油層。用描板式分層器，將油相溢流 進(jìn)入小貯罐，然后泵入脫鼠塔，水和返冋萃取塔。油水分層器模擬結(jié)果如下表J農(nóng)5油水分層器模擬結(jié)果列農(nóng)STREAM ID2 (VAPOR)3 (LIQUID)13 (LIQUID)COMPONENTS: KMOL/HRCJLN205. 0000204. 99981. 5205e-4HCN66. 420066. 4

39、1693.1016e-3H-0122.180024. 596797. 5833COMPONENTS: MOLE FRACCAN0. 52080. 69251. 5581e6HCX0. 16880. 22443.1783e-5H：00. 31040. 08311. 0000COMPONENTS: KG/HRCsH10865. 000010864. 98948.0587e-3HCN1793.34001793.25630. 0837HQ2199.2400442. 74061756.4994COMPONENTS: MASS FRACCJlsN0. 73130. 82934. 5877e 6HCN0.

40、12070. 13694.7649e-5H:00. 14800. 03380. 9999TOTAL FLOW:KMOL/HR393. 6000296. 013497. 5866KG/HR14857. 580013100. 98631756.5912從表中結(jié)果可以看出,油層的成分（wt%）為:AN:69. 25%； HCN:22. 44%； H：0:8.31%,即圖6中物流-3。該油相通往B3脫鼠塔,進(jìn)行精懈操作，從脫鼠塔塔 頂出來的為粗的HCN,塔底出來的為純度較高的內(nèi)烯赭溶液。脫鼠塔模擬結(jié)果如下表6所示：衣6脫訊塔模擬結(jié)來列農(nóng)STREAM IDI3 (LIQUID)4 (LIQUID)5 (

41、LIQUID)COMPONENTS: KMOL/HRGHjN204. 9998201. 99983.5259e8HCN66. 41690.016666. 4003H=024.596712. 233312. 3634COMPONENTS: MOLE FRACCsHN0. 69250. 94364.4766e10HCX0. 22447. 6410e-50. 8430H：00. 08310. 05630. 1570COMPONENTS: KG/HRCaHsN10864. 989410864. 98941. 8687e-6HCN1793.25630. 44821792.8081H：0442. 7406

42、220. 1994222. 5412COMPONENTS: MASS FRACCAN0. 82930. 98019.2723e-4HCX0. 13694. 0431e50. 8896H=00. 03380.01990. 1104TOTAL FLOW:KMOL/HR296. 0134217. 249778. 7637KG/HR13100.986311085.6372015. 3493從表6可以看出，塔底得到的丙烯席溶液摩爾分?jǐn)?shù)為94. 36%,小T 99. 0%o因 此,必須在B4-AN精制塔進(jìn)一步精制。同樣，副產(chǎn)HCN的摩爾分?jǐn)?shù)為84. 3%，也小 于要求的99. 0%,必須在B5-HCN粘制

43、塔進(jìn)一步粘制。B1-AN粘制塔和B5-HCN料i制 塔的模擬結(jié)果分別如表7、表8所示：21& 7 AN粘制塔模擬結(jié)果列表STREAM ID4 (MIXED)6 (LIQUID)8 (LIQUID)COMPONENTS: KMOL/HRCsHN204. 9998203. 97481. 0250HCN0. 01669. 4215e-37.1785e-3H=012. 23330. 061212. 1721COMPONENTS: MOLE FRACCAN0. 94360. 99500. 0776HCX7. 6410e54. 3417e-55.4365e-4HQ0. 05630. 00500.

44、9218COMPONENTS: KG/HRCsHsN10864. 989410810.664454.3250HCX0. 44820. 25450. 1938H：0220. 19941. 1016219. 0978COMPONENTS: MASS FRACC3H3N0. 98010. 99990. 1985HC54.0431e-52. 3539e-b3. 4282e-3H：00. 01991. 0189e-40. 8007TOTAL FLOW:KMOL/HR217. 2497204. 045413. 2043KG/HR11085. 63710812. 0205273. 6166從表中結(jié)果町知，AN的摩爾分?jǐn)?shù)C經(jīng)達(dá)到99. 5%,達(dá)到設(shè)訃要求。衣8 HCN粘制塔模擬結(jié)果列表STREAM I