年產(chǎn)9.5萬(wàn)噸丙烯腈合成工段工藝設(shè)計(jì)

1、年廣9.5萬(wàn)噸丙烯睛合成工段工藝設(shè)計(jì)年級(jí)2013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2016 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)涵夕 值評(píng)分簽名欄格式 規(guī)范格式是否規(guī) 范10評(píng)閱教 師簽名設(shè)計(jì)內(nèi)容 完整內(nèi)容是否完 整10說(shuō)明，50%工藝物料包算10計(jì)算止確、熱量衡算10完整和規(guī) 范設(shè)備設(shè)計(jì)和 選型10設(shè)計(jì)圖紙，40%圖紙規(guī)范標(biāo)注方案流程圖10評(píng)閱教 師簽名工藝程彳物料流冬10清晰帶控 工二流程制點(diǎn)的冬20平時(shí)上課上課出勤考5指導(dǎo)教成績(jī)，10%出書(shū)圖制怖'出勤考5師簽名出勤合計(jì)核100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)9.5萬(wàn)噸

2、丙烯睛合成工段工藝設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù)1 .生產(chǎn)能力：95000 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）丙烯睛水溶液4 .生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法5 .丙烯睛損失率：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（

3、 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2流程圖與設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：1周3 .答其0.5周工作計(jì) 劃W：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：回圖，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 年目錄第一部分概述 8第二部分生產(chǎn)方案選擇8第三部分生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)9第四部分物料衡算與熱量衡算1.24.1 小時(shí)生產(chǎn)能力1.24.2 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算1.24.2.1 計(jì)算依據(jù)1.24.

4、2.2 物料衡算1.24.2.3 熱量衡算1.44.3 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算1.54.3.1 計(jì)算依據(jù)1.64.3.2 物料衡算1.64.3.3 熱量衡算1.74.4 氨中和塔物料衡算和熱量衡算1.84.4.1 計(jì)算依據(jù)1.84.4.2 物料衡算1.94.4.3 熱量衡算2.04.5 換熱器物料衡算和熱量衡算2.44.5.1 計(jì)算依據(jù)2.44.5.2 物料衡算2.44.5.3 熱量衡算2.44.6 水吸收塔物料衡算和熱量衡算2.54.6.1 計(jì)算依據(jù)2.54.6.2 物料衡算2.64.6.3 熱量衡算2.84.7 空氣水飽和塔釜液槽2.94.7.1 計(jì)算依據(jù)2.94.7.2 物料衡算2

5、.94.7.3 熱量衡算3.14.8 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算3.24.8.1 計(jì)算依據(jù)3.24.8.2 有關(guān)數(shù)據(jù)3.24.8.3 熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量3.24.9 丙烯過(guò)熱器熱量衡算3.24.9.1 計(jì)算依據(jù)3.24.9.2 熱衡算 3.24.10 氨蒸發(fā)器熱量衡算3.34.10.1 計(jì)算依據(jù)3.34.10.2 有關(guān)數(shù)據(jù)3.34.10.3 熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量3.34.11 氨氣過(guò)熱器3.34.11.1 計(jì)算依據(jù)3.34.11.2 熱量衡算3.34.12 混合器 3.44.12.1 計(jì)算依據(jù)3.44.12.2 熱衡算 3.44.13 空氣加熱器的熱量衡算3.5

6、4.13.1 計(jì)算依據(jù)3.54.13.2 熱衡算 3.5第五部分主要設(shè)備工藝計(jì)算3.55.1 反應(yīng)器 3.55.1.1 計(jì)算依據(jù)3.55.1.2 濃相段直徑3.6.5.1.3 濃相段高度3.6.5.1.4 擴(kuò)大段（此處即稀相段）直徑3.6.5.1.5 擴(kuò)大段高度3.7.5.1.6 濃相段冷卻裝置的換熱面積3.7.5.1.7 稀相段冷卻裝置的換熱面積3.7.5.2 空氣飽和塔3.7.5.2.1 計(jì)算依據(jù)3.7.75.2.2 塔徑的確定.3.8.3.9.5.2.3 填料高度5.3 水吸收塔3.95.3.1 計(jì)算依據(jù)3.95.3.2 塔徑的確定4.05.3.3 填料高度4.15.4 丙烯蒸發(fā)器4.2

7、5.4.1 計(jì)算依據(jù)4.25.4.2 丙烯蒸發(fā)器換熱面積4.25.5 循環(huán)冷卻器4.4.5.5.1 計(jì)算依據(jù)4.4.5.5.2 計(jì)算換熱面積4.4.5.6 氨蒸發(fā)器4.65.6.1 計(jì)算依據(jù)4.65.6.2 計(jì)算換熱面積4.65.7 氨氣過(guò)熱器4.7.5.7.1 計(jì)算依據(jù)4.7.5.7.2 計(jì)算換熱面積4.7.5.8 丙烯過(guò)熱器4.75.8.1 計(jì)算依據(jù)4.75.8.2 計(jì)算換熱面積4.85.9 空氣加熱器4.85.9.1 計(jì)算依據(jù)4.85.9.2 計(jì)算換熱面積4.85.10 循環(huán)液泵4.95.11 空氣壓縮機(jī)5.05.12 中和液貯槽5.0第六部分設(shè)計(jì)心得5.0參考文獻(xiàn)5.1第七部分附錄 5

8、.29年產(chǎn)9.5萬(wàn)噸丙烯睛合成工段工藝設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)丙烯月青的生產(chǎn)工藝流程，通過(guò)對(duì)原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定 及對(duì)主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)， 完成對(duì)丙 烯月青 的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。第一部分概述丙烯月青，別名，鼠基乙烯；為無(wú)色易燃液體，劇毒、有刺激味，微溶于水， 易溶于一般有機(jī)溶劑；遇火種、高溫、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)，具蒸汽與空氣 混合物能成為爆炸性混合物，爆炸極限為3.1%-17% (體積百分比)；沸點(diǎn)為77.3 C，閃點(diǎn)-5C ,自燃點(diǎn)為481c 。丙烯月青是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品， 用來(lái)生產(chǎn)聚丙烯纖維(即合成纖維月青綸卜丙烯月青-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS苯乙 烯

9、塑料和丙烯酰胺(丙烯月青水解產(chǎn)物)。另外，丙烯月青醇解可制得丙烯酸酯等。丙 烯月青在引發(fā)劑(過(guò)氧甲酰)作用下可聚合成一線型高分子化合物 聚丙烯月青。聚 丙烯月青制成的月青綸質(zhì)地柔軟，類(lèi)似羊毛，俗稱(chēng)人造羊毛”，它強(qiáng)度高，比重輕，保溫性好，耐日光、耐酸和耐大多數(shù)溶劑。丙烯月青與丁二烯共聚生產(chǎn)的丁月青橡膠 具有良好的耐油、耐寒、耐溶劑等性能，是現(xiàn)代工業(yè)最重要的橡膠，應(yīng)用十分廣 泛。丙烯氨氧化法的優(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)便可得到丙烯月青產(chǎn)物。(3)反應(yīng)的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要是氫氟酸和

10、乙月青，都可以回收利用.而且 丙烯月青成品純度較高。(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)方法如乙快與氫氟酸合成法，環(huán)氧乙烷與氫氟酸合成法等比 較，可以減少原料的配套設(shè)備(如乙快發(fā)生裝置和氟化氫合成裝茸)的建設(shè)投資第二部分生產(chǎn)方案選擇對(duì)于此次丙烯月青的合成我選用的是丙烯氨氧化法，它的氧化原理如下：丙烯氨氧化法制丙烯月青(AN)生產(chǎn)過(guò)程的主反應(yīng)為3C3 H 6 NH3 -O2 CH2 CHCN 3H 2O2該反應(yīng)的反應(yīng)熱為Hr 298 512.5kJ/mol AN主要的副反應(yīng)和相應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)如下：(1)生成氟化氫(HC

11、N)C3 H 6 3NH3 3O2 3HCN 6H 2O(VH r)298315.1 kJ. mol HCN(2)生成丙烯醛(ACL.)C3 H 6 O2CH2 CH CHO H2OHr 298353.1kJ/mol ACLI 298(3)生成乙月青(ACN)333C3H6 NH3 -O2 -CH3CN 3H2O 222Hr 298362.3kJ / molACN(4)生成CO2和H2O _9-八C3 H 6 -O23CO2 3H2O2H r 298 641kJ/mol CO2上列副反應(yīng)中 在成乙月青和氫氟酸的反應(yīng)是主要的。 CO2、CO和H2O可以由 丙烯直接氧化得到，也可以由丙烯月青、乙月

12、青等再次氧化得到。除上述副反應(yīng)外 ，還 有生成微量丙酮、丙月青、丙烯酸和乙酸等副反應(yīng)。第三部分生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)內(nèi)蒸發(fā)器氣烯蒸發(fā)器和氨化，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。 溫合器出口氣體混合物 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 230c左右進(jìn)人氨中和塔，在7080c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俊的酸液經(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

13、釜排放一部分含硫酸錢(qián)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 510 C的水吸收丙烯月青和其他副產(chǎn)物.水吸收塔塔底得到古丙烯月青約1.8%的丙烯月青水溶液，經(jīng)換熱器與加熟:剖70液懸諸液態(tài)丙解皤謔空氣力啜;丙爆過(guò)獨(dú)兩烯蒸發(fā)器冷卻耨< I軟降軟水 耒白乙睛解取塔里奇4N溶液去精制會(huì)尾氣飽和塔釜液槽睛酶曲一冷卻囂冷卻寡施液排放 <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與熱量衡算4.1 小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯月青損失率3%設(shè)計(jì)裕量6%+算，年產(chǎn)量9.5萬(wàn)噸/年，則每天每小時(shí)產(chǎn)量為:14405.69kg/h95000 1000 1.06 1.033

14、00 244.2 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算4.2.1 計(jì)算依據(jù)(1)丙烯月青產(chǎn)量 14405.69kg/h,即 271.81kmol/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(摩爾比)為C3H 4 : NH3:O2 : H2O 1:1.05 :23: 334322(4)反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為表4.1反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率丙烯睛(AN )氧化氫(HON)乙睛(ACN )丙烯醛(ACL)摩爾收率0.60.0650.070.0070.12(5)操作壓力進(jìn)口 0.203 MPa,出口 0.162MPa(6)反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度ll0C,反應(yīng)溫度

15、470C,出口氣體溫度360c4.2.2 物料衡算(1)反應(yīng)器進(jìn)口原科氣中各組分的流量271.81C3H6453.02kmol/h 19026.84kg/h0.6453.02,C3H8 0. 1579. 94kmol / h 3517.36kg / h0. 85NH3453. 021.05475. 67kmol / h 8086. 41kg / hO2453. 02 2. 31041.95kmol / h 33342. 4kg / hH2O453. 02 31359. 06kmol / h 24463. 08kg / hN21041. 950. 210. 793919. 72kmol / h

16、109752. 07kg / h(2)反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯月青 271.81kmol/ h 14405.69kg/ h3乙月青 - 453.02 0.07 47.57kmol/h 1950.25kg/ h丙烯醛 453.02 0.007 3.17kmol/h 177.52kg /hCO23 453.02 0.12 163.09kmol/h 7175.96kg/hHCN 3 453.02 0.065 88.34kmol/h 2385.18kg/hC3H879.94kmol/h 3517.36kg/hN23919.72kmol /h 109752.07kg /h391041.95 2

17、71.81 88.34 3.17 47.57 163.09。223 2386.52kmol/ h 12368.64kg / h 121453.0288.34 47.57 271.81163.09C3H633365.69kmol/h2758.98kg/hNH3475.67 88.34 47.57 271.81 67.95kmol/h 1155.15kg/h1359.06 3 271.81 2 88.34 2 47.57 163.09 3.17H2O 2612.57kmol/h 47026.26kg /h(3)反應(yīng)器物料平衡表表4.2反應(yīng)器物料平衡表流量反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口組分、kmol/hkg/

18、h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)C3H6453.0219026.846.189.6065.692758.980.851.36C3H879.943517.631.091.7879.943517.361.041.74nh3475.678086.416.494.0867.951155.150.880.57O21041.9533342.414.2216.82386.5212368.645.026.10H2O1359.0624463.0818.5412.342612.5747026.2633.9023.20N23919.72109752.0753.4855.383919

19、.72109752.0750.8654.15AN0000271.8114405.693.537.11ACN000047.571950.250.620.96ACL00003.17177.520.040.09CO20000163.097175.962.123.54HCN000088.342385.181.151.18合計(jì)7329.36198188.431001007706.37202673.061001004.2.3熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì) 0110C、0360C、0470c的平均定壓比熱 容表4.3 各物質(zhì)0tC平均定壓比熱容物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLC

20、O20110 c1.8412.052.3010.9411.0461.883Cp / kJ /( kg K)0360 c2.6783.0132.6361.0041.0882.0081.8741.6401.9331.9661.1300470 C2.9293.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213(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)25tC平均比熱容用0tC的平均比熱容代替，誤差不大，因此,Hi (1.841 19026.84 2.05 3517.36 2.301 8086.41 0.941 333

21、42.4 1.046 109752.07 1.883 24463.08)(25 110)2.15 107kJ/hH2(271.81 103 512.5 47.57 103 362.3 88.34 103 315.1 3.17 103353.1 163.09 103 641)2.9 108kJ/h3 (2758.98 2.929 3517.36 3.347 1155.15 2.939 12368.64 1.046 109752.07 1.109 47026.26 2.092 14405.69 2.029 1950.25 2.10 2385.18 1.724 177.52 2.172 7175.9

22、6 1.213)(470 25) 1.35 1 08kJ/h1232.15 1072.9 1081.35 1081.765 108kJ/h123若熱損失取 H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 (1 0.05) 1.765 108 1.68 108kJ/h濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽(飽和溫度143C)143 C 飽和蒸汽始：i steam 2736kJ / kg143c 飽和水始：3。601.2kJ/kg產(chǎn)生的蒸汽量 =8 78695 .90 kg /h2736601 .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 c氣體為衡算基

23、準(zhǔn)進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為：Q1 (2758.98 2.929 3517.36 3.347 1155.15 2.939 12368.64 1.046 109752.07 1.109 47026.26 2.092 1950.25 2.10 2385.18 1.724 177.52 2.172 7175.96 1.213)(470 0) 1.29 108kJ/h離開(kāi)稀相段的氣體帶出熱為：Q2 (2758.98 2.678 3517.36 3.013 1155.15 2.636 12368.64 1.004 109752.07 1.088 47026.26 2.008 14405.69 1.874

24、1950.25 1.933 2385.18 1.64 177.52 1.966 7175.96 1.130)(360 0) 1.05 1 08kJ/h熱損失取4%則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：Q (1 0.04)(Qi Q2) (1 0.04)(1.29 108 1.05 108) 2.30 107kJ/h稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：-2.30 107G 10773.84kg/h2736 601.24.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算4.3.1 計(jì)算依據(jù)(1)入塔空氣壓力0.263 MPa,出塔空氣壓力 0.243MPa(2)空壓機(jī)入口空氣溫度30 C ,相對(duì)溫度

25、80%,空壓機(jī)出口氣體溫度170c(3)飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81(4)塔頂噴淋液為乙月青解吸塔釜液，溫度 105 C,組成如下表4.4塔頂噴淋液的組成組分ANACN富醇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。21041.95kmol/h 即 33342.4kg/hN23919.72kmol/h 即 109752.07kg/hH2O1359.06kmol/h 即 24463.08kg/h4.3.2 物料衡算(1)進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量(1041.95 3919.72)

26、 4961.67kmol/h143094.56kg干空氣/h查得30C,相對(duì)濕度80%寸空氣溫含量為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 143094.56 3148.08kg水氣/h(2)進(jìn)塔熱水量氣、液比為4961.67152.4,故進(jìn)塔噴淋液量為：455.81m 3/h, 273 170 0.1013122.42730.263152.4塔頂噴淋液105c的密度為958kg/m3 ,因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為:455.81 958 436665.98kg/h(3)出塔濕空氣量出塔氣體中的O2、n2、h2o的量與反應(yīng)器人口氣體相同，因而O21041.95km

27、ol/h即 33342.4kg/hN23919.72kmol/h 即 109752.07kg/hH2O 1359.06kmol/h 即 24463.08kg/h(4)出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量 24463.08-3148.08 21315kg/h出塔液流量 436665.98-21315 415350.98kg/h(5)空氣飽和塔物料平衡表表4.5空氣飽和塔平衡表入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排出液成分kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kmol/hkg/h%(mol)%(wt)kg/h%(wt)kg/h%(wt)O21041.9533342.420.28522.7991041.9533342.4

28、016.48519.900.0000.000N23919.72109752.0776.31075.0483919.72109752.0762.01465.500.0000.000H2O174.893148.083.4052.1531359.0624463.0821.50214.60436665.9899.986415350.9899.986AN000.0000.0000.000.000.0000.00021.840.00521.840.0053富醇000.0000.0000.000.000.0000.00034.940.00834.940.0084ACN000.0000.0000.000.00

29、0.0000.0002.180.00052.180.00053ACL000.0000.0000.000.000.0000.0000.870.00020.870.00021合計(jì)5136.56146242.551001006320.73167557.55100100436725.81100415410.811004.3.3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%0.215%1359.063919.72 1359.06 1041.95根據(jù)分壓定律.蒸汽的實(shí)際分壓為：Ph2oyH20P 0.215 0.243 0.05655MPa因飽和度為0.81,.所以飽

30、和蒸汽分壓應(yīng)為：0.05655 0.81 0.0698MPa 69800Pa查飽和蒸汽表得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度為 90 C,因此，須控制出塔氣體溫度為90 C,才能保證工藝要求的蒸汽量。(2)入塔熱水溫度入塔水來(lái)自精制工段乙月青解吸塔塔釜，105C。(3)由熱衡算求出塔熱水溫度t熱衡算基準(zhǔn)：0C氣態(tài)空氣，0C液態(tài)水。(a)170 c進(jìn)塔空氣帶人熱量Q1,170c蒸汽始值為2773.3kJ/kg,干空氣在0170c的平均比熱容Cp 1.004kJ/(kg K)Qi (33342.4 109752.07) 1.004(170 0) (3148.08 2773.3) 3.32 107 kJ /h(b)出

31、塔濕空氣帶出熱量Q290 c 蒸汽燃 2660kJ/kg ,空氣比熱容取 Cp 1.004kJ/(kg K)Q2(33342.4 109752.07) 1.004( 90 0) (24463.08 2660) 7.80 107kJ / h(c)105 c入塔噴淋液帶入熱量Q3Q3436665.98 4.184 105 01.918 108 kJ / h(d)求出塔熱水溫度t出塔熱水帶出熱量用Q4表示，則Q4 415350.98 4.184t 1737828.5t熱損失按5%則Q 損0.05( Q1 Q3)0.05 (3.32 107 1.918 108) 1.125 107kJ/h熱平衡方程：

32、Q1 Q3 Q2 Q4 Q損 1324代入數(shù)據(jù)，3.32 107 1.918 108 7.8 107 1737828.5t 1.125 107解得：t 78.11C因此，出塔熱水溫度為78.11C4.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算4.4.1 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，生成硫酸俊 (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4.6 塔底出口液體的組成組分水ANACNHCN硫酸硫酸鏤合計(jì)% (wt)68.530.030.020.0160.530.90100(5)進(jìn)塔氣溫度l80C,出塔氣溫度7

33、6 C,新鮮硫酸吸收劑溫度30 C(6)塔頂壓力0.122MPa,塔底壓力0.142MPa。氨中和塔局部流程中和塔；2一循環(huán)冷卻器衡算排出的廢液量及其組成進(jìn)塔氣中含有1155.15kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸俊氨和硫酸反應(yīng)的方程式：2NH3 H2SO4 (NH4)2SO4(NH 4)2SO4的生成量，即需要連續(xù)排出的(NH 4)2 SO4流量為：1155.151322 174484.7 kg/h塔底排出液中，(NH4)2SO4的含量為30.9% (wt),因此，排放的廢液量為: 4484.7/0.309 14513.59kg/h排放的廢液中.各組分的量：H2O 14513.59 0.

34、6853 9946.16kg/hAN 14513.59 0.0003 4.35kg/hACN 14513.59 0.0002 2.90kg/hHCN 14513.59 0.00016 2.32kg/hH2so4 14513.59 0.005 72.57kg/hNH4 2sO4 14513.59 0.309 4484.70kg/h(2)需補(bǔ)充的新鮮吸收劑(93%勺H2SO4)的量為：(14513.59 0.005 1155.159817 2)/0.93 3658.19kg/h(3)出塔氣體中各組分的量C3H62758.98kg/hC3H83517.36kg/hO212368.64kg/hN210

35、9752.07 kg/hAN14405.69 4.3514401.34kg/hACN1950.25 2.901947.35kg/hACL177.52 kg/hHCN2385.18 2.322382.86kg/hCO27175.96kg/hH2O47026.26 3659.190.07 9946.16 37336.24 kg/h4.4.3熱量衡算(1)出塔氣體溫度塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為PH2OyH20P 0.2922 0.122 0.0356MPa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：P 出00.0356/0.98 0.0363MPa100 09 45g(NH4)2sO4/

36、100gH2O入塔噴淋液的硫酸俊含量為68.53,已知硫酸俊上方的飽和蒸汽壓。根據(jù)入塔噴淋液的硫酸俊含量和 PH2O的值，內(nèi)插得到出塔氣的溫度為 76c(2)入塔噴淋液溫度70 c入塔噴淋液溫度比氣體出口溫度低 6C,故為(3)塔釜排出液溫度表4.7塔釜排出液溫度溫度_ 含量404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109入塔氣蒸汽分壓PH2OyH20P 0.3449 0.142 0.05MPa在釜液(NH 4)2 S04含量45g(NH 4)2 SO4 /100gH2O下溶液上方的飽和蒸汽分壓等

37、于0.05MPa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 83.5 C,設(shè)塔釜液溫度比飽和溫度低 25c 即81C。又查硫酸俊的溶解度數(shù)據(jù) 得知，80c時(shí).每100g水能溶解95.3g硫酸俊，而釜液的硫酸俊含量為45g(NH4)2SO4/100gH2O ,所以釜液溫度控制81c不會(huì)有硫酸俊結(jié)晶析出。(4)熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量作圖3.3的虛線方框列熱平衡方程得中和塔的熱量衡算和塔；2一循環(huán)冷卻Q5 Q6 Q8 Q2 Q7 Q9QiQ3Q4(a)入塔氣體帶入熱Qi入塔氣體帶入熱量Qi 2.53 106kJ/h(b)出塔氣體帶出熱Q2各組分在076 c的平均

38、比熱容的值如下表4.8 各組分在076 c的平均比熱容組分C3H6C3H8QN2H2OANHCNACNACLCO2Cp1.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921Q2(2758.981.715 3517.361.96612368.640.9414109752.071.046 47026.26 1.883 14405.69 1.347 1950.25 1.406 2385.18 1.393 177.521.343 7175.96 0.921)(76 0) 1.97 107kJ/h(C)蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱Q3蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量進(jìn)塔氣體帶入蒸

39、汽-由口氣帶由蒸氣47026.26 37336.24 9690.02kg/h蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ /kgQ3 9690.02 2246.6 2.18 107kJ/h3(d)有機(jī)物冷凝放熱Q4an的冷凝量4.35kg/h .其冷凝熱為615kJ/kgacn的冷凝量2.90kg/h ,其冷凝熱為728kJ/kghcn的冷凝量2.32kg/h ,其冷凝熱為878.6kJ/kgQ4 4.35 615 2.90 728 2.32 878.6 6824.80kJ/h(e)氨中和放熱Q5 ;每生成1mol硫酸俊放熱273.8kJ4484.70 100061273.8 9.30 106kJ/h132

40、硫酸稀釋放熱Q6硫酸的稀釋熱為749kJ/kgQ6 0.93 3658.19749 2.55 106kJ/h(g)塔釜排放的廢液帶出熱量Q7塔釜排放的廢液中,H 2。與(NH 4)2 SO4的摩爾比為9946.16 4484.7018132，查氮肥設(shè)計(jì)手冊(cè)得此組成的硫酸俊水溶液比熱容為3.347kJ/(kg K)Q7 14513.59 3.347(80 0) 3.89 106kJ/h(h)新鮮吸收劑帶入熱Q830C、93%H2SO4 的比熱容為 1.603kJ/(kg K)Q8 3658.19 1.603(30 0) 1.76 105kJ/h(i)求循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷Q9因操作溫度不高，忽略熱損

41、失。把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程：Q1 Q3 Q4 Q5 Q6 Q8 Q2 Q7 Q92.53 106 2.18 107 6824.80 9.30 106 2.55 106 1.76 1051.97 107 3.89 106 Q9初/日Q9 1.28 107kJ/h解得 9(J鬧環(huán)冷卻器的冷卻水用量W設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度 32 C,排水溫度36 C,則冷卻水量為1.28 1075W7.65 105kg/h 765t / h4.184(36 32)(5)求循環(huán)液量m循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制。70c循環(huán)液的比熱容為3.368kJ/(kg K),循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容3.3

42、64kJ/(kg K)o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tC。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 Q9 1.28 107(2)聯(lián)解式(1)和(2)得 m 360261kg/h t 69.95 C4.5換熱器物料衡算和熱量衡算一叢N溶液去措制AN溶液來(lái)自水吸放塔氣用熱目氫史和圖一宦島氣%能一臺(tái)電之火啜地殊.4.5.1 計(jì)算依據(jù)進(jìn)口氣體76C,組成和流量與氨中和塔出口氣相同出口氣體溫度40 C,操作壓力115.5kPa4.5

43、.2 物料衡算出口氣體溫度40C,40c飽和蒸汽壓力為p 55. 32mmHg 7. 375kPap H2O設(shè)出口氣體中含有X kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：x 115. 57. 375 7099. 842074. 24 x解得 x342. 79kmol / h6170. 22kg / h蒸汽的冷凝量為37336.24 6170. 2231166. 02kg / h因此得到換熱器氣體方（殼方）的物料平衡如下4.5.3 熱量衡算換熱器入口氣體帶入熱 Qi （等于氨中和塔出口氣體帶出熱）Q 1. 97107kJ / h(2)蒸汽冷凝放出熱Q40 c水汽化熱為2401.lkJ/kgQ 3116

44、6.022401. 17. 48107kJ / h（3）冷凝液帶出熱QQ331166.02 4.184 4005.22 106kJ / h(4)出口氣體帶出熱Q出口氣體各組分在040 C的平均摩爾熱容為表4.10出口氣體各組分在040c的平均摩爾熱容組C3H6C3H8O2N2 H2O AN ACN HCN ACLCO2Cnp 61.92 72.3829.4629.2936.7563.3552.09 62.7665.6138.66Q (65.6961.9279.9472. 38386. 5229.463919.7229.29342. 7936. 75271.7263. 3547. 5052. 0

45、988. 2562. 763. 1765. 61163. 0938. 66)( 400)7. 22106kJ / h(5)熱衡算求換熱器熱負(fù)荷Q平衡方程：Q QQ3Q4Q代入數(shù)據(jù)求得：Q 8. 21107kJ / h4.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算4.6.1計(jì)算依據(jù)圖4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 C,壓力112Kpa。出塔氣溫度10C,壓力101Kpa(3)入塔吸收液溫度5c(4)出塔AN溶液中含AN 1.8% (wt)4.6.2物料衡算(1)進(jìn)塔物料(包括氣體和冷凝水)的組成和流量與換熱器出口相同(2)出塔氣的組成和量出塔干氣含有C3H66

46、5. 69kmol / h( 2758. 98kg / h)C3H879. 94kmol / h(3517. 36kg / h)O2386. 52kmol / h(12368. 64kg / h)N23919. 72kmol / h( 109752. 07kg / h)CO2163. 09kmol / h(7175. 96kg / h)10c水的飽和蒸汽壓 p1228Pa,總壓為101325Pap H2O出塔器中干氣總量65.69 79.94 386.52 3919.72 163.09 4614.96kmol/h出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：1228 4614.96 56.62

47、kmol/h 1019.16kg/h 101325 1228出塔氣總量為：2758.98 3517.36 12368.64 109752.07 7175.96 135573.01kg/ h(3)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14401.34kg/h ,因止匕，出塔 AN 溶液總量為 14401.34/0.018 800074.44kg/h(b)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800074.44 135573.01 160652.3 31166.02 743829.13k

48、g/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、ACN、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 塔頂加入水 進(jìn)塔氣液混合物中的水出塔氣帶出的水743829.13 37336.24 1019.16 705473.73kg/h(5)水吸收塔平衡如下:表4.11換水吸收塔的物料平衡組分C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計(jì)流量(kmol/h )65.6979.94342.79386.523919.72271.7247.5088.253.17163.095082.12(6

49、)檢驗(yàn)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(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pi E1X1或P Ei%塔底排出液的溫度為15c(見(jiàn)后面的熱衡算)查得15 C時(shí)ACN、HCN、ACL.和AN的亨利系數(shù)E值為ACN E 4atm 405.3kPHCNE18atm 1824kpACLE3333mHg 444.4kPANE8atm 810kP(a)丙烯月青AN塔底PAN0.051 112 5.71kPXanPANEAN5.718100.00705從以上計(jì)算可看出,xAN 0.006203 xAN ，可見(jiàn)溶液未達(dá)飽和。(b)丙烯醛ACLPacl 0.0006 112 0.0672kPXaclP ACLEACL0.0672444.40.000151塔底ACLo含量xACI 0.0000723 Xac，溶液未達(dá)飽和ACLACL(c)乙月青ACNPACN 0.009 112 1.016kPXacnPACNE ACN1.016405.30.0025塔底acn含量xacn 0.00108 xacn ，溶液未達(dá)飽和ACNacn(d)氫氟酸HCNPhcn0.017 112 1.892kPXHCN