丙烯腈車間工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、目 錄第一部分 分生產(chǎn)方法 3第二部分 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 4第三部分 物料衡算和熱量衡算 4 3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 4 3.2 小時(shí)生產(chǎn)能力5 3.3 反應(yīng)器的物料衡算和熱量街算 5 3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算8 3.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算10 3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算15 3.7 水吸收塔物料衡算和熱量衡算 17 3.8 空氣水飽和塔釜液槽 21 3.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算23 3.10 丙烯過(guò)熱器熱量衡算 23 3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算 24 3.12 氨氣過(guò)熱器24 3.13 混合器 24 3.14 空氣加熱器的熱量衡算 25第四部分 主要設(shè)備的工藝計(jì)算

2、26 4.1 空氣飽和塔26 4.2 水吸收塔28 4.3 丙烯蒸發(fā)器30 4.4 循環(huán)冷卻器 32 4.5 氨蒸發(fā)器 34 4.6 氨氣過(guò)熱器 35 4.7 丙烯過(guò)熱器 354.8 空氣加熱器364.9 循環(huán)液泵374.10 空氣壓縮機(jī)384.11中和液貯槽 38第五部分 附錄 395.1附表395.2 參考文獻(xiàn)41第六部分 課程設(shè)計(jì)心得 42丙烯腈車間工藝設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)丙烯腈的生產(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 烯腈的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。第一部分 生產(chǎn)方法丙烯腈，別名，氰基乙烯；為無(wú)色易燃液體，劇毒、有刺激味，微溶于水

3、，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)，其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 ，閃點(diǎn) -5 ，自燃點(diǎn)為 481 。丙烯腈是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，用來(lái)生產(chǎn)聚丙烯纖維(即合成纖維腈綸)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解產(chǎn)物)。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引發(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腈。聚丙烯腈制成的腈綸質(zhì)地柔軟，類似羊毛，俗稱“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。丙烯腈與丁二烯共聚生產(chǎn)的丁腈橡膠具有良好

4、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茸)的建設(shè)投資。丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN

5、）生產(chǎn)過(guò)程的主反應(yīng)為該反應(yīng)的反應(yīng)熱為 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(jì)技術(shù)參數(shù)1.生產(chǎn)能力：3900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：3.1%6.設(shè)計(jì)裕量：6%7.年操作日300天 第三部分 物料衡算和熱量核算3.1 丙烯腈工藝流程示意圖 液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙蒸發(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

6、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230左右進(jìn)人氨中和塔，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(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)換熱器與氨中和塔出口氣體換熱，濕度升高后去精制工段。圖1 丙烯腈

7、合成工段生產(chǎn)工藝流程示意圖3.2 小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3.1、設(shè)計(jì)裕量6計(jì)算，年產(chǎn)量為3900噸/年，則每天每小時(shí)產(chǎn)量為： 3.3 反應(yīng)器的物料衡算和熱量街算(1)計(jì)算依據(jù)A丙烯腈產(chǎn)量，即B. 原料組成(摩爾分?jǐn)?shù)) 丙烯85%，丙烷15%C進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)為D. 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為物質(zhì)丙烯腈（AN）氰化氫（HCN）乙腈(ACN)丙烯醛(ACL)二氧化碳摩爾收率0.60.0650.070.0070.12表1 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率E. 操作壓力進(jìn)口0.203，出口0.162F反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度ll0，反應(yīng)溫度470，出口氣體溫度360(2)物料衡算A反應(yīng)

8、器進(jìn)口原科氣中各組分的流量B反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量 = (3)熱量衡算查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0110、0360、0470的平均定壓比熱容表2 各物質(zhì)0t平均定壓比熱容A 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的平均比熱容用ot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0.405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(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

9、：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：3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)A入塔空氣壓力0.263，出塔空氣壓力0.243B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，組成如下組分ANACN氰醇ACL水合計(jì)%（Wt）0.0050.0080.00050.000299.986100表3 塔頂噴淋液的組成E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(2)物料衡算A進(jìn)塔空氣量查得30，相對(duì)濕度80%時(shí)空氣溫含

10、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：B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：C出塔濕空氣量出塔氣體中的的量與反應(yīng)器人口氣體相同，因而D出塔液量(3)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?jǐn)?shù)為： 根據(jù)分壓定律蒸汽的實(shí)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(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。B入塔熱水溫度 入塔水來(lái)自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05。 C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

11、液態(tài)水。 (a)170進(jìn)塔空氣帶人熱量，170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90蒸汽焓，空氣比熱容取(c)105入塔噴淋液帶入熱量(d)求出塔熱水溫度 出塔熱水帶出熱量用表示，則熱損失按5%，則 熱平衡方程代人數(shù)據(jù)，解得 T=78.11因此，出塔熱水溫度為78.113.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)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)的組成如下組分水ANACNHCN硫酸硫酸銨合計(jì)%（wt）68.530.030.020.0160.530.

12、90100表4 塔底出口液體的組成E進(jìn)塔氣溫度l80，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(2)物料衡算 A排出的廢液量及其組成進(jìn)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,(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：B. 需補(bǔ)充的新鮮吸收劑（93%的H2SO4）的量為：C 出塔氣體中各組分的量(3)熱衡算A出塔氣體溫度 塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為設(shè)飽和度為0.98，則與出塔

13、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 。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 含 量溫 度404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109表5 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(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，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，

14、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。D 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) 入塔氣體帶入熱入塔氣體帶入熱量(b)出塔氣體帶出熱各組分在076的平均比熱容的值如下組分C3H6C3H802N2H2OANHCNACNACLCO21.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921表6 各組分在076的平均比熱容(b) 蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱蒸汽的冷凝熱為(d)有機(jī)物冷凝放熱AN的冷凝量其冷凝

15、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； 每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ(f)硫酸稀釋放熱 硫酸的稀釋熱為749kJkg (g)塔釜排放的廢液帶出熱量 塔釜排放的廢液中，與的摩爾比為,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。(h)新鮮吸收劑帶入熱 的比熱容為。(i)求循環(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 (J)循環(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，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

16、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(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： (1) 對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡得： (2)聯(lián)解式(1)和(2)得 3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) 進(jìn)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。(2)物料衡算 出口氣體溫度40， 40飽和蒸汽壓力為設(shè)出口氣體中含有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)的物料平衡如下組分流量C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計(jì)2.593.2985.1510.

17、31161.1211.171.9533.630.1306.70286.04表7 換熱器氣體方(殼方)的物料平衡(3)熱衡算A換熱器入口氣體帶入熱(等于氨中和塔出口氣體帶出熱)B蒸汽冷凝放出熱：40水汽化熱為2401.lkJkgC冷凝液帶出熱D出口氣體帶出熱；出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容為組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66表8 出口氣體各組分在040的平均摩爾熱容 E熱衡算求換熱器熱負(fù)荷平衡方程：代入數(shù)據(jù)求得：37 水吸收塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)（見(jiàn)圖

18、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）(2)物料衡算A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101325Pa出塔器中干氣總量=2.59+3.29+10.31+161.12+6.70=184.01kmol/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：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591

19、.97kg/h，因此，出塔AN溶液總量為591.97/0.018=42155.6kg/h（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?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。E水吸收塔平衡如下：組分流量C3H6C3H8H2OO2N2ANACNHCNACLCO2合計(jì)2.593.2912.2310.31161.1211.171.9553.630.1306.70211.90表9 水吸收塔的物料平衡F.檢驗(yàn)前面關(guān)于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假設(shè)的

20、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l5 時(shí)ACN、HCN、ACl和AN的亨利系數(shù)E值為 (a)AN塔底 從以上計(jì)算可看出，可見(jiàn)溶液未達(dá)飽和。 (b)丙烯醛ACL塔底。含量，溶液未達(dá)飽和。 (c)乙腈塔底含量，溶液未達(dá)飽和。 (d)氫氰酸 塔底含量從計(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。(3)熱量衡算A入塔氣帶入熱。各組分在040的平均摩爾熱容

21、如下組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNACLCO261.9272.3829.4629.2936.7563.3552.0962.7665.6138.66表10 各組分在040的平均摩爾熱容B入塔凝水帶人熱：C出塔氣帶出熱。D吸收水帶入熱E出塔溶液帶出熱溶液中各組分的液體摩爾熱容如下組分H2OANACNHCNACL75.3121.1107.371.55123.8表11 AN溶液中各組分的液體摩爾熱容F. 水冷凝放熱水的冷凝熱為2256kJ/kg 故 G等氣體的溶解放熱 溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱的冷凝熱數(shù)據(jù)如下組分ANACNACLHCN610.9765.7493.79

22、37.2表12 AN、CAN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)H熱衡算求出塔液溫度t 熱平衡方程 ：代人數(shù)據(jù)得：解得 3.8 空氣水飽和塔釜液槽(1)計(jì)算依據(jù)進(jìn)、出口物料關(guān)系和各股物料的流量和溫度如圖3.5所示。圖中，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l5%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。(2)物料衡算 進(jìn)料： A乙腈解吸塔釜液入槽量 = 49100-17999.45=31100.55kg/h B. 空氣飽和塔塔底液入槽量=1

23、7123.73-7365=9758.73kg/h C. 入槽軟水量x kg/h 出料； A. 去水吸收塔液體量kg/h B. 去萃取解吸塔液體量l5000kg/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(3)熱量衡算A入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱。B. 入槽軟水帶入熱。C空氣飽和塔塔底液帶入熱，D去吸收塔液體帶出熱E去萃取解吸塔液體帶出熱F熱衡算求槽出口液體溫度t 熱損失按5考慮，熱平衡方程為代人數(shù)據(jù)：解得 t=80.123.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) 蒸發(fā)壓力0.405MPa；加熱劑用O的冷凍鹽水，冷凍鹽水出口溫度-2;丙烯蒸發(fā)量l002.3kg/h。(2)有關(guān)數(shù)據(jù) A

24、. 0.405MPa下丙烯的沸點(diǎn)為-l3，汽化熱410kJkzB. 0 405MPa下丙烷的沸點(diǎn)為-5，汽化熱376.6kJkg(3)熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量 A. 丙烯蒸發(fā)吸收的熱 B. 丙烷蒸發(fā)吸收的熱。 C. 丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 冷損失按l0考慮 D冷凍鹽水用量 平均溫度(-1)下，冷凍鹽水比熱容為3.47kJ() 冷凍鹽水用量為3.10 丙烯過(guò)熱器熱量衡算(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。(2)熱衡算 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l.464kJ/()，丙烷氣比熱容1.715kJ/()，冷損失按10考慮，

25、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。3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù) A. 蒸發(fā)壓力0.405MPa。 B. 加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽。冷凝熱為2138kJ/kg。(2)有關(guān)數(shù)據(jù) 0405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7 C，汽化熱為l276kJkg。(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 加熱蒸汽量為 3.12 氨氣過(guò)熱器(1)計(jì)算依據(jù) A氨氣進(jìn)口溫度-7，出口溫度65。 B. 用0.405MPa蒸汽為加熱劑。 C氨氣流量332.37kg/h。(2)熱量衡算 求氨氣過(guò)熱器的熱負(fù)

26、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(guò)熱器的熱負(fù)荷為 加熱蒸汽用量為3.13 混合器(1)計(jì)算依據(jù) 氣氨進(jìn)口溫度65流量220.09kg/h。 丙烯氣進(jìn)口溫度65，流量518kg/h，丙烷氣進(jìn)口溫度65，流量95.74kg/h。 出口混合氣溫度110。濕空氣來(lái)自空氣加熱器(2)熱衡算 求進(jìn)口溫空氣的溫度t 以0為熱衡算基準(zhǔn)。、，在065的平均比熱容如下表組分C3H6C3H8NH31.5691.822.197表13 C3H6、C3H8、NH3在065的平均比熱容A氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱B氣態(tài)氨帶入熱C溫空氣帶入熱 、和蒸汽0136的平均比熱容分別為、

27、和D混合器出口氣體帶出熱E. 熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度t 熱損失按l0考慮。 熱衡算方程：代入數(shù)據(jù)： 解得 t=141.343.14 空氣加熱器的熱量衡算 (1)計(jì)算依據(jù) A. 入口空氣溫度90，出口空氣溫度136。B空氣的流量和組成如下。組分氧氮水合計(jì)Kg/h1756.45781.51288.68826.5表14 空氣的流量和組成(2)熱衡算 求空氣加熱器的熱負(fù)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(fù)荷為 用0.608MPa的蒸汽為加熱劑，其飽和溫度為l64.2C，冷凝熱為2066kJ/kg，加熱蒸汽用量為第四部分 主要設(shè)備的工藝計(jì)算4.

28、1 空氣飽和塔(1)計(jì)算依據(jù)A. 進(jìn)塔空氣的組成和流量組分氧氮水合計(jì)kmol/h42.83161.1212.23216.18kg/h1370.434511.43220.146102表15 空氣飽和塔進(jìn)塔空氣的組成和流量B. 出塔溫空氣的組成和流量組分氧氮水合計(jì)Kmol/h42.83161.1285.15289.1Kg/h1370.434511.431532.707414.7表16 空氣飽和塔出塔溫空氣的組成和流量C塔頂噴淋液量17999.45kg/h，溫度105。D塔底排出液量17123.73kg/h，溫度93.9。E塔底壓力O.263MPa，塔頂壓力O.243MPa。F人塔氣溫度l70，出塔

29、氣溫度90。G填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。(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)A塔頂處L=17999.45kg/h G=7414.56kg/h 把數(shù)據(jù)代人(A)式解得 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：B. 塔底處L= 17123.73kg/h G=6102kg/h把數(shù)據(jù)代入(A)式解得 氣體空塔速度為 人塔氣在操作條件下的氣量：塔徑應(yīng)為：取塔徑為：1.0m(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A. 使出塔氣體中蒸汽含量達(dá)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(fù)荷并回收

30、ACN等副產(chǎn)物。按工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。取填料高度1lm4.2 水吸收塔(1)計(jì)算依據(jù)A. 進(jìn)塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2O合計(jì)kmol/h2.593.2910.31161.1285.15Kg/h108.78144.76329.924511.361532.70組分ANACNACLHCNCO2kmol/h11.171.9530.1302.636.70285.04Kg/h592.0180.077.2871.01294.807672.69表17 水吸收塔進(jìn)塔氣體流量和組成B出塔氣體流量和組成組分C3H6C3H8O2N2H2OCO2AN合計(jì)kmol/h2.593.2910.31161.12

31、12.236,70少量196.24kg/h108.78144.76329.924511.36220.14294.8少量5609.76表18 水吸收塔出塔氣體流量和組成隨入塔氣進(jìn)入的凝水876.64kg/h C 塔頂噴淋液量30908.35kg/h，含 0.005(wt)，溫度5。 D 塔底排出液量32887.2kg/h，溫度21.15。 E. 塔底壓力ll2kPa，塔頂壓力101kPa。 F 入塔氣溫度40，出塔氣溫度l0， G 出塔氣體中含量不大于0.055%(wt)。h 填料用250Y型塑料孔板波紋填料。(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)按塔底情況計(jì)算L=309

32、08.35 kg/h G= 7622.69 kg/h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：1.2m(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： 當(dāng)時(shí)，25下的為0.187m 時(shí)，25下的為0.225m內(nèi)插得到時(shí)，25下的為0.206m又 塔內(nèi)液體的平均沮度為(5+13.24)/2=9.12 液相傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式如下塔底 塔頂 出口氣體中含有不小于0.055(wt)，因此代入數(shù)據(jù)求： 填料高度為 取填料高度為：5m4.3 丙烯蒸發(fā)器(1)計(jì)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

33、-l3，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518kg/h，冷凍鹽水用量kg/h。 C. 丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷(2)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-l此溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下； 冷凍鹽水流速為 ，過(guò)渡流 (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(dǎo)熱系數(shù)。B. 傳熱平均溫差 熱端溫差0(-13)=13，冷端溫差-2-(一13)=11，傳熱平均溫差為C換熱面積 熱負(fù)荷 換熱面積為取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為

34、4.4 循環(huán)冷卻器(1)計(jì)算依據(jù) A管內(nèi)循環(huán)液流量90272kg/h。進(jìn)口溫度81，出口溫度70.1。 B. 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190000kg/h C熱負(fù)荷為kJ/h (2)計(jì)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(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=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(c) 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

35、水的物性數(shù)據(jù)為正三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑的計(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)算公式為已知t=40mm，=32mm，h=374mm, D=888mm代人數(shù)據(jù)得管外流體的流速為值在20001000000范圍內(nèi)可用下式計(jì)算給熱系數(shù)代入數(shù)據(jù)得 (c)總傳熱系數(shù) 石墨的導(dǎo)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。代人數(shù)據(jù)求K：B對(duì)數(shù)平均溫差C. 換熱面積熱負(fù)荷 換熱面積為取安全系數(shù)l.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。4.5 氨蒸發(fā)器(1)計(jì)算依據(jù) A. 氨蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-7。 B加熱劑為0.

36、405MPa蒸汽，溫度143。 C熱負(fù)荷(2)計(jì)算換熱面積 A總傳熱系數(shù) 蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)取，液氨沸騰的給熱系數(shù)取，不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)，管壁厚4mm，兩側(cè)污垢熱阻取代人數(shù)據(jù)求K：B平均溫度差C.換熱面積氨蒸發(fā)器熱負(fù)荷為 換熱面積為取換熱面積為：4.6 氨氣過(guò)熱器(1)計(jì)算依據(jù) A. 進(jìn)口氣氯溫度-7出口氣氨溫度65。 B加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C熱負(fù)荷(2)計(jì)算換熱面積 A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)取 B平均溫度差 冷端溫差為143-(-7)=150，熱端溫差為l43-65=78。C.換熱面積 熱負(fù)荷為 換熱面積

37、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。 4.7 丙烯過(guò)熱器(1)計(jì)算依據(jù) A. 進(jìn)口氣體溫度一l3，出口氣體溫度65。 B加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143。C熱負(fù)荷(2)計(jì)算換熱面積 A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)取 B平均溫度差 冷端溫差為143-(-13)=156，熱端溫差為l43-65=78。C.換熱面積 熱負(fù)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。4.8 空氣加熱器(1)計(jì)算依據(jù) A空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。 B進(jìn)口

38、氣體溫度90，出口氣體溫度l36，氣體進(jìn)口壓力0243MPa，氣體的流量和組成如下：組分氧氮水合計(jì)kg/h1370.434511.43220.146102kmol/h42.83161.1212.23216.18表19 空氣加熱器氣體的流量和組成C加熱蒸汽為0.608MPa(對(duì)應(yīng)的飽和溫度為l64.2)，流量為288kg/h。D熱負(fù)荷為 即(2)計(jì)算換熱面積 初選浮頭式換熱器一臺(tái)，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(90+136)/2=113，113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)

39、 鋼的導(dǎo)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(duì)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35.43m2，所選換熱面積80.4m2，符合要求。4.9 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(tái)。正常使用兩臺(tái)，備用一臺(tái)。80FVZ-0泵的流量為，揚(yáng)程30m。4.10 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?，F(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

40、/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，排氣壓力為035MPa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)。4.11中和液貯槽按停車時(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 考慮到停車檢修時(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0263MPa，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)容器系列JBl428 74(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.254MP

41、a)中選用工作壓力0.25MPa，公稱容器6m3的型號(hào)，此容器的直徑為1600mm，長(zhǎng)度為2600mm。第五部分 附錄5.1附表反應(yīng)器物料平衡表成分入塔氣出塔氣kmol/hkg/hkmol/hkg/h18.627822.59108.703.29144.583.29144.5819.55332.372.8047.6042.831370.4310.31329.92161.124511.43161.124511.4355.861005.48107.371932.660011.17591.97001.95580.16003.6398.03000.137.30006.70294.94合計(jì)301.278146.29311.608147.29飽和塔物料平衡表成分入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排除液kmol/hkg/hkmol/hkg/hkg/hkg/h42.831370.4342.831370.4300161.124511.43161.124511.430012.2