年产35万吨丙烯腈合成工段实用工艺设计Word格式.docx

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物料恒算

热量衡算

设备设计和选型

设计图纸，40%

图纸规

标注清晰

方案流程图

工艺物料流程图

带控制点的工艺流程图

20

平时成绩，10%

上课出勤

上课出勤考核

5

指导教师签名

制图出勤

制图出勤考核

合计

100

课程设计任务书

学生

专业〔班级〕

设计题目

年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计

设

计

技

术

参

数

1.生产能力：

35000吨/年

2.原料：

丙烯85%，丙烷15%〔摩尔分率〕；

液氨100%

3.产品：

1.8%〔wt〕丙烯腈水溶液

4.生产方法：

丙烯氨氧化法

5.丙烯腈损失率：

3%

6.设计裕量：

6%

：

300天

要

求

1.确定设计方案，并画出流程框图〔要求见4〔1〕〕；

2.物料衡算，热量衡算

4.绘图要求：

〔1〕流程框图〔CAD或者PPT绘，截图在方案设计中〕；

〔2〕方案流程图〔CAD或手绘，A3图纸〕；

〔3〕工艺物料流程图〔带物料表，CAD或手绘，A3图纸〕；

〔4〕制带控制点的工艺流程图〔CAD或手绘，A3图纸〕；

工

作

量

2.工艺流程图与设计说明书：

1周

划

第一周：

物料衡算、热量衡算与主要设备的工艺设计计算

第二周：

画图，撰写设计说明书，

第三周：

辩论

考

资

料

《化工工艺设计手册》第四版（上下册），某某集团工程编，化学工业，2009年

《化学化工物性参数手册》，化工学院等编，化学工业，2002年

第一局部概述

1.1丙烯腈的性质

1.1.1丙烯腈的物理性质

丙烯腈是一种非常重要的有机化工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。

丙烯腈，英文名Acrylonifrile〔简称为A〕，化学分子式：

CH2=CH-；

分子量：

53.1。

丙烯腈在常温下是无色或淡黄色液体，剧毒，有特殊气味；

可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有机溶剂；

与水互溶，溶解度见表1-1。

丙烯腈在室允许浓度为0.002MG/L，在空中的爆炸极限为3.05~17.5%〔体积〕。

因此，在生产、贮存和运输中，必须有严格的安全防护措施。

丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等会成二元共沸混合物，和水的共沸点为71℃，共沸点中丙烯腈的含量为88%〔质量〕，在有苯乙烯存在下，还能形成丙烯腈—苯乙烯—水三元共沸混合物。

丙烯腈的主要物理性质见表1-2。

表1-1丙烯腈与水的相互溶解度

温度/℃

水在丙烯腈中的溶解度〔质量〕/%

丙烯腈在水中的溶解度〔质量〕/%

30

40

50

60

70

80

表1-2丙烯腈的主要物理性质

性质

指标

沸点（101.3KPa）

℃

燃点/℃

481

蒸汽压/KPa

熔点/℃

—

比热容/J.kg-1.K-1

±

℃时

相对密度（d426）

蒸发潜热（0~77℃）

粘度（25℃）

生成热（25℃）

151kJ/mol

折射率（nD25）

燃烧热

1761kJ/mol

临界温度

246℃

闪点/℃

聚合热（25℃）

72kJ/mol

临界压力

1.1.2丙烯腈的化学性质与应用

丙烯腈分子中含有双键与氰基〔-〕，其化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、水解、醇解、腈基与氢乙基化等反响。

聚合反响和加成反响都发生在丙烯腈的C=C双键上，纯丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品与丙烯腈生产过程中，通常要加少量阻聚剂，如对苯酚甲基醚〔阻聚剂MEHQ〕、对苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等。

除自聚外，丙烯腈还能与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一种或几种发生共聚反响，由此可制得合成纤维、塑料、涂料和粘合剂等。

丙烯腈经电解加氢偶联反响可以制得已二腈。

氰基反响包括水合反响、水解反响、醇解反响等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺。

氰乙基化反响是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反响；

丙烯腈和醇反响可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液体染料的分散剂、抗静电剂、纤维处理剂、外表活性剂、医药等的原料。

丙烯腈与氨反响可制得1，3丙二胺，该产物可用作纺织溶剂、聚氨酯溶剂和催化剂。

丙烯腈主要用来生产ABS树脂，丙烯酰胺、丙烯酸纤维、己二睛和苯乙烯-己二睛树脂等，目前国供不应求，每年需大量进口来满足市场需求，2000年进口量超过150kt。

全世界丙烯腈的生产主要集中在美国、西欧和日本等国家和地区。

全世界1999年丙烯腈总生产能力为，523.3万t（见表1-3）。

美国、日、西欧丙烯腈生产能力合计为357万t，占世界总能力的66.9％。

1999年世界丙烯腈需求量为480万t，产量470万t。

预计到2000年，世界丙烯腈总生产能力将达到585万t，产量与消费量将达到507万t。

其中用于腈纶的消费量为275万t，用于ABS、AS为126万t，其它106万t（见表1-4）。

今年台塑公司4月和年末各有10万t/a装置投产、美国Solutia公司8月25万t/a装置建成，还会增加45万t生产能力。

2000年是日本旭化成、三菱化学和韩国东西石油化学、泰光产业等公司的定期检修年，这会缓和对新增能力投产的冲击。

表1-31999年世界丙烯腈生产能力（万t/a）

国家和地区

生产能力

美国

土耳其

德国

44

巴西

意大利

19

南非

荷兰

印度

西班牙

罗马尼亚

英国

保加利亚

墨西哥

日本

韩国

37

俄罗斯

24

中国（总计）

中国省

表1-4世界丙烯腈消费结构（万t）

年份

1995

1996

1997

1998

2000

463

508

533

545

585

产量

415

437

451

469

507

消费量

腈纶

231

244

251

260

275

ABS/AS

107

110

115

其它

84

86

90

94

106

开工率（％）

85

87

我国烯腈生产起步于1968年。

八十年代开始，我国丙烯腈工业开展很快，从国外引进技术目前正在运行的生产装置有9套（包括中国省）,总生产能力为58.8万t，加上采用国技术的生产装置，总生产能力为59.3万t。

正在计划建设的生产装置有石化公司25万t／a，金陵石化公司6.6万t／a。

另外，有不少装置也准备将其生产能力扩大。

到2000年，我国丙烯腈总生产能力可达80多万t，其中中国大陆丙烯腈生产能力可达42万～45万t/a，省丙烯脂生产能力为38万t/a。

这样，我国2000年丙烯腈总生产能力将居世界第二位，而仅次于美国。

我国丙烯腈生产能力。

见表1-5。

表1-5我国丙烯腈生产能力（万t/a）

生产厂家

采用技术

备注

石化股份

BP技术

实际可达到7

石化总厂化工一厂

6

油田聚合物厂

齐鲁石化公司丙烯腈厂

4

齐鲁石化公司齐胜化工厂

国技术

兰化公司石化厂

石化公司腈纶厂

计划扩展7

吉化公司化肥厂

CPDC公司

18

丙烯氨氧化的原理

化学反响

在工业生产条件下,丙烯氨氧化反响是一个非均相催化氧化反响:

与此同时,在催化剂外表还发生如下一系列主要的副反响。

〔1〕生成乙腈（A）：

〔2〕生成氢氰酸（H）。

〔3〕生成丙烯醛。

（4）生成二氧化碳。

上述副反响中,生成乙腈和氢氰酸的反响是主要的。

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。

除上述副反响外,还有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反响。

1.4.2催化剂

丙烯氨氧化所采用的催化剂主要有两类,即Mo系和Sb系催化剂。

〔1〕Mo系催化剂工业上最早使用的是P-Mo-Bi-O（C-A）催化剂,其代表组成为PBi9Mo12O52。

活性组分为MoO3和Bi2O3.Bi的作用是夺取丙烯中的氢,Mo的作用是往丙烯中引入氧或氨。

因而是一个双功能催化剂。

P是助催化剂,起提高催化剂选择性的作用。

这种催化剂要求的反响温度较高（460～490℃）,丙烯腈收率60%左右。

由于在原料气中需配入大量水蒸气,约为丙烯量的3倍（mol）,在反响温度下Mo和Bi因挥发损失严重,催化剂容易失活,而且不易再生,寿命较短,只在工业装置上使用了不足10年就被C-21、C-41等代替。

〔2〕Sb系催化剂Sb系催化剂在60年代中期用于工业生产,有Sb-U-O、Sb-Sn-O和Sb-Fe-O等。

初期使用的Sb-U-O催化剂活性很好,丙烯转化率和丙烯腈收率都较高,但由于具有放射性,废催化剂处理困难,使用几年后已不采用。

Sb-Fe-O催化剂由日本化学公司开发成功,即牌号为NB-733A和NB-733B催化剂。

据文献报道,催化剂中Fe/Sb比为1∶1（mol）,X光衍射测试明确,催化剂的主体是FeSbO4,还有少量的Sb2O4。

工业运转结果明确,丙烯腈收率达75%左右,副产乙腈生成量甚少,价格也比拟廉价,添加V、Mo、W等可改善该催化剂的耐复原性。

1.4.3反响机理和动力学

丙烯氨氧化生成丙烯腈的反响机理,目前主要有两种观点。

可简单地用下式表示。

第二局部生产方案选择

第三局部工艺流程设计

3.1丙烯腈工艺流程示意图

按年工作日300天，丙烯腈损失率3%，设计裕量为计算，如此每天每小时产量：

第四局部物料衡算和热量衡算

〔1〕丙烯腈产量5307.36kg/h，即F=

〔2〕原料组成〔摩尔分数〕丙烯〔C3H6〕85%，丙烷〔C3H8〕15%

〔3〕进反响器的原料配比〔摩尔分数〕为

C3H6:

NH3:

O2:

H2O=1:

1.05:

23:

3

反响后各产物的单程收率为：

物质

丙烯腈〔AN〕

氰化氢〔H〕

乙腈〔CAN〕

丙烯醛〔ACL〕

CO2

摩尔收率

〔4〕操作压力

进口：

，出口：

〔5〕反响器进口气体温度110℃，反响温度470℃，出口气体温度360℃

4.1.2物料衡算

〔1〕