年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计

化工工艺设计 课 程 设 计

年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计

年 级 专 业 学 号 姓 名 指导教师 设计成绩 完成日期

1

2013 化学工程与工艺 2016 年 月 日 《课程设计》成绩评定栏

评定基元 评审要素 评审内涵 分值 评分 签名栏 格式是否规范 格式规范 内容完整 内容是否完整 8 评阅教师签名 8 8 8 8 评阅教师签名 设计说明， 40% 工艺计算 正确、完整和规范 物料恒算 热量衡算 设备设计和选型 方案流程图 7 设计图纸，30% 图纸规范 标注清晰 工艺物料流程图 带控制点的工艺流程图 语言流畅 8 15 答辩老师签名 10 答辩成绩 20% 仪态自然 语言流畅 答题正确 上课出勤 制图出勤 合计 上课出勤考核 制图出勤考核 10 5 5 100 平时成绩，10% 指导教师签名

2

答辩记录

3

化工工艺设计 课程设计任务书

学 号 设计题目 设 计 技 术 参 数 设 计 要 求 学生姓名 专业（班级） 年产 4.5 万吨丙烯腈合成工段工艺设计 1.生产能力： 45000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% 7.年操作日300天 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 3.主要设备的工艺设计计算 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）； 5.编写设计说明书 1.设计计算：1.5周 2.工艺流程图与设计说明书：1周 3.答辩：0.5周 第一周：物料衡算、热量衡算及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：答辩 《化工工艺设计手册》第四版(上下册)，中国石化集团上海工程有限公司编，化学工业出版社，2009年 《化学化工物性参数手册》，青岛化工学院等编，化学工业出版社，2002年 工 作 量 工 作 计 划 参 考 资 料

4

目录

第一部分概述................................................................................................................ 1 第二部分设计技术参数................................................................................................ 2 第三部分工艺流程设计................................................................................................ 2

3.1 丙烯腈工艺流程............................................................................................. 2 3.2 丙烯腈工艺流程示意图................................................................................. 3 第四部分物料衡算和热量衡算.................................................................................... 3

4.1 小时生产能力................................................................................................. 3 4.2 反应器的物料衡算和热量衡算..................................................................... 3 4.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算................................................................. 7 4.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算..................................................................... 9 4.5换热器物料衡算和热量衡算........................................................................ 14 4.6水吸收塔物料衡算和热量衡算.................................................................... 15 4.7 空气水饱和塔釜液槽................................................................................... 19 4.8 丙烯蒸发器热量衡算................................................................................... 21 4.9 丙烯过热器热量衡算................................................................................... 22 4.10氨蒸发器热量衡算...................................................................................... 22 4.11 氨气过热器 ................................................................................................. 22 4.12 混合器......................................................................................................... 23 4.13 空气加热器的热量衡算............................................................................. 24 第五部分主要设备的工艺计算.................................................................................. 24

5.1流化床合成反应器........................................................................................ 25 5.2空气饱和塔.................................................................................................... 27 5.3 水吸收塔....................................................................................................... 28 5.4 丙烯蒸发器................................................................................................... 31 5.5 循环冷却器................................................................................................... 32 5.6 氨蒸发器....................................................................................................... 34 5.7 氨气过热器................................................................................................... 35 5.8 丙烯过热器................................................................................................... 36 5.9空气加热器.................................................................................................... 36 5.10循环液泵...................................................................................................... 38 5.11空气压缩机 .................................................................................................. 38 5.12中和液贮槽.................................................................................................. 38 第六部分附录.............................................................................................................. 40

6.1附表................................................................................................................ 40 6.2 参考文献..................................................................................................... 40 第七部分课程设计心得.............................................................................................. 42

5

6.2 参考文献

[1]陈英男、刘玉兰.常用华工单元设备的设计[M].上海：华东理工大学出版社，2005、4

[2]贾绍义、柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津：天津大学出版社，2002、8 [3]路秀林、王者相.塔设备[M].北京：化学工业出版社，2004、1

[4]王明辉.化工单元过程课程设计[M].北京：化学工业出版社，2002、6 [5]夏清、陈常贵.化工原理（上册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1 [6]夏清、陈常贵.化工原理（下册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1 [7]刘光启、马连湘.化学化工物性参数手册[M].北京：化学工业出版社，2002

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第七部分 课程设计心得

本次化工设计我的任务是年产4.5万吨丙烯腈合成工段的初步设计，按照设计任务书我按时完成了工艺设计并绘制了工程图纸。

事实上，课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。从开始的一头雾水，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期流程图的绘制等过程，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。在实际计算过程中，我还发现由于没有及时将所得结果总结，以致在后面的计算中不停地来回翻查数据，这浪费了大量的时间。在一些计算问题上，我直接套用了书上的公式，并没有彻底了解各个公式的出处及用途，对于一些工业数据的选取，也只是根据范围自己选择的，并不一定符合现实应用。在此次设计中，我不仅在收集资料和查阅文献的能力方面得到提升，而且，通过对本设计的编写，增强了我处理文字的能力。更重要的是，通过本次设计，巩固了我们所学的专业理论知识。总之，此次的设计使我受益匪浅。

本次的设计由于没有丙烯腈生产时的详细资料，以及本身水平有限，所以设计中难免出现诸多纰漏，敬请老师谅解并指正。最后，感谢老师的指导和同学们的热心帮助。

42

214.18?1000?0.883molC3H6/(h.kgcat)

242432实验装置的推化剂负荷可达到1.77molC3H6/(h.本设计的值小于实kgcat)，验值，是可靠的。

5.1.4扩大段（此处即稀相段）直径

?0.6m/s 取扩大段气速为操作气速的一半即u气体流量为

V?3577.61?22.4?273?3600.1013??116192.1m3/h?32.28m3/s2730.162

扩大段直径为

d?5.1.5扩大段高度

32.28 9m ?8.28m取0.785?0.6根据流化床直径9m，空塔气速1.2m/s，查图得H2/D?0.6 稀相段高度H2?2D?0.6?9?5.4m取6m 5.1.6浓相段冷却装置的换热面积

换热装置用套管式，总差传热系数取233W/(m2?K)

换热装置的热负荷已由热衡算求出Q?8.5?107kJ/h?2.36?107J/s

?????107换热面积为F??309.75m2

233(470?143)取30%的设计裕量，则换热面积为309.75??1?0.3??402.68m2 5.1.7稀相段冷却装置的换热面积

℃）蒸汽。 用套管式换热装置，水为冷却剂，产生0.405MPa（143总传热系数取20W/(m2.k)，换热装置热负荷为

Q?1.69?107kJ/h ?4.69?106J/s

又?tm??470?143???360?143?ln470?143360?14326

?267℃

4.69?106?878.28m2 换热面积为F?20?267取30%设计裕量，则换热面积为1141.76m2

5.2空气饱和塔

5.2.1计算依据

A. 进塔空气的组成和流量

表5-1 空气饱和塔进塔空气的组成和流量

组分 kmol/h kg/h

氧 492.61 15763.65

氮 1853.15 51888.25

水 236.41 4255.38

合计 2582.17 71907.28

B. 出塔温空气的组成和流量

表5-2 空气饱和塔出塔温空气的组成和流量

组分 kmol/h kg/h

氧 492.61 15763.65

氮 1853.15 51888.25

水 994.21 17895.75

合计 3339．97 85547.65

C．塔顶喷淋液量206449kg/h，温度105℃。 D．塔底排出液量196379.87kg/h，温度84.58℃。 E．塔底压力0.263MPa，塔顶压力0.243MPa。 F．入塔气温度170℃，出塔气温度90℃。 G．填料用?50?50?4.5陶瓷拉西环(乱堆)。 5.2.2塔径的确定

根据拉西环的泛点速度计算公式

2wFlg[g1/41/8?a???G?3???????L?0.2?L???G??]?0.022?1.75?L?(A) ???G????L??A.塔顶处

?G?85547.65?2.063kg/m3

273?900.10133339.97?22.4??2730.243?L?958kg/m3?????????????????L?0.282mPa?SL?206449kg/h?????????????G?85547.65kg/h把数据代入(A)式解得wF?1.84m/s

泛点率取75％，则气体空塔速度为w?0.75?1.84?1.38m/s

27

出塔操作条件下的气量：

273?900.1013V?3339.97?22.4???41470.35m3/h?11.52m3/s

2730.243塔径应为：d?B.塔底处

11.52?3.35m

0.785?1.307?G?71907.28?2.243kg/m3

273?900.10132582.17?22.4??2730.243?L?975kg/m3???????? ?L?0.38mPa?SL? 196379.87kg/h??????G?71907.28kg/h?把数据代入(A)式 解得wF?1.65m/s

气体空塔速度为w?0.75?1.65?1.24m/s

入塔气在操作条件下的气量：

273?1700.1013V?2582.17?22.4???36151.61m3/h?10.04m3/s

2730.263塔径应为：d?10.04?3.15m

0.785?1.291取塔径为：3.5m 5.2.3填料高度

空气水饱和塔的填料高度确定须考虑两方面的要求 A.使出塔气体中蒸汽含量达到要求。

B.使塔顶喷淋液中的ACN等在塔内脱吸以使出塔釜液中ACN等的含量尽量低，以减少朽污水处理负荷并回收ACN等副产物。按工厂实践经验。取填料高度11m。

5.3 水吸收塔

5.3.1计算依据

A.进塔气体流量和组成

表5-3 水吸收塔进塔气体流量和组成

组分

C3H6 16.06 674.52

C3H8 37.80 1663.2

O2 104.94 3357.92

N2 1853.15 51888.25

28

H2O 994.21 17895.75

合计

kmol/h kg/h

组分

kmol/h kg/h

AN 128.51 6823.75 ACN 22.49 922.09 ACL 14.99 840.34 HCN 41.77 1127.66 CO2 77.10 3392.61

3291.02 88586.09

B.出塔气体流量和组成

表5-4 水吸收塔出塔气体流量和组成

组分

C3H6 16.06 674.52

C3H8 37.80 1663.2

O2 N2 H2O CO2 AN

少量 少量

合计

kmol/h kg/h 104.94 1853.15 236.41 77.10 3357.92 51888.25 4255.38 3392.61 2325.46 65231.88

随入塔气进入的凝水15075.85kg/h

C.塔顶喷淋液量351322.57kg/h，含AN0.005％(wt)，温度5℃。 D.塔底排出液量379097.22kg/h，温度18.35℃。 E.塔底压力112kPa，塔顶压力101kPa。 F.入塔气温度40℃，出塔气温度10℃， G.出塔气体中AN含量不大于0.055%(wt)。 H.填料用250Y型塑料孔板波纹填料。 5.3.2塔径的确定

塑料孔板渡纹填料的泛点气速计算公式为：

w?a???lg[?3??Gg?????L2F1/41/8?0.2?L???G??]?0.291?1.563?L? (A) ???G?????L?按塔底情况计算WF

?G?88586.09?1.159kg/m3

273?40101.33291.02?22.4??273112?L?997kg/m3??????????????????L?1.154mPa?SL?351322.57 kg/h???????G? 88586.09kg/h a?240m2/m3????????????????????0.97把数据代入(A)式 解得wF?2.624m/s

空塔气速为(泛点率取70%)wF?0.7?2.624?1.84m/s

气体在操作条件下的流量为

273?40101.3V?3291.02?22.4???76445.45m3/h?21.23m3/s

273112塔径应为：d?21.23?4.07m

0.785?1.63129

取塔径为：4.1m 5.3.3填料高度

液体的喷淋密度U?351322.57/999.8?26.63m3/(m2/h) 20.785?4.1塑料孔板液纹填料250Y的液相传质单元高度HOL： 当U?20m3/(m2?h)时，25℃下的HOL为0.187m

U?40m3/(m2?h)时，25℃下的H为0.225m

OL内插得到U?26.63m3/(m2?h)时，25℃下的HOL为0.200m 又(HOL)25?C?(HOL)i?e0.0234(t?25)

℃ 塔内液体的平均温度为?5?18.35?/2?11.68则HOL?0.200/e0.0234(11.68?25)?0.280 液相传质单元数计算式如下

NOL?X1?X2 *(X1*?X1)?(X2?X2)X1*?X1lg*X2?X2塔底X1?128.51?6.24?10?3

20729.72?128.51E1?810kPaP?112kPa

X1*?pAN0.052?112??0.0072E1810 0.0072?0.00731?0.0072

?X1*?塔顶X2?0.005/53?1.698?10?5

(100?0.005)/18E2?506.6kPaP?101.3kPa

出口气体中含有AN不小于0.055％(wt)，因此pAN?5.5?10?4?101.3?0.055

*X2??

pAN0.055??1.095?10?4E2506.6

30

NOLX1?X26.24?10?3?1.698?10?5???15.51**?3?4?5(X1?X1)?(X2?X2)(0.0073?6.24?10)?(1.095?10?1.698?10)0.0073?0.00486X1*?X1lnln*1.095?10?4?1.698?10?5X2?X2?填料高度为Z?NOL?HOL?15.51?0.280?4.34m

取填料高度为：4.5m

5.4 丙烯蒸发器

5.4.1计算依据

A.丙烯在管外蒸发，蒸发压力0.405MPa，蒸发温度-13℃，管内用0℃的冷冻盐水(17.5％NaOH水溶液)与丙烯换热，冷冻盐水出口温度-2℃。

B.丙烯蒸发量8416.4kg/h，冷冻盐水用量645533.14kg/h。 C.丙烯蒸发器热负荷4.48?106kJ/h 5.4.2丙烯蒸发器换热面积

A.总传热系数 (a)管内给热系数?1

蒸发器内安装?38?3.5的U型钢管80根。

冷冻盐水平均温度-1℃．此温度下的有关物性数据如下；

??2.485?10?3kg/(m?s)??0.545W/(m2?K)?0.545J/(m?K?s)Cp?.0473kJ/(kg?K)?3.473?103J/(kg?K)

??1130.8kg/m3?冷冻盐水流速为

??645533.14?2.63m/s

1130.8?3600?80?0.785(0.038?2?0.0035)2(0.038?2?0.0035)?2.63?1130?37074?10000湍流 ?32.485?10Re?37074?2.485?10?3Pr??169.04

0.545?6?105???1?0.023RePr?1??11567.37W/(m2?K) 1.8?dRe???0.80.4(b)管外液态丙烯沸腾给热系数取?2?2326W/(m2?K)

31

(c)总传热系数冷冻盐水方污垢热阻取0.264?10?3(m2?K)/W，丙烯蒸发侧污垢热阻取0.176?10?3(m2?K)/W，钢管导热系数45W/(m2?K)。

1110.0035????0.264?10?3?0.176?10?3 K11567.37232645K?966.98W/(m2?K)

B.传热平均温差热端温差0-(-13)=13℃，冷端温差-2-(-13)=11℃，传热平均温差为?tm?(13?11)/2?12?C

C.换热面积

热负荷Q?4.48?106kJ/h?1.24?106J/s 换热面积为

1.24?106A=?106.86m2 966.98?12取安全系数1.2，则换热面积为128.23m2

5.5 循环冷却器

.5.5.1计算依据

A.管内循环液流量229491.96kg/h。进口温度81℃，出口温度70.0℃。 B.管外冷却剂为循环水，进口温度32℃，出口温度36℃，循环水流量为

4864000kg/h。

C.热负荷为8.14?106kJ/h。 5.5.2计算换热面积

初选GH90-105型石墨换热器，换热面积为105m2，设备壳体内径D=880mm，内有外径32mm、内径22mm、长3m的石墨管417根。换热管为正三角形排列，相邻两管的中心距t=40mm

A．总传热系数

(a)管内循环液侧的给热系数?1

平均流体温度t?(81?70.04)/2?75.5?C，该温度循环液的物性数据如下

??1140kg/m3?????????0.85?10?3kg/(m?s)Cp?3.305kJ/(kg?K)?3.305?103J/(kg?K)

??0.547W/(m2?K)?0.547J/(m?K?s)32

管内流体的流速为

u?229491.96?0.353m/s 21140?3600?417?0.785(0.022)Re?0.022?0.353?1140?10416?10000

0.85?10?33.305?103?0.85?10?3Pr??5.136

0.547?0.80.46?105?????1?0.023RePr[1?]

dRe1.8?1?1738.4W/(m2?K)

(b)壳程(循环水侧)的给热系数?2

℃，34℃水的物性数据为 循环水平均温度?32?36?/2?34??0.7371?10?3kg/(m?s)?????????0.621W/(m2?K)??994kg/m???????????????????????????Pr?5.183

?32?2?4?t?d0?24??正三角形排列时，当量直径de的计算公式为de? ?d0管外流体的流速根据流体流过的最大截面积S来计算，S的计算公式为

S?hD(1?d0/t)

已知t=40mm，d0=32mm，h=374mm, D=888mm． 代入数据得

?32?2?4?t?d0?24?de???0.02316m

?d0S?hD(1?d0/t)0.347?0.888(1?0.032/0.04)?0.0664m2

管外流体的流速为

u?4864000?20.47m/s

994?3600?0.0664994?Re?deu??0.02316?20.47???639317 3?0.7371?10Re值在2000～1000000范围内可用下式计算给热系数

33

????2?0.36Re0.55Pr0.33??de??w??0.14

???代入数据得?2?0.36Re0.55Pr0.33??de??w??0.14?25914W/(m2?K)

(c)总传热系数石墨的导热系数??38.4W/(m2?K)，石墨管壁厚5mm，循环冷却水侧污垢热阻0.6?10?3(m2?K)/W，循环液侧污垢热阻0.2?10?3(m2?K)/W。

代入数据求K：

111220.00522??????0.6?10?3?0.2?10?4 K1738.4259143238.427?K?753.1W/(m2?K)

B.对数平均温差

?tm?C.面积

(81?36)?(70?32)?41.4?C81?36ln70?32

热负荷Q?8.14?106kJ/h?2.26?106J/s 换热面积为

2.26?106A??72.49m2

753.1?41.4取安全系数1.2则换热面积为86.99m2。因此，选GH90—105-1型石墨换热器，其换热面积已足够。

5.6 氨蒸发器

5.6.1计算依据

A.氨蒸发压力0.405MPa，蒸发温度-7℃ B.加热剂为0.405MPa蒸汽，温度143℃。 C.热负荷5.37?106kJ/h?1.49?106J/s 5.6.2计算换热面积

A.总传热系数蒸汽冷凝时的给热系数取8000W/(m2?K)，液氨沸腾的给热系数取2000W/(m2?K)，不锈钢导热系数45W/(m2?K)，管壁厚4mm，两侧污垢

34

热阻取0.2?10?3(m2?K)/W

代入数据求K：

1110.004????0.2?10?3?0.2?10?3K8000200045

?K?898W/(m2?K)

B.平均温度差

?tm?143?(?7)?150?C

C.换热面积氨蒸发器热负荷为1.49?106J/s 换热面积为

1.49?106A=?11.06m2 898?150取换热面积为：12m2

5.7 氨气过热器

5.7.1计算依据

A.进口气氨温度-7℃．出口气氨温度65℃。 B.加热剂为0.405MPa蒸汽，温度143℃。 C.热负荷6.72?105kJ/h?1.87?105J/s

5.7.2计算换热面积

A.总传热系数管壳式换热器用作加热器时，一方为蒸汽冷凝、一方为气体情况下，K值的推荐范围是28~250W/(m2?K))．取200W/(m2?K)

B.平均温度差冷端温差为143-(-7)=150℃，热端温差为143-65=78℃。

150?78?tm??110?C150ln78 C.换热面积热负荷为1.87?105J/s 换热面积为

1.87?105A=?8.5m2 200?110取安全系数1.2，则换热面积为10.2m2：，选浮头式热交换器

35

BFT325?4.0?10?3?2I型，换热面积10.5m2，符合要求。 195.8 丙烯过热器

5.8.1计算依据

A.进口气体温度-l3℃，出口气体温度65℃。 B.加热剂为0.405MPa蒸汽，温度143℃。 C.热负荷1.30?106kJ/h?3.6?105J/s．

5.8.2计算换热面积

A.总传热系数管壳式换热器用作加热器时，一方为蒸汽冷凝、一方为气体情况下，K值的推荐范围是28~280W/(m2?K))．取200W/(m2?K)

B.平均温度差冷端温差为143-(-13)=156℃，热端温差为143-65=78℃。

156?78?tm??112.5?C156ln78 C.面积热负荷为3.6?105J/s 换热面积为

3.6?105A=?16m2 200?112.5取安全系数1.2，则换热面积为19.2m2：，选浮头式热交换器

BFT426?4.0?20?4.5?2I型，换热面积25.6m2，符合要求。 2.55.9空气加热器

5.9.1计算依据

A.空气走管内，加热蒸汽走管间。

B.进口气体温度90℃，出口气体温度136℃，气体进口压力0.243MPa，气体的流量和组成如下：

表5-5 空气加热器气体的流量和组成

组分

氧

氮

水

合计

kmol/h kg/h 492.61 15763.65 1853.15 51888.25 236.41 4255.38 2582.17 71907.28

C.加热蒸汽为0.608MPa(对应的饱和温度为164.2℃)，流量为2587.70kg/h。

36

D.热负荷为5.34?106kJ/h即1.48?106J/s 5.9.2计算换热面积

初选BFT700?1.6?800?管子268根。

A.总传热系数

(a)管内(空气一侧)的给热系数?1，管内气体的平均温度为

3?2Ⅱ浮头式换热器一台，换热器有?25?3.5的25?90?136?/2?113℃，

113℃空气的物性数据为：??3.29?10?2W/(m?K), Pr?0.693,

??2.255?10?5kg/(m?s)

空气的密度??W71907.28??2.109kg/m3 Q2582.17?22.4?273?113?0.10132730.2432582.17?22.4?273?1130.1013?2730.243?112.5m/s

3600?268?0.785(0.02)2u?Re?du???0.02?112.5?2.0075?2.0?10?10000 ?52.255?10d??1=0.023Re0.8Pr0.4?568.87W/(m2?K)(b)管外蒸汽冷凝侧给热系数?2取?2?8000W/(m2?K)

(c)总传热系数钢的导热系数为45W/(m2?K)，空气侧污垢热阻

0.4?10?3(m2?K)/W，蒸汽冷凝侧污垢热阻0.2?10?3(m2?K)/W

代入数据求总传热系数：

1110.0025????0.4?10?3?0.2?10?3 K568.87800045?K?393.94W/(m2?K)

B.对数平均温度差

?tm?(164.2?90)?(164.2?136)?47.55?C164.2?90ln164.2?136

37

1.48?106?79m2 C.换热面积A=393.94?47.55安全系数取1.2，则换热面积应为94.8m2。

5.10循环液泵

循环液质量流量90271.70kg/h，循环液密度为1140kg /m3．因此循环液的体积流量为

Q?229491.96?201.31m3/h

1140?p?u2又H??Z????hf??Z??hf

?g2g?Z?15m?hf?8m

?H?23m液柱?23?1.15?26mH2O

选用80FVZ-30的耐腐蚀泵，三台。正常使用两台，备用一台。80FVZ-0泵的流量为50m3/h，扬程30m。

5.11空气压缩机

在产品样本上，活塞式空气压缩机的排气量指是后一级排出的空气，换算为第一级进气条件时气体的体积藏量。现第一级进气条件为常压，温度按30℃计，排出气体的摩尔流量为270.6kmol/h,则排气量(换算为第一级进气条件)为

273?30Q?270.6?22.4??6728m3/h?112m3min

273因工艺要求排出压力为0.263MPa，故选用排气量为55m3/min，排气压力为0.35MPa的5L-55/3.5型空气压缩机三台，正常操作用两台，备用一台。

5.12中和液贮槽

按停车时中和塔塔板上的吸收液流入贮槽所需要的容积确定贮槽的容积，中和塔塔径1.8m，20块塔板，板上液层高度0.082m，这些液体若全部流入贮槽，总体积为

V?20?0.785?1.82?0.082?4.2m3

考虑到停车检修时，原存于塔底的一定高度的液体，亦需排入中和液贮槽存放，则该贮槽舶装料系数取0.8，故可选贮槽容积应大于4.2m3。

38

中和塔的操作压力为0.263MPa，在国家标准容器系列GBl428 74(卧式椭圆封头容器，工作压力0.25～4MPa)中选用工作压力0.25MPa，公称容器6m3的型号，此容器的直径为1600mm，长度为2600mm。

39

第六部分 附录

6.1附表

反应器物料平衡表 组分 kmol/h C3H6 C3H8 NH3 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 合计 214.18 37.80 224.89 492.61 1853.15 642.54 0 0 0 0 0 3465.17 反应器进口 kg/h 8995.56 1663.2 3823.11 15763.65 51888.25 11565.72 0 0 0 0 0 83290.49 %(mol) 6.2 1.09 6.49 14.22 53.48 18.54 0 0 0 0 0 100 %(wt) 10.8 2.0 4.59 18.93 62.3 1.39 0 0 0 0 0 100 kmol/h 16.06 37.80 32.12 104.94 1853.15 1248.68 128.51 22.49 41.77 14.99 77.10 3577.61 流量和组成 反应器出口 kg/h 674.52 1663.2 546.04 3357.92 51888.25 22476.24 6823.75 922.09 1127.66 840.34 3392.61 93712.62 %(mol) 0.45 1.06 0.90 2.93 51.80 34.90 3.59 0.63 1.17 0.42 2.16 100 %(wt) 0.72 1.77 0.58 3.58 55.37 23.98 7.28 0.98 1.20 0.90 3.62 100 饱和塔物料平衡表

入塔气 成分 kmol/h kg/h 15763.65 51888.25 4255.38 0 0 0 71907.28 kg/h 492.61 1853.15 994.21 0 0 0 3339.97 kg/h 15763.65 51888.25 17895.75 0 0 0 85547.65 492.61 1853.15 236.41 0 0 0 2582.17 出塔气 入塔喷淋液 kg/h 0 0 206449 1033.25 1653.19 103.32 209238.8 塔釜排出液 kg/h 0 0 196379.87 981.90 1571.04 98.19 199031 O2 N2 H2O AN ACN 氰醇 合计

40

图4 水吸收塔的局部流程

A．入塔气流量和组成与换热器出口相同。

B．入塔器温度40℃，压力112KPa。出塔气温度10℃，压力101KPa C．入塔吸收液温度5℃

D．出塔AN溶液中含AN1.8%（wt） 4.6.2物料衡算

A．进塔物料（包括气体和凝水）的组成和流量与换热器出口相同 B．出塔气的组成和量

出塔干气含有C3H616.06kmol/h(674.52kg/h)、C3H837.80kmol/h(1663.2kg/h)、

O2104.94kmol/h(3357.92kg/h)、N21853.15kmol/h(51888.25kg/h)、CO277.10kmol/h(3392.61kg/h)

?10℃水的饱和蒸汽压pH?1228Pa，总压为101325Pa 2O出塔器中干气总量?16.06?37.80?104.94?1853.15?77.10?2089.05kmol/h出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下：

1228?2089.05?25.63kmol/h?461.34kg/h

101325?1228出塔气总量为：

674.52?1663.2?3357.92?51888.25?3392.61?60976.5kg/h

C．塔顶加入的吸收水量

（a）出塔AN溶液总量出塔AN溶液中，AN为1.8%（wt），AN的量为

6823.75kg/h，因此，出塔AN溶液总量为6823.75/0.018?379097.22kg/h

（b）塔顶加入的吸收水量 作水吸收塔的总质量衡算得：

16

入塔吸收液量?塔底AN溶液量?出塔气体总量?入塔气量?凝水量?379401.8?60976.5?73979.88?15075.85?351322.57kg/h

D．塔底AN溶液的组成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因为塔底AN溶液中的AN、CAN、HCN、ACL的量与进塔气、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=塔顶加入水+进塔气液混合物中的水-出塔气带出的水=351322.57?2955+14652.6-465.1=369395.27kg/hE．水吸收塔平衡如下：

表4-10 水吸收塔的物料平衡

组分 流量

16.06 37.80 236.41

104.94

1853.15

128.51

22.49

41.77

14.99

C3H6 C3H8

H2O

O2

N2

AN

ACN

HCN

ACL

CO2 合计

77.10 2533.22

F.检验前面关于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假设的正确性 因系统压力小于1Mpa，气相可视为理想气体，AN、ACN、ACL、HCN的量相对于水很小，故溶液为稀溶液．系统服从亨利定律和分压定律。压力和含量的关系为

pl??Elxl或pi?Eixi?

查得15℃时ACN、HCN、ACl．和AN的亨利系数E值为

ACNHCNACLAN(a)AN

E?4atm?405.3kPaE?18atm?1824kPaE?3333mHg?444.4kPaE?8atm?810kPa

塔底pAN?0.052?112?5.817kPa

x*AN?pAN5.817??0.00718 EAN810从以上计算可看出，xAN?0.006203?x?AN，可见溶液未达饱和。 (b)丙烯醛ACL

pACL?0.000606?112?0.068kPa

x*ACL?pACL0.068??0.0001527 EACL444.417

塔底ACL。含量xACL?0.0000723?x*ACL，溶液未达饱和。 (c) 乙腈ACN

pACN?0.009?112?1.016kPa

x*ACN?pACN1.016??0.0025EACN405.3

塔底ACN含量xACN?0.00108?x*ACN，溶液未达饱和。 (d) 氢氰酸HCN

pHCN?0.017?112?1.892kPa

*xHCN?pHCN1.892??0.0010EHCN1824

*塔底HCN含量xHCN?0.00202?xHCN

从计算结果可知，在吸收塔的下部，对HCN的吸收推动力为负值，但若吸收塔足够高，仍可使塔顶出口气体中HCN的含量达到要求。 4.6.3热量衡算

A．入塔气带入热Q1

各组分在0～40℃的平均摩尔热容如下

表4-11各组分在0～40℃的平均摩尔热容

组分

C3H6 61.92

C3H8 72.38

O2 29.46

N2 29.29

H2O 36.75

AN 63.35

ACN 52.09

HCN 62.76

ACL 65.61

CO2 38.66

Cp

Q1?(16.06?61.92?37.80?72.38?104.94?29.46?1853.15?29.29?236.41?36.75?128.51?63.35?22.49?52.09?41.77?62.76?14.99?65.61?77.10?38.66)(40?0)?3.43?106kJ/hB．入塔凝水带入热Q2

Q2?15075.85?4.184(40?0)?2.52?106kJ/h C．出塔气带出热Q3

Q3?(16.06?61.92?37.80?72.38?104.94?29.46?1853.15?29.29?27.44?36.75?77.10?38.66)?(10?0)?6.51?105kJ/hD．吸收水带入热Q4

Q4?351322.57?4.184(5?0)?7.35?106kJ/h

E．出塔AN溶液带出热Q5

18

AN溶液中各组分的液体摩尔热容如下

表4-12 AN溶液中各组分的液体摩尔热容

组分

H2O 75.3

AN 121.1

ACN 107.3

HCN 71.55

ACL 123.8

Cp

Q5?(19517.92?75.3?128.51?121.1?22.49?107.3?41.77?71.55?14.99?123.8)t?1492519.52t

F．水冷凝放热Q6

水冷凝量?4255.38?461.34?3794.04kg/h

水的冷凝热为2256kJ/kg，故Q6?3794.04?2256?8.56?106kJ/h G．AN、ACN、ACL、HCN等气体的溶解放热Q7 溶解热=冷凝放热+液-液互溶放热=冷凝热 AN、ACN、ACL、HCN的冷凝热数据如下

表4-13 AN、CAN、ACL、HCN的冷凝热数据

组分

AN 610.9

ACN 765.7

ACL 493.7

HCN 937.2

Cp

Q7?6554.01?610.9?922.09?765.7?839.44?493.7?1127.79?937.2?6.18?10kJ/hH．热衡算求出塔液温度t

热平衡方程Q1?Q2?Q4?Q6?Q7?Q3?Q5

代入数据得：

6

3.43?106?2.52?106?7.35?106?8.56?106?6.18?106?6.51?10?1492519.52t解得t?18.35?C

5

4.7 空气水饱和塔釜液槽

4.7.1计算依据

空气饱和塔液体进、出口流量和出口液体的温度由空气饱和塔物料和热衡算确定；去水吸收塔的液体流量由水吸收塔物料衡算的确定，见本文相关部分计算；排污量按乙腈解吸塔来的塔釜液量的15%考虑；乙腈解吸塔塔釜液量和去萃取解吸塔的液体量由精制系统的物料衡算确定。

19

4.7.2物料衡算

进料：

A．乙腈解吸塔釜液入槽量?511163.64?206449?304714.64kg/h B.空气饱和塔塔底液入槽量?196379.87?76696.52?119683.35kg/h C. 入槽软水量x kg/h 出料；

A.去水吸收塔液体量351322.57kg/h B.去萃取解吸塔液体量135882kg/h 作釜液槽的总质量平衡得

304714.64?119683.35?x?351322.57?135882 解得x?62806.58kg/h

图5 饱和塔釜液槽的物料关系

4.7.3热量衡算

A．入槽乙腈解吸塔釜液带入热Q1

Q1?304714.64?4.184(105?0)?1.34?108kJ/h

20

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