年产6000吨丙烯腈吸收工段的工艺设计
摘要
丙烯腈是三大合成材料—聚丙烯腈合成纤维，丁腈合成橡胶ABS树脂的重要原料，在有机化学合成工业和人民经济生活具有重要作用。本文介绍了丙烯腈的性质、用途、生产工艺，对6000t/a丙烯腈合成的吸收工段进行了工艺设计，对吸收塔、第一、二、三冷却器做了物料衡算和热量衡算，绘制了带控制点的工艺流程图。対主体设备做了工艺设计计算，确定了工艺尺寸，绘制了主体设备工艺条件图，做了设备布置设计，绘制了设备布置图，并对设备的正常运行提出了安全操作，措施。
关键词：丙烯 丙烯腈 氨氧化法 吸收
目 录
第一章 概论及设计任务……………………………………………… 2
第二章 生产方案……………………………………………………… 2
2.1 工艺技术方案及原理……………………………………… 2
2.2 设备方案…………………………………………………… 3
2.3 工程方案…………………………………………………… 3
第三章 物料衡算和热量衡算 ……………………………………… 3
3.1 生产工艺及物料流程……………………………………… 3
3.2 小时生产能力……………………………………………… 5
3.3 物料衡算和热量衡算……………………………………… 5
3.3.1 反应器的物料衡算和热量衡算……………………… 5
3.3.2 废热锅炉的热量衡算………………………………… 7
3.3.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算…………………… 8
3.3.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算…………………… 10
3.3.5 换热器物料衡算和热量衡算……………………… 13
3.3.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算…………………… 15
3.3.7 空气水饱和塔釜液槽……………………………… 18
3.3.8 丙烯蒸发器热量衡算……………………………… 19
3.3.9 丙烯过热器热量衡算……………………………… 19
3.3.10 氨蒸发器热量衡算………………………………… 20
3.3.11 气氨过热器………………………………………… 20
3.3.12 混合器……………………………………………… 20
3.3.13 空气加热器的热量衡算…………………………… 21
3.3.14 吸收水第一冷却器………………………………… 21
3.3.15 吸收水第二冷却器………………………………… 22
3.3.16 吸收水第三冷却器………………………………… 22
第四章 主要设备的工艺计算……………………………………… 22
4.1 空气饱和塔……………………………………………… 22
4.2 水吸收塔………………………………………………… 24
4.3 合成反应器……………………………………………… 26
4.4 废热锅炉………………………………………………… 27
4.5 丙烯蒸发器……………………………………………… 29
4.6 循环冷却器……………………………………………… 30
4.7 吸收水第一冷却器……………………………………… 31
4.8 吸收水第二冷却器……………………………………… 32
4.9 吸收水第三冷却器……………………………………… 33
4.10 氨蒸发器………………………………………………… 34
4.11 气氨过热器……………………………………………… 35
4.12 丙烯过热器……………………………………………… 35
4.13 空气加热器……………………………………………… 35
4.14 循环液泵………………………………………………… 36
4.15 空气压缩机……………………………………………… 36
4.16 中和液贮槽……………………………………………… 37
4.17 工艺设备一览表………………………………………… 37
4.18 原料消耗综合表………………………………………… 39
4.19 能量消耗综合表………………………………………… 40
4.20 排出物综合表…………………………………………… 41
4.21 主要管道流速表………………………………………… 41
第五章 环境保护和安全措施……………………………………… 44
5.1 丙烯腈生产中的废水和废气及废渣的处理…………… 44
5.2 生产安全及防护措施…………………………………… 45
第一章、概论及设计任务
概论
丙烯腈是重要的有机化工产品，在丙烯系列产品中居第二位，仅次于聚丙烯。在常温常压下丙烯腈是无色液体，味甜，微臭，沸点77.3℃。丙烯腈有毒，室内允许浓度为0.002mg／L，在空气中爆炸极限(体积分数)为3.05％～17.5％，与水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有C—C双键和氰基，化学性质活泼，能发生聚合、加成、氰基和氰乙基等反应，制备出各种合成纤维、合成橡胶、塑料、涂料等。
近年来，丙烷氨氧化生产丙烯腈的研究也取得长足进展，现已处于中试阶段。这一方面是由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低得多，另一方面也为惰性的丙烷开拓了新的应用领域。但就目前的技术水平来看，固定资产投资大，转化率低，选择性不高，目前报道的丙烷的转化率67％，选择性60％，还难以和丙烯氨氧化法相竞争，但其前景看好，根据美国斯坦福研究所18万t／a丙烯腈概念设计，丙烷为原料生产丙烯腈的成本只是丙烯的64％。研究开发的催化剂主要有V-Sb-Al-O、V-Sb-W-Al-O、Ga-Sb-A1-O、V-Bi-Mo-O等。
丙烯腈是重要的有机原料，主要用于橡胶合成（如丁腈橡胶）、塑料合成（如ABS，AS树脂、聚丙烯酰胺等）、有机合成、制造腈纶、尼龙66等膈成纤维、杀虫剂、抗水剂、粘合剂等。
第二章、生产方案
2.1 工艺技术方案及原理
20世纪60年代以前，丙烯腈的生产采用环氧乙烷、乙醛、乙炔等为原料和HCN反应制得，但HCN有剧毒，生产成本高。1960年美国Standard石油公司(Sohio)(现BP公司)开发成功丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新工艺，又称Sohio法。由于丙烯价廉易得，又不需剧毒的HCN，从此丙烯腈的生产发生了根本的变化。迄今为止，丙烯腈的工业生产都以此方法进行。
丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五种工艺路线，即Sohio法、Snam法、Distiners-Ugine法、Montedison UOP和O.S.W法，上述五种工艺路线的化学反应完全相同，丙烯、氨和空气通过催化剂生成丙烯腈，其中Sohio法和Montedison-UOP法采用流化床反应器，其他方法采用固定床反应器。相比较而言，Sohio法有一定的先进性，Snam法和Distillers-Ugine法丙烯的消耗定额比较高，而固定床反应器的单台生产能力远小于流化床反应器，不利于扩大生产能力，而且固定床反应温度难以实现最优化操作，因此，目前Sohio法应用比较普遍，约占全球总生产能力的90％。中国引进的也是Sohio技术。
参考资料
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