丙烯腈工藝車間設(shè)計(jì)(課程設(shè)計(jì))

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………2</p><p>　　2. 丙烯腈車間工藝設(shè)計(jì)…………………………………………4</p><p>　　3. 前言……………………………………………………………4</p><p>　　丙烯腈工藝設(shè)

2、計(jì)計(jì)算…………………………………………5</p><p>　　附表……………………………………………………………37</p><p>　　課程設(shè)計(jì)心得…………………………………………………39</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………39</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p>&

3、lt;p>　　院（系）： 基層教學(xué)單位： </p><p><b>　　丙烯腈車間工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：設(shè)計(jì)丙烯腈的生產(chǎn)工藝流程，通過對原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定及對主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)，完成對丙烯腈的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><

4、;p><b>　　前 言</b></p><p>　　丙烯腈，別名，氰基乙烯；為無色易燃液體，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)，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，用來生產(chǎn)聚丙烯纖維(即合成纖

5、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<

6、;/p><p>　　(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，這兩種原料均來源豐富且價(jià)格低廉。</p><p>　　(2)工藝流程比較簡單．經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。</p><p>　　(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。</p><p>　　(4)丙烯氨氧化過

7、程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上很有利。</p><p>　　(5)反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對設(shè)備無加壓要求。</p><p>　　(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</p><p><b>　　丙烯腈工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p>&l

8、t;p>　　1.生產(chǎn)能力：4700噸/年</p><p>　　2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩爾分率）；液氨100%</p><p>　　3.產(chǎn)品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液</p><p>　　4.生產(chǎn)方法：丙烯氨氧化法</p><p>　　5.丙烯腈損失率：3.1%</p><p><b>　

9、　6.設(shè)計(jì)裕量：6%</b></p><p>　　7.年操作日300天 </p><p>　　丙烯腈工藝流程的確定</p><p>　　液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器蒸發(fā)，然后分別在丙烯過熱器和氨氣過熱器過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

10、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70～80℃下用硫酸吸收反應(yīng)器出口氣體中未反應(yīng)的氨，</p><p>　　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5～10℃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

11、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。</p><p>　　二 物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　小時(shí)生產(chǎn)能力</b></p><p>　　接年工作日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4300噸/年，則每天每小時(shí)產(chǎn)量為： </p><p&g

12、t;　　反應(yīng)器的物料衡算和熱量街算</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p><b>　　A．丙烯腈產(chǎn)量，即</b></p><p>　　B. 原料組成(摩爾分?jǐn)?shù)) 丙烯85%，丙烷15%</p><p>　　C．進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)為</p>&l

13、t;p>　　D. 反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為</p><p>　　E. 操作壓力進(jìn)口0．203，出口0 162</p><p>　　F．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℃</p><p><b>　　(2)物料衡算</b></p><p>　　A．反應(yīng)器進(jìn)口原科氣中各組分的流量<

14、/p><p>　　B．反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(3)熱量衡算</b></p><p>　　查閱相關(guān)資料獲得各物質(zhì)各物質(zhì)0～110℃、0～360℃、0～470℃的平均定壓比熱容</p><p>　　濃相段熱

15、衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量</p><p>　　各物質(zhì)25～t℃的平均比熱容用o～t℃的平均比熱容代替，誤差不大，因此，</p><p>　　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：</p><p>　　濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405的飽和蒸汽（飽和溫度143℃）</p><p>　　143℃飽和

16、蒸汽焓：</p><p><b>　　143℃飽和水焓：</b></p><p>　　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</p><p>　　以0℃氣體為衡算基準(zhǔn)</p><p>　　進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為：</p><p>　　離開稀相段的氣體帶出熱為：</p>&

17、lt;p>　　熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：</p><p>　　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：</p><p>　　2.3 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A．入塔空氣壓力0.263，出塔空氣壓力0.24

18、3</p><p>　　B．空壓機(jī)入口空氣溫度30℃，相對溫度80％，空壓機(jī)出口氣體溫度170℃</p><p>　　C．飽和塔氣、液比為152.4(體積比)，飽和度0.81</p><p>　　D．塔頂噴淋液為乙腈解吸塔釜液，溫度105℃，組成如下</p><p>　　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</p>

19、<p><b>　　(2)物料街算</b></p><p><b>　　A．進(jìn)塔空氣量</b></p><p>　　查得30℃，相對濕度80%時(shí)空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空氣．因此，進(jìn)塔空氣帶</p><p><b>　　入的水蒸氣量為：</b></p><

20、;p><b>　　B．進(jìn)塔熱水量</b></p><p>　　氣、液比為152.4，故進(jìn)塔噴淋液量為：</p><p>　　塔頂噴淋液105℃的密度為，因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：</p><p><b>　　C．出塔濕空氣量</b></p><p>　　出塔氣體中的的量與反應(yīng)器人口氣體相同，因而

21、</p><p><b>　　D．出塔液量</b></p><p><b>　　(3)熱衡算</b></p><p>　　A．空氣飽和塔出口氣體溫度 </p><p>　　空氣飽和塔出口氣體中，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為： </p><p>　　根據(jù)分壓定律．蒸汽的實(shí)際分壓為：&l

22、t;/p><p>　　因飽和度為0.81，．所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為：</p><p>　　查飽和蒸汽表得到對應(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。</p><p>　　B．入塔熱水溫度 入塔水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05℃。</p><p>　　C．由熱衡算求出塔熱水溫度t 熱衡算基準(zhǔn)

23、：0℃氣態(tài)空氣，0℃液態(tài)水。</p><p>　　(a)170℃進(jìn)塔空氣帶人熱量，</p><p>　　170℃蒸汽焓值為，干空氣在0~l70℃的平均比熱容</p><p>　　(b)出塔濕空氣帶出熱量</p><p>　　90℃蒸汽焓，空氣比熱容取</p><p>　　(c)105℃入塔噴淋液帶入熱量</p&g

24、t;<p>　　(d)求出塔熱水溫度 出塔熱水帶出熱量用表示，則</p><p><b>　　熱損失按5%，則</b></p><p><b>　　熱平衡方程</b></p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)，</b></p><p>　　解得 T=

25、77.86℃</p><p>　　因此，出塔熱水溫度為77.86℃</p><p>　　2.4 氨中和塔物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A．入塔氣體流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同。</p><p>　　B．在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收，

26、生成硫酸銨。</p><p>　　C．新鮮硫酸吸收劑的含量為93％(wt)。</p><p>　　D．塔底出口液體(即循環(huán)液)的組成如下</p><p>　　E．進(jìn)塔氣溫度l80℃，出塔氣溫度76℃，新鮮硫酸吸收劑溫度30℃</p><p>　　F．塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa。</p><p>

27、<b>　　(2)物料衡算</b></p><p>　　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。</p><p>　　氨和硫酸反應(yīng)的方程式： </p><p>　　的生成量，即需要連續(xù)排出的流量為:</p><p>　　塔底排出液中, 的含量為30.9%（wt），因此，排放的廢液量為：&l

28、t;/p><p>　　排放的廢液中．各組分的量：</p><p>　　需補(bǔ)充的新鮮吸收劑的量為：</p><p>　　出塔氣體中各組分的量</p><p><b>　　(3)熱衡算</b></p><p>　　A．出塔氣體溫度 塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為</p><p>　　設(shè)

29、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><p>　　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 。</p><p>　　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76℃</p><p>　　B．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70℃</p><p><

30、;b>　　C．塔釜排出液溫度</b></p><p>　　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，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。</p>

31、<p>　　熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量 </p><p>　　作圖l0 3的虛線方框列熱平衡方程得</p><p><b>　　入塔氣體帶入熱</b></p><p><b>　　入塔氣體帶入熱量</b></p><p>　　(b)出塔氣體帶出熱</p><

32、;p>　　各組分在0～76℃的平均比熱容的值如下</p><p>　　(c)蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱</p><p><b>　　蒸汽的冷凝熱為</b></p><p>　　(d)有機(jī)物冷凝放熱</p><p>　　AN的冷凝量．其冷凝熱為</p><p>　　ACN的冷凝量．其冷凝熱為</

33、p><p>　　HCN的冷凝量，其冷凝熱為</p><p><b>　　(e)氨中和放熱；</b></p><p>　　每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ</p><p><b>　　(f)硫酸稀釋放熱</b></p><p>　　硫酸的稀釋熱為749kJ／kg </p

34、><p>　　(g)塔釜排放的廢液帶出熱量</p><p>　　塔釜排放的廢液中，與的摩爾比為,查氮肥設(shè)計(jì)手冊得此組成的硫酸銨水溶液比熱容為。</p><p>　　(h)新鮮吸收劑帶入熱 </p><p><b>　　的比熱容為。</b></p><p>　　(i)求循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷</

35、p><p>　　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：</p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　(J)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量W </p><p>　　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</p><p>　　求循環(huán)液量m

36、 </p><p>　　循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制。</p><p>　　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容。</p><p>　　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℃。</p><p>　　對新鮮暖收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點(diǎn))列熱平衡方程得：</p><

37、;p><b>　　(1)</b></p><p>　　對循環(huán)冷卻器列熱平衡得：</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　聯(lián)解式(1)和(2)得 </p><p>　　2.5 換熱器物料衡算和熱量衡算</p><p>　　(1)計(jì)算依據(jù)

38、 </p><p>　　進(jìn)口氣體76℃，組成和流量與氨中和塔出口氣相同</p><p>　　出口氣體溫度40℃，操作壓力115.5kPa。</p><p>　　(2)物料衡算 出口氣體溫度40℃， 40℃飽和蒸汽壓力為</p><p>　　設(shè)出口氣體中含有X kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有:</p><p>

39、;<b>　　解得 </b></p><p><b>　　蒸汽的冷凝量為 </b></p><p>　　因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下</p><p><b>　　(3)熱衡算</b></p><p>　　A．換熱器入口氣體帶入熱(等于氨中和塔出口氣體帶出熱)

40、</p><p>　　B．蒸汽冷凝放出熱：</p><p>　　40℃水汽化熱為2401 lkJ／kE</p><p><b>　　C．冷凝液帶出熱</b></p><p>　　D．出口氣體帶出熱；</p><p>　　出口氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容為</p><p&

41、gt;　　E．熱衡算求換熱器熱負(fù)荷</p><p><b>　　平衡方程：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)求得：</b></p><p>　　2.6 水吸收塔物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><

42、p>　　A．入塔氣流量和組成與換熱器出口相同。</p><p>　　B．入塔器溫度40℃，壓力112Kpa。出塔氣溫度10℃，壓力101Kpa</p><p>　　C．入塔吸收液溫度5℃</p><p>　　D．出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）</p><p><b>　　(2)物料衡算</b></p&g

43、t;<p>　　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</p><p>　　B．出塔干氣含有、、</p><p><b>　　、 、</b></p><p>　　10℃水的飽和蒸汽壓，總壓為101325Pa</p><p>　　出塔器中干氣總量=3.09+3.96+12.41+194.0

44、8+8.07=221.61kmol/h</p><p>　　出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：</p><p><b>　　出塔氣總量為：</b></p><p>　　C．塔頂加入的吸收水量</p><p>　　（a）出塔AN溶液總量 出塔AN溶液中，AN為1.8%（wt），AN的量為758.8kg/h，因

45、此，出塔AN溶液總量為713.39/0.018=39632.78kg/h</p><p>　?。╞）塔頂加入的吸收水量 作水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：</p><p>　　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。</p><p&

46、gt;　　E水吸收塔平衡如下：</p><p>　　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 </p><p>　　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</p><p><b>　　或</b></p&

47、gt;<p>　　塔底排出液的溫度為15℃(見后面的熱衡算)</p><p>　　查得l5 ℃時(shí)ACN、HCN、ACl．和AN的亨利系數(shù)E值為</p><p><b>　　(a)AN</b></p><p><b>　　塔底 </b></p><p>　　從以上計(jì)算可看出，，可見溶

48、液未達(dá)飽和。</p><p><b>　　(b)丙烯醛ACL</b></p><p>　　塔底。含量，溶液未達(dá)飽和。</p><p><b>　　(c)乙腈</b></p><p>　　塔底含量，溶液未達(dá)飽和。</p><p><b>　　(d)氫氰酸</b&

49、gt;</p><p><b>　　塔底含量</b></p><p>　　從計(jì)算結(jié)果可知，在吸收塔的下部，對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。</p><p><b>　　(3)熱量衡算</b></p><p><b>　　A．入塔氣帶入

50、熱。</b></p><p>　　各組分在0～40℃的平均摩爾熱容如下</p><p>　　B．入塔凝水帶人熱：</p><p><b>　　C．出塔氣帶出熱。</b></p><p><b>　　D．吸收水帶入熱</b></p><p><b>　　E

51、．出塔溶液帶出熱</b></p><p>　　溶液中各組分的液體摩爾熱容如下</p><p><b>　　水冷凝放熱</b></p><p>　　水的冷凝熱為2256kJ/kg 故</p><p>　　G．等氣體的溶解放熱</p><p>　　溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱&

52、lt;/p><p><b>　　的冷凝熱數(shù)據(jù)如下</b></p><p>　　H．熱衡算求出塔液溫度t</p><p><b>　　熱平衡方程 ：</b></p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　解得

53、 </b></p><p>　　2.7 空氣水飽和塔釜液槽</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　進(jìn)、出口物料關(guān)系和各股物料的流量和溫度如圖10.4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，見本文相關(guān)部分計(jì)算

54、；排污量按乙腈解吸塔來的塔釜液量的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。</p><p><b>　　(2)物料衡算</b></p><p><b>　　進(jìn)料：</b></p><p>　　A．乙腈解吸塔釜液入槽量=56650-21620.78=35029.02kg/h</p&

55、gt;<p>　　B. 空氣飽和塔塔底液入槽量=20564.91-8500=12064.91kg/h</p><p>　　C. 入槽軟水量x kg/h</p><p><b>　　出料；</b></p><p>　　A. 去水吸收塔液體量36371.64kg/h</p><p>　　B. 去萃取解吸塔液體量

56、l5000kg/h</p><p>　　作釜液槽的總質(zhì)量平衡得</p><p>　　解得 </p><p><b>　　(3)熱量衡算</b></p><p>　　A．入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱。</p><p>　　B. 入槽軟水帶入熱。</p><p>　

57、　C．空氣飽和塔塔底液帶入熱，</p><p>　　D．去吸收塔液體帶出熱</p><p>　　E．去萃取解吸塔液體帶出熱</p><p>　　F．熱衡算求槽出口液體溫度t</p><p>　　熱損失按5％考慮，熱平衡方程為</p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)：</b></p>&

58、lt;p>　　解得 t=91.39℃</p><p>　　2.8 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算</p><p>　　(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。</p><p><b>　　(2)有關(guān)數(shù)據(jù)</b></p><p>　

59、　A. 0.405MPa下丙烯的沸點(diǎn)為-l3℃，汽化熱410kJ／kz</p><p>　　B. 0 405MPa下丙烷的沸點(diǎn)為-5℃，汽化熱376.6kJ／kg</p><p>　　(3)熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量</p><p>　　A. 丙烯蒸發(fā)吸收的熱</p><p>　　B. 丙烷蒸發(fā)吸收的熱。</p>

60、<p>　　C. 丙烯蒸發(fā)器的熱血荷</p><p><b>　　冷損失按l0％考慮</b></p><p><b>　　D．冷凍鹽水用量</b></p><p>　　平均溫度(-1℃)下，冷凍鹽水比熱容為3.47kJ／(kg·K)</p><p><b>　　冷凍鹽水

61、用量為</b></p><p>　　2.9 丙烯過熱器熱量衡算</p><p>　　(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。</p><p>　　(2)熱衡算 求丙烯過熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量</p><p>　　丙烯氣的比熱容為l.464kJ/(kg·K)，丙烷

62、氣比熱容1.715kJ/(kg·K)，冷損失按10％考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為</p><p><b>　　加熱蒸汽量為</b></p><p>　　.上式中2138kJ/kg是0.405M Pa蒸汽的冷凝熱。</p><p>　　2.10 氨蒸發(fā)器熱量衡算</p><p><b>　　(1)計(jì)

63、算依據(jù)</b></p><p>　　A. 蒸發(fā)壓力0.405MPa。</p><p>　　B. 加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽。冷凝熱為2138kJ/kg。</p><p>　　(2)有關(guān)數(shù)據(jù)0．405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7 C，汽化熱為l276kJ／kg。</p><p>　　(3)熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量

64、 </p><p>　　冷損失按10％考慮，氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為</p><p><b>　　加熱蒸汽量為 </b></p><p>　　2.11 氣氨過熱器</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A．氣氨進(jìn)口溫度-7℃，

65、出口溫度65℃。</p><p>　　B. 用0.405MPa蒸汽為加熱劑。</p><p>　　C．氣氨流量366.36kg/h。</p><p>　　(2)熱衡算 求氣氨過熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量 </p><p>　　氨氣的比熱容為2.218kJ/(kg.K)，冷損失按10％考慮，氣氨過熱器的熱負(fù)荷為</p>

66、<p><b>　　加熱蒸汽用量為</b></p><p><b>　　2.12 混合器</b></p><p>　　(1)計(jì)算依據(jù) 氣氨進(jìn)口溫度65℃．流量366.36kg/h。</p><p>　　丙烯氣進(jìn)口溫度65℃，流量942.06kg/h，丙烷氣進(jìn)口溫度65℃，流量174.16kg/h。&l

67、t;/p><p>　　出口混合氣溫度110℃。濕空氣來自空氣加熱器</p><p>　　(2)熱衡算 </p><p>　　求進(jìn)口溫空氣的溫度t 以0℃為熱衡算基準(zhǔn)。</p><p>　　、、，在0～65℃的平均比熱容如下表</p><p>　　A．氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱．</p><

68、p><b>　　B．氣態(tài)氨帶入熱</b></p><p>　　C．溫空氣帶入熱 </p><p>　　、和蒸汽0～136℃的平均比熱容分別為、和</p><p>　　D．混合器出口氣體帶出熱</p><p>　　E. 熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度t 熱損失按l0％考慮。</p><p

69、><b>　　熱衡算方程：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　解得 t=136.03℃</p><p>　　2.13 空氣加熱器的熱量衡算</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><

70、;p>　　A. 入口空氣溫度90℃，出口空氣溫度136℃。</p><p>　　B．空氣的流量和組成如下。</p><p>　　(2)熱衡算 求空氣加熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽量 、和蒸汽90～136℃的平均比熱容分別為、和。</p><p>　　熱損失按l0％考慮，空氣加熱器的熱負(fù)荷為</p><p>　　用0.60

71、8MPa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</p><p>　　三 主要設(shè)備的工藝計(jì)算</p><p>　　3.1 空氣飽和塔</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A. 進(jìn)塔空氣的組成和流量</p><p>

72、;　　B. 出塔溫空氣的組成和流量</p><p>　　C．塔頂噴淋液量21620.98kg/h，溫度105℃。</p><p>　　D．塔底排出液量20564.91kg/h，溫度93.9℃。</p><p>　　E．塔底壓力O.263MPa，塔頂壓力O.243MPa。</p><p>　　F．人塔氣溫度l70℃，出塔氣溫度90℃。<

73、/p><p>　　G．填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。</p><p><b>　　(2)塔徑的確定</b></p><p>　　根據(jù)拉西環(huán)的泛點(diǎn)速度計(jì)算公式</p><p><b>　　(A)</b></p><p><b>　　A．塔頂處</b></p&

74、gt;<p>　　L=21620.98kg/h G=8296.94kg/h </p><p><b>　　把數(shù)據(jù)代人(A)式</b></p><p>　　解得 </p><p>　　泛點(diǎn)率取75％，則氣體空塔速度為 </p><p>　　出塔操作條件下

75、的氣量：</p><p><b>　　塔徑應(yīng)為：</b></p><p><b>　　B. 塔底處</b></p><p>　　L=20564.91kg/h G=7240.87kg/h</p><p><b>　　把數(shù)據(jù)代入(A)式</b></

76、p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　氣體空塔速度為 </p><p>　　人塔氣在操作條件下的氣量：</p><p><b>　　塔徑應(yīng)為：</b></p><p><b>　　取塔徑為：1.2m</b></p>

77、<p><b>　　(3)填料高度</b></p><p>　　空氣水飽和塔的填料高度確定須考慮兩方面的要求</p><p>　　A. 使出塔氣體中蒸汽含量達(dá)到要求。</p><p>　　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ACN等副產(chǎn)物。按工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。取填料高度

78、1lm</p><p><b>　　3.2 水吸收塔</b></p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A. 進(jìn)塔氣體流量和組成</p><p>　　B．出塔氣體流量和組成</p><p>　　隨入塔氣進(jìn)入的凝水1578.05kg/h</

79、p><p>　　C． 塔頂噴淋液量36371.64kg/h，含 0.005％(wt)，溫度5℃。</p><p>　　D． 塔底排出液量39632.78kg/h，溫度15.9℃。</p><p>　　E. 塔底壓力ll2kPa，塔頂壓力101kPa。</p><p>　　F． 入塔氣溫度40℃，出塔氣溫度l0℃，</p><

80、p>　　G． 出塔氣體中含量不大于0.055%(wt)。</p><p>　　h． 填料用250Y型塑料孔板波紋填料。</p><p>　　(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</p><p><b>　　(A)</b></p><p><b>　　按塔底情況計(jì)算</

81、b></p><p>　　L= 36371.64kg/h G= 7699.13 kg/h</p><p><b>　　把數(shù)據(jù)代人(A)式</b></p><p>　　解得 </p><p>　　空塔氣速為(泛點(diǎn)率取70%) </p><p>　

82、　氣體在操作條件下的流量為</p><p><b>　　塔徑應(yīng)為： </b></p><p><b>　　取塔徑為：1.2m</b></p><p><b>　　(3)填料高度</b></p><p>　　液體的噴淋密度 </p><p>

83、;　　塑料孔板液紋填料250Y的液相傳質(zhì)單元高度：</p><p>　　當(dāng)時(shí)，25℃下的為0.187m</p><p>　　時(shí)，25℃下的為0.225m</p><p>　　內(nèi)插得到時(shí)，25℃下的為0.206m</p><p><b>　　又 </b></p><p>　　塔內(nèi)液體的

84、平均沮度為(5+15.9)/2=10.45℃</p><p>　　液相傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式如下</p><p>　　塔底 </p><p><b>　　塔頂 </b></p><p>　　出口氣體中含有不小于0.055％(wt)，因此</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)求

85、：</b></p><p><b>　　填料高度為 </b></p><p><b>　　取填料高度為：7m</b></p><p>　　3.3 丙烯蒸發(fā)器</p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A.

86、 丙烯在管外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-l3℃，管內(nèi)用0℃的冷凍鹽水(17.5％NaOH水溶液)與丙烯換熱，冷凍鹽水出口溫度-2℃。</p><p>　　B. 丙烯蒸發(fā)量942.06kg/h，冷凍鹽水用量71577.5kg/h。</p><p>　　C. 丙烯蒸發(fā)器熱負(fù)荷</p><p>　　(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積</p><p&

87、gt;<b>　　A．總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　(a)管內(nèi)給熱系數(shù)。</p><p>　　蒸發(fā)器內(nèi)安裝的U型鋼管80根。</p><p>　　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；</p><p><b>　　冷凍鹽水流速為</b></p><p>

88、;<b>　　，過渡流</b></p><p>　　(b)管外液態(tài)丙烯沸騰給熱系數(shù)取</p><p>　　(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)。</p><p>　　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</p&

89、gt;<p><b>　　C．換熱面積</b></p><p>　　熱負(fù)荷 </p><p><b>　　換熱面積為</b></p><p>　　取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為</p><p><b>　　循環(huán)冷卻器</b></p>&l

90、t;p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A．管內(nèi)循環(huán)液流量88204kg/h。進(jìn)口沮度81℃，出口溫度70.1℃。</p><p>　　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186400kg/h</p><p>　　C．熱負(fù)荷為kJ/h． </p><p&g

91、t;　　(2)計(jì)算換熱面積 </p><p>　　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=40mm</p><p><b>　　總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　(a)管內(nèi)循環(huán)液側(cè)的給熱系數(shù)&

92、lt;/p><p>　　平均流體溫度，該溫度循環(huán)液的物性數(shù)據(jù)如下</p><p><b>　　管內(nèi)流體的流速為</b></p><p>　　殼程(循環(huán)水側(cè))的給熱系數(shù)</p><p>　　循環(huán)水平均溫度(32+36)/2=34℃，34℃水的物性數(shù)據(jù)為</p><p>　　正三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑的計(jì)算

93、公式為</p><p>　　管外流體的流速根據(jù)流體流過的最大截面積S來計(jì)算，S的計(jì)算公式為</p><p>　　已知t=40mm，=32mm，h=374mm, D=888mm．</p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)得</b></p><p><b>　　管外流體的流速為</b></p>

94、<p>　　值在2000～1000000范圍內(nèi)可用下式計(jì)算給熱系數(shù)</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 </p><p>　　(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：</p><p><b>　　B．對數(shù)平均溫差</b></p><p&g

95、t;<b>　　C. 換熱面積</b></p><p><b>　　熱負(fù)荷 </b></p><p><b>　　換熱面積為</b></p><p>　　取安全系數(shù)l.2則換熱面積為。因此，選GH90—105-1型石墨換熱器，其換熱面積已足夠。</p><p><b&

96、gt;　　氨蒸發(fā)器</b></p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A. 氨蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-7℃。</p><p>　　B．加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃。</p><p><b>　　C．熱負(fù)荷</b></p>

97、<p><b>　　(2)計(jì)算換熱面積</b></p><p>　　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</p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)求K：</b></p><p><b>　　B．平均溫度差</b>

98、</p><p>　　C.換熱面積氨蒸發(fā)器熱負(fù)荷為</p><p><b>　　換熱面積為</b></p><p><b>　　取換熱面積為：</b></p><p><b>　　氨氣過熱器</b></p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)&

99、lt;/b></p><p>　　A. 進(jìn)口氣氯溫度-7℃．出口氣氨溫度65℃。</p><p>　　B．加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃。</p><p><b>　　C．熱負(fù)荷</b></p><p><b>　　(2)計(jì)算換熱面積</b></p><p>

100、;　　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 </p><p>　　B．平均溫度差 冷端溫差為143-(-7)=150℃，熱端溫差為l43-65=78℃。</p><p>　　C.換熱面積 熱負(fù)荷為</p><p><b>　　換熱面積為</b></p

101、><p>　　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。</p><p><b>　　丙烯過熱器</b></p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A. 進(jìn)口氣體溫度一l3℃，出口氣體溫度65℃。</p><p>　　

102、B．加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃。</p><p><b>　　C．熱負(fù)荷．</b></p><p><b>　　(2)計(jì)算換熱面積</b></p><p>　　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 </p><p>

103、;　　B．平均溫度差 冷端溫差為143-(-7)=150℃，熱端溫差為l43-65=78℃。</p><p>　　C.換熱面積 熱負(fù)荷為</p><p><b>　　換熱面積為</b></p><p>　　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。</p><p

104、><b>　　空氣加熱器</b></p><p><b>　　(1)計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　A．空氣走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。</p><p>　　B．進(jìn)口氣體溫度90℃，出口氣體溫度l36℃，氣體進(jìn)口壓力0．243MPa，氣體的流量和組成如下：</p><p>　　C．加熱蒸汽為

105、0.608MPa(對應(yīng)的飽和溫度為l64.2℃)，流量為288kg/h。</p><p><b>　　D．熱負(fù)荷為 即</b></p><p>　　(2)計(jì)算換熱面積 初選Ⅱ浮頭式換熱器一臺(tái)，換熱器有的管子268根。</p><p><b>　　A. 總傳熱系數(shù)</b></p><p>

106、;　　(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℃，</p><p>　　113℃空氣的物性數(shù)據(jù)為：, , </p><p><b>　　空氣的密度 </b></p><p>　　(b)管外蒸汽冷凝側(cè)給熱系數(shù) 取</p><p>　　(c)總傳熱系數(shù) 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)

107、為，空氣側(cè)污垢熱阻，蒸汽冷凝側(cè)污垢熱阻</p><p>　　代入數(shù)據(jù)求總傳熱系數(shù)：</p><p><b>　　B．對數(shù)平均溫度差</b></p><p><b>　　C.換熱面積</b></p><p>　　安全系數(shù)取1.2，則換熱面積應(yīng)為，所選換熱面積，符合要求。</p><

108、p><b>　　循環(huán)液泵</b></p><p>　　循環(huán)液質(zhì)量流量88204kg/h，循環(huán)液密度為．因此循環(huán)液的體積流量為</p><p><b>　　又 </b></p><p>　　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。</p&g

109、t;<p><b>　　空氣壓縮機(jī)</b></p><p>　　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。現(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/h,則排氣量(換算為第一級(jí)進(jìn)氣條件)為</p><p>　　因工藝要求排出壓力為0.263MPa，故選用排氣量為，

110、排氣壓力為0．35MPa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)。</p><p><b>　　中和液貯槽</b></p><p>　　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</p><p>　　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</p

111、><p>　　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</p><p>　　中和塔的操作壓力為0．263MPa，在國家標(biāo)準(zhǔn)容器系列JBl428 74(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.25～4MPa)中選用工作壓力0.25MPa，公稱容器的型號(hào)，此容器的直徑為1600mm，長度為2600mm。</p>&l

112、t;p><b>　　四 附表</b></p><p><b>　　反應(yīng)器物料平衡表</b></p><p><b>　　飽和塔物料平衡表</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳英男、劉玉蘭.常用華工單元設(shè)

113、備的設(shè)計(jì)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2005、4</p><p>　　[2]賈紹義、柴誠敬.化工原理課程設(shè)計(jì)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002、8</p><p>　　[3]路秀林、王者相.塔設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004、1</p><p>　　[4]王明輝.化工單元過程課程設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002、6</p>

114、<p>　　[5]夏清、陳常貴.化工原理（上冊）[M].天津：天津大學(xué)出版社，2005、1</p><p>　　[6]夏清、陳常貴.化工原理（下冊）[M].天津：天津大學(xué)出版社，2005、1</p><p>　　[7]《化學(xué)工程手冊》編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊—?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989、7</p><p>　　[8]劉光啟、馬連湘

115、.化學(xué)化工物性參數(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[9]賀匡國.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計(jì)，對實(shí)際單