課程設計---丙烯腈車間工藝設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一部分 分生產方法……………………………………………………… 3</p><p>　　第二部分 設計技術參數(shù)…………………………………………………… 4</p><p>　　第三部分 物料衡算和熱量衡算…………………………………………… 4</p>&

2、lt;p>　　3.1 丙烯腈工藝流程示意圖……………………………………………… 4</p><p>　　3.2 小時生產能力…………………………………………………………5</p><p>　　3.3 反應器的物料衡算和熱量街算……………………………………… 5</p><p>　　3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算……………………………………8</

3、p><p>　　3.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算………………………………………10</p><p>　　3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算…………………………………………15</p><p>　　3.7 水吸收塔物料衡算和熱量衡算……………………………………… 17</p><p>　　3.8 空氣水飽和塔釜液槽 …………………………………

4、…………… 21</p><p>　　3.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算…………………………………………………23</p><p>　　3.10 丙烯過熱器熱量衡算……………………………………………… 23</p><p>　　3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算………………………………………………… 24</p><p>　　3.12 氨氣過熱器………

5、……………………………………………………24</p><p>　　3.13 混合器……………………………………………………………… 24</p><p>　　3.14 空氣加熱器的熱量衡算…………………………………………… 25</p><p>　　第四部分 主要設備的工藝計算…………………………………………… 26</p><p>　

6、　4.1 空氣飽和塔……………………………………………………………26</p><p>　　4.2 水吸收塔………………………………………………………………28</p><p>　　4.3 丙烯蒸發(fā)器……………………………………………………………30</p><p>　　4.4 循環(huán)冷卻器…………………………………………………………… 32</p>

7、<p>　　4.5 氨蒸發(fā)器……………………………………………………………… 34</p><p>　　4.6 氨氣過熱器…………………………………………………………… 35</p><p>　　4.7 丙烯過熱器…………………………………………………………… 35</p><p>　　4.8 空氣加熱器……………………………………………………………

8、36</p><p>　　4.9 循環(huán)液泵………………………………………………………………37</p><p>　　4.10 空氣壓縮機……………………………………………………………38</p><p>　　4.11中和液貯槽…………………………………………………………… 38</p><p>　　第五部分 附錄…………………………………

9、…………………………… 39</p><p>　　5.1附表………………………………………………………………………39</p><p>　　5.2 參考文獻………………………………………………………………41</p><p>　　第六部分 課程設計心得…………………………………………………… 42</p><p><b>　　丙

10、烯腈車間工藝設計</b></p><p>　　摘要：設計丙烯腈的生產工藝流程，通過對原料，產品的要求和物性參數(shù)的確定及對主要尺寸的計算，工藝設計和附屬設備結果選型設計，完成對丙 烯腈的工藝設計任務。</p><p>　　第一部分 生產方法</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，易溶于一般有機溶劑；遇火種、

11、高溫、氧化劑有燃燒爆炸的危險，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）；沸點為 77.3℃ ，閃點 -5℃ ，自燃點為 481℃ 。丙烯腈是石油化學工業(yè)的重要產品，用來生產聚丙烯纖維(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

12、的腈綸質地柔軟，類似羊毛，俗稱“人造羊毛”，它強度高，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，應用十分廣泛。丙烯氨氧化法的優(yōu)點如下</p><p>　　(1)丙烯是目前大量生產的石油化學工業(yè)的產品，氨是合成氨工業(yè)的產品，這兩種原料均來源豐富且價格低廉。</p><p>　　(2)工藝流程比較簡

13、單．經一步反應便可得到丙烯腈產物。</p><p>　　(3)反應的副產物較少，副產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)丙烯氨氧化過程系放熱反應，在熱平衡上很有利。</p><p>　　(5)反應在常壓或低壓下進行，對設備無加壓要求。</p><p>　　(6)與其他生產方法如乙炔與氫氰酸

14、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備(如乙炔發(fā)生裝置和氰化氫合成裝茸)的建設投資。</p><p>　　丙烯氨氧化法制丙烯腈（AN）生產過程的主反應為</p><p>　　該反應的反應熱為 AN</p><p>　　主要的副反應和相應的反應熱數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　生成氰化氫（HCN）</p>&

15、lt;p><b>　　HCN</b></p><p>　?。?）生成丙烯醛（ACL）</p><p><b>　　ACL</b></p><p>　?。?）生成乙腈（ACN）</p><p><b>　　ACN</b></p><p>　　（4）生

16、成CO2和H2O</p><p><b>　　CO2</b></p><p>　　第二部分 設計技術參數(shù)</p><p>　　1.生產能力：3900噸/年</p><p>　　2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩爾分率）；液氨100%</p><p>　　3.產品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液&

17、lt;/p><p>　　4.生產方法：丙烯氨氧化法</p><p>　　5.丙烯腈損失率：3.1%</p><p><b>　　6.設計裕量：6%</b></p><p>　　7.年操作日300天 </p><p>　　第三部分 物料衡算和熱量核算</p><p>　　3.1

18、 丙烯腈工藝流程示意圖</p><p>　　液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經丙蒸發(fā)器氣烯蒸發(fā)器和氨化，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入混合器；經壓縮后的空氣先通過空氣飽和塔增濕，再經空氣加熱器預熱至一定溫度進入混合器。溫合器出口氣體混合物進入反應器，在反應器內進行丙烯的氨氧化反應。反應器出口的高溫氣體先經廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230℃左右進人氨中和塔，在70～80℃下用硫酸吸收反應器出口氣體中未

19、反應的氨，中和塔塔底的含硫酸銨的酸液經循環(huán)冷卻器除去吸收熱后，返回塔頂循環(huán)使用．同時補充部分新鮮酸液，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換熱器冷卻后進入水吸收塔，用5～10℃的水吸收丙烯腈和其他副產物．水吸收塔塔底得到古丙烯腈約1.8％的丙烯腈水溶液，經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>　　圖1 丙烯腈合成工段生產工藝流程示意圖</p><

20、;p>　　3.2 小時生產能力</p><p>　　按年工作日300天，丙烯腈損失率3.1％、設計裕量6％計算，年產量為3900噸/年，則每天每小時產量為： </p><p>　　3.3 反應器的物料衡算和熱量街算</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p><b>　　A．丙烯

21、腈產量，即</b></p><p>　　B. 原料組成(摩爾分數(shù)) 丙烯85%，丙烷15%</p><p>　　C．進反應器的原料配比(摩爾比)為</p><p>　　D. 反應后各產物的單程收率為</p><p>　　表1 反應后各產物的單程收率</p><p>　　E. 操作壓力進口0.203，出口

22、0.162</p><p>　　F．反應器進口氣體溫度ll0℃，反應溫度470℃，出口氣體溫度360℃</p><p><b>　　(2)物料衡算</b></p><p>　　A．反應器進口原科氣中各組分的流量</p><p>　　B．反應器出口混合氣中各組分的流量</p><p><b&g

23、t;　　=</b></p><p><b>　　(3)熱量衡算</b></p><p>　　查閱相關資料獲得各物質各物質0～110℃、0～360℃、0～470℃的平均定壓比熱容</p><p>　　表2 各物質0~t℃平均定壓比熱容</p><p>　　濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負荷及產生蒸汽量<

24、;/p><p>　　假設如下熱力學途徑：</p><p>　　各物質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（即換熱裝置的熱負荷）為：</p><p>　　濃相段換熱裝置產生0.405的飽和蒸汽（飽和溫度143℃）</p><p&g

25、t;　　143℃飽和蒸汽焓：</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荷及產生蒸汽量</p><p>　　以0℃氣體為衡算基準</p><p>　　進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：<

26、;/p><p>　　熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負荷為：</p><p>　　稀相段換熱裝置產生0.405的飽和蒸汽，產生的蒸汽量為：</p><p>　　3.4 空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A．入塔空氣壓力0.263，

27、出塔空氣壓力0.243</p><p>　　B．空壓機入口空氣溫度30℃，相對溫度80％，空壓機出口氣體溫度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>　　表3 塔頂噴淋液的組成</p>&l

28、t;p>　　E．塔頂出口濕空氣的成分和量按反應器入口氣體的要求為</p><p><b>　　(2)物料衡算</b></p><p><b>　　A．進塔空氣量</b></p><p>　　查得30℃，相對濕度80%時空氣溫含量為0.022kg水氣/kg干空氣．因此，進塔空氣帶</p><p>

29、;<b>　　入的水蒸氣量為：</b></p><p><b>　　B．進塔熱水量</b></p><p>　　氣、液比為152.4，故進塔噴淋液量為：</p><p>　　塔頂噴淋液105℃的密度為，因此進塔水的質量流量為：</p><p><b>　　C．出塔濕空氣量</b>

30、;</p><p>　　出塔氣體中的的量與反應器人口氣體相同，因而</p><p><b>　　D．出塔液量</b></p><p><b>　　(3)熱量衡算</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

31、分數(shù)為： </p><p>　　根據(jù)分壓定律．蒸汽的實際分壓為：</p><p>　　因飽和度為0.81，．所以飽和蒸汽分壓應為：</p><p>　　查飽和蒸汽表得到對應的飽和溫度為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℃。&

32、lt;/p><p>　　C．由熱衡算求出塔熱水溫度t 熱衡算基準：0℃氣態(tài)空氣，0℃液態(tài)水。</p><p>　　(a)170℃進塔空氣帶人熱量，</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&

33、lt;/p><p>　　(c)105℃入塔噴淋液帶入熱量</p><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)

34、，</b></p><p>　　解得 T=78.11℃</p><p>　　因此，出塔熱水溫度為78.11℃</p><p>　　3.5 氨中和塔物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A．入塔氣體流量和組成與反應器出

35、口氣體相同。</p><p>　　B．在中和塔內全部氨被硫酸吸收，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>　　表4 塔底出口液體的組成</p><p>　　E．進塔氣溫度l80℃，出塔氣溫度76℃，新鮮硫

36、酸吸收劑溫度30℃</p><p>　　F．塔頂壓力0.122MPa，塔底壓力0.142MPa。</p><p>　　圖2 氨中和塔局部流程</p><p>　　1—氨中和塔； 2—循環(huán)冷卻器</p><p><b>　　(2)物料衡算 </b></p><p>　　A．排出的廢液量及其組成&

37、lt;/p><p>　　進塔氣中含有的氨，在塔內被硫酸吸收生成硫酸銨。</p><p>　　氨和硫酸反應的方程式： </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,(NH4)2SO4的含量為30.9%（wt），因此，排放的廢液量為：</p><p>　　排放的廢液中．各組分的量

38、：</p><p>　　需補充的新鮮吸收劑（93%的H2SO4）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 </p><p>　　塔頂氣體中實際蒸汽分壓為</p><p>　　

39、設飽和度為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>&l

40、t;b>　　C．塔釜排出液溫度</b></p><p>　　表5 塔釜排出液溫度</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的釜液溫度即為釜液的飽和溫度，用內插法從表中得到，飽和溫度為83.5℃，設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．每100g水能溶解95.3g硫酸銨，而釜液的硫酸銨含量為

41、，所以釜液溫度控制81℃不會有硫酸銨結晶析出。</p><p>　　熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負荷和冷卻水用量 </p><p>　　作圖3.3的虛線方框列熱平衡方程得</p><p>　　圖3 氨中和塔的熱量衡算</p><p>　　1—氨中和塔； 2—循環(huán)冷卻器</p><p><b>　　入塔氣體帶入

42、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><p>　　各組分在0～76℃的平均比熱容的值如下</p><p>　　表6 各組分在0～76℃的平均比熱容</p><p><b>　　蒸汽在塔內冷凝放熱&

43、lt;/b></p><p><b>　　蒸汽的冷凝熱為</b></p><p>　　(d)有機物冷凝放熱</p><p>　　AN的冷凝量．其冷凝熱為</p><p>　　ACN的冷凝量．其冷凝熱為</p><p>　　HCN的冷凝量，其冷凝熱為</p><p>&

44、lt;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><p>　　(g)塔釜排放的廢液帶出熱量</p><p>　

45、　塔釜排放的廢液中，與的摩爾比為,查氮肥設計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)冷卻器熱負荷</p><p>　　因操作溫度不高，忽略熱損失。把有關數(shù)據(jù)代入熱平衡方程：</p&g

46、t;<p><b>　　解得 </b></p><p>　　(J)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量W </p><p>　　設循環(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 </p><p>　　循環(huán)液流量受入塔噴淋液溫度的限制。</p

47、><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)列熱平衡方程得：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　

48、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>　　3.6 換熱器物料衡算和熱量衡算</p><p>　　(1)計算依據(jù) </p><p>　　進口氣體76℃，組成和流量與氨中和塔出口氣相同</p

49、><p>　　出口氣體溫度40℃，操作壓力115.5kPa。</p><p>　　(2)物料衡算 </p><p>　　出口氣體溫度40℃， 40℃飽和蒸汽壓力為</p><p>　　設出口氣體中含有X kmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有:</p><p><b>　　解得 </b><

50、/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>　　表7 換熱器氣體方(殼方)的物料平衡</p><p><b>　　(3)熱衡算</b></p><p>　　A．換熱器入口氣體帶入熱(等于氨

51、中和塔出口氣體帶出熱)</p><p>　　B．蒸汽冷凝放出熱：</p><p>　　40℃水汽化熱為2401.lkJ／kg</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&

52、gt;<p>　　表8 出口氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容</p><p>　　E．熱衡算求換熱器熱負荷</p><p><b>　　平衡方程：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)求得：</b></p><p>　　3．7 水吸收塔物料衡算和熱量衡算</p>

53、;<p>　　(1)計算依據(jù)（見圖4）</p><p>　　圖4 水吸收塔的局部流程</p><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>　

54、　D．出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）</p><p><b>　　(2)物料衡算</b></p><p>　　A．進塔物料（包括氣體和凝水）的組成和流量與換熱器出口相同</p><p>　　B．出塔氣的組成和量</p><p><b>　　出塔干氣含有、、</b></p><

55、;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=2.59+3.29+10.31+161.12+6.70=184.01kmol/h</p><p>　　出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計算如下：</p><p><b&

56、gt;　　出塔氣總量為：</b></p><p>　　C．塔頂加入的吸收水量</p><p>　?。╝）出塔AN溶液總量 出塔AN溶液中，AN為1.8%（wt），AN的量為591.97kg/h，因此，出塔AN溶液總量為591.97/0.018=42155.6kg/h</p><p>　　（b）塔頂加入的吸收水量 </p><p

57、>　　作水吸收塔的總質量衡算得：</p><p>　　D．塔底AN溶液的組成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因為塔底AN溶液中的AN、CAN、HCN、ACL的量與進塔氣、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。</p><p>　　E．水吸收塔平衡如下：</p><p>　　表9 水吸收塔的物料平衡</p><

58、;p>　　F.檢驗前面關于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假設的正確性 </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。壓力和含量的關系為</p><p><b>　　或</b></p><p>　　塔底排出液的溫度為15℃

59、(見后面的熱衡算)</p><p>　　查得l5 ℃時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>　　從以上計算可看出，，可見溶液未達飽和。</p><p>&

60、lt;b>　　(b)丙烯醛ACL</b></p><p>　　塔底。含量，溶液未達飽和。</p><p><b>　　(c)乙腈</b></p><p>　　塔底含量，溶液未達飽和。</p><p><b>　　(d)氫氰酸</b></p><p><

61、b>　　塔底含量</b></p><p>　　從計算結果可知，在吸收塔的下部，對HCN的吸收推動力為負值，但若吸收塔足夠高，仍可使塔頂出口氣體中HCN的含量達到要求。</p><p><b>　　(3)熱量衡算</b></p><p><b>　　A．入塔氣帶入熱。</b></p><

62、p>　　各組分在0～40℃的平均摩爾熱容如下</p><p>　　表10 各組分在0～40℃的平均摩爾熱容</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

63、><b>　　E．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>　　表11 AN溶液中各組分的液體摩爾熱容</p><p><b>　　水冷凝放熱</b></p><p>　　水的冷凝熱為2256kJ/kg 故</p><p&

64、gt;　　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</p><p><b>　　的冷凝熱數(shù)據(jù)如下</b></p><p>　　表12 AN、CAN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)</p><p>　　H．熱衡算求出塔液溫度t</p><p><b>

65、;　　熱平衡方程 ：</b></p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　3.8 空氣水飽和塔釜液槽</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><

66、p>　　進、出口物料關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、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，見本文相關部分計算；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>

67、<p><b>　　進料：</b></p><p>　　A．乙腈解吸塔釜液入槽量 = 49100-17999.45=31100.55kg/h</p><p>　　B. 空氣飽和塔塔底液入槽量=17123.73-7365=9758.73kg/h</p><p>　　C. 入槽軟水量x kg/h</p><p>

68、;<b>　　出料；</b></p><p>　　A. 去水吸收塔液體量kg/h</p><p>　　B. 去萃取解吸塔液體量l5000kg/h</p><p>　　作釜液槽的總質量平衡得</p><p>　　解得 </p><p>　　圖5 飽和塔釜液槽的物料關系</p&g

69、t;<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>　　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

70、</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><p>　　解得 t=80.12℃</p><p>　　3.9 丙烯蒸發(fā)器熱量衡算</p><p>　　(

71、1)計算依據(jù) </p><p>　　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)有關數(shù)據(jù)</b></p><p>　　A. 0.405MPa下丙烯的沸點為-l3℃，汽化熱410kJ／kz</p><p>　　B. 0

72、 405MPa下丙烷的沸點為-5℃，汽化熱376.6kJ／kg</p><p>　　(3)熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負荷和冷凍鹽水用量</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><p>　　C. 丙烯蒸發(fā)器的熱負荷</p><p><b>　　冷損失按l0％

73、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／()</p><p><b>　　冷凍鹽水用量為</b></p><p>　　3.10 丙烯過熱器熱量衡算</p><p>

74、;　　(1)計算依據(jù) 丙烯進口溫度-13℃，出口溫度65℃。用0.405MPa蒸汽為加熱劑。</p><p>　　(2)熱衡算 求丙烯過熱器熱負荷和加熱蒸汽量</p><p>　　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，需要加熱蒸汽提供的熱量為</p><p><b>　　加熱蒸汽量為<

75、/b></p><p>　　.上式中2138kJ/kg是0.405M Pa蒸汽的冷凝熱。</p><p>　　3.11 氨蒸發(fā)器熱量衡算</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A. 蒸發(fā)壓力0.405MPa。</p><p>　　B. 加熱劑用0.405M

76、Pa飽和蒸汽。冷凝熱為2138kJ/kg。</p><p>　　(2)有關數(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)器的熱負荷和加熱蒸汽用量 </p><p>　　冷損失按10％考慮，氨蒸發(fā)器的熱負荷為</p><p><b>　　加熱

77、蒸汽量為 </b></p><p>　　3.12 氨氣過熱器</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A．氨氣進口溫度-7℃，出口溫度65℃。</p><p>　　B. 用0.405MPa蒸汽為加熱劑。</p><p>　　C．氨氣流量332.37k

78、g/h。</p><p>　　(2)熱量衡算 </p><p>　　求氨氣過熱器的熱負荷和加熱蒸汽用量 </p><p>　　氨氣的比熱容為2.218kJ/(kg.K)，冷損失按10％考慮，氨氣過熱器的熱負荷為</p><p><b>　　加熱蒸汽用量為</b></p><p><

79、;b>　　3.13 混合器</b></p><p>　　(1)計算依據(jù) 氣氨進口溫度65℃．流量220.09kg/h。</p><p>　　丙烯氣進口溫度65℃，流量518kg/h，丙烷氣進口溫度65℃，流量95.74kg/h。</p><p>　　出口混合氣溫度110℃。濕空氣來自空氣加熱器</p><p>　　

80、(2)熱衡算 </p><p>　　求進口溫空氣的溫度t 以0℃為熱衡算基準。</p><p>　　、、，在0～65℃的平均比熱容如下表</p><p>　　表13 C3H6、C3H8、NH3在0～65℃的平均比熱容</p><p>　　A．氣態(tài)丙烯、丙烷帶入熱．</p><p><b>

81、;　　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. 熱衡算求進口濕空氣的溫度t 熱損失按l0％考慮。</p><p><b>

82、　　熱衡算方程：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　解得 t=141.34℃</p><p>　　3.14 空氣加熱器的熱量衡算</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A. 入口

83、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>　　表14 空氣的流量和組成</p><p>　　(2)熱衡算 求空氣加熱器的熱負荷和加熱蒸汽量 </p><p>　　、和蒸汽90～136℃的平均比熱容分別為、和。</p><p>　　熱損

84、失按l0％考慮，空氣加熱器的熱負荷為</p><p>　　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</p><p>　　第四部分 主要設備的工藝計算</p><p>　　4.1 空氣飽和塔</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p&g

85、t;<p>　　A. 進塔空氣的組成和流量</p><p>　　表15 空氣飽和塔進塔空氣的組成和流量</p><p>　　B. 出塔溫空氣的組成和流量</p><p>　　表16 空氣飽和塔出塔溫空氣的組成和流量</p><p>　　C．塔頂噴淋液量17999.45kg/h，溫度105℃。</p><

86、;p>　　D．塔底排出液量17123.73kg/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℃。</p><p>　　G．填料用陶瓷拉西環(huán)(亂堆)。</p><p><b>　　(2)塔徑的確定</b>

87、</p><p>　　根據(jù)拉西環(huán)的泛點速度計算公式</p><p><b>　　(A)</b></p><p><b>　　A．塔頂處</b></p><p>　　L=17999.45kg/h G=7414.56kg/h </p><p>&

88、lt;b>　　把數(shù)據(jù)代人(A)式</b></p><p>　　解得 </p><p>　　泛點率取75％，則氣體空塔速度為 </p><p>　　出塔操作條件下的氣量：</p><p><b>　　塔徑應為：</b></p><p><b>　　B

89、. 塔底處</b></p><p>　　L= 17123.73kg/h G=6102kg/h</p><p><b>　　把數(shù)據(jù)代入(A)式</b></p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　氣體空塔速度為 </p>

90、<p>　　人塔氣在操作條件下的氣量：</p><p><b>　　塔徑應為：</b></p><p><b>　　取塔徑為：1.0m</b></p><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<

91、/p><p>　　A. 使出塔氣體中蒸汽含量達到要求。</p><p>　　B. 使塔頂噴淋液中的ACN等在塔內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荷并回收ACN等副產物。按工廠實踐經驗。取填料高度1lm</p><p><b>　　4.2 水吸收塔</b></p><p><b>　　

92、(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A. 進塔氣體流量和組成</p><p>　　表17 水吸收塔進塔氣體流量和組成</p><p>　　B．出塔氣體流量和組成</p><p>　　表18 水吸收塔出塔氣體流量和組成</p><p>　　隨入塔氣進入的凝水876.64kg/h</p>

93、<p>　　C． 塔頂噴淋液量30908.35kg/h，含 0.005％(wt)，溫度5℃。</p><p>　　D． 塔底排出液量32887.2kg/h，溫度21.15℃。</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><p>

94、　　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氣速計算公式為</p><p><b>　　(A)</b></p><p><b>　　按塔底情況計算</b>

95、</p><p>　　L=30908.35 kg/h G= 7622.69 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(泛點率取70%) </p><p>　　氣體在操

96、作條件下的流量為</p><p><b>　　塔徑應為： </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>　　塑料

97、孔板液紋填料250Y的液相傳質單元高度：</p><p>　　當時，25℃下的為0.187m</p><p>　　時，25℃下的為0.225m</p><p>　　內插得到時，25℃下的為0.206m</p><p><b>　　又 </b></p><p>　　塔內液體的平均沮度為

98、(5+13.24)/2=9.12℃</p><p>　　液相傳質單元數(shù)計算式如下</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：<

99、/b></p><p><b>　　填料高度為 </b></p><p><b>　　取填料高度為：5m</b></p><p>　　4.3 丙烯蒸發(fā)器</p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A. 丙烯在管

100、外蒸發(fā)，蒸發(fā)壓力0.405MPa，蒸發(fā)溫度-l3℃，管內用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518kg/h，冷凍鹽水用量kg/h。</p><p>　　C. 丙烯蒸發(fā)器熱負荷</p><p>　　(2)丙烯蒸發(fā)器換熱面積</p><p><b>　　A

101、．總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　(a)管內給熱系數(shù)。</p><p>　　蒸發(fā)器內安裝的U型鋼管80根。</p><p>　　冷凍鹽水平均溫度-l℃．此溫度下的有關物性數(shù)據(jù)如下；</p><p><b>　　冷凍鹽水流速為</b></p><p><b>　　，過渡

102、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)側污垢熱阻取，鋼管導熱系數(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><p>&

103、lt;b>　　C．換熱面積</b></p><p>　　熱負荷 </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>　　4.4 循環(huán)冷卻器</b></p><p><

104、b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A．管內循環(huán)液流量90272kg/h。進口溫度81℃，出口溫度70.1℃。</p><p>　　B. 管外冷卻劑為循環(huán)水，進口溫度32℃，出口溫度36℃，循環(huán)水流量為190000kg/h</p><p>　　C．熱負荷為kJ/h． </p><p>　　(2)計算換熱

105、面積 </p><p>　　初選GH90-105型石墨換熱器，換熱面積為105m2，設備殼體內徑D=880mm，內有外徑32mm、內徑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)管內循環(huán)液側的給熱系數(shù)</p>

106、<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>　　管內流體的流速為</b></p><p>　　殼程(循環(huán)水側)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，當量直徑的計算公式為</p&g

107、t;<p>　　管外流體的流速根據(jù)流體流過的最大截面積S來計算，S的計算公式為</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><p>　

108、　值在2000～1000000范圍內可用下式計算給熱系數(shù)</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 </p><p>　　(c)總傳熱系數(shù) 石墨的導熱系數(shù)，石墨管壁厚5mm，循環(huán)冷卻水側污垢熱阻，循環(huán)液側污垢熱阻。代人數(shù)據(jù)求K：</p><p><b>　　B．對數(shù)平均溫差</b></p><p><b>

109、　　C. 換熱面積</b></p><p><b>　　熱負荷 </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>　　4.5 氨蒸

110、發(fā)器</b></p><p><b>　　(1)計算依據(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．熱負荷</b></p><p

111、><b>　　(2)計算換熱面積</b></p><p>　　A．總傳熱系數(shù) 蒸汽冷凝時的給熱系數(shù)取，液氨沸騰的給熱系數(shù)取，不銹鋼導熱系數(shù)，管壁厚4mm，兩側污垢熱阻取</p><p><b>　　代人數(shù)據(jù)求K：</b></p><p><b>　　B．平均溫度差</b></p&

112、gt;<p>　　C.換熱面積氨蒸發(fā)器熱負荷為</p><p><b>　　換熱面積為</b></p><p><b>　　取換熱面積為：</b></p><p><b>　　4.6 氨氣過熱器</b></p><p><b>　　(1)計算依據(jù)<

113、/b></p><p>　　A. 進口氣氯溫度-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．熱負荷</b></p><p><b>　　(2)計算換熱面積</b></p><p>　　

114、A．總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時，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 熱負荷為</p><p><b>　　換熱面積為</b></p>

115、;<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>　　4.7 丙烯過熱器</b></p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A. 進口氣體溫度一l3℃，出口氣體溫度65℃。</p><p>

116、　　B．加熱劑為0.405MPa蒸汽，溫度143℃。</p><p><b>　　C．熱負荷．</b></p><p><b>　　(2)計算換熱面積</b></p><p>　　A．總傳熱系數(shù) 管殼式換熱器用作加熱器時，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&

117、gt;　　B．平均溫度差 冷端溫差為143-(-13)=156℃，熱端溫差為l43-65=78℃。</p><p>　　C.換熱面積 熱負荷為</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>&l

118、t;p><b>　　空氣加熱器</b></p><p><b>　　(1)計算依據(jù)</b></p><p>　　A．空氣走管內，加熱蒸汽走管間。</p><p>　　B．進口氣體溫度90℃，出口氣體溫度l36℃，氣體進口壓力0．243MPa，氣體的流量和組成如下：</p><p>　　表19

119、 空氣加熱器氣體的流量和組成</p><p>　　C．加熱蒸汽為0.608MPa(對應的飽和溫度為l64.2℃)，流量為288kg/h。</p><p><b>　　D．熱負荷為 即</b></p><p>　　(2)計算換熱面積 初選Ⅱ浮頭式換熱器一臺，換熱器有的管子268根。</p><p><b

120、>　　A. 總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　(a)管內(空氣一側)的給熱系數(shù)，管內氣體的平均溫度為(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)管外蒸汽冷凝側給熱系數(shù) 取

121、</p><p>　　(c)總傳熱系數(shù) 鋼的導熱系數(shù)為，空氣側污垢熱阻，蒸汽冷凝側污垢熱阻</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>　　C.換熱面積 </p><p>　　安全系數(shù)取1.2，則換熱面積應為

122、35.43m2，所選換熱面積80.4m2，符合要求。</p><p><b>　　循環(huán)液泵</b></p><p>　　循環(huán)液質量流量90271.70kg/h，循環(huán)液密度為1140kg /m3．因此循環(huán)液的體積流量為</p><p><b>　　又 </b></p><p>　　選用8

123、0FVZ-30的耐腐蝕泵，三臺。正常使用兩臺，備用一臺。80FVZ-0泵的流量為，揚程30m。</p><p>　　4.10 空氣壓縮機</p><p>　　在產品樣本上，活塞式空氣壓縮機的排氣量指是后一級排出的空氣，換算為第一級進氣條件時氣體的體積藏量。現(xiàn)第一級進氣條件為常壓，溫度按30℃計，排出氣體的摩爾流量為270.6kmol/h,則排氣量(換算為第一級進氣條件)為</p>

124、;<p>　　因工藝要求排出壓力為0.263MPa，故選用排氣量為，排氣壓力為0．35MPa的5L-55/3.5型空氣壓縮機三臺，正常操作用兩臺，備用一臺。</p><p><b>　　4.11中和液貯槽</b></p><p>　　按停車時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

125、.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><p>　　考慮到停車檢修時，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，故可選貯槽容積應大于4.2m3。</p><p>　　中和塔的操作壓力為0．263MPa，在國家標準容器系列JBl428 74(臥式橢圓封頭容器，工作壓力0.25～4MPa)中選用工作壓力0.2

126、5MPa，公稱容器6m3的型號，此容器的直徑為1600mm，長度為2600mm。</p><p><b>　　第五部分 附錄</b></p><p><b>　　5.1附表</b></p><p><b>　　反應器物料平衡表</b></p><p><b>　　飽

127、和塔物料平衡表</b></p><p><b>　　5.2 參考文獻</b></p><p>　　[1]陳英男、劉玉蘭.常用華工單元設備的設計[M].上海：華東理工大學出版社，2005、4</p><p>　　[2]賈紹義、柴誠敬.化工原理課程設計[M].天津：天津大學出版社，2002、8</p><p>

128、　　[3]路秀林、王者相.塔設備[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004、1</p><p>　　[4]王明輝.化工單元過程課程設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002、6</p><p>　　[5]夏清、陳常貴.化工原理（上冊）[M].天津：天津大學出版社，2005、1</p><p>　　[6]夏清、陳常貴.化工原理（下冊）[M].天津：天津大學出版社，2005

129、、1</p><p>　　[7]《化學工程手冊》編輯委員會.化學工程手冊—氣液傳質設備[M]。北京：化學工業(yè)出版社，1989、7</p><p>　　[8]劉光啟、馬連湘.化學化工物性參數(shù)手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[9]賀匡國.化工容器及設備簡明設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p&g

130、t;　　第六部分 課程設計心得</p><p>　　本次化工原理課程設計歷時兩周，是學習化工原理以來第二次獨立的工業(yè)設計。化工原理課程設計是培養(yǎng)學生化工設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們初步掌握化工設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質、化學性質的查找方法和技巧；掌握各種結果的校核，能畫出工藝流程、塔板結構等圖形。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產上的安全性和經

131、濟合理性。</p><p>　　在短短的兩周里，從開始的一頭霧水，到同學討論，再進行整個流程的計算，再到對工業(yè)材料上的選取論證和后期的程序的編寫以及流程圖的繪制等過程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實踐相結合中的種種困難，也體會到了利用所學的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易。</p><p>　　我們從中也明白了學無止境的道理，在我們所查找到的很多參考書中，很多的知識是我們從來沒有接觸

132、到的，我們對事物的了解還僅限于皮毛，所學的知識結構還很不完善，我們對設計對象的理解還僅限于書本上，對實際當中事物的方方面面包括經濟成本方面上考慮的還很不夠。</p><p>　　在實際計算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時將所得結果總結，以致在后面的計算中不停地來回翻查數(shù)據(jù)，這會浪費了大量時間。在一些應用問題上，我直接套用了書上的公式或過程，并沒有徹底了解各個公式的出處及用途，對于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍自己

133、選擇的，并不一定符合現(xiàn)實應用。因此，一些計算數(shù)據(jù)有時并不是十分準確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設備的選型。如果有更充分的時間，我想可以進一步再完善一下的。</p><p>　　通過本次課程設計的訓練，讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認識，這對我們的繼續(xù)學習是一個很好的指導方向，我們了解了工程設計的基本內容，掌握了化工設計的主要程序和方法，增強了