畢業(yè)設(shè)計(jì)--年產(chǎn)4500噸丙烯腈預(yù)處理工段工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　2010 年 5 月30 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract1</p><p><

2、;b>　　1 概述2</b></p><p>　　1.1丙烯腈的理化性質(zhì)2</p><p>　　1.2丙烯腈實(shí)際用途2</p><p>　　1.3 丙烯腈的毒性及防保3</p><p>　　1.3.1 丙烯腈的毒性3</p><p>　　1.3.2 丙烯腈的防護(hù)3</p>

3、<p>　　1.4 丙烯腈的操作處置與貯存3</p><p>　　1.4.1 丙烯腈操作處置3</p><p>　　1.4.2 丙烯腈貯存4</p><p><b>　　2生產(chǎn)現(xiàn)狀4</b></p><p>　　2.1國(guó)外生產(chǎn)現(xiàn)狀4</p><p>　　2. 2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)

4、現(xiàn)狀5</p><p>　　3 市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)6</p><p>　　3.1 國(guó)外市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)6</p><p>　　3.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)7</p><p>　　3.2.1 消費(fèi)結(jié)構(gòu)7</p><p>　　3.2.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求分析及預(yù)測(cè)8</p><p><b>

5、;　　4 生產(chǎn)工藝9</b></p><p>　　4.1 國(guó)內(nèi)外丙烯腈生產(chǎn)工藝[9]9</p><p>　　4.1.1 環(huán)氧乙烷法9</p><p>　　4.1.2 乙炔法9</p><p>　　4.1.3 丙烯氨氧化法9</p><p>　　4.1.4 丙烷氨氧化法10</p>

6、<p>　　4.2 工藝路線分析及選擇10</p><p>　　4.2.1 工藝路線分析10</p><p>　　4.2.2 工藝選擇10</p><p>　　5 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介10</p><p>　　5.1 工藝流程簡(jiǎn)述10</p><p>　　5.2 生產(chǎn)工藝流程11</p>

7、<p>　　5.3 丙烯腈的小時(shí)生產(chǎn)能力11</p><p>　　5.4 反應(yīng)原理11</p><p>　　6 加熱器概述及選型原則12</p><p>　　6.1 加熱器簡(jiǎn)述12</p><p>　　6.1.1 運(yùn)行的主要原則12</p><p>　　6.1.2 加熱器的特點(diǎn)12</p

8、><p>　　6.1.3 加熱器的分類13</p><p>　　6.2 選型原則13</p><p><b>　　7工藝計(jì)算13</b></p><p>　　7.1計(jì)算依據(jù)13</p><p>　　7.2 定性參數(shù)14</p><p>　　7.2.1 定性溫度14

9、</p><p>　　7.2.1.1 管程定性溫度14</p><p>　　7.2.1.2 管殼定性溫度14</p><p>　　7.2.2 基本物性數(shù)據(jù)查找14</p><p>　　7.2.2.1管程空氣物性參數(shù)14</p><p>　　7.2.2.2殼程飽和蒸汽物性的參數(shù)15</p>

10、<p>　　7.2.3確定流體的流徑15</p><p>　　7.2.4計(jì)算平均溫差15</p><p>　　7.2.5 估算換熱面積15</p><p>　　7．2.5.1 預(yù)選K值15</p><p>　　7.2.5.2 初選加熱器型號(hào)16</p><p>　　7.3 核算參數(shù)16</p

11、><p>　　7.3.1 核算壓強(qiáng)16</p><p>　　7.3.1.1 管程壓降16</p><p>　　7.3.1.2殼程壓降17</p><p>　　7.3.2核算總傳熱系數(shù)18</p><p>　　7.3.2.1管程對(duì)流傳熱系數(shù)18</p><p>　　7.3.2.2殼程對(duì)流傳熱

12、系數(shù)19</p><p>　　7.3.2.3總傳熱系數(shù)19</p><p>　　7.4 總產(chǎn)熱系數(shù)計(jì)算19</p><p>　　7.5加熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果20</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p>

13、<p>　　年產(chǎn)4500噸丙烯腈預(yù)處理工段工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。諝饧訜崞鞯脑O(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　888</b></p><p>　　摘 要：丙烯腈是一種重要的有機(jī)原化工原料,是合成橡膠和合成樹(shù)脂的重要單體。該設(shè)計(jì)概述了當(dāng)前丙烯腈生產(chǎn)的工藝及發(fā)展動(dòng)向，著重介紹了空氣加熱器選

14、型和計(jì)算過(guò)程，對(duì)丙烯腈的生產(chǎn)工藝具有重要的指導(dǎo)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：丙烯腈 設(shè)計(jì) 生產(chǎn)工藝 加熱器 </p><p>　　Annual output of 4,500 tons of acrylonitrile preprocessing process design: </p><p>　　The design of Air heater

15、</p><p>　　(Department of Chem． & Eng．, Baoji University of Arts and Sciencess, Baoji, Shanxi,721013)</p><p>　　Abstract: Acrylonitrile is an important organic chemical raw materials, syntheti

16、c rubber and synthetic resin is an important monomer. This design overview of the current process of acrylonitrile production and analysis the development trends, focusing on the introduction of air heater selection and

17、computation process of acrylonitrile production process ,it has important significance.</p><p>　　Key words: Acrylonitrile Design Technological design Heater </p><p><b>　　1 概述</b&g

18、t;</p><p><b>　　丙烯腈的理化性質(zhì)</b></p><p>　　丙烯腈(Acrylonitrile , AN) , 分子結(jié)構(gòu)式CH2–CHCN ,是無(wú)色易揮發(fā)劇毒性液體。丙烯腈因分子中含有碳碳雙鍵和碳氮三鍵,因此其化學(xué)性質(zhì)非常活躍,容易發(fā)生加成、水解、聚合、醇解等化學(xué)反應(yīng),可以得到一系列化合物。</p><p>　　丙烯腈常溫情

19、況下是辛辣氣味的無(wú)色液體。熔點(diǎn)-82℃。密度0.806g/。閃點(diǎn)-1．1℃(開(kāi)杯)。自燃點(diǎn)48l℃。折射率1．388。溶于水、乙醚、乙醇、丙酮、苯和四氯化碳。與水形成共沸物。易揮發(fā)，有腐蝕性。有氧存在下，遇光和熱能自行聚合．易燃，遇火種、高溫、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)，其蒸氣與空氣形成爆炸性混合物。極毒！不僅蒸氣有毒，而且經(jīng)皮膚吸入也能中毒。</p><p><b>　　丙烯腈實(shí)際用途</b>

20、</p><p>　　丙烯腈主要用于生產(chǎn)腈綸纖維[1] ,世界上其所占比例約為55％[2] 。我國(guó)用于生產(chǎn)腈綸的丙烯腈占80％以上[3] 。腈綸應(yīng)用十分廣泛,是繼滌綸、尼龍之后的第3 個(gè)大噸位合成纖維品種[4] 。</p><p>　　其次,是用于ABS/ AS 塑料[5] 。由丙烯腈、苯乙烯和丁二烯合成的ABS 塑料和由丙烯腈與苯乙烯合成的AS 塑料是重要的工程塑料。因該產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、

21、耐熱、耐光和耐溶性能較好等特點(diǎn),今后10年其需求量將大幅增長(zhǎng)。與丁二烯共聚制丁腈橡膠也是丙烯腈的主要用途之一。丁腈橡膠應(yīng)用比例約占4％ ,年增長(zhǎng)在1％以上,主要用于汽車(chē)行業(yè)。</p><p>　　丙烯腈也是重要的有機(jī)合成原料[1] 。丙烯腈經(jīng)催化水合可制得丙烯酰胺,經(jīng)電解加氫偶聯(lián)可制得己二腈。丙烯酰胺主要用于紙張、廢水處理、礦石處理、油品回收、三次采油化學(xué)品方面,其需求量以年均2的速率增長(zhǎng)。己二腈只用于生產(chǎn)烏落托

22、品,年增長(zhǎng)率為4％。</p><p>　　此外,丙烯腈還可用來(lái)生產(chǎn)谷氨酸鈉、醫(yī)藥、高分子絮凝劑、纖維改性劑、紙張?jiān)鰪?qiáng)劑等[68]</p><p>　　1.3 丙烯腈的毒性及防保</p><p>　　1.3.1 丙烯腈的毒性</p><p>　　丙烯腈屬于高毒類，進(jìn)入人體后可引起急性中毒和慢性中毒。丙烯腈所致急性中毒的臨床癥狀：輕度中毒時(shí)表現(xiàn)為

23、乏力、頭暈、頭痛、惡心、嘔吐等，并伴有粘膜刺激癥狀；嚴(yán)重中毒時(shí)除上述癥狀外，可有胸悶、心悸、煩躁不安、呼吸困難、紫紺、抽搐、昏迷，如不及時(shí)搶救可發(fā)生呼吸停止。丙烯腈對(duì)人體的慢性毒性目前尚無(wú)定論，一般表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合證，如頭暈、頭痛、乏力、失眠、多夢(mèng)，易怒等。此外，丙烯腈可致接觸性皮炎，表現(xiàn)為紅斑、皰疹及脫屑，愈后可有色素沉著。 </p><p>　　1.3.2 丙烯腈的防護(hù)</p><p&g

24、t;　　凡患有心血管和神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性疾病及活動(dòng)性肝、腎疾病的患者均不宜從事丙烯腈作業(yè)。 對(duì)于生產(chǎn)丙烯腈的場(chǎng)所應(yīng)盡量采用露天框架建筑，便于毒物擴(kuò)散稀釋，進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行清洗作業(yè)必須進(jìn)行充分排風(fēng)，以排除殘留的毒物，此外應(yīng)佩帶使用防毒面具進(jìn)行作業(yè)。</p><p>　　1.4 丙烯腈的操作處置與貯存</p><p>　　1.4.1 丙烯腈操作處置</p><p>　　操

25、作注意事項(xiàng)：嚴(yán)加密閉，提供充分的局部排風(fēng)和全面通風(fēng)。操作盡可能機(jī)械化、自動(dòng)化。操作人員必須經(jīng)過(guò)專門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具（全面罩），穿連衣式膠布防毒衣，戴橡膠耐油手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與氧化劑、酸類、堿類接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。&

26、lt;/p><p>　　1.4.2 丙烯腈貯存 </p><p>　　貯存于陰涼通風(fēng)干燥的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，遠(yuǎn)離火種、熱源，庫(kù)溫宜在30℃以下。不得與氧化劑、酸類、堿類、胺類共貯混運(yùn)。商品必須隨時(shí)檢查阻聚劑的含量，以便采取措施，搬運(yùn)時(shí)，輕拿輕放，嚴(yán)防容器受損。 一旦泄漏首先切斷一切火源，戴好防毒面具與膠手套，用水沖洗，污水排入廢水系統(tǒng)?；馂?zāi)時(shí)用干粉、抗溶性泡沫、二氧化碳滅火。用水保持火場(chǎng)容器冷卻。<

27、;/p><p><b>　　2生產(chǎn)現(xiàn)狀[3]</b></p><p><b>　　國(guó)外生產(chǎn)現(xiàn)狀</b></p><p>　　2008 年，隨著亞洲一些新建裝置的投產(chǎn)，世界丙烯腈產(chǎn)能增加到599. 1 萬(wàn)t/a ，主要丙烯腈生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。</p><p>　　表1 　2008 年全球主要丙烯腈

28、生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)</p><p>　　2008 年全球丙烯腈生產(chǎn)能力分布如圖1。</p><p>　　圖1 　2008 年世界丙烯腈生產(chǎn)能力分布圖</p><p>　　預(yù)計(jì)2009 年～2011 年國(guó)外丙烯腈新增裝置如表2 所示。</p><p>　　表2 　2009 年～2011 年丙烯腈新增裝置預(yù)測(cè)</p><p&g

29、t;　　2. 2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀</p><p>　　中國(guó)丙烯腈生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代初，上海石化總廠和蘭化公司分別引進(jìn)日本旭化成公司的Sohio和奧地利OSW技術(shù)裝置，分別建成了5萬(wàn)t/ a和1萬(wàn)t/ a裝置，從此奠定了中國(guó)丙烯腈現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)。隨著中國(guó)改革開(kāi)放深入和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國(guó)丙烯腈工業(yè)有較快的發(fā)展，又相繼引進(jìn)多套丙烯腈生產(chǎn)裝置，主要采用BP公司技術(shù)。</p><p>　　中國(guó)現(xiàn)有

30、10套丙烯腈生產(chǎn)裝置，2007年中國(guó)丙烯腈生產(chǎn)能力達(dá)到了100萬(wàn)t/ a ，2008年沒(méi)有新增裝置。</p><p>　　2008年中國(guó)丙烯腈主要生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)能力及2010年丙烯腈生產(chǎn)能力預(yù)測(cè)見(jiàn)表3 ，預(yù)計(jì)2010年中國(guó)丙烯腈生產(chǎn)能力將達(dá)到157萬(wàn)t/ a。</p><p>　　表3 　2008 年中國(guó)丙烯腈主要生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)能力及預(yù)測(cè)</p><p><b&g

31、t;　　3 市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)</b></p><p>　　3.1 國(guó)外市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)</p><p>　　近年來(lái)隨著丙烯腈下游產(chǎn)品腈綸纖維、ABS/AS、丙烯酰胺、丁腈橡膠、己二腈和乙二胺等方面的發(fā)展，特別是下游精細(xì)化工產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，世界的丙烯腈需求量也不斷增加。</p><p>　　世界丙烯腈主要消費(fèi)地區(qū)是亞洲、歐洲和北美。亞洲是世界最大的丙烯腈

32、消費(fèi)地區(qū)，占全球總消費(fèi)量的59 %左右。歐洲地區(qū)丙烯腈消費(fèi)量占20 %左右，美洲地區(qū)丙烯腈消費(fèi)量約占11 %。世界丙烯腈消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。</p><p>　　在近幾年的世界丙烯腈消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，腈綸所占比例由2002年的54.5%下降到2007年的43% ，ABS及其它產(chǎn)品所占的比例有所增加，其中ABS由2002年的25%增加到2007年的34%。腈綸所占的比例近幾年有所下降，但依然是丙烯腈的最大用戶。亞洲

33、是全球丙烯腈消費(fèi)量最大地區(qū)，而中國(guó)則是亞洲地區(qū)最大的丙烯腈消費(fèi)國(guó)。受經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的影響，預(yù)計(jì)2008 年～2012年全球丙烯腈需求年增長(zhǎng)率約1.5%。</p><p>　　3.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)</p><p>　　3.2.1 消費(fèi)結(jié)構(gòu)</p><p>　　我國(guó)丙烯腈主要用于生產(chǎn)腈綸、ABS、丙烯酰胺和其它產(chǎn)品。2007年腈綸所占比例約55%，ABS 約占33 %，

34、其它約占12 %;2008年腈綸所占比例約為49% ，ABS 約占37 % ，其它約14 %。近幾年丙烯腈的消費(fèi)結(jié)構(gòu)已發(fā)生明顯的變化，腈綸領(lǐng)域的需求量所占比例逐步下降，ABS、丙烯酰胺和其它產(chǎn)品對(duì)丙烯腈的需求量有所提高。和其它化工產(chǎn)品一樣，2008年丙烯腈行情經(jīng)歷了大起大落，由于需求減少，腈綸纖維生產(chǎn)商的開(kāi)工率低達(dá)60 % ，產(chǎn)量大幅下滑。ABS也未能推動(dòng)丙烯腈需求增長(zhǎng)。在2008年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)中，ABS的主要應(yīng)用領(lǐng)域電子電器、汽車(chē)制造

35、、玩具行業(yè)受到巨大沖擊。ABS下游加工企業(yè)破產(chǎn)、停產(chǎn)的工廠增加，行業(yè)的整體開(kāi)工率僅在30 %左右。ABS需求減速進(jìn)一步打壓了丙烯腈的需求。</p><p>　　我國(guó)丙烯腈市場(chǎng)需求分析及預(yù)測(cè)見(jiàn)表4 。</p><p>　　表4 　我國(guó)丙烯腈市場(chǎng)需求分析及預(yù)測(cè)</p><p>　　3.2.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求分析及預(yù)測(cè)</p><p>　　近年來(lái)我國(guó)

36、丙烯腈表觀消費(fèi)量不斷上升，2001年為68萬(wàn)t ，2008年上升至122.1萬(wàn)t ，年均增長(zhǎng)率為8.7 %。我國(guó)丙烯腈的產(chǎn)量迅猛增加，產(chǎn)量由2001年的42 萬(wàn)t 增加到2008年的94.2萬(wàn)t ，年均增長(zhǎng)率達(dá)12.2% ，國(guó)內(nèi)丙烯腈產(chǎn)量一直不能滿足市場(chǎng)需求，2001年以來(lái)年均進(jìn)口量30萬(wàn)t左右。作為最主要的下游腈綸行業(yè)，因?yàn)殚L(zhǎng)期效益以及銷售不佳，頻繁減產(chǎn)或是索性停產(chǎn)，原本供不足需的國(guó)內(nèi)丙烯腈市場(chǎng)轉(zhuǎn)變成供應(yīng)過(guò)剩格局。</p>

37、<p>　　2008年中國(guó)腈綸短纖維產(chǎn)量減少25%。腈綸需求衰退導(dǎo)致丙烯腈生產(chǎn)成本不能有效地向游轉(zhuǎn)移，迫使生產(chǎn)廠家低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至停產(chǎn)。受?chē)?guó)際金融危機(jī)的影響，化工產(chǎn)品需求受到極大的影響，2008年因國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的丙烯腈需求增速大幅減緩，丙烯腈進(jìn)口量同比下降34.6% ，降至28萬(wàn)t。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，隨著我國(guó)新擴(kuò)建丙烯腈裝置的建成投產(chǎn)，進(jìn)口量會(huì)逐漸減少。</p><p>　　2001年～2008年我國(guó)丙烯腈

38、供需狀況統(tǒng)計(jì)如表5 所示。</p><p>　　表5 　2001 年～2008 年中國(guó)丙烯腈供需狀況統(tǒng)計(jì)</p><p><b>　　4 生產(chǎn)工藝 </b></p><p>　　4.1 國(guó)內(nèi)外丙烯腈生產(chǎn)工藝[9]</p><p>　　隨著化工技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外丙烯腈的生產(chǎn)方法依次經(jīng)歷環(huán)氧乙烷法、乙炔法、丙烯氨氧化法、丙烷

39、氨氧化法.</p><p>　　4.1.1 環(huán)氧乙烷法</p><p>　　由環(huán)氧乙烷和氫氰酸制得氰乙醇,然后以碳酸鎂催化劑,于200～280℃脫水制得丙烯腈。</p><p>　　CH2CH2O + HCN HOCH2CH2CN</p><p>　　HOCH2CH2CN CH2 = CHCN + H2O</p><p&g

40、t;　　此法生產(chǎn)的丙烯腈料昂貴,且氫氰酸毒性大,已淘汰。</p><p><b>　　4.1.2 乙炔法</b></p><p>　　由乙炔與氫氰酸作用而得,反應(yīng)為常壓,溫度80～90℃,用氯化亞銅和氯化銨為催化劑。</p><p>　　C2H2 + HCN CH2 = CHCN</p><p>　　該法特點(diǎn)是:生產(chǎn)過(guò)程

41、簡(jiǎn)單,但副產(chǎn)物種類較多,不易分離。1960年以前,該法是世界各國(guó)生產(chǎn)丙烯腈的主要方法,現(xiàn)基本淘汰。</p><p>　　4.1.3 丙烯氨氧化法</p><p>　　以丙烯、氨氧和空氣中的氧為原料制得,主要副產(chǎn)物為氫氰酸、乙腈、丙烯醛、CO2 和CO。</p><p>　　CH2 = CHCH3 + NH3 + O2 CH2 = CHCN +H2O</p&

42、gt;<p>　　典型的生產(chǎn)過(guò)程為,原料氣體以丙烯∶氨∶空氣=1.0∶1. 15∶10. 5 (mol) 的比例從底部進(jìn)入流化床反應(yīng)器,反應(yīng)溫度440℃,壓力63. 74 kPa 。反應(yīng)熱用軟水循環(huán)回收,發(fā)生高壓蒸汽。反應(yīng)氣體冷卻后,洗滌、吸收、精餾后得到高純度產(chǎn)品。該方法具有原料易得、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。該方法是目前國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)方法。</p><p>　　4.1.4 丙烷氨氧化法&l

43、t;/p><p>　　此法是正在開(kāi)發(fā)的新技術(shù),BP、旭化成公司已經(jīng)完成中試階段,旭化成公司現(xiàn)正著手進(jìn)行工業(yè)化。所研制出的氨氧化催化劑活性組分為V - Sb - W- 復(fù)合催化劑,50%載體為SiO22Al2O3 ,反應(yīng)溫度500℃,壓力103kPa ,原料配比為丙烷∶氨∶氧∶氮∶水= 1∶2∶2∶7∶3。</p><p>　　此法雖然投資較高,但生產(chǎn)成本低,技術(shù)要求比較高，有發(fā)展前景，推廣還許

44、以時(shí)日。</p><p>　　4.2 工藝路線分析及選擇</p><p>　　4.2.1 工藝路線分析</p><p>　　在以上工藝路線中，氰乙醇法和乙炔法不僅原料毒性大, 且生產(chǎn)成本高于后者, 因此目前全球95％以上的裝置采用BP公司開(kāi)發(fā)的丙烯氨氧化法技術(shù)[10], 以丙烯和氨氣為原料, 生產(chǎn)丙烯睛, 副產(chǎn)乙臘和氫氰酸。該法原料易得、工藝流程簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、產(chǎn)品

45、精制方便, 經(jīng)過(guò)40a近的發(fā)展, 技術(shù)日趨成熟。</p><p>　　同時(shí)對(duì)于丙烷氧化法，還正在進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化當(dāng)中。然而由于丙烷轉(zhuǎn)化率過(guò)低，反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜，投資費(fèi)用很高在一定程度上阻礙丙烷氨氧化發(fā)工業(yè)化進(jìn)程。</p><p>　　4.2.2 工藝選擇</p><p>　　基于以上的分析討論，我們?cè)O(shè)計(jì)小組決定采用丙烯氨氧化法氧化生產(chǎn)丙烯腈工藝，并對(duì)其中過(guò)熱器，加熱器，混合

46、器進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)選型。</p><p>　　5 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介</p><p>　　5.1 工藝流程簡(jiǎn)述</p><p>　　液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器氣化，然后分別在丙烯過(guò)熱器和氨氣過(guò)熱器過(guò)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(guò)空氣飽和塔增 反應(yīng)器，在反應(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2

47、30℃左右進(jìn)行氨中和塔，在7080℃下用硫酸吸收反應(yīng)器出口氣體中未反應(yīng)的氨，中和塔塔底的含硫酸氨的酸液經(jīng)循環(huán)冷卻器除去吸收熱后，返回塔頂循環(huán)使用，同是補(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)加熱器冷卻后，進(jìn)行水吸收塔，用5-10℃的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物，水吸收塔塔底得到含丙烯腈約1.8%的丙烯腈水溶液，經(jīng)加熱器與氨中和塔出口氣體換熱，溫度升高后去精制工段。</p><p>　　5

48、.2 生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　原料：丙烯、液氨、空氣</p><p><b>　　流程圖如下：</b></p><p><b>　　壓縮空氣</b></p><p>　　硫酸銨 丙烯腈水溶液</p><p>　　5.3 丙烯腈的小時(shí)生產(chǎn)能力</p>

49、;<p>　　按年工作日，丙烯腈損失率3.1%、設(shè)計(jì)裕量6%計(jì)算，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為</p><p>　　=683.0 kg/h</p><p><b>　　5.4 反應(yīng)原理</b></p><p>　　主反應(yīng)： CH=CH-CH3 + NH3 +O2 → CH2=CH-CN + 3H2O </p><p>

50、;　　丙烯，氨，氧在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，除生成丙烯腈外，尚有多種副產(chǎn)物生成。</p><p>　　副反應(yīng)： CH2=CHCH3 + 3NH3 + 3O2 → 3HCN + 6H2O </p><p>　　氫氰酸的生成量約占丙烯腈質(zhì)量的。</p><p>　　CH2=CHCH3 +NH3 +O2 → CH3CN + 3H2O </p><p>

51、;　　乙腈的生成量約占丙烯腈質(zhì)量的。</p><p>　　CH2=CHCH3 + O2 → CH2=CHCHO + H2O </p><p>　　丙烯醛的生成量約占丙烯腈質(zhì)量的。</p><p>　　CH2=CHCH3 + O2 → 3CO2 + 3H2O </p><p>　　二氧化碳的生成量約占丙烯腈質(zhì)量的，它是產(chǎn)量最大的副產(chǎn)物。<

52、/p><p>　　上述副反應(yīng)都是強(qiáng)放熱反應(yīng)，尤其是深度氧化反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中，副產(chǎn)物的生成，必然降低目的產(chǎn)物的收率。這不僅浪費(fèi)了原料，而且使產(chǎn)物組成復(fù)雜化，給分離和精制帶來(lái)困難，并影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了減少副反應(yīng)，提高目的產(chǎn)物收率，除考慮工藝流程合理和設(shè)備強(qiáng)化外，關(guān)鍵在于選擇適宜的催化劑，所采用的催化劑必須使主反應(yīng)具有較低活化能，這樣可以使反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，使熱力學(xué)上更有利的深度氧化等副反應(yīng)，在動(dòng)力學(xué)上受到抑制。&l

53、t;/p><p>　　6 加熱器概述及選型原則</p><p><b>　　6.1 加熱器簡(jiǎn)述</b></p><p>　　加熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。加熱器是化工,石油,動(dòng)力,食品及其它許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備,在生產(chǎn)中占有重要地位. </p><p>　　6.1.1 運(yùn)行的主要原則</

54、p><p>　　（1）防止受熱面金屬溫度超過(guò)材料的許用溫度。</p><p>　?。?）加熱器溫度特性好，在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)能通過(guò)調(diào)節(jié)維持額定汽溫。</p><p>　?。?）防止受熱面管束積灰、磨損和腐蝕。</p><p>　　6.1.2 加熱器的特點(diǎn)</p><p>　?。?）加熱器是鍋爐中金屬壁溫最高的受熱面，對(duì)材質(zhì)

55、要求高。</p><p>　?。?）加熱器的阻力不能太大。 </p><p>　?。?）高熱負(fù)荷區(qū)的加熱器的工質(zhì)流速高。</p><p>　?。?）加熱器出口汽溫將隨鍋爐負(fù)荷的改變而變化。</p><p>　?。?）加熱器的布置受鍋爐參數(shù)影響。</p><p>　?。?）在鍋爐點(diǎn)火升爐或汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，加熱器需要

56、采取保護(hù)措施。 </p><p>　　6.1.3 加熱器的分類 </p><p>　　（1）根據(jù)傳熱方式分：對(duì)流、輻射和半輻射式。</p><p>　?。?）根據(jù)煙氣與管內(nèi)蒸汽的相對(duì)流動(dòng)方向分：逆流、順流和混合流。</p><p>　?。?）根據(jù)對(duì)流受熱面的放置方式分：立式、臥式。</p><p>　?。?）根據(jù)管子排

57、列方式分：順列、錯(cuò)列。</p><p>　?。?）根據(jù)管圈數(shù)分：?jiǎn)喂苋Α㈦p管圈、多管圈。</p><p>　?。?）根據(jù)結(jié)構(gòu)分：屏式加熱器、壁式加熱器、對(duì)流加熱器</p><p><b>　　6.2 選型原則</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的加熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的加熱器不斷涌現(xiàn)。

58、為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類的加熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。完善的加熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求： </p><p>　?、?合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；</p><p>　?、?結(jié)構(gòu)安全可靠； </p><p>　　③ 便于制造、安裝、操作和維修； </p><p><b>　?、?經(jīng)濟(jì)上合理。 </b&g

59、t;</p><p>　　選型時(shí)要基于各種加熱器的性能（材料、壓強(qiáng)、溫度、溫度差、壓強(qiáng)降、結(jié)垢腐蝕情況、流動(dòng)情況、傳熱效果、檢修及操作等因素）綜合考慮，選擇系列標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。</p><p><b>　　7工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　7.1計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　?、?空氣

60、走管內(nèi)，加熱蒸汽走管間。</p><p>　?、?進(jìn)口氣體溫度90℃，出口氣體溫度136℃，氣體進(jìn)口壓力0.243Mpa體的流量和組成如下表6所示。</p><p>　　表6 進(jìn)口氣體流量和組成</p><p>　　熱衡算求空氣加熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽量N2、O2和蒸汽90136℃的平均比熱容分別為1.046kJ/ (kgK )、1.84kJ/ (kgK)和1.

61、925kJ/(kgK)。</p><p>　　熱損失按10%考慮，空氣加熱器的熱負(fù)荷為：</p><p>　　Q =(1580.9×1.84＋???????????＋????????????（???－??）（???＋???）</p><p>　　??????????????? kJ/h</p><p>　　用0.608MPa的蒸汽為

62、加熱劑，其飽和溫度為164.2℃，冷凝熱為2066kJ/kg，加熱蒸汽用量為</p><p><b>　　W=kg/h</b></p><p><b>　　7.2 定性參數(shù)</b></p><p>　　7.2.1 定性溫度</p><p>　　7.2.1.1 管程定性溫度 ℃</p&

63、gt;<p>　　7.2.1.2 管殼定性溫度 ℃</p><p>　　7.2.2 基本物性數(shù)據(jù)查找</p><p>　　7.2.2.1管程空氣物性參數(shù)</p><p>　　（1）查得進(jìn)口空氣在定性溫度下的數(shù)據(jù)：</p><p>　　μ=2.225×10-5kg/（ms），λ=0.0329w/(ms);<

64、;/p><p>　　進(jìn)口氣體取其各組分的平均值：1.366 kJ/(kgK)</p><p>　?。?）管內(nèi)氣體質(zhì)量流量W=1580.9＋5203.5＋1159.9=7944.3kg/h=2.21kg/s;</p><p>　　（3）管內(nèi)氣體體積流量=（49.4＋185.85＋64.4）×22.4×</p><p>　　=3.

65、956×10³m³/h=1.10m³/s </p><p>　?。?）管內(nèi)氣體密度m/s</p><p>　　7.2.2.2殼程飽和蒸汽物性的參數(shù)</p><p><b>　?。?）飽和蒸汽密度</b></p><p><b>　?。?）飽和蒸汽黏度</

66、b></p><p>　　7.2.3確定流體的流徑</p><p>　　改設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為飽和蒸汽，冷流體為空氣，為了使通過(guò)殼壁面向空氣加熱，提高加熱效果，確定空氣走管程，飽和蒸汽走殼程。</p><p>　　7.2.4計(jì)算平均溫差</p><p>　　預(yù)選單殼程、多管程的列管加熱器，按逆流計(jì)算，其溫度為：</p>&l

67、t;p><b>　　熱流體T </b></p><p>　　冷流體 t </p><p>　　Δt1=164.2-90=74.2℃</p><p>　　Δt 2=164.2-136=28.2℃ </p><p><b>　　℃ </b></p>&l

68、t;p>　　7.2.5 估算換熱面積</p><p>　　7．2.5.1 預(yù)選K值</p><p>　　參考相關(guān)資料，水蒸氣冷凝總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值在30300K/(㎡℃),故欲取150 K/(㎡℃)。</p><p>　　7.2.5.2 初選加熱器型號(hào)</p><p>　　由于兩流體的溫差＜50，可選用固定板式換熱器的系列型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，初

69、選型號(hào)為G600﹣1.0﹣22.3</p><p>　　表7 加熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p><b>　　實(shí)際換熱面積：</b></p><p>　　采用此換熱器則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為</p><p><b>　　7.3 核算參數(shù)</b></p><p>　　7.3

70、.1 核算壓強(qiáng)</p><p>　　7.3.1.1 管程壓降</p><p><b>　　其中 。</b></p><p><b>　　管程流通面積：</b></p><p>　　管程氣體流速：=m/s</p><p>　　雷諾數(shù)： Rei=(屬于湍流區(qū))</p&

71、gt;<p>　　設(shè)管壁粗糙度，由λ-Re關(guān)系圖中查得：</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　則﹤</b></p><p>　　計(jì)算結(jié)果表明，管程壓強(qiáng)能滿足題設(shè)的要求。</p><p>　　7.3.1.2殼程壓降</p><p&g

72、t;　　用埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)降：</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　管子為正三角斜排列：。</p><p>　　橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)： </p><p>　　取折流擋板間距為： ，</p><p><b>　　折流擋板數(shù)為：</b></p

73、><p><b>　　殼體的內(nèi)徑： </b></p><p><b>　　殼程流通面積為： </b></p><p><b>　　殼體體積流量：</b></p><p><b>　　殼程流速為： </b></p><p>　　殼程雷諾數(shù)

74、：＞500</p><p>　　殼程流體的摩擦系數(shù)：</p><p><b>　　所以 =</b></p><p><b>　　=118Pa</b></p><p><b>　　則﹤80</b></p><p>　　計(jì)算結(jié)果表明，殼程壓強(qiáng)能滿足設(shè)計(jì)要求。

75、</p><p>　　7.3.2核算總傳熱系數(shù)</p><p>　　7.3.2.1管程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　雷諾數(shù) ： Re= (屬于湍流區(qū))</p><p><b>　　Pr=</b></p><p>　　其中取其各組分的平均值：1.366 kJ/(kgK)</p>

76、<p>　　=338w/( m2/s)</p><p>　　7.3.2.2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　管子為正三角形排列，換熱器列管之中心距 。則流體通過(guò)管間最大截面積為：</p><p>　　殼程中水蒸氣被冷卻，取，</p><p><b>　　℃)</b></p><p>

77、;　　7.3.2.3總傳熱系數(shù)</p><p>　　查相關(guān)資料得：蒸汽冷凝側(cè)污垢熱阻</p><p><b>　　空氣污垢熱阻 </b></p><p><b>　　鋼的導(dǎo)熱系數(shù) </b></p><p>　　7.4 總產(chǎn)熱系數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　總傳

78、熱系數(shù)　　</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　計(jì)算得到 K=154</p><p>　　故所選加熱器是合適安全系數(shù)為</p><p>　　7.5加熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果</p><p>　　經(jīng)以上計(jì)算及查表可得加熱器的主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8，加熱器的

79、結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表9。</p><p>　　表8 加熱器的主要計(jì)算結(jié)果</p><p>　　表 9 加熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　表中管程流通面積是個(gè)管程的平均值，管子為正三角形排列。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓秀山. 丙烯腈的應(yīng)用[J

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