丙烯腈工艺车间设计（课程设计）(2)

燕山大学里仁学院化工专业课程设计

A．反应器进口原科气中各组分的流量

?6C3H6 13.46/0.2k2.mo4l3?h/ 09k4g2.hC3H8

22.43?0.15?3.k9m6olh?/0.85174.kg1 6h/ h4k0g0.3 816k5g0.h31.?05NH3 22.4?32.?3O2 22.4?3?3H2O 22.4?2k3.mo5l5h?/5k1.m5o9lh?/67.km3o3lh?/121k1.g 9h543k4.g 1h5/N2

51.59?0.79?194.km08olh?/0.21B．反应器出口混合气中各组分的流量

h713.19kg/h 丙烯腈 13.4k6mol/=

乙腈

3?22.4?30.0?72k2.m3o6lh?/9k6.g 5h6/丙烯醛 22.4?30.0?07k0.mo1l6h?/k9.g 2hCO2 3?22.43?0.12?8.07kmol/h?355.29kg/h

HCN 3?22.4?30.0?65k4.mo3l7h?/1k1g8. h6mol/?hC3H8 3.9k174.1k6g hN2 194.08kmol/h?5434.15kg/h

39?8.07 O2 51.59-?13.46-4.37-0.16-2.36-23?2 =12.41kmol/h?396.96kg/h

1?C3H6 22.43-324.37-0.?16-312.36?-13. 46-38.07 =3.09kmol/h?129.78kg/h

km37o=l3.?h36NH3 23.55-13.46-2.36-4.

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k/g h燕山大学里仁学院化工专业课程设计

?313.4?6+22.?36+24.37 +H2O 67.33+ =129.40kmol/h?2329.40kg/h

(3)热量衡算

查阅相关资料获得各物质各物质0～110℃、0～360℃、0～470℃的平均定压比热容

A． 浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量

各物质25～t℃的平均比热容用o～t℃的平均比热容代替，误差不大，因此，

?H1=(942.06?1.841+174.16?2.05+400.38?2.301+1650.85?0.941+5434.15? 1.046+1211.92?1.883)(25-110)=-10.65?10kJ/h?H2=-(13.46?103?512.5?2.36?103?362.3?4.37?103?315.1?0.16?103?353.1?8.07?10?641)??1.48?10kJ/h375

?H3=(129.78?2.929+174.16?3.347+57.12?2.929+396.96?1.046+5434.15? 1.109+2329.20?2.092+713.39?2.029+96.56?2.10+118.09?1.724+9.20?2.172+355.29?1.213)(470-25)=6.56?106kJ/h

?H=?H1??H2??H3??10.65?105?1.48?107?6.56?106??9.31?106kJ/h

若热损失取?H的5%，则需有浓相段换热装置取出的热量（即换热装置的热负荷）为：

Q?(1?0.05)?9.31?106?8.84?106kJ/h

浓相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽（饱和温度143℃） 143℃饱和蒸汽焓：isteam?2736kJ/kg 143℃饱和水焓：iH2O?601.2kJ/kg

8.84?106?4140.90kg/h ? 产生的蒸汽量=2736?601.2B． 稀相段热衡算求稀相段换热装置的热负荷及产生蒸汽量 以0℃气体为衡算基准

进入稀相段的气体带入热为：

Q1=(129.78?2.929+174.16?3.347+57.12?2.929+396.96?1.046+5434.15? 1.109+2329.20?2.092+96.56?2.10+118.09?1.724+9.20?2.172+355.29?1.213)(470-0)=6.25?106kJ/h离开稀相段的气体带出热为：

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Q2=(129.78?2.678+174.16?3.013+57.12?2.636+396.96?1.004+5434.15?1.088+2329.20?2.088+713.39?1.874+96.56?1.933+118.09?1.64+9.20?1.966+355.29?1.130)(360-0)=5.16?106kJ/h热损失取4%，则稀相段换热装置的热负荷为：

Q?(1?0.04)(Q1?Q2)?(1?0.04)(6.25?10?5.16?10)?1.05?10kJ/h666

稀相段换热装置产生0.405MPa的饱和蒸汽，产生的蒸汽量为：

1.05?106G??491.85kg/h

2736?601.22.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算

(1)计算依据

A．入塔空气压力0.263MPa，出塔空气压力0.243MPa

B．空压机入口空气温度30℃，相对温度80％，空压机出口气体温度170℃ C．饱和塔气、液比为152.4(体积比)，饱和度0.81

D．塔顶喷淋液为乙腈解吸塔釜液，温度105℃，组成如下 AN ACN ACL 组分 氰醇 %（Wt） 0.005 0.008 0.0005 0.0002 E．塔顶出口湿空气的成分和量按反应器入口气体的要求为

水 99.986 合计 100 O2 51.59Kmol/h 即 1650.88kg/hN2 194.08Kmol/h 即 5434.15kg/h H2O 67.33Kmol/h 即 1211.94kg/h(2)物料街算

A．进塔空气量

进塔干空气量?(51.59?194.08)?245.67mol/h?7084.89kg/h

查得30℃，相对湿度80%时空气温含量为0.022kg水气/kg干空气．因此，进塔空气带 入的水蒸气量为：0.022?7084.89?155.87kg/h B．进塔热水量

气、液比为152.4，故进塔喷淋液量为： 245.67?22.4?273?1700.10131???22.57m3/h

2730.263152.43塔顶喷淋液105℃的密度为958kg/m，因此进塔水的质量流量为：

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22.57?958?21620.98kg/h

C．出塔湿空气量

出塔气体中的O2 、N2 、 H2O 的量与反应器人口气体相同，因而

O2 51.59Kmol/h 即 1650.88kg/hN2 194.08Kmol/h 即 5434.15kg/h H2O 67.33Kmol/h 即 1211.94kg/hD．出塔液量

塔内水蒸发量?1211.94?155.87?1056.07kg/h?出塔液流量?21620.98?1056.07?20564.91kg/h(3)热衡算

A．空气饱和塔出口气体温度

空气饱和塔出口气体中，蒸汽的摩尔分数为：

67.33?100%?21.5%

67.33?194.08?51.59根据分压定律．蒸汽的实际分压为：

pH2O?yH2Op?0.215?0.243?0.05225MPa

因饱和度为0.81，．所以饱和蒸汽分压应为： 0.05225/0.81?0.0645MPa?64500Pa

查饱和蒸汽表得到对应的饱和温度为90℃，因此，须控制出塔气体温度为90℃．才能保证工艺要求的蒸汽量。

B．入塔热水温度 入塔水来自精制工段乙腈解吸塔塔釜，l05℃。

C．由热衡算求出塔热水温度t 热衡算基准：0℃气态空气，0℃液态水。 (a)170℃进塔空气带人热量Q1，

170℃蒸汽焓值为2773.3kJ/kg，干空气在0~l70℃的平均比热容cp?1.004kJ/(kg?K)

Q1?(1650.88?5434.15)?1.004(170?0)?(155.87?2773.3)?1.642?106kJ/h

(b)出塔湿空气带出热量Q2

90℃蒸汽焓2660kJ/kg，空气比热容取cp?1.004kJ/(kg?K)

Q2?(1650.88?5434.15)?1.004(90?0)?(1211.94?2660)?3.864?10kJ/h

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(c)105℃入塔喷淋液带入热量Q3

Q3?21620.98?4.184(105?0)?0.950?107kJ/h

(d)求出塔热水温度t 出塔热水带出热量用Q4表示，则

Q4?20564.91?4.184t?86043.6.1t

10kJ/h 热损失按5%，则Q损?0.05(1.642?10?9.937?10)?5.79? 热平衡方程Q1?Q3?Q2?Q4?Q损

代人数据，1.642?10?0.950?10?3.864?10?86043.6t?5.79?10 解得 T=77.86℃

因此，出塔热水温度为77.86℃

2.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算

6765665(1)计算依据

A．入塔气体流量和组成与反应器出口气体相同。 B．在中和塔内全部氨被硫酸吸收，生成硫酸铵。 C．新鲜硫酸吸收剂的含量为93％(wt)。 D．塔底出口液体(即循环液)的组成如下 组分 %（wt） 水 68.53 AN 0.03 ACN 0.02 HCN 0.016 硫酸 0.5 硫酸铵 30.90 合计 100 E．进塔气温度l80℃，出塔气温度76℃，新鲜硫酸吸收剂温度30℃ F．塔顶压力0.122MPa，塔底压力0.142MPa。

(2)物料衡算

A．排出的废液量及其组成进塔气中含有57.12kg/h的氨，在塔内被硫酸吸收生成硫酸铵。

氨和硫酸反应的方程式： 2NH3?H2SO4?(NH4)2SO4

(NH4)2SO4的生成量，即需要连续排出的(NH4)2SO4流量为:

57.12?132?221.76kg/h 2?17塔底排出液中, (NH4)2SO4的含量为30.9%（wt），因此，排放的废液量为：

221.76/0.309?717.67

排放的废液中．各组分的量：

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