年产3000吨丙烯氰(an)合成工段换热器工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)

年产3000吨丙烯氰(an)合成工段换热器工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

及产生蒸汽量 △ H1=( ++++46+ )(25100)= 510 kJ/h △ H2= (++++641)310 = 610 kJ/h △ H3=(++++++++++)(47025)= 610 kJ/h CO2 0 0 0 0 合计 100 100 100 100 物质 C3H6 C3H8 NH3 O2 N2 H2O  )/(/ KkgkJcp 0~110℃ 0~360℃ 0~470℃ 物质 AN HCN ACN ACL CO2  )/(/ KkgkJcp 0~360℃ 0~470℃ 110176。 C，反应器入口混合气 △ H 470176。 C，浓相段出口混合气 △ H1 25176。 C，反应器入口混合气 △ H2 25176。 C，浓相段出口混合气 △ H3 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 17 页 共 47 页 △ H=△ H1+△ H2+△ H3=610 kJ/h 若热损失取 ΔH 的 5%，则需由浓相段换热装置取出的热量（即换热装置的热负荷）为： Q = () 610 =610 kJ/h 浓相段换热装置产生 的饱和蒸汽（饱和温度 143℃ ）， 143℃ 饱和蒸汽焓 isteam =2736 kJ/kg 143℃ 饱和水焓 iH2O= kJ/kg ∴ 产生的蒸汽量 为 G= 6 = kg/h 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= (+++++ +++++) (4700) = 610 kJ/h 离开稀相段的气体带出的热为 Q2 =(+++++ +++++) (3600)= 610 kJ/h 若热损失为 4%，则稀相段换热装置的热负荷为 Q = () (Q1Q2) = () () 610 =610 kJ/h 稀相段 换热装置产生 的饱和蒸汽 ∴ 产生的蒸汽量为 G= hkg / 6  废热锅炉的热量衡算 （ 1）计算依据 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 18 页 共 47 页 360℃ ，压力 180℃ ，压力 的饱和蒸汽 （ 2）热衡算 以 0℃ 气体为衡算基准 各物质在 0~180℃的平均比热容为 物质 AN HCN ACN ACL 2CO  )/(/ KkgkJcp a． 入口 气体带入热（等于反应器稀相段气体带出热） Q1= 610 kJ/h b． 出口气体带出热 Q2 =（ ++++ ++++++ )（ 1800） =610 kJ/h c． 热衡算 求需要取出的热量 Q 按热损失 10%计，需取出的热量为 Q= () (Q1 Q2) =() 610 =610 kJ/h d. 产生蒸汽量 ∴ 产生 饱和蒸汽的量为 ： hkgG / 3 0 12 7 3 6 105 6 6  空气饱和塔物料衡算和热量衡算 （ 1）计算依据 ，出塔空气压力 Mpa 物质 63HC 83HC 3NH 2O 2N H2O  )/(/ KkgkJcp 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 19 页 共 47 页 空气温度 30℃ ，相对湿度 80%，空压机出口气体温度 170℃ 、液比为 （体积比），饱和度 ，温度 105℃ ，组成如下： 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 O2 N2 H2O (2)物料衡算 进塔干空气量等于 += kmol/h=4517 kg/h 查得 30℃， 相对湿度 80%时空气湿含量为 水气 /kg干空气 ， 因此 ， 进塔空气带入的水蒸气量为 4517= kg/h 液比为 ，故进塔喷淋液量为 5 212 6 1 0 1 7 31 7 02 7 2  ）（ = hm/3 塔顶喷淋液（ 105℃ ）的密度为 958 3/mkg ，因此进塔水的质量流量为 958= kg/h c 出塔湿空气量 出塔气体中的 O N H2O 的量与反应器入口气体相同，因此 O2 N2 H2O 塔内水蒸发量 == kg/h ∴ 出塔液流量 == kg/h 物质 AN ACN 氰醇 ACL H2O 合计 %（ wt） 100 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 20 页 共 47 页 (3)热衡算 从物料平衡表得 知，空气饱和塔出口气体中，蒸汽的摩尔分数为 ，根据分压定律，蒸汽的实际分压为 M PaPyP OHoH 0 5 6 5 4 1  因饱和度为 ，所以饱和蒸汽分压应为： 查饱和蒸汽表，得到对应的饱和温度为 90℃ ，因此，必须控制出塔气体温成分 入塔气 出塔气 kmol/h kg/h %(mol) %(wt) kmol/h kg/h %(mol) %(wt) O2 N2 H2O AN 0 0 0 0 0 0 0 0 ACN 0 0 0 0 0 0 0 0 氰醇 0 0 0 0 0 0 0 0 ACL 0 0 0 0 0 0 0 0 合计 100 100 100 100 入塔喷淋液 塔釜排出液 kg/h %(wt) kg/h %(wt) 0 0 0 0 0 0 0 0 100 100 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 21 页 共 47 页 度在 90℃ ，才能保证工艺要求的蒸汽量。 入塔水来自精制段乙腈解吸塔塔釜， 105℃ t 热衡算基准： 0℃ 气态空气， 0℃ 液态水 （ a） 170℃ 进塔空气带入热 量 Q1 170℃ 蒸汽焓值为 ，干空气在 0~170℃ 的平均比热容 为）KkgkJc p /(0 0  Q1 = (+) (1700) + ( )= 610 kJ/h （ b）出塔湿空气量带出热量 Q2 90℃ 蒸汽焓 2660kJ/kg，空气比热容取 (kgK) Q2 = (+) (900) + 2660=610 kJ/h （ c） 105℃ 入塔喷淋液带入热量 Q3 Q3=(1050) = 610 kJ/h (d)求出塔热水温度 t 出塔热水带出的热量用 Q4表示 则 Q4== 热损失按 5%计， 则 Q=( 610 + 610 )= 510 kJ/h 热平衡方程 Q1 + Q3 = Q2 + Q4 + Q 代入数据： 610 +610 = 610 + + 510 解得 ： t=80℃ 因此，出塔热水温度为 80℃ 氨中和塔物料衡算和热量衡算 （ 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 ，生成硫酸铵 93%（ wt） ： 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 22 页 共 47 页 ｅ .进塔温度 180℃，出塔温度 76℃，新鲜硫酸吸收剂温度 30℃ ｆ .塔顶压力 MPa ，塔底压力 （２）物料衡算 进塔其中含有 ，在塔内被硫酸吸收生成硫酸铵，氨和硫酸反应的方程式如下 ： 2 NH 3 + H 2 SO 4 (N H 4 )2 SO 4 硫酸铵的生成量，即需要连续排出的 424)( SONH 的 流量为 172  = kg/h 上式中 132 是 (NH4)2SO4的分子量， 17 是 NH3的分子量 塔底排出液中， (NH4)2SO4的含量为 %（ wt）， 因此，排放的废液量为 ： 排出的废液中，各组分的量： H2O =AN =ACN =HCN =H2SO4 =(NH4)2SO4 =b．需补充的新鲜吸收剂（ 93% H2SO4）的量为： hkg / 2 0 9 3   c． 出塔气体中个组分的量 C3H6 kg/h C3H8 kg/h O2 kg/h 组分 H2O AN ACN HCN H2SO4 (NH4)2SO4 合计 %（ wt） 100 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 23 页 共 47 页 N2 kg/h AN = kg/h ACN = kg/h ACL kg/h HCN = kg/h CO2 kg/h H2O 出塔气中的水 =入塔气中带入的水 +新鲜吸收剂带入水 废液排出 水 += kg/h d. 氨中和塔循环系统物料平衡表 成分 入 塔 气 新鲜吸收液 kmol/h kg/h %(mol) %(wt) kg/h %(wt) C3H6 0 0 C3H8 0 0 NH3 0 0 O2 0 0 N2 0 0 H2O 7 AN 0 0 ACN 0 0 HCN 0 0 ACL 0 0 CO2 0 0 H2SO4 0 0 0 0 93 (NH4)SO4 0 0 0 0 0 0 合计 100 100 100 组分 排放废液 出 塔 气 Kg/h %(wt) Kmol/h Kg/h %(mol) %(wt) C3H6 0 0 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 24 页 共 47 页 （ 3）热衡算 塔顶气体中实际气体分压为 M PaPyP OHoH 0 3 6 9 7  设饱和度为 ，则与出塔气体温度平衡的饱和蒸汽分压为 M PaP OH 0 3 7 0  入塔喷淋液的硫酸铵含量为 4 2 4 23 0 . 91 0 0 4 5 ( ) / 1 0 06 8 . 5 3 g N H S O g H O ，已知硫酸铵溶液上方的饱和蒸汽压如下表 硫酸铵溶液上方的饱和蒸汽压 /MPa C3H8 0 0 NH3 0 0 0 0 0 0 O2 0 0 N2 0 0 H2O AN ACN HCN ACL 0 0 CO2 0 0 H2SO4 0 0 0 0 (NH4)SO4 0 0 0 0 合计 100 100 100 温度 /℃  OgHSONHgSONH 2424424 /)(/)( 含量 40 45 50 70 年产 3000 吨丙烯氰 (AN)合成工段换热器工艺设计 第 25 页 共 47 页 根据入塔喷淋液的硫酸铵含量和 OHP2 的值，内插得到出塔气的温度为 76℃ 入塔喷淋液温度比气体出口温度低 6℃ ，故为 70℃ 入塔气蒸气分压 PH2O=yH2Op==, 在釜液 (NH4)2SO4 含量[45g(NH4)2SO4/100gH2O]下溶液上方的饱和蒸汽分压等于 时的釜液温度即为釜液的饱和温度，内插法从表 中 得到，饱和温度为 ℃，设塔釜液温度比饱和温度低℃ ,即 81℃。 又，查硫酸铵的溶解度数据得知， 80℃时，每 100g 水能溶解 硫酸铵，而釜液的硫酸铵含量为 45g(NH4)2SO4/100gH2O,所以釜液温度控制 81℃。 不会有硫酸铵结晶析出。 d． 热衡算 求循环冷却器的热负荷和冷却水用量 (a) 入塔气体带入热 Q1 入塔气体带入热量与废热锅炉出口气体带出热量相同， Q1= 610 kJ/h (b) 出塔气体带出热 Q2 各组分在 0~76℃ 的 平均比热容的值如下 Q2 = (++++ ++++1 .343+)(760) = 510。