化工专业丙烯腈工艺车间设计毕业课程设计

化工专业丙烯腈工艺车间设计毕业课程设计内容摘要：

2N 2HO AN HCN ACN ACL 2CO pC 25=( 129 .78 15+ 174 .16 66+ 396 .96 414 +5 434 .15 46+ 185 4 83+ 713 .19 74+ 96. 43 06+ 117 .98 93 +9 .20 43+355 .29 21) ( 76 0) =8 .91 10 kJ /Qh        (c)蒸汽在塔内冷凝放热 3Q 蒸 汽 在 塔 内 的 冷 凝 量 = 进 塔 气 体 带 入 蒸 汽 出 口 气 带 出 蒸 汽==含 量 温 度 燕山大学里仁学院化工专业 毕业设计 13 蒸汽的冷凝热为 /kJ kg 53 4 7 9 . 1 6 2 2 4 6 . 6 1 0 .7 6 1 0 /Q k J h    (d)有机物冷凝放热 4Q AN 的 冷 凝量 /kg h ．其 冷 凝热为 615 /kJ kg ACN 的冷凝量 /kg h ．其冷凝热为 728 /kJ kg HCN 的冷凝量 /kg h ，其冷凝热为 /kJ kg 4 0 . 2 1 5 3 6 1 5 0 . 1 4 3 5 7 2 8 0 . 1 1 4 8 8 7 8 . 6 3 3 7 . 7 4 /Q k J h       (e)氨中和放热 5Q ； 每生成 1mol 硫酸铵放热 55 22 7. 80 10 00 27 3. 8 4. 60 10 /132Q k J h    (f)硫酸稀释放热 6Q 硫酸的稀释热为 749kJ／ kg 56 74 9 18 0. 89 1. 35 10 /Q k J h    (g)塔釜排放的废液带出热量 7Q 塔釜排放的废液中， 2HO与 4 2 4(NH ) SO 的摩尔比为 ,查氮肥设计手册得此组 成的硫酸铵水溶液比热容为 47 / ( )kJ kg K。 57 7 1 7 . 6 7 3 . 3 4 7 ( 8 0 0 ) 1 . 9 2 1 0 /Q k J h     (h)新鲜吸收 剂 带 入 热 8Q 2430 93%C H SO 、 的比热容为 / ( )kJ kg K。 8 1 8 0 . 8 9 1 . 6 0 3 ( 3 0 0 ) 8 6 9 9 . 0 0 /Q k J h    燕山大学里仁学院化工专业 毕业设计 14 (i)求循环冷却器热负荷 9Q 因 操作温度不高，忽略热损失。 把有关数据代 入 热平衡方程： 6 5 5 555 92 . 5 3 1 0 1 0 . 7 6 1 0 3 3 7 . 7 4 4 . 6 0 1 0 1 . 3 5 1 0 8 6 9 9 . 0 04 . 6 0 1 0 1 . 9 2 1 0 Q             解得 69 3 .1 2 1 0 /Q kJ h (J)循环冷却器的冷却水用量 W 设循环冷却器循环水上水温度 32℃ ，排水温度 36℃ ， 则冷却水量为 6 53 . 1 2 1 0 1 . 8 6 4 1 0 / 1 8 6 . 4 /4 . 1 8 4 ( 3 6 3 2 )W k g h t h    E． 求循环液量 m 循环液流量受 入 塔 喷 淋液温度的限制。 70℃ 循环液的比热容为 68 / ( )kJ kg K，循环 液 与新鲜吸收液混合后的 喷 淋液比热容 64 / ( )kJ kg K。 设循环 液 流量为 m kg/h，循环冷却器出口循环液温度 t℃。 对新鲜暖收剂与循环 液 汇合处 (附图中 A 点 )列热平衡方程得： 3 . 3 6 8 9 2 6 7 ( 1 9 2 . 7 ) 3 . 3 6 4 7 0m t m      (1) 对循环冷却器列热平衡得： 693 .3 4 7 8 1 3 .3 6 8 3 .5 6 1 0m m t Q       (2) 联解式 (1)和 (2)得 88204 / kg htC 换热器物料衡算和热量衡算 (1)计算依据 进口气体 76℃ ，组成和流量与氨中和塔出口气相同 出口气体温度 40℃ ，操作压力。 (2)物料衡算 出口气体温度 40℃ ， 40℃ 饱和蒸汽压力为 2 5 5 .3 2 7 .3 7 5HOp m m H g kP a  设出口气体中含有 X kmol/h 的蒸汽 ，根据分压定律有 : 11 5. 5 7. 37 537 1. 36 10 2. 78x x  燕山大学里仁学院化工专业 毕业设计 15 解得 1 5 .1 1 / 2 7 1 .9 9 /x k m o l h k g h  蒸汽的冷凝量为 1 8 5 0 .0 4 2 7 1 .9 9 1 5 7 8 .0 5 /k g h 因此得到换热器气体方 (壳方 )的物料平衡如下 (3)热衡算 A．换热器入口气体带入热 1Q (等于 氨 中和塔出口气体带出热 ) 51 10 /Q kJ h B． 蒸汽冷凝放出热 2Q ： 40℃ 水汽化热为 2401 lkJ／ kE 62 15 78 .0 5 24 01 .1 3. 79 10 /Q k J h    C．冷凝 液 带出热 3Q 53 1 5 7 8 . 0 5 4 . 1 8 4 ( 4 0 0 ) 2 . 6 4 1 0 /Q k J h     D．出口气体带出热 4Q ； 出口气体各组分在 0～ 40℃ 的平均摩尔热容为 组分 36CH 38CH 2O 2N 2HO AN ACN HCN ACL 2CO pC 45( 9 61. 92 6 72. 38 12. 41 29. 46 194 .08 29. 29 15. 11 36. 75 13. 4663. 35 6 52. 09 7 62. 76 6 65. 61 7 38. 6 6) ( 40 0) 6 10 /Qk J h                    E．热 衡算求换热器热负荷 5Q 平衡方程： 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q    燕山大学里仁学院化工专业 毕业设计 16 代入数据求得： 65 10 /Q kJ h 水吸收塔 物料衡算和热量衡 算 (1)计算依据 A．入塔气流量和组成与换热器出口相同。 B．入塔器温度 40℃ ，压力 112Kpa。 出塔气温度 10℃ ，压力 101Kpa C．入塔吸收液温度 5℃ D．出塔 AN 溶液中含 %（ wt） (2)物料衡算 A．进塔物料（包括气体和凝水）的组成和流量与换热器出口相同 B．出塔干气含有 36CH 3 .0 9 / (1 2 9 .7 8 / )km ol h kg h、 38CH 3 .9 6 / (1 7 4 .1 6 / )km ol h kg h、 2O 1 2 .4 1 / ( 3 9 6 .9 6 / )km o l h kg h、 2N 1 9 4 .0 8 / ( 5 4 3 4 .1 5 / )km o l h kg h、 2CO 8 .0 7 / ( 3 5 5 .2 5 / )km ol h kg h 10℃ 水的饱和蒸汽压2 1228 ,HOp Pa ，总压为 101325Pa 出塔器中干气总量 =++++=出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下： 1228 2 2 1 .6 1 2 .7 2 / 4 8 .9 4 /1 0 1 3 2 5 1 2 2 8 k m o l h k g h   出塔气总量为： 1 2 9 . 7 8 1 7 4 . 1 6 3 9 6 . 9 6 5 4 3 4 . 1 5 3 5 5 . 2 5 6 4 9 0 . 9 0 /k g h     C．塔顶加入的吸收水量 （ a）出塔 AN 溶液总量 出塔 AN 溶液中， AN为 %（ wt）， AN 的量为 ，因此，出塔 AN 溶液总量为 （ b）塔顶加入的吸收水量 作水吸收塔的总质量衡算得： AN3 9 6 3 2 . 7 8 6 4 9 0 . 9 0 8 1 7 3 . 9 9 1 5 7 8 . 0 5 3 6 3 7 1 . 6 4 /k g h       入 塔 吸 收 液 量 塔 底 溶 液 量 出 塔 气 体 总 量 入 塔 气 量 凝 水 量 D．塔底 AN 溶液的组成和量 AN、 ACN、 HCN、 ACL 全部被水吸收，因为塔底 AN 溶液中的 AN、 CAN、 HCN、 ACL 的量与进塔气、液混合物相同， AN 溶液中的水量按全塔水平衡求出。 A N = + = 3 6 3 7 1 . 6 4 + 2 7 1 . 9 9 + 1 5 7 8 . 0 5 4 8 . 9 4 = 3 8 2 7 0 . 6 2 k g /h溶 液 中 的 水 塔 顶 加 入 水 进 塔 气 液 混 合 物 中 的 水 出 塔 气 带 出 的 水 燕山大学里仁学院化工专业 毕业设计 17 E 水吸收塔平衡如下： F． 检验前面关于 AN、 ACN、 ACL、 HCN 全部溶于水的假设的正确性 因 系统压力 小于 1Mpa， 气相可视为理想气体， AN、 ACN、 ACL、 HCN 的量相对于水 很小，故溶液为稀溶 液．系统服从亨利定律和分压定律。 压力和含量的关系为 l l lp Ex 或 i i ip Ex 塔底排出液的温度为 15℃( 见后面的热衡算 ) 查得 l5 ℃ 时 ACN、 HCN、 ACl．和 AN 的亨利系数 E 值为 4 18 18243333 8 810ACN E at m k PaH C N E at m k PaACL E m H g k PaAN E at m k Pa (a)AN 塔底 0 .0 5 2 1 1 2 5 .8 2ANp kP a   * 810ANAN ANpx E   从以上计算可看出， 06 20 3AN ANxx，可见溶液未达饱和。 (b)丙烯醛 ACL 0 . 0 0 0 6 0 6 1 1 2 0 . 0 6 8A C Lp k P a   * ACLpx E   塔底 ACL。 含量 *0 .0 0 0 0 7 2 3A C L A C Lxx，溶液未达饱和。 (c)乙腈 ACN 0 .0 0 9 1 1 2 1 .0 1 6A C Np kP a   * ACNpx E   塔底 ACN 含量 * 01 08AC N AC Nxx，溶液未达饱和。 燕山大学里仁学院化工专业 毕业设计 18 (d)氢 氰酸 HCN 0 .0 1 7 1 1 2 1 .8 9 2H C Np kP a   * 1824H C NH C N H C Npx E   塔底 HCN 含量 * CN H CNxx 从计算结果可知，在吸收塔的下部，对 HCN 的吸收推动 力为负值，但若吸收塔足够高，仍可 使塔顶出口 气体中 HCN 的含量达到要求。 (3)热量 衡算 A．入 塔气带 入 热 1Q。 各组分在 0～ 40℃ 的平均摩尔热容如下 组分 36CH 38CH 2O 2N 2HO AN ACN HCN ACL 2CO pC 15( 3 .0 9 6 1 .9 2 3 .9 6 7 2 .3 8 1 2 .4 1 2 9 .4 6 1 9 4 .0 8 2 9 .2 9 1 5 .1 1 3 6 .7 5 1 3 .4 66 3 .3 5 2 .3 6 5 2 .0 9 4 .3 7 6 2 .7 6 0 .1 6 6 5 .6 1 8 .0 7 3 8 .6 6 ) ( 4 0 0 )3 .4 7 1 0 /Qk J h                   B． 入 塔凝水带人热 2Q ： 52 1 5 7 8 . 0 5 4 . 1 8 4 ( 4 0 0 ) 2 . 6 4 1 0 /Q k J h     C． 出塔气带出热 3Q。