丙烯腈物料衡算

目录一、概述..........................................错误!未定义书签。1.1产品简介..........................................................................错误!未定义书签。1.2丙烯腈的物理性质..........................................................错误!未定义书签。1.3丙烯腈的化学性质..........................................................错误!未定义书签。1.4工艺现状.........................................................................................................41.5原料来源.........................................................................................................41.6丙烯腈的发展简史及展望..............................................................................41.7市场分析.........................................................................................................4二、丙烯腈工艺简介................................................62.1生产工艺原理.................................................................................................62.2生产工艺流程.................................................................................................62.3Aspen合成工艺流程简介................................................................................6三、丙烯腈的物料衡算..............................................8四、模拟流程及结果展示...........................................114生产工艺流程...................................................................................................114.1换热器H1模拟结果.....................................................................................114.2压缩机COM1模拟结果..................................................................................124.3压缩机COM2模拟结果..................................................................................124.4萃取精馏塔CQ模拟结果.............................................................................134.5换热器H2模拟结果......................................................................................134.6急冷塔JL模拟结果......................................................................................134.7反应器R模拟结果........................................................................................144.8水吸收塔XS模拟结果..................................................................................144.9物流模拟结果................................................................................................14五、设计体会.....................................................15化工设计实训报告2设计任务：年产6000t/a丙烯腈合成段设计（aspen模拟）按年工作日300天，丙烯腈损失率3.1%，设计裕量6%计算丙烯腈小时生产计算依据：原料组成：（摩尔分数）含C3H685%、C3H815%。进反应器的原料配比（摩尔比）为C3H6∶C3H8∶O2=1:1.05:2.3见表1。表1反应后各产物的单程收率物质丙烯腈（AN）氰化氢（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）CO2摩尔收率0.60.0650.70.0070.12操作压力0.203MPa出口压力0.162MPa反应器进口温度110℃反应温度450℃气体出口温度350℃。其他设计参数查相关手册。化工设计实训报告3一．概述1.1产品简介丙烯腈，分子式为CH2=CH－CN，英文缩写为AN。丙烯腈（AN）是一种易燃、剧毒、有苦杏仁味的无色液体，它具有高极性，可同大多数有机溶剂互溶，它作为一种重要的有机化工原料，在合成纤维、合成橡胶、合成树脂等高分子材料中占有重要地位。以丙烯腈为原料可生产腈纶（丙烯腈纤维），丁腈橡胶（NBR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS）和苯乙烯-丙烯腈树脂（SAN）等。丙烯腈主要用于生产腈纶，约占50%，其次是ABS/SAN、己二腈和聚丙烯酰胺等。1.2丙烯腈的物理性质丙烯腈在常温常压下是无色液体熔点－82℃、密度0.80ｇ/m3、沸点77.3℃.味甜具有刺激性的微臭味、有毒。室内允许浓度为0.002mg/L，在空气中的爆炸极限为3.05%―17.5%能溶于许多有机溶剂中与水部分互溶。在水中的溶解度为7.1%(质量分数)水在丙烯腈中的溶解度3.1%(质量分数)。丙烯腈可与苯、四氯化碳、甲醇形成二元共沸物能与水形成最低共沸物。1.3丙烯腈的化学性质丙烯腈：化学式CH2=CH-CN含有双键和氰基其化学性质活泼，易聚合.也易与其他发生加成反应。是三大合成材料―合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料。是用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺。其用途分配：合成纤维约占40%―60%.树脂和橡胶约占15%―28%。此外还有丙烯酰胺等有机产品。另外丙烯腈可制得丙烯酸酯等。丙烯在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物―聚丙烯腈。聚丙烯制成的腈纶质地柔软，类似羊毛俗称人造羊毛，它强度高，比重轻、保温性好、耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能是现代工业最重要的橡胶、应用广泛。1.4工艺现状目前，丙烯腈的主要生产工艺是流化床丙烯氨氧化法。然而，丙烷氨氧化法生产工艺的出现对丙烯氨氧化法提出了挑战，因为丙烷比丙烯更具有价格优势，这可以大大降低生产所耗原材料的费用。化工设计实训报告41.5原料来源丙烷脱氢制丙烯，原料丙烷主要来自液化石油气(LPG)，目前国内的LPG主要作为民用燃料使用。1997年，用作民用燃料的LPG占LPG商品总量的94.5%。已开工建设的长达4212km的“西气东输”管网工程将为长江中下游地区提供120亿立方米每年的巨大天然气源，另外，中石化预计明处在东海开发新的天然气资源，目前探明的可利用储量为190亿立方米每年的巨大天然气源；另外，安徽淮南又发现新的天然气资源等。1.6丙烯腈的发展简史及展望第二次世界大战前夕，发现丙烯腈的共聚物可极大改善合成橡胶的耐油和耐溶剂性，丙腈烯因而开始受到重视。战争期间，德国开发了环氧乙烷和氢氰酸合成丙烯腈的氰乙醇法工艺。后来，德国法本公司又开发了乙炔和氢氰酸直接合成丙烯腈的乙炔法。在1960年以前，此法是丙烯腈的主要生产方法。其后，丙烯腈在合成纤维、树脂等方面的新应用，又促进了丙烯腈新生产方法的研究及其产量激增。1960年，美国俄亥俄标准油公司采用流化床反应器开发丙烯氨化氧化一步合成丙烯腈工艺并投入工业生产，引起了丙烯腈生产工艺的巨大变革。1983年，世界丙烯腈年产量已达3Mt，几乎全部采用丙烯氨化氧化法生产。目前全球95%以上的装置采用BP公司都开创并发展的丙烯氨氧化法技术，催化剂是丙烯腈合成的关键，用MO、Bi、CO等数十种金属混合氧化物，反应温度为35℃,丙烯转化率达到96.4%，丙烯腈转化率为80.2%。近年来丙烷氨化氧化法生产丙烯腈的研究已经取得了长足性的进展，现处于中试阶段，就一方面由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低的多，但另一方面也为惰性的丙烷开拓新的领域，就目前的技术水平看，投资大、转化率低、选择性不高等多方面弱点，所以在目前还不能和丙烯氨化氧化法相媲美，所以丙烯氨化氧化法至今经久不衰。1.7市场分析我国丙烯腈主要用作腈纶，2000年我国丙烯腈产量约为400kt，消费量约为550kt，消费结构与腈纶占85%，ABS/AS约占7%，丙烯酰胺约占3%，其他为5%,由于国内供应不足，国内近期有多家企业计划扩建丙烯腈装置。近十年来我国发展迅速，1988年产量为80.5kt，2000年约为400kt，年增长化工设计实训报告5率约为14.3%，丙烯腈的生产与消费主要集中在美国，西欧，日本与工业发达国家和地区，他们生产能力约占全球生产能力的66.2%。二．丙烯腈工艺流程简介2.1生产工艺原理在丙烯氨氧化法生产工艺中，丙烯腈是丙烯在一种混合金属氧化物催化剂的作用下与氨和氧气（或空气）反应合成的。反应方程式为：C3H6+NH3+1.5O2↔C3H3N+3H2O此反应是强放热反应（220，000BTU/1bmole丙烯），虽然氨氧化催化剂对丙烯腈是中等选择性，但有许多副产物，如乙腈、HCN、CO和CO2。典型的反应条件为：温度，750～900F；压力，30～50psia；接触时间，2～6秒；氨/丙烯（摩尔进料比），1.05～1.2；空气/丙烯（摩尔进料比），8～20。在这些条件下丙烯的转化率通常大于90%。2.2生产工艺流程丙烯和氨蒸发混合后进入反应器,与压缩机送来的空气中的氧在催化剂作用下发生化学反应,生成丙烯腈、乙腈、氢氰酸、水、丙烯醛及丙烯酸等物质,形成反应气体。这其中还包括未反应的丙烯、氨及氧等物质,反应气体经旋风分离器除催化剂后,进入急冷塔下段进行急冷和洗涤,除去反应气体携带的催化剂粉尘和反应生成的聚合物,并由塔底排出,送界区外处理。洗涤后的反应气体进入急冷塔中段,加入浓硫酸,浓硫酸与反应气体中的氨发生中和反应,生成的硫铵液送硫铵液贮罐。反应气体除氨后进入急冷塔上段进行降温,降温后进入吸收塔,回收丙烯腈和其他水溶性有机反应产物。吸收塔顶排出未被吸收的CO、CO2、N2及烃类等物质,