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年产10万吨丙烯腈合成段工艺大学本科毕业论文.doc
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1、年产10万吨丙烯腈合成段工艺设计The Process Design of 100kt/a Acrylonitrile by Synthesis 目录摘要IAbstractII引 言1第一章 文献综述21.1 丙烯腈的概况21.1.1 丙烯腈的发展21.1.2 丙烯腈的应用方向21.2 国内丙烯腈市场简况21.2.1 现状21.2.2 国内丙烯腈消费情况31.3 国外丙烯腈市场简况31.3.1 现状31.3.2 国外丙烯腈消费情况41.4 丙烯腈的性质51.4.1 化学性质51.4.2 物理性质5第二章 工艺流程介绍72.1 生产方法简述72.2 工艺流程说明82.3 工艺条件92.3.1 反
2、应温度92.3.2 反应压力92.3.3 接触时间92.3.4 原料纯度10第三章 物料衡算和热量衡算113.1 小时生产能力113.2 物料衡算和热量衡算113.2.1 反应器的物料衡算和热量衡算113.2.2 废热锅炉的热量衡算143.2.3 空气饱和塔物料衡算和热量衡算153.2.4 换热器物料衡算和热量衡算183.2.5 丙烯蒸发器热量衡算203.2.6 丙烯过热器热量衡算213.2.7 氨蒸发器热量衡算213.2.8 气氨过热器213.2.9 混合器223.2.10 空气加热器的热量衡算22第四章 流化床反应器的工艺计算244.1 计算依据244.2 浓相段直径244.3 浓相段高度
3、244.4 扩大段直径254.5 扩大段高度254.6 浓相段冷却装置的换热面积254.7 稀相段冷却装置的换热面积25第五章 原料消耗综合表275.1 原料消耗275.2 能量消耗综合表27第六章 丙烯腈生产中的废水和废气处理29结 论30致 谢错误!未定义书签。参考文献31附录A 工艺流程图附录B 设备图年产10万吨丙烯腈合成工段的工艺设计摘要:本设计为年产10万吨丙烯腈的合成段工艺设计,在设计中采用了丙烯氨氧化生产丙烯腈法,此法能有效的降低生产成本。在该设计中对丙烯腈的国内外生产现状、性质、用途、生产方法进行了简单的介绍。本设计重点设计计算丙烯氨氧化生产丙烯腈的反应部分。工艺条件包括反应
4、温度、反应压力、接触时间、原料纯度,反应原理有主、副反应、催化剂。通过物料衡算对丙烯腈的年生产能力、原料液流量进行了计算。通过设计计算得流化床的浓相段总高是13米,浓相段直径为4米,催化剂的堆体积为67.4立方米,稀相段高度为8米。稀相段直径为6米,经过合成丙烯腈含量最终达到了3%,经精馏后丙烯腈单程收率为78%,达到了预期的目标。关键词:丙烯腈;丙烯氨氧化法;工艺流程;温度The Process Design of 100kt/a Acrylonitrile by SynthetsisAbstract: This is designed to 100kt/a acrylonitrile sy
5、nthesis section process design, the design used in the production of acrylonitrile, propylene ammoxidation method, this method can effectively reduce production costs. In this design, the status of domestic and foreign production of acrylonitrile, nature, purpose, method of producing a simple introd
6、uction. The design focus design calculations propylene ammoxidation reaction part of the production of acrylonitrile. Process conditions include a reaction temperature, reaction pressure, contact time, purity of raw materials, a main reaction mechanism, side reactions, catalyst. Count of annual prod
7、uction capacity, raw material liquid flow acrylonitrile were calculated by mass balance. Dense phase fluidized bed section through the design calculated the total height is 13 meters thick with a diameter of 4 m section of the heap volume of 67.4 m3 of catalyst, dilute phase section height of 8 mete
8、rs. Dilute phase section diameter of 6 meters, through the synthesis of acrylonitrile content eventually reach 3%, after one-way distillation of acrylonitrile yield of 78% ,to achieve the desired goal. Keywords: acrylonitrile; ammonia oxidation of propylene; process; temperatureII引 言丙烯腈是重要的有机化工产品,在丙
9、烯系列产品中居第二位,仅次于聚丙烯。在常温常压下丙烯腈是无色液体,味甜,微臭,沸点77.3。丙烯腈有毒,室内允许浓度为0.002mgL,在空气中爆炸极限(体积分数)为3.0517.5,与水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等可形成二元共沸物。丙烯腈分子中含有CC双键和氰基,化学性质活泼,能发生聚合、加成、氰基和氰乙基等反应,制备出各种合成纤维、合成橡胶、塑料、涂料等。近年来,丙烷氨氧化生产丙烯腈的研究也取得长足进展,现已处于中试阶段。这一方面是由于价格的因素,丙烷的价格比丙烯低得多,另一方面也为惰性的丙烷开拓了新的应用领域。但就目前的技术水平来看,固定资产投资大,转化率低,选择性不高,目前报道的丙烷
10、的转化率67,选择性60,还难以和丙烯氨氧化法相竞争,但其前景看好,根据美国斯坦福研究所18万ta丙烯腈概念设计,丙烷为原料生产丙烯腈的成本只是丙烯的64。研究开发的催化剂主要有V-Sb-Al-O、V-Sb-W-Al-O、Ga-Sb-A1-O、V-Bi-Mo-O等。本设计包括设计说明和图纸两部分。说明书主要包括工艺流程的确定,物料衡算,热量衡算,工艺设备的设计及选型等。图纸包括工艺流程图,主设备图等。 31第一章 文献综述1.1 丙烯腈的概况1.1.1 丙烯腈的发展20世纪60年代以前,丙烯腈的生产采用环氧乙烷、乙醛、乙炔等为原料和HCN反应制得,但HCN有剧毒,生产成本高。1960年美国St
11、andard石油公司(Sohio)(现BP公司)开发成功丙烯氨氧化一步合成丙烯腈新工艺,又称Sohio法。由于丙烯价廉易得,又不需剧毒的HCN,从此丙烯腈的生产发生了根本的变化。迄今为止,丙烯腈的工业生产都以此方法进行。1.1.2 丙烯腈的应用方向丙烯腈是合成纤维,合成橡胶和合成树脂的重要单体。由丙烯腈制得聚丙烯腈纤维即腈纶,其性能极似羊毛,因此也叫合成羊毛。丙烯腈与丁二烯共聚可制得丁腈橡胶,具有良好的耐油性,耐寒性,耐磨性,和电绝缘性能,并且在大多数化学溶剂,阳光和热作用下,性能比较稳定。丙烯腈与丁二烯、苯乙烯共聚制得ABS树脂,具有质轻、耐寒、抗冲击性能较好等优点。丙烯腈水解可制得丙烯酰胺
12、和丙烯酸及其酯类。它们是重要的有机化工原料,丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈,由己二腈加氢又可制得己二胺,己二胺是尼龙66原料。可制造抗水剂和胶粘剂等,也用于其他有机合成和医药工业中,并用作谷类熏蒸剂等。此外,该品也是一种非质子型极性溶剂、作为油田泥浆助剂PAC142原料。丙烯腈是一种重要的有机化工原料,其用途十分广泛。世界上大多数国家50以上的丙烯腈用于生产腈纶纤维。我国用于生产腈纶的丙烯腈占80以上。此外,丙烯腈还用于生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、丙苯树脂(AS)、丙烯酰胺、丁腈橡胶及丁腈胶乳、己二腈/己二胺、丙烯腈阻隔性树脂、聚丙烯腈碳纤维等1。1.2 国内丙烯腈市场简况1.
13、2.1 现状我国内烯腈生产起步于1968年。八十年代开始,我国丙烯腈工业发展很快,从国外引进技术目前正在运行的生产装置有9套 (包括中国台湾省) ,总生产能力为58.8万t,加上采用国内技术的生产装置,总生产能力为59.3万t。 正在计划建设的生产装置有上海石化公司25万ta,金陵石化公司6.6万ta。另外,有不少装置也准备将其生产能力扩大。到2000年,我国丙烯腈总生产能力达80多万t,其中中国大陆丙烯腈生产能力达42万45万t/a,台湾省丙烯脂生产能力为38万t/a。 这样,我国2000年丙烯腈总生产能力将居世界第二位,而仅次于美国。 我国丙烯腈产量自进入90年代以来有较大的增长。1998
14、年我国丙烯腈产量仅为8.05万t,1992年产量即达16.5万t。随着新装置的投产,产量逐年增长,但还不能满足国内对丙烯腈需求, 需进口一定数量的丙烯腈。我国内烯腈产量自进入90年代以来有较大的增长。1998年我国丙烯腈产量仅为8.05万t,1992年产量即达16.5万t。随着新装置的投产,产量逐年增长,但还不能满足国内对丙烯腈需求, 需进口一定数量的丙烯腈。1.2.2 国内丙烯腈消费情况近年来,我国的丙烯腈主要用于生产脂纶,大约占85左右。其次为ABS/S丙烯腈树脂。约占丙烯腈用量的68。其他为现烯酰胺:大庆油田石化总厂新建的5万ta丙烯酰胺装置投产后,用于生产丙烯酰胺的丙烯腈量有较大幅度的
15、增长,约占3。1999年底,国内丙烯腈价格开始上涨,至今年4月初达1030010700元/t。 国际市场丙烯腈价格坚挺,亚洲市场价格也呈现上涨势头。由于日本旭化成为首的亚洲地区的丙烯腈生产装置相继进入检修期,丙烯腊有可能出现短期供不应求的局面。 我国丙烯腈消费80以上用于腈纶的生产,腈纶市场的波动将会严重影响丙烯腈的生产。因此,适当减少用于腈纶的比例,拓宽其它产品的应用领域是十分必要的,我国2000年腈纶的产能分别达到40万t和54万t,腈纶对丙烯腈的需求为40万45万t。2000年,我国ABS树腈的生产能力达到31万32万t,以开工率80计,其产量达24万26万t,需求丙烯腈10万12万t。
16、丙烯酰胺对丙烯腈的需求约为5万t,SAN树脂、丁腈橡胶及其它方面的需求共约10万t,因此,2000年我国对丙烯腈的总需求为65万72万t,中国大陆的丙烯腈生产能力仅为42万50万10缺口约20万t。2015年我国丙烯腈的需求达150多万t,缺口较大。所以,仍需进口一定数量的丙烯腈才能满足市场需求。1.3 国外丙烯腈市场简况1.3.1 现状全世界丙烯腈的生产主要集中在美国、西欧和日本等国家和地区。全世界1999年丙烯腈总生产能力为523.3万t。美国、日、西欧丙烯腈生产能力合计为357万t,占世界总能力的66.9。1999年世界丙烯腈需求量为480万t,产量470万t。 2000年,世界丙烯腈总
17、生产能力达到585万t,产量及消费量达到507万t。其中用于腈纶的消费量为275万t,用于ABS、AS为126万t,其它106万t。今年台塑公司4月和年末各有10万t/a装置投产、美国Solutia公司8月25万t/a装置建成,还会增加45万t生产能力。2000年是日本旭化成、三菱化学和韩国东西石油化学、泰光产业等公司的定期检修年,这会缓和对新增能力投产的冲击。 美国现有丙烯腈生产装置6套,总计生产能力为164.2万t。世界绝大多数丙烯腈装置采用的技术是BP公司的。1997年,BP公司丙烯腈生产能力占世界总丙烯腈生产能力的11.7,占有份额最大。目前,日本旭化成国内丙烯腈产量已达40万t,供应
18、能力达57万t,跃居为世界第二大丙烯腈生产厂家。美国丙烯腈的开工率到1999年几乎达到满负荷,随着新增能力的开工,其开工率会逐渐降低。美国腈纶纤维的80左右出口,主要出口到远东。1997年美国丙烯腈出口量几乎占本年产量的50,预计如此高的出口比例可一直延续到2015年。 西欧的丙烯腈生产装置共有9套, 其中最大的为德国Erdoelchemie公司和英国 BASF公司,各为28万tg。西欧丙烯腈用于腈纶纤维占的比例较大,其次为ABS/ SAN树脂。中国是一个大的腈纶纤维和ABS树脂进口国,因此,中国这类产品的进口和出口的增加和减少会对欧洲和美国的丙烯腈工业产生很大的影响。 据预测,在今后十年,西
19、欧丙烯腈在腈纶纤维方面的需求将继续保持不景气的状态。由于聚丙烯酰胺需求的快速增长,所以丙烯酰胺对丙烯腈需求的增长最快。2015年西欧丙烯腊总需求量为400万t,19962005年丙烯腈需求的年增长率为0.9。1.3.2 国外丙烯腈消费情况近年,西欧丙烯腈供求平衡,这种状况将持续下去。自1996年以来开工率一直很高,直到2015年也将继续保持较高的水平。 日本现有6个丙烯腈生产厂家,最大的厂家是旭化成公司,生产能力达37.7万t /a。日本1997年丙烯腈的需求量为70.6万t,2005年总需求量为77.5万t.19962005年平均年增长率为1.1。 日本丙烯腈最主要的应用是腈纶纤维。1997
20、年腈纶消耗丙烯腈的比例为52.4,树脂与橡胶占29.7,其它为17.9。日本在1997年之前进口丙烯腈数量较大,是世界上最大的丙烯腈进口国之一。1997年之后,日本期望其供需能够平衡。韩国以前只有东西石油化学公司一家生产丙烯腈,1996年其生产能力由9万t a扩大到11万t/a。 泰光产业公司于1998年建成25万t/a丙烯腈生产装置。1997年韩国丙烯腈的需求量为35.5万t,其中66用于晴纶纤维,但ABS对丙烯腈的需求增长最快。2000年,韩国对丙烯腈需求达60.0万t,1996-2000年丙烯腈需求的年平均增长速度为6.1,而2000-2005年平均增长速度为3.3。韩国是一个丙烯腈进口
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