丙烯腈合成工段工艺设计.doc

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1、 化工工艺学课程设计任务书一、设计时间2010年06月06日2010年06月18日二、设计题目年产6000吨丙烯腈合成工段工艺设计三、设计条件（1）年生产天数300天（2）原料用丙烯，氨，空气为原料。原料组成：液态丙烯原料含丙烯85%（mol），丙烷15%(mol)；液态氨含氨100%。（3）生产方法和工艺参数 采用丙烷氨氧化法： 丙烷在催化剂的作用下与氨和氧气（或空气）反应合成丙烯腈，反应方程式： 主反应：C3H8 + NH3 +2O2 CH2=CHCN(AN) + 4H2O（60%） C3H8 + 0.5O2 C3H6(PEN) + H2O C3H6 + NH3 +1.5 O2 CH2=C

2、HCN(AcN) + 3H2O 副反应：生成乙腈：C3H6 + 1.5NH3 + 1.5O2 1.5CH3CN + 3H2O （10.5%） 生成氢氰酸：C3H6 + 3NH3 + 3O2 3HCN + 6H2O （8%） 生成COx：C3H8+ 4O2 2CO+CO2 +4 H2O 13% 生成氮气：2 NH3 + 1.5 O2 N2 + 3 H2O 典型的反应条件为：温度: 850华氏度； 压力: 约1atm；接触时间: 2-6s； C3H8:NH3 :O2 :N21.0:1.5:3.15:11.85 (摩尔比) 实验室中已经得到的转化率为20-80%。当丙烷转化率达91%时，该催化剂对丙

3、烯腈选择性可达最大65.5%。 四、设计任务课程设计主要任务包括：一1.生产能力 6000吨/年 2.产品要求 C3H3N99.5wt% 二、工艺计算。（1）物料衡算并绘制物料流程图；（2）对工段各设备的热量衡算；（3）主要设备选型说明；（4）填写设备一览表。三，消耗与排出一览表 （1），工段原料消耗表。（2）,工段能量消耗表。（3），工段排出除物综合表。四，带控制点的工艺流程图，绘制物料流程图和主要设备图。五，厂址的选择方法，车间的布置。六，主要管道流速表。五、研究方案 （1）结合文献资料对丙烷氨氧化法制丙烯腈的工艺流程和设备进行了解； （2）对丙烷氨氧化工艺流程的反应器系统、急冷系统、吸收

4、系统、回收塔系统、脱氰塔系统等丙烯腈生产过程进行概念设计，使用化工软件对工艺流程进行模拟优化； （3）对各个工艺过程进行优化设计与分析，找到最佳的工艺路线。六，主要性质指标: 一，性状：无色或淡黄色液体，有特殊气味。二，毒性：属于高毒性三，挥发性：易挥发四，主要用作生产合成纤维、合成树脂、合成橡胶、染料、医药等行业的重要原料。丙烯腈是合成纤维，合成橡胶和合成树脂的重要单体。七、课程设计进度安排序号设计内容所用时间1查阅资料2天2工艺计算（物料衡算，热量衡算，设备选型）4天3带控制点流程图3天4填写一览表2天5整理打印装订课程设计说明书有关资料1天合 计 12天八、课程设计教材及主要参考资料1化

5、工设计概论，侯文顺主编，北京：化学工业出版社，2005年2化工工艺设计，丁浩主编，上海：上海科学技术出版社，1989年3化工工艺设计手册，上海医药设计院主编，北京：化学工业出版社，1981年4化工设计概论，胡庆福主编，北京：科学技术出版社，1989年5化工工艺设计概论，李崇岳主编，天津：天津大学出版社，1994年丙烯腈项目建议书1 总论 1. 1 项目名称、承办单位 项目名称：6000t/a丙烯腈生产 项目承办单位：有限公司 1.1.2 法人代表： 1.1.3 项目负责人： 1.1.4 联系方式： 1.2 承办企业基本情况 1.2.1 企业概况 企业是我镇最大丙烯腈生产厂家1.2.2 职工人员

6、情况 有限公司现有职工 1018 人。其中，技术人员 94 人，中 级技术职称以上人员6 人，技术开发研究人员 16 人。职工人均收 入7200 元/年。 1.2.3 固定资产现状 2 投资生产场地总面积5000方米，其中厂房3000方米，土建投资300万元。 1.3 拟建地点经选择，定于在镇镇工业小区内1.4 建设内容与规模 规模较大1.4.1 建设内容与规模 根据公司拟建的硝酸钾的生产规模，结合国内市场情况和企 业资金筹集能力,确定本项目的生产规模为年产6000t丙烯腈1.5 建设起止年度 建设起止年度：2010 年 5 月至2011 年 11 月 1.6 概算投资 概算投资：765 2

7、项目建设的必要性和条件 2. 1 项目实施的必要性和经济意义 有限公司是由集团与集团共同投资兴建的涉及 大型企业，主要产 品丙烯腈畅销国内、远销海外，深受国内外 用户好评。根据国家相关政策，结合县的实际情况以及 有限公司的现状，为了进一步扩大生产规模，满足市场需求，提 高经济效益，发挥企业现有技术及地方原料充足优势， 增强企业发展后劲，决定镇镇工业小区内新上年产6000t丙烯腈工程项目。 3 建设规模与产品方案 3.1 产品方案 本项目方案确定为公称规模年产6000t丙烯腈3.1 生产规模及产品方案 工厂操作天数：300 天/年计 4 工艺技术方案、设备方案和工程方案 4.1.1 工艺技术方案

8、 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Standard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。丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五种工艺路线，即Sohio法、Snam法、Distiners-Ugine法、Montedison UOP和O.S.W法，上述五种工艺路线的化学反应完全相同，丙烯、氨和空气通过催化剂生成丙烯腈，其中Sohio法和Montedi

9、son-UOP法采用流化床反应器，其他方法采用固定床反应器。相比较而言，Sohio法有一定的先进性，Snam法和Distillers-Ugine法丙烯的消耗定额比较高，而固定床反应器的单台生产能力远小于流化床反应器，不利于扩大生产能力，而且固定床反应温度难以实现最优化操作，因此，目前Sohio法应用比较普遍，约占全球总生产能力的90。中国引进的也是Sohio技术。4.2 主要设备方案 4.2.1 催化设备众所周知，在丙烯腈生产中，催化剂起着十分重要的作用。催化剂正在不断地更新换代，实践证明，居世界领先水平的催化剂有美国BP的C-49MC、日本化学公司的NS-733D以及我国的MB-93、MB-

10、96等。这些催化剂的应用都可为丙烯腈的生产带来显著的经济效益。从催化剂的国产化方面考虑，结合扩能改造，应逐步采用效能更为优异的MB-93和MB-96催化剂，当然，也应继续开发应用其他性能优良的催化剂。 其余的车间工段装置，在相应的车间工段设立控制室，进行监 视控制操作。 锅炉房电站生产装置的运行控制方式，采用炉机集中控制。（包 括炉、机、除氧给水系统）。将炉机控制室设在装置建筑物内，以 利于对机组进行监视控制。 4.2.2 仪表类型的确定 全厂选用一套中心DCS 系统，分别对仪表进行控制。对连 锁较多的装置还采用PLC 系统。DCS 及PLC 系统考虑进口。 现场用的检测各类参数的变送器，采用

11、技术性能先进可靠的全 电子式变送器（智能的与非智能的）。调节阀采用技术先进，牢固可靠耐用的气动执行机构的调节阀。 在线自动分析仪表，基本上采用国内引进技术生产的红外线自 动分析器和紫外线自动分析器，在线质谱仪考虑进口，在线色谱 仪选用国内引进技术生产的或者进口。 4.2.3 主要关键仪表选择 基于概述中的理由确定全厂采用一套中心 DCS 控制系统。这 一套DCS 系统的操作站及控制站分布在净化合成控制室。 在本系统也考虑了能联结全厂生产调度，操作管理站即生产总 调度站，以及电气控制站及其马达控制中心和马达的驱动装置， 从而实现生产过程综合自动化。 合成丙烯腈生产过程中，为了达到最佳的合成效果，

12、H2/H2 必须进行 严格控制，由于工艺过程对 H2/H2 配比干扰因素较多，应迅速检 测出氢氮比，为此选用采集周期短的质谱仪测出氢氮比，从而能 实现多变量预估控制，并使合成塔入口的氢氮比，波动最小，得 到最佳氢氮比，产生最好的经济效益。 4.4 工程方案 4.4.1 土建工程方案选择及原则确定 1、 建筑结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用2、在满足工艺生产的前提下，厂房布置尽量一体化，设备 尽可能露天设置或采用敞开式，半敞开式。 3、尽量采用普及或放式通难度不大的建筑物配件。 4、充分利用地方建材6000t/a丙烯腈生产线的可行性研究报告一、 办厂概况：(一) 项目名称：丙烯腈生产(二

13、) 项目主管单位：某镇镇政府(三) 项目主办单位：某镇焦宝矿(四) 项目负责人：*(五) 企业负责人：*(六) 可行性研究工作负责人：*(七) 办厂条件：1、原材料条件：我镇生产丙烯、氨工厂较多，符合丙烯腈生产要求，就地取材，其经济价值十分可观。、厂址条件：经选择，定于在镇镇工业小区内，本厂厂前有小河，离镇火车站不到一公里，公路厂门通过，是一个背山面水，避风向阳，水源充足，交通便利的地方。二、产品用途及市场行情：（一）主要用途：丙烯腈是重要的有机原料，主要用于橡胶合成（如丁腈橡胶）、塑料合成（如ABS，AS树脂、聚丙烯酰胺等）、有机合成、制造腈纶、尼龙66等膈成纤维、杀虫剂、抗水剂、粘合剂等。

14、（二）行情：根据有关部门统计，市场行情看好，前景广阔。二、综合生产计划：（一）生产技术：聘请专业技术人员，培训本厂技术骨干人（二）生产计划：、质量标准：执行中华人民共和国石油化学工业部年月日颁布的标准。、物料供应：丙烯10000-10100元/吨氨 2000元/吨3、产品产量：年产丙烯腈6000吨三、资金概况和资金来源：（一） 资金概算1、设备投资：流化床反应器2台2万元 冷凝器2台5万元吸收塔2台50万元 反应釜1台50万元 废热锅炉2台37万元 贮排管16排15万元 废水计量桶1个1万元抽水泵2个3万元化验设备1套22万元 水塔1座8万元 供电设备1套30万元 合计：223万元2、投资生产

15、场地总面积5000方米，其中厂房3000方米，土建投资300万元。税 100万3、流动资金投资142万元。全部投资合计765万元（二） 资金来源：自筹资金300万元（包括房屋、土地、地磅等）银行贷款解决365万元。合计365万元四、经济效益分析：（一） 产品销售价格1.5万/吨（二） 产品单位成本丙烯10000-10100元/吨氨 3000元/吨烟煤500元/吨电费300元/吨，管理费用100元/吨其他600元/吨计10300元/吨（三） 经济效益收入15000元/T支出14500元/T=利500元/T年利润300万元（四）投资回收年限：税、利、旧合计765万元/年三年可以收回全部投资。五、环

16、境污染的防治：在丙烯腈生产中,有大量的工业污水产生,这些污水中含有氢氰酸、乙腈、丙烯腈和丙烯醛等有毒物质,如不经处理直接排放,会污染水源,对人体和动、植物造成危害。因此,国家对含氰废水的排放有严格的规定,一定要将它们治理达到标准后,才准予排放。六、实施工期：在不受资金影响情况下，土建和设备采购可同步进行约半年，机械安装调试30天，实施工期7个月正常生产。 物料流程图带控制点的工艺流程图主要设备装配图流化床反应器1.空气分布板;2.丙烯和氨分配管；3.U形冷却管;4.旋风分离器国内外丙烯腈生产现状与发展趋势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

17、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ABS、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、世界丙烯腈生产与消费概况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(见表1)。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。预计到2000年，世界丙烯腈总生产能力将达到585万t，产量及消费量将达到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

18、(见表2)。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右油化学、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。表11999年世界丙烯腈生产能力(万t/a)国家和地区生产能力国家和地区生产能力美国164.2土耳其9.0德国44巴西9.0意大利19南非7.5荷兰18.5印度3.0西班牙11.5罗马尼亚8.0英国28.0保加利亚4.5墨西哥16.5日本71.8韩国37俄罗斯24中国(总计)38.8中国台湾省18.0合计532.3表2世界丙烯腈消费结构(万t)年份199

19、51996199719982000生产能力463508533545585产量415437451469507消费量415437451469507腈纶231244251260275ABS/AS100107110115126其它84869094106开工率()9086858687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，供应能力达57万t，跃居为世界第二大丙烯腈生产厂家。表3美国丙烯腈近年供求平衡(万t)19971

20、998199920002005年平均增长率腈纶纤维20.720.821.021.322.41.0ABS树脂13.514.014.515.016.52.1 己二腈18.418.719.019.421.01.8丙烯酰胺4.74.95.05.26.03.0丁腈橡胶3.63.73.83.94.52.9SAB树脂1.91.92.02.02.32.5其它19.619.120.519.621.94.3合计81.883.085.986.494.62.0净出口70.572.174.576.788.1产量152.3155.1160.4163.1182.72.0美国丙烯腈的开工率到1999年几乎达到满负荷，随着新增

21、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2005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

22、最快。据预测，2005年西欧丙烯腊总需求量为120.7万t，19962005年丙烯腈需求的年增长率为0.9。(见表4)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2005年也将继续保持较高的水平。见表5。表4西欧丙烯腈用途(万t)终端产品199619971998199920002005年平均增长率腈纶纤维67.068.567.365.367.467.50.1ABS/SAN18.519.819.919.820.623.52.7己二腈10.010.210.210.210.511.51.6丙烯酰胺4.04.64.64.64.95.53.6丁腈橡胶5.05.35.

23、35.35.45.61.3其它6.56.56.56.56.?7.21.1合计110.0114.9113.9111.6115.4120.70.9表5西欧丙烯腈供求平衡(万t)199619971998199920002005能力118.5121.0121.0121.0121.0126.0产量111.5114.9113.9111.6115.4120.7开工率()969694929396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ta。日本1997年丙烯腈的需求量为70.6万t，预计2005年总需求量为77.5万t。19962005年平均年增长率为1.1，见表6。表6日本丙

24、烯腈终端产品应用(万t)199619971998199920002005年平均增长率 纤维36.837.037.538.038.641.51.3树脂/橡胶20.920.921.121.321.522.00.6其它12.612.712.813.013.214.01.2合计70.370.671.472.373.377.51.1日本丙烯腈最主要的应用是腈纶纤维。1997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。见表7。表7日本丙烯臆供求平衡(万t)199619

25、971998199920002005生产能力71.871.876.876.876.881.8产量67.568.671.472.373.377.5需求70.370.671.472.373.377.5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ta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，韩国对丙烯腈需求将达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年平均增长速度预计为3.3。韩国是

26、一个丙烯腈进口国，随着泰光产业公司25万ta丙烯腈装置的投产，其进口量将会明显地减少，其供需平衡如表8。表8韩国丙烯腈供求平衡(万t)199619971998199920002005生产能力11.011.036.036.036.041.0产量10.010.020.030.032.037.0需求31.635.536.538.040.047.0净进口量21.125.516.58.08.010.0目前，印度只有IPCL一家公司生产丙烯腈，其生产能力为3万t/a。计划于2000年在古吉拉特新建一套10万ta丙烯腈装置，另外，IOC公司也打算建一能力为7.5万ta的丙烯腈装置。印度丙烯腈主要用于脂纶纤维

27、的生产。1996年丙烯腈的需求为9.5万t。19962000年间年平均增长速度为10，2000年需求量可达13.9万t。在新装置建成之前，印度丙烯腈的需求缺口较大，其供需平衡如表9表示。表9印度丙烯腈供求平衡(单位：万t)199619971998199920002005生产能力3.03.03.03.013.020.5产量2.72.72.72.77.016.0需求量9.510.411.412.613.921.3净进口6.87.78.79.96.95.3另据报道，旭化成公司与沙特阿拉伯合建一25万t/a的丙烯腈生产装置。沙特因原料充足，拟以丙烷法生产，规模25万ta，计划2003-2004年建成投产。亚洲目前丙烯腈生产能力为153万t，2000年将达到178万t，而2000年亚洲丙烯腈总需求为235万t，按所有装置都以100的开工率计，还需从域外进口57万t。亚洲几套大型装置，如韩国泰光产业25万ta装置、台塑20万ta及旭化成20万ta装置建成后，将大大改善亚洲地区丙烯腈的供给状况。因亚洲丙烯腈需求较大的增长，上述装置的投产也不会引起丙烯腈的过剩。2、国内丙烯腈生产消费概况2.1、