年產(chǎn)6萬噸丙烯腈合成段工藝設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)6萬噸丙烯精合成段工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"丙烯月青的物理性質(zhì) 1\o"CurrentDocument"丙烯腈的化學(xué)性質(zhì) 1\o"CurrentDocument"市場(chǎng)分析 1\o"CurrentDocument"發(fā)展方向 12生產(chǎn)方法 2\o"CurrentDocument"3物料衡算和熱量衡算 3\o"CurrentDocument"生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介 3\o"CurrentDocument"小時(shí)生產(chǎn)能力 3\o"CurrentDocument"物料衡算和熱量衡算 3反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 3\o"CurrentDocument"空氣飽和塔的物料衡算和熱量橫算 6\o"CurrentDocument"廢熱鍋爐的熱量衡算 8\o"CurrentDocument"氨中和塔物料衡算和熱量衡算 8換熱器物料衡算和熱量衡算 12\o"CurrentDocument"水吸收塔物料衡算和熱量衡算 13\o"CurrentDocument"4主要設(shè)備的工藝計(jì)算 16\o"CurrentDocument"空氣飽和塔 16\o"CurrentDocument"計(jì)算依據(jù) 16\o"CurrentDocument"塔徑的確定 16填料高度 17廢熱鍋爐 18\o"CurrentDocument"計(jì)算依據(jù) 18\o"CurrentDocument"確定換熱面積及換熱管管長(zhǎng) 18\o"CurrentDocument"合成反應(yīng)器 19計(jì)算依據(jù) 19IITOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"濃相段的直徑 19\o"CurrentDocument"濃相段高度 19擴(kuò)大段（此處即稀相段）直徑 20擴(kuò)大段高度 20濃相段冷卻裝置的換熱面積 20稀相段冷卻裝置的換熱面積 20水吸收塔 20計(jì)算依據(jù) 20\o"CurrentDocument"塔徑的確定 21\o"CurrentDocument"工藝設(shè)備一覽表 22\o"CurrentDocument"5環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn) 23\o"CurrentDocument"環(huán)境保護(hù) 23\o"CurrentDocument"安全防護(hù)措施 23\o"CurrentDocument"工藝危險(xiǎn) 23\o"CurrentDocument"6結(jié)論 24\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 25附錄 26荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)6萬噸丙烯精合成段工藝設(shè)計(jì)摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)6萬噸丙烯腈的合成工藝設(shè)計(jì)。丙烯腈是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，是合成聚丙烯腈纖維，丁腈橡膠和合成塑料的重要單體。丙烯腈主要生產(chǎn)方法有：氰乙醇法、乙快法、丙烯氨氧化法，本設(shè)計(jì)采用的是原料來源豐富、操作簡(jiǎn)單的丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈。通過對(duì)從原料的處理到丙烯腈的合成工段的主要單元進(jìn)行物料和熱量衡算。通過物料衡算，得到所需原料丙烯、氨、硫酸和原料水的消耗量。通過熱量衡算確定所需冷卻水的用量和設(shè)備出口溫度，經(jīng)計(jì)算，均滿足需要。通過對(duì)部分設(shè)備的工藝計(jì)算，算出了部分設(shè)備的換熱面積，借助CAD技術(shù)繪制了該工藝的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，完成了對(duì)丙烯腈合成工段的初步設(shè)計(jì)?！娟P(guān)鍵詞】：丙烯腈丙烯氨氧化法物料衡算能量衡算IV荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)Annualoutputof60000tonsofacrylonitrilesynthetic

processdesignAbstractThegraduationdesigntaskforyearlyproduces60000tonsofacrylonitrilesynthesisprocessdesign.Acrylonitrileisanimportantproductofpetrochemicalindustry,isasynthesisofpolyacrylonitrilefiber,NBRandimportantmonomerofsyntheticplastics.Acrylonitrilemainproductionmethodsare:cyanide,acetylene,ethanol,propyleneammoniaoxidation,thisdesignUSESarichrawmaterialsources,operationsimplemethodofpropyleneammoxidationtoacrylonitrile.Throughtheprocessfromtherawmaterialofthemainunittothesynthesisofacrylonitrilesectionmaterialsandheatbalance.Isobtainedbymaterialbalance,materialpropylene,ammonia,sulfuricacidandrawmaterialforwaterconsumption.Determinetherequiredbyheatbalancetheamountofcoolingwaterandtheoutlettemperatureoftheequipment,thecalculationandmeettheneed.Throughtheprocesscalculationofpartialequipment,workedoutthepartoftheequipmentofheatexchangearea,withtheaidofCADtechnologytodrawwiththecontrolpointsofprocessflowdiagramoftheprocess,completedthepreliminarydesignofthesyntheticprocessofacrylonitrile.【Keywords]:Acrylonitrilepropyleneammoniaoxidationmaterialbalanceenergybalance荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論丙烯睛的物理性質(zhì)丙烯腈在常溫常壓下是無色液體熔點(diǎn)一82℃、密度0.80g/m3、沸點(diǎn)77.3℃.味甜具有刺激性的微臭味、有毒。室內(nèi)允許濃度為0.002mg/L，在空氣中的爆炸極限為3.05%-17.5%能溶于許多有機(jī)溶劑中與水部分互溶。在水中的溶解度為7.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))水在丙烯腈中的溶解度3.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。丙烯腈可與苯、四氯化碳、甲醇形成二元共沸物能與水形成最低共沸物。丙烯睛的化學(xué)性質(zhì)易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱易引起燃燒，并放出有毒氣體。與氧化劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、胺類、澳反應(yīng)劇烈。在火場(chǎng)高溫下，能發(fā)生聚合放熱，使容器破裂。它能與水、苯、四氯化碳、異丙醇等有機(jī)物形成共沸物。丙烯腈分子中因含有碳碳雙鍵和碳氮三鍵兩個(gè)不飽和鍵，使其化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，容易發(fā)生加成、水解、聚合、醇解等化學(xué)反應(yīng)。市場(chǎng)分析我國(guó)丙烯腈主要用作腈綸，2000年我國(guó)丙烯腈產(chǎn)量約為400kt，消費(fèi)量約為550kt，消費(fèi)結(jié)構(gòu)與腈綸占85%，ABS/AS約占7%，丙烯酰胺約占3%，其他為5%,由于國(guó)內(nèi)供應(yīng)不足，國(guó)內(nèi)近期有多家企業(yè)計(jì)劃擴(kuò)建丙烯腈裝置。近十年來我國(guó)發(fā)展迅速，1988年產(chǎn)量為80.5kt，2000年約為400kt，年增長(zhǎng)率約為14.3%，丙烯腈的生產(chǎn)與消費(fèi)主要集中在美國(guó)，西歐，日本與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，他們生產(chǎn)能力約占全球生產(chǎn)能力的66.2%[1]。發(fā)展方向(1)采用更廉價(jià)的原料和新工藝。目前國(guó)外(如美、日、英)一些廠家正在進(jìn)行利用丙烷直接進(jìn)行氨氧化生產(chǎn)丙烯睛工藝路線的研究開發(fā)，該工藝的實(shí)質(zhì)就是使丙烷脫氫與丙烯氨氧化在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成。(2)研制更先進(jìn)的催化劑:在丙烯睛的生產(chǎn)過程中，催化劑對(duì)反應(yīng)過程中丙烯睛的收率，副反應(yīng)生成物的種類和數(shù)量的影響很大，因此自1960年以來催化劑幾經(jīng)更新?lián)Q代，英國(guó)石油化學(xué)公司、日本旭化成公司、日本日東化學(xué)公司、中國(guó)上海石油化工研究院等廠家近二、三十年都在不斷地開展丙烯睛催化劑的研制，其研制的方向是:提高丙烯睛的收率。(3)優(yōu)化控制:選擇最佳操作條件，如對(duì)原材料質(zhì)量的要求，原料氣的最佳配比和調(diào)節(jié)，反應(yīng)溫度和壓力調(diào)節(jié)，反應(yīng)器內(nèi)氣體線速度和催化劑的負(fù)荷等，選用最先進(jìn)的檢測(cè)控制手段和設(shè)備如DCS。(4)改善環(huán)境保護(hù):丙烯睛裝置的三廢中廢渣主要廢催化劑，目前國(guó)內(nèi)尚無回收裝置，均采用掩埋處理。廢氣主要是吸收塔放空氣，如果原料丙烯純度較高，烴含量低，放空氣可直接排入大氣。廢水可采用濁清分開處理方法，含有機(jī)物高的廢水去焚燒爐焚燒，含有機(jī)物低的廢水經(jīng)化學(xué)和生化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放，使整個(gè)裝置的三廢排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)⑵。荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2丙烯腈的合成方法丙烯腈是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，是合成聚丙烯腈纖維、丁腈橡膠和合成塑料的重要單體。主要生產(chǎn)方法有：氰乙醇法、乙快法、丙烯氨氧化法。丙烯氨化氧化法：反應(yīng)的主要副產(chǎn)物為氫氰酸、乙腈和二氧化碳、水等。生產(chǎn)上，原料氣中丙烯、氨、空氣之體積比為1：(1?1.2):(9.5?11.5)。原料氣從底部通入流化床反應(yīng)器，反應(yīng)溫度430?450℃、壓力0.16?0.18MPa(絕對(duì)壓力)，反應(yīng)熱用軟水循環(huán)回收，發(fā)生高壓蒸汽。反應(yīng)后氣體經(jīng)洗滌、吸收、精餾等可得到高純度丙烯腈。由于氫氰酸為劇毒物質(zhì)，可就近與氫氧化鈉溶液制成氰化鈉，或與丙酮反應(yīng)制成丙酮氰醇，用作合成甲基丙烯酸的原料。乙腈提純后，雖可用作選擇性溶劑及中間體，但用量不大，因此許多工廠常常把它燒掉，此法原料便宜，成本低，目前已是丙烯腈最主要的生產(chǎn)方法3］。主反應(yīng)：生產(chǎn)丙烯腈(AN)3C3H6+NH3+202-CH2=CHCN+3H20反應(yīng)熱：(-AH)=512.5kJ/mol主要的副反應(yīng)(1)生成氰化氫(HCN)C3H6+3叫+3。2-3HCN+6H20

(-AH)=315.1kJ/mol(2)生成丙烯醛(ACL)C3H6+。2-CH2=CH-CHO+H2O

(-AH)=353.1kJ/mol(3)生成乙腈(ACN)3 3 3C3H6+-NH3+-O2^-CH3CN+3H2。362 322 2 3 2(-AH)=362.3kJ/mol(4)生成C02和H209C3H6+2。2.3cO2+3H2。(-AH)=641kJ/mol

荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3物料衡算和熱量衡算生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介生產(chǎn)工藝流程示意圖見圖3.1,據(jù)此進(jìn)行物料衡算和熱量衡算。圖3.1的流程簡(jiǎn)述如下：液態(tài)丙烯和液態(tài)氨分別經(jīng)丙烯蒸發(fā)器和氨蒸發(fā)器氣化，然后分別在丙烯過熱器和氨過熱器過熱到需要的溫度后進(jìn)入混合器;經(jīng)壓縮后的空氣先通過空氣飽和塔增濕，再經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱至一定溫度后進(jìn)入混合器。混合器出口氣體混合物進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行丙烯的氨氧化反應(yīng)。反應(yīng)出口的高溫氣體先經(jīng)過廢熱鍋爐回收熱量，氣體冷卻到230℃左右進(jìn)入氨中和塔，在70—80℃下用硫酸吸收反應(yīng)器出口氣體中未反應(yīng)的氨，中和塔塔底的含硫酸氨的酸經(jīng)循環(huán)冷卻器除去吸收熱后，返回塔頂循環(huán)使用，同時(shí)補(bǔ)充部分新鮮酸液，并從塔釜排放一部分含硫酸氨的廢液。氨中和塔出口氣體經(jīng)換熱器冷卻后進(jìn)水吸收塔，用5—10℃的水吸收丙烯腈和其他副產(chǎn)物。水吸收塔塔底得到含丙烯腈約1.8%的丙烯腈水溶液，經(jīng)換熱器與氨中和塔出口氣體換熱，溫度升高后去精制工段。圖3.1圖3.1丙烯睛合成工段生產(chǎn)工藝流程示意圖小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300天，丙烯腈損失率3.1%、設(shè)計(jì)裕量6%計(jì)算，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為=9107.17kg/h60000x1000x=9107.17kg/h300x24物料衡算和熱量衡算反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算⑴計(jì)算依據(jù)[4]a.丙烯月青產(chǎn)量9107.17kg/h，^171.83kmol/hb.原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）含C3H685%C3H815%c.進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾分?jǐn)?shù)）為C3H6:NH3:O2:H2O=1:1.05:2.3:3荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)d.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率見表3.1表3.1反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率物質(zhì)丙烯腈(AN)氰化氫乙腈丙烯醛(ACL)二氧化碳(C02)(HCN)(ACN)摩爾收率0.60.0650.070.0070.12e.操作壓力進(jìn)口0.203MPa,出口0.162MPaf.反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度110℃，反應(yīng)溫度470℃，出口氣體溫度350℃(2)物料衡算a.反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量：9107.17CH 一二286.39kmol/h=12028.33kg/h36 53x0.6286.389x0.15 小小田..CHO =50.54kmol/h=2223.73kg/h38 0.85NH3 286.39x1.05=300.71kmol/h=5112.06kg/hO2 286.39x2.3=658.69kmol/h=21078.30kg/hH2O 286.39x3=859.17kmol/h=15465.06kg/hN2 658.：9210.79=2477.93kmol/h=69382.01kg/hb.反應(yīng)器出口混合氣體中各組分的流量AN 60000'1000'(1+°.031)x(1+°.06)=171.83kmol/h=9107.17kg/h300x24x53HCN3x286.39x0.065=55.85kmol/h=1507.84kg/hACL286.39x0.007=2.00kmol/h=112.26kg/hACN3x286.39x0.07=30.07kmol/h=1232.91kg/h2CO23x286.39x0.12=103.10kmol/h=4536.42kg/h859.17+3x171.83+2x55.85+0.2+2x30.07+103.10=1651.60kmol/hH20=29728.80kg/h3658.69—(—x171.83+55.85+2.00+30.07+103.10)=158.38kmol/hO2 2=5068kg/hNH3300.71—(171.83+55.85+30.07)=42.96kmol/h=730.32kg/h286.39x(1—0.6—0,065—0.007—0.07—0.12)=39.52kmol/hC3H6=1659.92kg/h荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)C3HC3H8658.69x0.79

0.21286.39x0.15

015=2477.93kmol/h=69382.01kg/h=50.54kmol/h=2223.73kg/hc.反應(yīng)器物料平衡表，見表3.2。表3.2反應(yīng)器物料平衡表組分輸入輸出摩爾流量kmol/h質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h質(zhì)量流量kg/hC3H6286.3912028.3339.521659.92C3H850.542223.7350.542223.73nh3300.715112.0642.96730.32O2658.6921078.30158.385068N22477.9369382.012477.9369382.01h2o859.1715465.061651.6029728.80AN171.839107.17HCN55.851507.84ACL2.00112.26ACN30.071232.91CO2103.104536.42合計(jì)4633.43125289.494783.78125289.38(3)熱量衡算各物質(zhì)平均定壓比熱容見表3.3[5]。表3.3各物質(zhì)0—t℃的平均定壓比熱容如下 物質(zhì) C3H6C3H8NH3O2 N2H2OANHCNACNACLCO20-110℃1.8412.052.3010.9411.0461.883—————Cp/[kJ/(kg-k)]0-360℃2.6783.0152.6361.0041.0882.0081.8721.6401.9331.9661.1300-470℃2.9393.3472.9391.0461.1092.0292.0001.7242.102.1721.213a.濃相段熱衡算求濃相段，換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生的蒸汽量:假設(shè)如下熱力學(xué)途徑AH110℃反應(yīng)器入口混合氣 )470℃濃相段出口混合氣■AH1 AH3AH2， >25℃反應(yīng)器入口混合氣 25℃濃相段出口混合氣各物質(zhì)25?t℃的平均比熱容用0—t℃的平均比熱容代替誤差不大，因此：AH1=(12028.33X1.841+2223.73X2.05+5112.06X2.301+21078.30X0.941+69382.01X1.046+15465.06X1.883)X(25-110)=-1.36X107kJ/hAH2=-(171.83X103X512.5+30.07X103X362.3+55.85X103X315.1+2.00荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)X103X353.1+103.10X103X641)=-1.83X108kJ/hAH=(1659.92X2.939+2223.73X3.347+730.32X2.939+5068X1.046+69382.01X1.109+29728.80X2.029+9107.17X2.000+1232.91X2.10+1507.84X1.724+112.26X2.172+4536.42X1.213)X(470-25)=8.29X107kJ/hAH=AH1+AH2+AH3=-1.36X107-1.83X108+8.29X107=-1.14X108kJ/h若熱損失取5%H,則需要濃相段換熱裝置取出熱量(即換熱裝置的熱負(fù)荷)Q=(1-0.05)X1.14X108=1.08X108kJ/h濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.0405Mpa的飽和蒸汽(飽和溫度143℃)143℃飽和蒸汽焓H=2736kJ/kg143℃飽和水焓H=601.2kJ/kg[6]產(chǎn)生的蒸氣量1.08X108/(2736-601.2)=50590.22kg/hb.稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生的蒸氣量：以0c氣體為衡算基準(zhǔn)；進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為：Q1=(1659.92X2.939+2223.73X3.347+730.32X2.939+5068X1.046+69382.01X1.109+14263.74X2.029+9107.17X2.000+1232.91X2.10+1507.84X1.724+112.26X2.172+4536.42X1.213)X(470-0)=8.75X107kJ/hQ2=(1659.92X2.678+2223.73X3.015+730.32X2.636+5068X1.004+69382.01X1.088+14263.74X2.008+9107.17X1.872+1232.91X1.933+1507.84X1.640+112.26X1.966+4536.42X1.130)X(360-0)■=6.50X107kJ/h熱損失取4%則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：Q=(1-0.04)(Q1-Q2)=(1-0.04)(8.75X107-6.50X107)=2.16X107kJ/h稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405Mpa的飽和蒸汽產(chǎn)生的蒸氣量為：G=2.16X107/(2736-601.2)=10118.04kg/h3.3.2空氣飽和塔的物料衡算和熱量橫算（1）計(jì)算依據(jù)[4]a.入塔空氣的壓力0.263MPa出塔空氣的壓力0.243MPa.b.空壓機(jī)入口空氣的溫度30℃相對(duì)濕度80%空壓機(jī)出口氣體的溫度為170℃c.飽和塔氣、液比152.4（體積比）飽和度0.81.d.塔頂噴淋液為乙腈解吸塔釜液，溫度105℃,見表3.4。 表3.4塔頂噴淋液為乙睛解吸塔釜液的組成組分ANACN氰醇ACL H2O 合計(jì)%（wt） 0.005 0.008 0.0005 0.0002 99.986 100e.塔頂出口濕空氣的成分和量按反映器入口氣體的要求為：O2 658.69kmol/h即21078.30kg/hN2 2477.93kmol/h即69382.01kg/hH2O859.17kmol/h即15465.06kg/h荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(2)物料衡算a.進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔空氣量二(658.69+2477.93)=3136.62kmol/h=90460.12kg/h查30℃相對(duì)濕度80%時(shí)空氣的含量0.022kg水氣/kg干空氣.因此進(jìn)塔帶入的水蒸汽的量

0.022X90460.12=1990.12kg/hb.進(jìn)塔熱水量氣液比為152.4,故進(jìn)塔噴淋液量為：3136.62x22.4x(273+170)/273x0.1013/0.263x(1/152,4)=288.15m3/h塔頂噴淋液(105℃)的密度為958kg/h因此進(jìn)塔水的質(zhì)量流量為：288.15X958=276047.7kg/hc.出塔濕空氣的量出塔氣體中的o2、n2、h2o的量與反映器入口氣體相同因而O2658.69kmol/h即21078.30kg/hN22477.93kmol/h即69382.01kg/hH2O859.17kmol/h即15465.06kg/hd.出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量15465.06-1990.12=13474.94kg/h所以出塔液量276047.7-13474.94=262572.76kg/he.物料平衡見表3.5。表3.5飽和塔物料平衡表成分入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排出液kmol/hkg/h%(mol)%(wt)knol/hkg/h%(mol%(wt)kg/h%(wt)kg/h%(wt)02658.6921078.3020.2822.80658.6921078.3016.4819.90————N22477.9369382.0176.3175.052477.9369382.0162.0165.50————h2o110.561990.123.412.15859.1715465.0621.5014.60276047.799.986262572.7699.9856AN13.800.00513.800.0053ACN22.090.00822.090.0084富醇1.380.00051.380.00053ACL0.550.00020.550.00021合計(jì)3247.1892450.431001003995.79105925.37100100276085.52100262610.58100⑶熱量衡算a飽和塔出口氣體溫度從物料平衡表得知，空氣飽和塔出口氣體中蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)0.215根據(jù)分壓定律蒸汽的實(shí)際分壓：PHO=yH0P=0.215x0.243=0.05225MPa因飽和度0.81所以飽和蒸汽分壓為：0.05655/0.81=0.0645Mp=64500Pa查飽和蒸汽表得對(duì)應(yīng)飽和溫度88℃[6],因此須控制出塔氣體溫度88℃才保證工藝要求的蒸汽量。丘入塔熱水溫度入塔來自精制工段乙腈解吸塔塔釜105℃。c.由熱衡算求出溫度t熱衡算基準(zhǔn)為0c氣態(tài)空氣，0c液態(tài)水。(a)170℃時(shí)進(jìn)塔空氣帶入熱量Q1170℃蒸汽焓值2773.3kJ/kg,干空氣在0-170℃的平均比熱容1.004kJ/(kg.h)Q1=(21078.30+69382.01)X1.004X(170-0)+(1990.12X2773.3)=2.10X107kJ/h荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(b)出塔濕空氣帶出熱量Q288℃蒸汽焓2657kJ/kg,空氣的比熱容取1.004kJ(kg.k)Q2=(21078.30+69382.01)X1.004X(88-0)+15465.06X2657=4.91X107kJ/h?105℃入塔噴淋液帶入熱量Q3Q3=276085.52X4.184X(105-0)=1.21X108kJ/h(d)求出塔熱水溫度t 出塔熱水帶出熱量用Q4表示，則：Q4=262610.58X4.184t=1098763t損失按5%計(jì)則Q5=0.05(2.10X107+1.21X108)=7.1X106kJ/h熱平衡方程：q1+q3=q2+q4+q5代入數(shù)據(jù)：2.10X107+1.21X108=4.91X107+1098763t+7.1X106解得： t=78℃廢熱鍋爐的熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)[4]a.入口氣體和出口氣體的組成與反映器出口氣相同吐入口氣的溫度360℃壓力0.162MPac.出口氣體的溫度180℃壓力0.152MPad.鍋爐水側(cè)產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽(2)熱量衡算以0c氣體為衡算基準(zhǔn)。各物質(zhì)比熱容見表3.6[5]。表3.6各物質(zhì)在0—180℃的平均比熱容物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2 H2OANHCNACNACLCO2Cp/[kJ/(kg?k)]2.0712.3432.4060.9621.054 1.9251.5521.4851.6071.5861.004a.入口氣體帶入熱(等于反應(yīng)器稀相段氣體帶出熱)。Q1=6.50X107kJ/hb.出口氣體帶出熱Q2=(1659.92X2.071+2223.73X2.343+730.32X2.406+5068X0.962+69382.01X

1.054+14263.74X1.925+9107.17X1.552+1507.84X1.485+1232.91X1.607+112.26X1.586+4536.42X1.004)X(180-0)■=3.04X107kJ/hc.熱衡算求需要取出的熱量Q按熱損失10%計(jì)算，需要取出的熱量為：Q=0.9X(Q1-Q2)=0.9X(6.50X107-3.04X107)=3.11X107kJ/hd.產(chǎn)生蒸汽量產(chǎn)生0.405Mpa的飽和蒸汽量為：G=3.11X107/(2736-601.1)=14567.43kg/h氨中和塔物料衡算和熱量衡算⑴計(jì)算依據(jù)[4]a.入塔氣流量和組成與反應(yīng)器出口氣體相同.b.在中和塔內(nèi)全部氨被硫酸吸收生成硫酸銨c.新鮮硫酸吸收劑的含量為93%(wt)荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)d.塔底物料組成見表3.7。 表3.7塔底出口液體(即循環(huán)液)的組成

組分 H2O ANACNHCN H2sO4 (NHJSO4 合計(jì)%(wt) 68.53 0.03 0.02 0.016 0.5 30.90 100e.進(jìn)塔氣溫度180℃出塔氣溫度76℃新鮮硫酸吸收劑溫度30℃,f.塔頂壓力0.122MPa塔底壓力0.142MPa。(2)物料衡算a.排出的廢液量及組成進(jìn)塔氣中含有730.32kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸銨，氨和硫酸的反應(yīng)的方程如下：2NH3+H2sO4-(NH4)2SO4(NH4)2so4的生成量即需要連續(xù)排出的(NH4)2SO4的流量為：730.32X132/(2X17)=2835.36kg/h式中132是(NH4)2sO4的分子量，17是NH3的分子量塔底排出液中(NH4)2s04的含量為30.9%(wt)因此排放的廢液量為：2835.36/0.309=9175.92kg/h排放的廢液中各組分的量H20 9175.92X0.6853=6288.26kg/hAN 9175.92X0.0003=2.75kg/hACN 9175.92X0.0002=1.84kg/hHCN 9175.92X0.00016=1.47kg/hH2s04 9175.92X0.005=45.88kg/h(NH4)2SO49175.92X0.309=2835.36kg/hb.需要補(bǔ)充新鮮吸收劑(93%H2s04)的量為：[45.88+730.32X98/(17X2)]/0.93=2312.82kg/hc.出塔氣體中各組分的量C3H61659.92kg/hC3H82223.73kg/h02 5068kg/hN2 69382.01kg/hAN9107.17-2.75=9104.42kg/hACN1232.91-1.84=1231.07kg/hACL112.26kg/hHCN1507.84-1.47=1506.37kg/hC02 4536.42kg/hH20 出塔氣體的水=入塔氣帶入水+新鮮吸收劑帶入水-廢液排出的水=29728.80+2312.82X(1-0.93)-6288.26=23602.44kg/hd.氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡見表3.8。

荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)表3.8氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表組分入塔氣kg/h1新鮮吸收液排放廢液1出塔氣%(wt)kmol/h%(mol)%(wt)cg/11%(wt) ]kg/h%(wlt) kmol/hkg/hI%(mol)C3H639.521659.920.8261.325————39.521659.920.8981.042C3H850.542223.731.0561.775————50.542223.731.1491.878nh342.96730.320.8980.583O2158.3850683.3114.045————158.38506863.5994.279N22477.9369382.0151.8055.38————2477.93， 69382.0156.3158.59h2o1651.629728.834.5323.73161.900.07 6288工>6 6853 1311.25i23602.4429.8019.93AN171.839107.173.5927.269—一：2.750.031 171.789104.423.9047.688ACN30.071232.910.6290.984—1.840.021 30.031231.070.6821.040HCN55.851507.841.1671.203—1.470.01(5 55.791506.371.2681.272ACL2.00112.260.0420.090————2.00112.260.0450.095co2103.104536.422.1553.621————103.104536.422.3433.831H2SO4——2312.820.93 458》， 0.5———(NHJSO4———— 2835二56 30.9——合計(jì)4783.8121405.71001002474.72100 9187.5 1004400.32: 118426.64100100⑶熱量衡算a.出塔氣體的溫度塔頂氣體中實(shí)際分壓為:Ph2o=，”P=0.2980X0.122=0.03636MPa設(shè)飽和度為98%,則與出塔氣平衡的飽和蒸汽壓為：P°=0.03636/0.98=0.037MPa塔頂噴淋液的硫酸銨含量為：100X30.9/68.53=45g(NH4)2sO4/100H2O。已知硫酸銨溶液的上方的飽和蒸汽壓如表3.9,根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量、P。的值內(nèi)插得到出塔氣體的溫度76℃。自入塔噴淋液溫度此溫度比氣體出口溫度低6c故為70℃。c.塔釜排出液溫度見表3.9［5］。表3.9硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/MPa(NHJSO4量/[g(NHJSO4/H2O]溫度/℃404550700.027960.027560.02716800.042520.04190.04129900.06290.061990.06109入塔蒸汽分壓PH2=yH0P=0.3453X0.142=0.0490MPa在釜液(NH4)2sO4含量［45g(NH4)2sO4/100H2O］下溶液上方的飽和蒸汽分壓等于0.0490MPa時(shí)釜液溫度即為釜液的飽和溫度用內(nèi)插法從表3.9中得到飽和溫度83.5℃,設(shè)塔10荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)液溶液溫度比飽和溫度低2.5℃即81℃,又查硫酸銨溶液的溶解度數(shù)據(jù)得知80℃時(shí)每100g水能溶解95.3g硫酸銨，而釜液的硫酸銨含量為45g(NH4)2SO4/100H2O，所以釜液溫度控制81℃不會(huì)有硫酸銨結(jié)晶析出。d.熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量列熱平衡方程得：Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q2+Q7+Q9⑥入塔氣體帶入熱Q1入塔氣體帶入熱量與廢熱鍋爐出口氣體相同為：Q1=3.04X107kJ/h(b)出塔氣體帶出熱Q2各組分平均比熱容見表3.10[5]。表3.10各組分在0—76℃的平均比熱容的值如下組分 C3H6 C3H8O2 N2 H2O AN HCN ACN ACL CO2Cp/[kJ/(kg.k)] 1.175 1.966 0.91414 1.046 1.883 1.347 1.393 1.406 1.343 0.921Q2=(1659.92x1.175+2223.73x1.966+5068x0.9414+69382.01x1.046+23602.44x1.883+9104.42x1.347+1506.37x1.393+1231.07x1.406+112.26x1.343+4536.42x0.921)x(76-0)■=1.13x107kJ/h(c)蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱Q3蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量二進(jìn)塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽=29728.8-23602.44=6126.36kg/h蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kgQ3=6126.36X2246.6=1.38X107kJ/h(d)有機(jī)物冷凝放熱q4AN的冷凝量2.75kg/h其冷凝熱為615kJ/kgACN的冷凝量1.84kg/h其冷凝熱為728kJ/hHCN的冷凝量1.47kg/h其冷凝熱為878.6kJ/h所以 Q4=2.75X615+1.84X728+1.47X878.6=4322.31kJ/h(e)氨中和放熱Q5每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ/hQ5=(2835.36X1000/132)X273.8=5.88X106kJ/h⑴硫酸稀釋放熱為749kJ/hH2SO4Q6=2312.82X749=1.73X106kJ/h(g)釜排放的廢液帶出的熱量Q7塔釜排放的廢液中h2o與(nh4)2so4的摩爾比為：(6288.26/18):(2835.36/132)=16.264查氮肥設(shè)計(jì)手冊(cè)得此組成硫酸銨水溶液比熱容為3.347kJ/h/(kg/.k)Q7=9187.5X3.347X(81-0)=2.49X106kJ/h(h)新鮮吸收劑帶入熱q8,30℃10%H2sO4的比熱容為1.603kJ/h/(kg.k)所以 Q8=2474.72X1.603X(30-0)=1.19X105kJ/h⑴循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷Q9因操作溫度不高，忽略熱損失把有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程3.04X107+1.38X107+4322.31+5.88X106+1.73X106+1.19X105=1.13X107+2.49X106+Q9所以 Q9=3.81X107kJ/h11荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)①循環(huán)冷卻器的冷卻水用量W設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度32℃排出水溫度36℃則冷卻水的用量為：W=3.81X107/[4.184(36-32)]=2.28X106kg/h=2280t/he.求循環(huán)液量m循環(huán)冷卻液流量受入塔噴淋液量溫度的限制70℃循環(huán)液的比熱容為3.368kJ/(kg.K)循環(huán)液對(duì)與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為3.364kJ/(kg.K)設(shè)循環(huán)液流量為mkg/h循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度t℃對(duì)新鮮吸收劑與循環(huán)液匯合處，列平衡方程：mX3.368t+1.19X105=(m+2474.72)X3.364X70對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡得：mX3.347X81-mX3.368t=3.81X107聯(lián)解式(1)和(2)得： m=1.08X106kg/ht=70℃換熱器物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)[4]進(jìn)口氣體76℃組成和流量與氨中和塔出口氣相同出口氣體溫度40℃操作壓力115.5kPa(2)物料衡算出口氣體溫度40℃,而40℃的水的飽和蒸汽壓力為7.377kPaP”=55.32mmHg=7.377kPa設(shè)出口氣體中含有xkmol的蒸汽根據(jù)分壓定律有：115.5x/[(4400.32-1311.25)+x]=7.377x=210.76kmol/h=3793.68kg/h所以蒸汽的冷凝量為：23602.44-3793.68=19808.76kg/h換熱器氣體的物料平衡見表3.11。表3.11換熱器氣體(殼方)的物料平衡表組分入口氣體出口氣體冷凝水kmol/hkg/hkmol/hkg/hkg/hiC3H639.521659.9239.521659.92—C3H850.542223.7350.542223.73—O2158.385068158.385068—N22477.9369382.012477.9369382.01—h2o1311.2523602.44210.763793.6819808.76AN171.789104.42171.789104.42—ACN30.031231.0730.031231.07—HCN55.791506.3755.791506.37—ACL2.00112.262.00112.26—CO2103.104536.42103.104536.42—合計(jì)4400.32118426.643299.8398617.8819808.76⑶熱衡算a.換熱器入口氣體帶入熱Q1(等于氨中和塔出口氣體帶出熱)12

荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)Q1=1.13X107kJ/hb.蒸汽冷凝放熱Q240℃水汽化熱為2401.1kJ/kg[6]Q2=19808.76X2401.1=4.76X107kJ/hc.冷凝液帶出熱Q3Q3=19808.76X4.184(40-0)=3.32X106kJ/hd.出口氣體帶出熱Q4，平均摩爾熱容見表3.12[5]。表3.12出口氣體各組分在0—40℃平均摩爾熱容為組分 CH C凡 O。 N。 HOAN ACN HCN ACL CO。363822—22cp/[kJ/(kmol?k)] 61.92 2.38 9.46 29.29 36.75 63.35 52.09 62.76 65.61 38.66Q4=(39.52X61.92+50.54X2.38+158.38X9.46+2477.93X29.29+210.76X36.75+171.78X63.35+30.03X52.09+55.79X62.76+2.00X65.61+103.10X38.66)X(40-0)=4.18X106kJ/he.熱衡算求換熱器的熱負(fù)荷。熱平衡方程 q1+q2=q3+q4+q5代入數(shù)據(jù) 1.13X107+4.76X107=3.32X106+4.18X106+Q5Q5=5.14X107kJ/h3.3.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)[4]a.入塔氣流量和組成與換熱器出口氣相同入塔氣溫度40℃,壓力112kPab.出塔氣溫度10℃,壓力101kPa二入塔吸收液溫度5℃4.入塔AN溶液中含AN1.8%(wt)(2)物料衡算a.進(jìn)塔物流(包括氣體和凝水)的組成和流量與換熱器出口相同b.出塔氣的組成和量設(shè)入塔氣中的AN、HCN、ACL、ACN等組分全部被水吸收，C3H6、C3H8、O2、N2、CO2等不溶于水，因此出塔氣中蒸汽的量按分壓定律求得計(jì)算如下：10℃時(shí)水的飽和蒸汽壓為：P0=1228Pa,總壓為：101325PaH2此塔氣體中干氣總量=39.52+50.54+158.38+2477.93+103.10=2829.47kmol/h12281013251228101325-1228x2829.47=34.71kmol/h=624.78kg/h出塔氣的總量為:1659.92+2223.73+5068+69382.01+4536.42+624.78=82870.08kg/hc.塔頂加入吸收水量(a)出塔AN溶液的總量出塔AN溶液中AN為1.8%(wt)AN的量為9104.42kg/h因此出塔AN溶液的總量為:9104.42/0.018=505801kg/h13荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(b)塔頂加入吸收量水作吸收塔的總質(zhì)量衡算入塔吸收液量二塔底AN溶液量+出塔氣體總量-入塔氣量-凝水量=505801+82870.08-98617.88-19808.76=470244.44kg/hd.塔底AN溶液的組成和量AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收因?yàn)樗兹芤褐蠥N、ACN、HCN、ACL的量與進(jìn)塔氣液混合物相同AN溶液中水量按全塔水平衡求出：AN溶液中的水二塔頂加入的水+進(jìn)塔氣液中帶入的水-出塔氣中帶出的水=470244.44+19808.76+3793.68-624.78=493222.1kg/he.水吸收塔物料平衡見表3.13。表3.13水吸收塔物料衡算表組分入塔氣入塔凝液kg/h入塔水kg/h出塔氣塔底出口AN溶液kmol/hkg/hkmol/hkg/hkmol/hkg/hC3H639.521659.92——39.521659.92——C3H850.542223.73——50.542223.73——O2158.385068——158.385068——N22477.9369382.01——2477.9369382.01——h2o210.763793.6819808.76470244.4434.71624.7827401.23493222.1AN171.789104.42————171.789104.42ACN30.031231.07————30.031231.07HCN55.791506.37————55.791506.37ACL2.00112.26————2.00112.26CO2103.104536.42——103.104536.42——合計(jì)3299.8398617.8819808.76470244.442864.1883494.8627660.83505176.22⑶熱量衡算孔入塔氣體帶入熱Q1各組分平均摩爾熱容見表3.14[5]。表3.14各組分在0—40℃的平均摩爾熱容組分C3H6C3H8O2N2H2OANACNACLHCNCO2cp[kJ/(kmol,k)]61.9272.3829.4629.2936.7563.3552.1065.6137.6238.66Q1=(39.52X61.92+50.54X72.38+158.38X29.46+2477.93X29.29+210.76X36.75+171.78X63.35+30.03X52.10+55.79X37.62+2.00X65.61+103.1X38.66)X(40-0)=4.39X106kJ/h日入塔凝水帶入熱Q2Q2=19808.76X4.184(40-0)=3.32X106kJ/hc.出塔氣體帶出熱Q3Q3=(39.52X61.92+50.54X72.38+158.38X29.46+2477.93X29.29+34.71X36.75+103.10X38.66)X(10-0)=8.86X105kJ/hd.吸收水帶入熱q4Q4=470244.44X4.184X(5-0)=9.84X106kJ/he.出塔AN溶液帶出熱Q5AN溶液中的各組分的液體摩爾熱容見表3.15[5]。14荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)表3.15AN溶液中的各組分的液體摩爾熱容組分H2OANHCNACNACLc[kJ/(kmol-k)]75.3121.171.55107.3123.8Q5=(27401.23X75.3+171.78X121.1+30.03X107.3+55.79X71.55+2.00X123.8)t=2091577tf.水冷凝放熱Q6水冷凝量=3793.68-624.78=3168.9kg/h水的冷凝熱為：2256kJ/kg所以 Q6=3168.9X2256=7.15X106kJ/hg.AN、ACN、ACL、HCN等氣體的溶解放熱Q7溶解熱=冷凝放熱+液一液互溶熱=冷凝熱各物料冷凝數(shù)據(jù)見表3.16[5]。表3.16AN、CAN、ACL、HCN的冷凝數(shù)據(jù)組分ANACNACLHCNkJ/kg610.9765.7493.7937.2Q7=9104.42X610.9+1231.07X765.7+112.26X493.7+1506.37X937.2=7.97X106kJ/hh.熱衡求出塔液溫度t熱平衡方程：q1+q2+q4+q6+q7=q3+q5代入數(shù)據(jù)4.39X106+3.32X106+9.84X106+7.15X106+7.97X106=8.86X105+2091577tt=15.20℃15荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4主要設(shè)備的工藝計(jì)算空氣飽和塔計(jì)算依據(jù)組分O2N2H2O合計(jì)kmol/h658.692477.93110.563247.18kg/h21078.3069382.011990.1292450.43a.進(jìn)出塔空氣的組成和流量見表4.1和4.2。表4.1進(jìn)塔空氣的組成和流量組分O2N2H2O合計(jì)kmol/h658.692477.93859.173995.79kg/h21078.3069382.0115465.06105925.37表4.2出塔濕空氣的組分和流量b.塔頂噴淋液量276047.7kg/h溫度105℃c.塔底排出液量262572.76kg/h溫度78℃d.塔底壓力0.263MPa塔頂壓力0.243MPa0.入塔氣溫度170℃出塔氣溫度88℃f.填料用@50X50X4.5陶瓷拉西環(huán)(亂堆)[7]4.1.2塔徑的確定拉西環(huán)的泛點(diǎn)計(jì)算公式為[7]：1g=0.022—1.75L4RIg)IpJ32—泛點(diǎn)空塔氣速m/sFg一重力加速度9.81m/s2a,?二一干填料因子m-1￡3PG、PL一氣相和液相的密度kg/m3L、G一氣相和液相的流量kg/hNL一液體的黏度mpa.s(cp)@50X50陶瓷拉西環(huán)的干填料因子177m-1a.塔頂處：105925.373995.79x22.4x273+88x0.1013273 0.243=2.146kg/m3PL=958kg/m3L=276085.52kg/h16荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)G=105925.37kg/h把數(shù)據(jù)代入公式(4.1)：RL=0.282mpa.slg32 2.146__n_—f-x117x x0.2820.29.81 958八八”1276085.521―0.022—1.75 1105925.37)412.146181958)3F=2.16m/s泛點(diǎn)率取75%,則氣體空塔速度為:3=2.16X0.75=1.62m/s出塔操作條件下的氣量：273+8801013V=3995.79x22.4x x— —49339.92m3/h=13.71m3/s273 0.243.:13.71一一塔徑應(yīng)為：d—I, =3.28m塔山 卜0.785義1.62b.塔底處:Pg92450.43273+17001013=.g3247.18x22.4x+x2730.263Pl=975kg/L=262572.76kg/hG=92450.43kg/hRL=0.38mpa.s把數(shù)據(jù)代入上式(4.1)：lg［痂x117x29034xO.”八 1r/262572.761―0.022—1.75 I92450.43)4(2.034)8I975)①F=2.14m/s氣體空塔速度:①=0.75X2.14=1.61m/s入塔氣在操作條件下的氣量:273+1700.1013V=3247.18x22.4x x———二45462.06m3/h=12.63m3/s273 0.263塔經(jīng)為：d=i=3.16m0.785x1.61取塔經(jīng)為3.2m4.1.3填料高度空氣水飽和塔的填料高度須考慮兩方面的要求:a.使出塔氣體中的蒸汽含量達(dá)到要求。17

荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)b.使塔頂噴淋液中的ACN等在塔內(nèi)吸收以使出塔釜液中的ACN等含量盡量低，以減少污水的處理負(fù)荷并回收ACN等副產(chǎn)物。按工廠時(shí)間經(jīng)驗(yàn)，取填料高度11m網(wǎng)。4.2廢熱鍋爐計(jì)算依據(jù)a.管內(nèi)氣體數(shù)據(jù)見表4.3。4.3管內(nèi)氣體的流量和組成組分C3H6C3H8nh3O2N2h2oANACNHCNACLCO2kmol/h39.5250.5442.96158.382477.931651.60171.8330.0755.852.00103.10kg/h1659.922223.73730.32506869382.0129728.809107.171232.911507.84112.264536.42b.管內(nèi)氣體進(jìn)口溫度360℃出口溫度180℃,進(jìn)口壓力0.162MPa出口壓力0.152MPa。c.用P42x3.5無縫鋼管230根作為換熱管［9］,管外熱水沸騰，產(chǎn)生0.405MPa飽和蒸汽。d.熱負(fù)荷為3.11x107kJ/ho確定換熱面積及換熱管管長(zhǎng)a.總傳熱系數(shù)(1)管內(nèi)氣體給的熱系數(shù)a1管內(nèi)氣體體積流量(進(jìn)口平均流量)為0.1013273+270

Q=3924.61x22.4x x =112821.40m3/h=31.34m3/s0.157 27331.34u=230x0.785x(0.035)2=141-70m/sP=109824.32/112821.40=0.973kg/m3其他物性數(shù)據(jù)按空氣考慮誤差不大平均溫度270c溫度下的空氣物性數(shù)據(jù)［1。］：p=3.0x10-5kg/(s.m)入=0.0465W/(m.k)Pr=0.7Re=dup0.035Re=dup0.035x141.70x0.9733x10-5=160853>10000管內(nèi)氣體給熱系數(shù)為：a=0.023-Re0.8Pr0.3=0.023x0.0465(160853)0.8(0.7)0.3=40159w/(m2.k)1d 0.035 (2)管外熱水沸騰給熱系數(shù)[10]a2=4651w/(m2.k)(3)總傳熱系數(shù)K,沸騰水方污垢熱阻取0.26x10-3m2?K/W空氣方污垢熱阻取0.5x10-3m2.K/W鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m-K)[10]。1 1 1 0.0035—= 1 1 F0.26x10-3+0.5x10-3K 401.594651 4518

荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)K=282.26W/(m2.K)b.對(duì)數(shù)平均熱溫差:(360荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)K=282.26W/(m2.K)b.對(duì)數(shù)平均熱溫差:(360—143)—(180-143)?360-143 =102In 180-143c.換熱面積熱負(fù)荷：Q=3.11x107kJ/h=8.64x106j/s換熱面積為：A二卷m8.64x106 二300m2282.26x102取安全系數(shù)1.2則換熱面積360m2360換熱管管長(zhǎng)為:360L= =14.5m230*3.14*0.035取L=15m合成反應(yīng)器計(jì)算依據(jù)a.出口氣體流量3924.61kmol/h入口氣體流量3774.26kmol/hb.氣體進(jìn)口壓力0.203Mpa出口壓力0.162Mpac.反應(yīng)溫度470c氣體離開稀相段的溫度350℃d.流化床內(nèi)的換熱裝置以水的冷卻劑產(chǎn)生0.405Mpa(143℃)的飽和蒸汽e.接觸時(shí)間10s濃相段的直徑因反應(yīng)過程總物質(zhì)的量的增加故按出口處計(jì)算塔經(jīng)比較安全，出口處的氣體體積流量為：273+4700.1013V=3924.61x22.4x——--x——=149611.55m3/h=41.56m3/s273 0.162取空床線速0.8m/s:41.56d= =6.64m\0.785x1.2取流化床濃相段直徑為7m濃相段高度接觸時(shí)間10s計(jì)算，催化劑的堆體積應(yīng)為Vr=41.56x10=415.6m3靜床高H。=415.6/(0.785x72)=10.80m膨脹比為2則濃相段高度為H1=RH。=2x10.80=21.6m取濃相段高22m19荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)擴(kuò)大段(此處即稀相段)直徑取擴(kuò)大段其速為操作氣速的一半即u=0.4m/s氣體流量為：273+3500.1013V=3924.61x22.4x x =125448.18m3/h=34.85m3/h273 0.162擴(kuò)大段的直徑為：d=' ———=10.54m 0.785x0.4取11m擴(kuò)大段高度根據(jù)流化床直徑11m空塔氣速1.2m/s可查得H2/D=0.6所以稀相段高度H2=0.6D=0.6x11=6.6m,W7m濃相段冷卻裝置的換熱面積換熱裝置用套管式總傳熱系數(shù)取233W/(m2-K)[1。]換熱裝置的熱負(fù)荷已由熱衡算求出Q=1.08x108kJ/h=3x107j/s3x107換熱面積為：F=233x(470-143)二沙工乃儂取30%的設(shè)計(jì)裕量則換熱面積為520m2稀相段冷卻裝置的換熱面積用套管式換熱裝置，水為冷卻劑，產(chǎn)生0.405Mpa(143℃)蒸汽?？倐鳠嵯禂?shù)取20W/(m2?K)，換熱裝置熱負(fù)荷為Q=2.16x107kJ/h=6x106j/s(470-143)-(360-143)?470-143In 360-143 6x106換熱面積為F二市而二1123.6m2取30%設(shè)計(jì)裕量，則換熱面積為1500m2水吸收塔計(jì)算依據(jù)a.進(jìn)塔氣體流量和組成見表4.4表4.4進(jìn)塔氣體流量和組成組分C3H6C3H80?N2H20ANACNHCNACLC02合計(jì)kmol/h39.5250.54158.382477.93210.76171.7830.0355.792.00103.103299.83kg/h1659.922223.73506869382.013793.689104.421231.071506.37112.264536.4298617.88b.出塔氣體流量和組成見表4.520荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)組分C3H61國(guó)O2N2H2OCO2合計(jì)kmol/h39.5250.54158.382477.9334.71103.102864.18kg/h1659.922223.7350686938