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以吸收剂摩尔流量为40000kmol/h为例，考察不同理论板数分别在5、10、15、20、25块理论板下,对塔底丙稀腈摩尔流量的影响如图3.5所示：

图3.13 塔板数量对吸收效果的影响

由图可知，随着塔板数的增加，塔顶气相所含丙稀腈的量越少。吸收塔的最佳理论板数应选择10，当理论板小于10时，理论板数太少，气液接触时间短，不利于吸收，塔顶丙烯腈损失较多。当理论板数超过10时,塔底丙烯腈摩尔流量随塔板数的增加变化不大,而在实际生产中，塔板数越少则设备成本越低，出于对设备成本的考虑，塔板数选择在符合要的前提下越少越好。

故吸收塔的最佳工艺条件是理论板数为10,吸收剂进料位置为塔顶进入，吸收剂的摩尔流量为40000kmol/h，原料气进料位置为塔底。优化结果如表3.5所示：

表3.6 水吸收塔优化模拟结果

Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mole Flow kmol/hr C3H6

GASIN 40 1.12 0.68982165 11852.06825 311602.027 190131.735 -277.05261

98.80386

GASOUT 5.56618399 1.01 1 7148.465303 209091.5599 157954.714 -25.574297

98.80386

18

LOUT 23.5341011 1.12 0 44703.60299 823121.6674 857.345815 -2993.7166

0

WATER 5 1.12 0 40000 720611.2 711.3298 -2742.24

0

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C3H8 O2 H2O N2 C3H3N C2H3N CHN C3H4O CO2

126.35 395.93141 4128.99899 6194.85 429.582 75.17685 139.61415 5.01179 257.7492

126.35 395.93141 61.5943352 6194.85 12.9380446 1.05E-07 3.26E-09 0.24845342 257.7492

0 0 44067.4047

0 416.643955 75.1768499 139.61415 4.76333658

0

0 0 40000 0 0 0 0 0 0

3.1.6 废热锅炉的能量衡算

1) 基础数据

废热锅炉的进出物料的组成与反应器的出口物料相同；进料温度360℃，压力0.162Mpa；出料温度180℃，压力0.152Mpa；锅炉水侧产生0.405Mpa的饱和蒸汽。 2) Aspen模拟计算

建立模型如图所示

图3.14 Aspen模拟废热锅炉

用Aspen模拟得表3.7如下：

表3.7 废热锅炉的模拟结果

Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr

H-IN 360 1.62 1 11959.4653 313431.058 387562.246 -208.24108

H-OUT 180 1.52 1 11959.4653 313431.058 293606.386 -227.32262 19

CO-IN 30 1.013 0 1698.24706 30594.3964 30.7246527 -115.78276

CO-OUT 144 4.05 1 1698.24706 30594.3964 13981.1085 -96.701219

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Heat duty kW 22191.8308

3.1.7 丙烯过滤器热量衡算

(1) 计算依据

丙烯进口温度-13℃，出口温度65℃，用0.405Mpa蒸汽为加热剂。 (2) 热衡算求丙烯过热器热负荷和加热蒸汽量

丙烯气的比热容为1.464kJ/（kg.K），丙烷气比热容1.715kJ/（kg.K），热损失按10%考虑，则可以计算得到需要从加热蒸汽获得热量:

Q?1.1?(30070.7?1.464?5559.4?1.715)?[65-(-13)]?4595265.7kJ/h

加热蒸汽量为:

W?4595265.74?2149.33kg/h

2138上式中2138kJ/kg是0.405Mpa蒸汽的冷凝热

3.1.8 气氨过热器

(1) 计算依据

氨气进口温度-7℃，出口温度65℃；用0.405Mpa蒸汽为加热剂；气氨流量12780.1kg/h。

(2) 热衡算求其气氨过热器的热负荷和加热蒸汽用量

氨气的比热容为2.218kJ/(kg.K)，冷损失按10%算。 气氨过热器的热负荷为:

Q?12780.1?2.218?[65?(?7)]?1.1?2245024 kJ/h

加热蒸汽用量为:

W?2245024?1050.06kg/h

21383.1.9 氨蒸发器热量衡算

(1) 计算依据

蒸发压力0.405Mpa；加热剂用0.405Mpa饱和蒸汽，冷凝热为2138kJ/h。有关资料 0.405Mpa下氨的蒸发温度为-7℃，汽化热为1276kJ/kg (2) 热衡算求氨蒸发器的热负荷和加热蒸汽用量

冷损失按10%考虑，求得氨蒸发器的热负荷Q:

Q?12780.1?1276?1.1?1.794?107kJ/h

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加热蒸汽量为:

1.794?107W??8390kg/h

213821

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第4章 设备的工艺设计

4.1 流化床反应器

(1) 计算依据

出口气体流量11959.4653kmol/h；入口气体流量11583.581kmol/h；气体进口压力0.203MPa；出口压力0.162MPa；反应温度470℃，气体离开稀相段的温度为360℃；流化床内的换热装置以水为冷却剂，产生0.405Mpa（143℃）的饱和蒸汽。接触时间15s。 (2) 浓相段直径

因反应过程总物质的量增加，故按出口处计算塔径比较安全。 出口处气体体积流量为:

V?11959.47?22.4?273?400.1013??1.92?105m3/h?53.35m3/s

2730.162取空床线速1.2m/s，浓相段直径为:

d?取流化床浓相段直径为8m。 (3) 浓相段高度

53.35?7.53m

0.785?1.2按接触时间15s算，催化剂的堆体积为：

Vr?53.35?15?800.25m3

静床高：

H0?800.25/(0.785?8.02)?15.93m

取膨胀比为2，则浓相段高度为：

H1?RH0?2?15.93?31.86m

取浓相段高32m。

催化剂的堆密度为640kg/m3，可以计算出催化剂的品质：

W?800.25?640?512160kg?512.16t

催化剂负荷为：

715.97?1000?1.40molC3H6/(h?kgcat)

512160实验催化剂的负荷能够达到1.77molC3H6/(h.kgcat)，计算结果小于实验值，设计可靠。 (4) 扩大段（此处即稀相段）直径

取扩大段气速为操作气速的一半即u=0.4m/s

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