年产1000吨丙烯腈的合成工段工艺设计开题报告

1. 研究目的与意义

丙烯腈（ch2=ch-c≡n），无色透明液体，易挥发，味甜，微臭。密度（20℃）0.8060g/cm³，凝固点-83～-84℃，沸点77.5℃，闪点-5℃，粘度（25℃）0.34mpa·s。微溶于水，与水形成共沸混合物。可溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯和四氯化碳。蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限3.1%～17%（体积分数）。在空气中最高容许浓度为20ml/m³。

丙烯腈是一种重要的有机化工原料，主要用于制造合成纤维（腈纶纤维）、合成橡胶（丁腈橡胶）和合成树脂（abs树脂、as树脂等）等，也用于电解制己二腈和水解制丙烯酰胺，也是生产染料等化工产品的原料。除此之外，丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用于建材及日用品中。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。丙烯腈是合成纤维，合成橡胶和合成树脂的重要单体，也是杀虫剂虫满腈的中间体。

随着国内工业发展，丙烯腈需求逐渐升高，随之生产量也逐步提高，各个企业对丙烯睛的研究也逐渐加深，而丙烯睛的研究主要为催化剂的研究，提高催化剂的质量可以提高丙烯睛的收率，以达到增收盈利。

2. 研究内容和预期目标

1、主要内容

本课题主要针对丙烯腈的合成工段的工艺进行设计和研究。

选择最佳的丙烯腈的生产方法，完成年产1000吨丙烯腈的合成工段工艺设计，确定合成工段的工艺流程，对合成工段进行物料衡算和热量衡算，并对合成工段所需的设备进行设计计算和选型，编制设计说明书，绘制合成工段的工艺流程图、主体设备图和车间布置图等工程图纸。其中对丙烯氨氧化法制取丙烯腈生产的具体工艺流程进行优化设计：通过对反应过程中物料和能量进行衡算，对生产工艺流程进行优化，以期实现高产率、低能耗的目的；对反应设备的设计优化，根据设计参数及技术要求对其设备进行选型和校验。

3. 研究的方法与步骤

丙烯氨氧化法：以丙烯、氨、空气和水为原料，按其一定量配比进入沸腾床或固定床反应器，在以硅胶作载体的磷钼铋系或锑铁系催化剂作用下，在400-500℃温度和常压下，生成丙烯腈。然后经中和塔用稀硫酸除去未反应的氨，再经吸收塔用水吸收丙烯腈等气体，形成水溶液，使该水溶液经萃取塔分离乙腈，在脱氢氰酸塔除去氢氰酸，经脱水、精馏而得丙烯腈产品，其单程收率可达75%，副产品有乙腈、氢氰酸和硫酸铵。此法是最有工业生产价值的生产方法。其化学方程式如下所示：

丙烯氨氧化法的优点在于丙烯是目前大量生产的石油化工产品，氨是合成氨的工业产品，这两种原料来源广泛且价格低廉。其次是工艺流程比较简单，经一步反应便可得到丙烯腈产物。副产物主要是氢氰酸和乙腈，都可以回收利用，且丙烯腈成品纯度高。丙烯氨氧化属于放热反应，在热平衡上很有利，反应在常压或低压下进行，对设备无加压要求。与其他生产方法相比可以减少原料的配套设备的建设投资。基于毕业设计的特性，设计思路遵循已有的工艺流程，生产规模为1000吨/年，以丙烯、氨、空气为原料，采用丙烯氨氧化法合成丙烯腈的工艺。

工业上用于丙烯氨氧化反应的催化剂主要有两大类，一类是复合酸的盐类(钼系)，如磷钼酸铋、磷钨酸铋等;另一类是重金属的氧化物或是几种金属氧化物的混合物(锑系)，例如sb、mo、bi、v、w、ce、u、fe、co、ni、te的氧化物，或是sb-sn氧化物，sb-u氧化物等。我国目前采用的主要是第一类催化剂。钼系代表性的催化剂有美国sohio公司的c-41、c-49及我国的mb-82、mb-86。一般认为，其中mo-bi是主催化剂，p-ce是助催化剂，具有提高催化剂活性和延长催化剂寿命的作用。按质量计，mo-bi占活性组分的大部分，单一的moo3虽有一定的催化活性，但选择性差，单一的bio3对生成丙烯腈无催化活性，只有二者的组合才表现出较好的活性、选择性和稳定性。单独使用p-ce时，对反应不能加速或极少加速，但当它们和mo-bi配合使用时，能改进mo-bi催化剂的性能。一般来说，助催化剂的用量在5%以下。载体的选择也很重要，由于反应是强放热，所以工业生产中采用流化床反应器。流化床反应器要求催化剂强度高，耐磨性能好，故采用粗孔微球型硅胶作为催化剂的载体。

4. 参考文献

[1] china-petro-chemical corporation(cn). fluidized-bed catalyst for propylene ammoxidation to acrylonitrile:us,5834394[p].1998

[2]陈敏恒. 化工原理(第三版)[m]. 北京:化学工业出版社,2006

[3]陈涛. 新型丙烯腈催化剂研究[d]. 兰州:兰州大学,2006

5. 计划与进度安排

1.2022-12-28～2022-3-07 查阅文献，熟悉相关的专业知识及技能，完成文献翻

译工作，并与指导教师进行学习和探讨，确定设计的初步方案，完成开题报告；

2.2022-3-08～2022-3-18 查找资料并整理文献，完成工艺流程的设计；