化工生产技术课件07第七章课件.ppt

化工生产技术 第七章 丙烯腈生产技术 知识目标 了解丙烯腈产品规格、性质、用途和工业生产方法； 了解丙烯腈生产中主要设备的结构、控制方法及三废治理、安全卫生防护； 理解丙烯腈生产过程的原理及工艺参数条件分析方法； 掌握丙烯腈生产工艺过程分析及工艺流程图的阅读分析。 能力目标 第一节 概 述 丙烯腈的性质、产品规格及用途 丙烯腈英文简写为AN。在室温和常压下为无色液体，易燃，易爆，有刺激性臭味，剧毒，与水部分互溶，能与大多数有机溶剂互溶。遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸汽与空气混合物能成为爆炸性混合物工作场所丙烯腈最高允许浓度为20 ppm。丙烯腈分子具有双键和氰基，性质活泼。 丙烯腈，别名，氰基乙烯；结构式， CH2=CH-CN ；为无色易燃液体，剧毒、有刺激味，微溶于水，易溶于一般有机溶剂；遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸汽与空气混合物能成为爆炸性混合物，爆炸极限为 3.1%-17% （体积百分比）；沸点为 77.3oC ，闪点 -5 ° C ，自燃点为 481oC 【应用】： 丙烯腈用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物——聚丙烯腈。聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛”，它强度高，比重轻，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。 生产方法简介 丙烯腈生产的工艺原理 丙烯氨氧化法合成丙烯腈的反应原理 主反应： 副反应： 反应机理及动力学分析 反应机理 烯丙基的形成 丙烯腈的生成 动力学分析 丙烯氨氧化的动力学图式可简单表示如下： 当氧和氨的浓度不低于一定浓度时，对丙烯是一级反应，对氨和氧都是零级。反应控制步骤为丙烯脱氢形成烯丙基的过程。 第三节 反应工艺及设备----工艺条件的影响及控制 反应对原料的基本要求 1．催化剂 2．氨 3．丙烯 4．空气 原料配比 合理的原料配比是保证丙烯腈合成反应稳定、减少副产物、降低消耗定额以及操作安全的重要因素。因此严格控制合理的原料配比是十分重要的 丙烯与氨的配比 丙烯即可氨氧化生成丙烯腈，也可氧化成丙烯醛，都是烯丙基反应。丙烯与氨的配比对这两种产物的生成比有密切的关系。 丙烯与空气的配比 丙烯氨氧化是以空气为氧化剂，空气用量的大小直接影响氧化结果。 空气/丙烯的比值过低，尾气含氧量低，可使催化剂活性降低，造成丙烯转化率和丙烯腈收率降低。 丙烯与水蒸汽的配比 水蒸汽有助于反应产物从催化剂表面解吸出来，从而避免丙烯腈的深度氧化； 水蒸汽在该反应中是一种很好的稀释剂。如果没有水蒸汽参加，反应很激烈，温度会急剧上升，甚至发生燃烧，而且如果不加入水蒸汽，原料混合气中丙烯与空气的比例正好处在爆炸范围内，加入水蒸汽对保证生产安全防爆有利。 反应温度 反应温度不仅影响反应速度，也影响反应选择性。 工业上一般控制反应温度在450～470℃之间。 反应压力 从热力学观点来看，丙烯氨氧化生产丙烯腈是体积缩小的反应，提高压力可增大该反应的平衡转化率；同时，反应器压力增加，气体体积缩小，可以增加投料量，提高生产能力。 接触时间 适宜的接触时间与所用催化剂以及所采用的反应器型式有关，一般为5～10 s。 操作气速 操作气速可用空塔气速来描述。空塔气速指原料混合物在反应温度、反应压力下，通过空塔反应器的速度，可用下式计算： 实际操作线速在0.5～1 m/s范围 反应器 丙烯氨氧化生产丙烯腈为气、固相反应，反应热效应较高，所以对反应器的最基本要求一是必须保证气态原料和固体催化剂之间接触良好；二是能及时移走反应热以控制适宜的反应温度。工业上常用的反应器有两种形式，固定床列管式反应器和流化床反应器。 固定床列管式反应器 这类反应器的外壳为钢制圆筒，受热会膨胀，常安装有膨胀圈。反应器内装有数百根至上万根不等的列管，列管按正三角形排列，列管内装填催化剂，列管长一般为2.5～3 m。为了减小径向温差，管径一般较小，多为25～30 mm。原料气通过静止的催化剂床层发生反应，反应热由管外载热体移出。载热体多采用熔盐（硝酸钾、亚硝酸钠和少量的硝酸钠的混合物）。这种反应器的优点是只要催化剂装填均匀，则气固接触良好，操作方便；缺点是传热效果较差，反应温度不均匀，生产能力较低，催化剂更换麻烦，设备结构复杂，且需大量载热体。 流化床反应器 化床反应器的结构型是很多，按固体颗粒是否在系统内循环，可分为单器流化床和双器流化床 按床层外形分为圆筒形流化