【正文】 30 167。 反應(yīng)器的熱量衡算 .................................................................................. 25 第 5 章 設(shè)備計(jì)算 ........................................................................................................ 29 167。 混合器 ........................................................................................... 15 167。 物性數(shù)據(jù) ................................................................................................... 13 167。 氧化反應(yīng)原理 ................................................................................. 5 167。 生產(chǎn)方法的評(píng)述及選擇 ........................................................................... 4 167。 環(huán)氧乙烷的市場(chǎng)需求狀況 ....................................................................... 3 第 2 章 工藝概述 .......................................................................................................... 4 167。 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中 的地位和作用 .................................................... 1 167。對(duì)主要設(shè)備如：混合器、反應(yīng)器、環(huán)氧乙烷吸收塔、二氧化碳吸收系統(tǒng)，等進(jìn)行物料衡算，對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)備計(jì)算和校核，確定操作參數(shù)、設(shè)備類型和材質(zhì)，使用 CAD 繪制相應(yīng)的工藝流程圖，最后得出設(shè)備參數(shù)。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 年產(chǎn) 萬噸環(huán)氧乙烷工藝 設(shè)計(jì) 摘 要 本文是對(duì)年產(chǎn) 萬噸環(huán)氧乙烷合成工段的工藝設(shè)計(jì)。 關(guān) 鍵 詞 ：環(huán)氧乙烷；工藝流程；反應(yīng)器；物料衡算。 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 .................................................. 1 167。 環(huán)氧乙烷的性質(zhì) ........................................................................................ 4 167。 氯醇法 ............................................................................................. 5 167。 二氧化碳脫除原理 ........................................................................ 6 167。 設(shè)計(jì)依據(jù) ................................................................................................... 13 167。 反應(yīng)器 ........................................................................................... 19 167。 反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算 ...................................................................................... 29 167。 反應(yīng)器塔徑的確定 .................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 34 致 謝 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。有 13%的環(huán)氧乙烷用于制造其它二醇類（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。 2021 年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為 萬噸。因經(jīng)濟(jì)原因，早期引進(jìn)的空氣法環(huán)氧乙烷裝置大多也改造為氧氣法 [1， 2]。 1938 年又建成了首套乙烯空氣氧化法工業(yè)裝置。例如在催化劑方面，盡管載體、物理性能和制備略有差異，但水平比較接近，選擇性 均在 80%以上；在工藝技術(shù)方面都有反應(yīng)部分、脫 CO環(huán)氧乙烷回收組成，但抑制劑選擇、工藝流程上略有差異。在催化劑方面，目前已形成高活性和高選擇性兩大系列工業(yè)化催化劑。研制的催化劑在反應(yīng)溫度 232℃ — 255℃時(shí)，催化劑的環(huán)氧乙烷選擇性可達(dá) %— %。 1. 3 環(huán) 氧 乙 烷 的 市 場(chǎng) 需 求 狀 況 我國最早以傳統(tǒng)的乙醇為原料經(jīng)氯醇法生產(chǎn) EO。其中北京燕山石化于 2021 年將已有的 70kt/a 的生產(chǎn)能力擴(kuò)大到 250kt/a 左右；南京揚(yáng)巴一體化工程 9 套核心裝置中含有一套 240kt/a 的 EO 裝置，于 2021 年建成投產(chǎn)；中海 殼牌石化有限公司已在南海建設(shè)一套 300kt/a EO 生產(chǎn)裝置， 2021 年建成投產(chǎn)；上海石化已新建一套 300kt/a EO 生產(chǎn)裝置， 2021 年建成投產(chǎn)；另外天津聯(lián)化、獨(dú)山子石化等企業(yè)均計(jì)劃在未來幾年內(nèi)建設(shè)規(guī)?；?EO 生產(chǎn)裝置。 2 . 1 . 1 EO 的 物 理 性 質(zhì) 環(huán)氧乙烷（簡稱 EO），英文名稱 epoxyethane，又被稱 為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式： C2H4，分子量： ，沸點(diǎn)： ℃，熔點(diǎn)： ℃，蒸汽壓： ℃。 167。與氫鹵酸作用，環(huán)氧乙烷與氫鹵酸在室溫或更低的溫度下反應(yīng)，生成鹵醇，可用于定量分析環(huán) 氧乙烷及環(huán)氧乙烷型化合物。 2. 2 生 產(chǎn) 方 法 的 評(píng) 述 及 選 擇 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 環(huán)氧乙烷的工業(yè)生產(chǎn)方法有氯醇法和乙烯直接氧化法。盡管氯醇法乙烯利用率高，但生產(chǎn)過程中消耗大量氯氣，腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低，現(xiàn)已基本被淘汰。 1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法工業(yè)裝置，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品純度可達(dá)%。 [ 4。 2. 3 環(huán) 氧 乙 烷 的 生 產(chǎn) 原 理 167。在銀催化劑作用下的反應(yīng)方程式如下： (1) 另外，乙烯直接氧化還有副產(chǎn)物生成，其中 CO2 和水最多。 CO2 還由 EO 氧化而得，這時(shí)它首先被異構(gòu)為乙醛，然后很快被氧化為CO2 和 H2O。 [ 6~9] 167。有毒，易自聚，尤其當(dāng)有鐵，酸，堿，醛等雜質(zhì)或高溫下更是如此，自聚時(shí)放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持在0℃以下。第二步使 2氯乙醇與 Ca(OH)2 反應(yīng)，生成環(huán)氧乙烷。乙烯在 Ag/α — Al2O3 催化劑存在下直接氧化制取環(huán)氧乙烷的河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 工藝，可用空氣氧化也可以用氧氣氧化，氧氣氧化法雖然安全性不如空氣氧化法好，但氧氣氧化法選擇性較好，乙烯單耗較低，催化劑的生產(chǎn)能力較大，故大規(guī)模生產(chǎn)采用氧氣氧化法。所以反應(yīng)過程中選擇性的控制十分重要。 載體 載體的主要功能是分散活性組分和防止銀微晶的半熔和燒結(jié)，使其活性保持穩(wěn)定。工業(yè)上為了控制反應(yīng)速度和選擇性，均采用低比表面積無孔隙或粗空隙惰性物質(zhì)作為載體，并要求有較好的導(dǎo)熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。在銀催化劑中加入少量鋇鹽，可增加催化劑的抗熔結(jié)能力，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性，延長其壽命，并可提高活性。 三、反應(yīng)器及混合器的選擇： 乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度對(duì)反應(yīng)的選擇性十分敏感，對(duì)于這種反應(yīng)最好采 用流化床反應(yīng)器，但因?yàn)榧?xì)顆粒的銀催化劑易結(jié)塊也易磨損，流化質(zhì)量很快惡化，催化劑效率急速下降，故工業(yè)上普遍采用的是列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)放催化劑，管間走冷卻介質(zhì)。 四、影響因素（反應(yīng)條件）的分析： ⑴ 反應(yīng)溫度 乙烯環(huán)氧化過程中存在著平行的完全氧化副反應(yīng)，影響轉(zhuǎn)化率和選擇性的主要因素是溫度。故采用操作壓力為 2MPa 左右。 ⑸ 進(jìn)入反應(yīng)器的混合氣配比 由于反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率較低故采用具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過程，進(jìn)入反應(yīng)器的混合氣是由循環(huán)氣和新鮮原料氣混合而成的，其組成既影響經(jīng)濟(jì)效益也關(guān)系生產(chǎn)安全。由于反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率比較低，為了充分利用原料從吸收塔出來的氣體須循環(huán)。 ⑹ 乙烯轉(zhuǎn)化率 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 單程轉(zhuǎn)化率的控制與氧化劑的種類有關(guān)，用純氧作氧化劑時(shí)，單程轉(zhuǎn)化率一般控制在 12%— 15%，選擇性可達(dá) 75%— 84%或更高。 167。自反應(yīng)器流出的 反應(yīng)混合氣中環(huán)氧乙烷的含量僅為 1%— 2%，經(jīng)熱交換器利用其熱量并進(jìn)行冷卻后，進(jìn)入環(huán)氧乙烷吸收塔。在二氧化碳作用下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀。由于是氧氣做氧化劑，還存在爆炸極限的問題，所以反應(yīng)氣體的混合至關(guān)重要。為滿足此要求，應(yīng)想辦法使反應(yīng)的選擇性提高，催化劑的研究開發(fā)決定著反應(yīng)的選擇性，故應(yīng)采用性能良好的催化劑，并用二氯化物來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。 3. 2 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) 1．設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn) 萬噸環(huán)氧乙烷 2．年工作時(shí)間： 7200 小時(shí) 3．高純 EO 收率： 30% 4．乙烯單程轉(zhuǎn)化率： 10% 5． EO 的選擇性： 80% 6．二氧化碳的選擇性： 20% 7． EO 吸收率： % 8．排空氣體比率： % 9．以單位時(shí)間小時(shí)作為基準(zhǔn) 167。 （ 2）環(huán)氧乙烷吸收 塔吸收率（ %）： 氮?dú)猓? 氬氣： 氧氣： 甲烷： 乙烯： 乙烷： 二氧化碳： 環(huán) 氧 乙烷： 水： 乙二醇： （ 3）計(jì)算過程 1）計(jì)算新鮮乙烯原料中乙烯量 = 計(jì)劃任務(wù) 10000 1000開工率 合成收率 = 10000 10007200 30％ = kmol/h 新鮮乙烯原料中甲烷的量 =％ ％ = kmol/h 新鮮乙烯原料中乙烷的量 =％ ％ = kmol/h 新鮮乙烯原料的量 =新鮮乙烯原料中乙烯量 +新鮮乙烯原料中甲烷的量 +新鮮乙烯原料中乙烷的量 即： F2=++=設(shè)：反應(yīng)器的進(jìn)料量為 MF(kmol/h)；新鮮甲烷原料量為 F3；針對(duì)混合器列乙烯和甲烷的物料衡 算方程，得： MF 30％ =MF 30％ (1－ 10％ ) (1－ ) (1－ )++F3 ％ (1) MF 50％ =MF 50％ () ()++F3 ％ (2) 由（ 1）（ 2）兩式聯(lián)立可得 MF= 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 F3= 2）設(shè) :循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量為 EOR ；反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量為 EOMF ；環(huán)氧乙烷的摩爾分率為 EOy ；針對(duì)混合器列環(huán)氧乙烷的物料衡算方程，得： 循環(huán)氣中得環(huán)氧乙烷的量 =反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量； EOR = EOMF =MF? EOy (3) 反應(yīng)器中環(huán)氧乙烷的量： EOMF =[ ?MF EOy + ?MF 42HCy ? ? 80%]? () ? () (4) 由以上兩式得：)()(1 )()( ???? ???????? HC EOyMF yMF 解得： EOy = 3)設(shè)：新鮮氧氣原料的量為 F1（ kmol/h）； 針對(duì)混合器列氧氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器進(jìn)料中的氧氣量 =新鮮氧氣原料中的氧氣量 +循環(huán)氣中的氧氣量 MF yO2=F1 y?O2+R y?O2 循環(huán)氣中的氧氣量 =反應(yīng)器中的氧氣量 反應(yīng)消耗的氧氣量 氧氣的吸收量 氧氣的排放量 R y?O2=[MF yO2－ MF yC2H4 yC2H4 3] () () 即： R ％ =F1 ％ +[MF ％－ MF 30％ 30％ 3] () () 解得： F1 =4）設(shè)：環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳的吸收率為2CO?；二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的吸收率為 239。39。39。39。1 NNNN yRyFyFyMF ??????? 循環(huán)氣中氮?dú)獾牧?= )0 0 1 ()1(22 ????? NNyMF ? 即)()(%% 22 ??????????? NN yMFyMF 解得：