【正文】 3 物料衡算 ~21~ 乙二醇的排放量 = Kmol/h 2）二氧化碳吸收系統(tǒng)的進(jìn)料量 二氧化碳吸收系統(tǒng)的進(jìn)料量 =排放系統(tǒng)進(jìn)料量 排放量 所以：二氧化碳吸收系統(tǒng)的氮?dú)獾倪M(jìn)料量 =排放系統(tǒng)氮?dú)獾倪M(jìn)料量 氮?dú)馀欧帕? == Kmol/h 同理可得：氬氣的進(jìn)料量 = = Kmol/h 氧氣的進(jìn)料量 == Kmol/h 甲烷的進(jìn)料量 == Kmol/h 乙烯的進(jìn)料量 == Kmol/h 乙烷的進(jìn)料量 = = Kmol/h 二氧化碳的進(jìn)料量 = = Kmol/h 環(huán)氧乙烷的進(jìn)料量 = =乙醛的進(jìn)料量 = Kmol/h 水的進(jìn)料量 = = Kmol/h 乙二醇的進(jìn)料量 = Kmol/h 計(jì)算結(jié)果見表 。塔頂氣體進(jìn)入低組分脫除塔和 EO 精制塔。 EO 富吸收液經(jīng)過 E20 208 預(yù)熱到 103℃ 后進(jìn)入 EO 解吸塔頂部。 （ 2）計(jì)算過程（ y 表示 MF 中各個(gè)組分的摩爾分率） 1）反應(yīng)器出口的乙烯的量 = 乙烯的單程轉(zhuǎn)化率）??? 1(42 HCyMF = % % )( ??? =2) 反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷量 = 環(huán)氧乙烷的選擇性乙烯的單程轉(zhuǎn)化率 ???42 HCyMF = %% 0 2 9 9 6 6 1 ??? = Kmol/h ~15~ 表 混合器物料衡算結(jié)果表 輸入物料 輸出物料 原料氧氣 原料乙烯 原料甲烷 循環(huán)氣 溫度℃ 40 30 10 79 76 壓力 Mpa 序 號(hào) 組分 分子量 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 CH3CHO 10 H2O 11 C2H6O2 小計(jì) 合計(jì) 輸入物料總量 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~16~ 3）反應(yīng)器出口二氧化碳 = 242 ???? 二氧化碳的選擇性乙烯的單程轉(zhuǎn)化率HCyMF = 2%% 0 2 9 6 9 9 1 ???? = Kmol/h 4）反應(yīng)器出口乙醛的量 = 乙醛的選擇性乙烯的單程轉(zhuǎn)化率 ??? 42 HCyMF = %% 0 2 9 6 9 9 1 ??? = Kmol/h 5）反應(yīng)器出口水量（反應(yīng)中每生成一摩爾的二氧化碳同時(shí)生成一摩爾的水） 所以： 反應(yīng)器出口水 = 2422 ?????? 二氧化碳選擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCOH yMFyMF = 2%% 0 2 9 6 9 9 10 0 6 0 2 9 6 9 9 1 ?????? = Kmol/h 6）反應(yīng)器出口氧氣量（混合器中氧氣量 生成環(huán)氧乙烷消耗的氧氣量 生成乙醛消耗氧氣量 生成二氧化碳消耗的水量） 即：反應(yīng)器出口水量 ??????? 環(huán)氧乙烷選擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCO yMFyMF ????? 乙醛擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCyMF 342 ???? 二氧化碳擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCyMF = %% 0 2 9 6 9 9 10 8 3 0 2 9 6 9 9 1 ?????? %% ???? %% 0 2 9 6 9 9 1 ???? = Kmol/h 7）反應(yīng)器出口氮?dú)?，氬氣，甲烷，乙烷的? 因?yàn)樵诜磻?yīng)器中這些物料沒有發(fā)生變化，所以其量等于進(jìn)口的量 即：氮?dú)?= Kmol/h 氬氣 = Kmol/h 甲烷 = Kmol/h 乙烷 = Kmol/h 計(jì)算結(jié)果見表 。 反應(yīng)器 （ 1）反應(yīng)溫度為 240℃ ，壓力為 ,反應(yīng)物料由塔頂加入，采用氣包進(jìn)行移熱。 ，針對(duì)混合器列水的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中的水的量 =反應(yīng)器中的水的量 +反應(yīng)生成的水的量OHyR 239。1 NNNN yRyFyFyMF ??????? 循環(huán)氣中氮?dú)獾牧?= )()1(22 ????? NNyMF ? 即：)()(%% 22 ??????????? NN yMFyMF 解得：2Ny= 7）設(shè)：氬氣的吸收率為2N?；針對(duì)混合器列氬氣的物料衡算方程，得： 反應(yīng)器中的氬氣的量 =新鮮氧氣原料中的氬氣的量 +循環(huán)氣中的氬氣的量 ArArAr yRyFyMF 39。39。39。39。1 OOO yRyFyMF ????? 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 )()(])([42242239。 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~11~ （ 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： 乙醛： 100 水： 乙二醇： 100 （ 3）計(jì)算過程 1）計(jì)算新鮮乙烯原料中乙烯量 = hK m o l /2 1 3 2 0%300 5 2 0 0 0 1 0 0 01 0 0 0 5 2 1 0 0 01 0 0 0 0 ??? ????? ?? 合成收率開工率 設(shè)計(jì)任務(wù) 新鮮乙烯原料中甲烷的量 = hK mol /26 0 %% 21 3 ?? 新鮮乙烯原料中乙烷的量 = hK m o l /5 2 1 %% 2 1 3 2 0 ?? 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： )1(%502138520201801)%101%30%30 3 。在 EO 精制塔 C302 中 ,EO 從塔頂蒸出，塔頂氣冷凝并過冷后，大部分凝液作為回流，一部分作為低純度 EO 產(chǎn)品進(jìn)乙二醇反應(yīng)器，這股 物流含有微量雜質(zhì)如 CO2和甲醛。在解吸塔頂冷卻器 E302A/B 中被冷卻到15℃，大部分 EO 作為凝液回到解吸塔頂緩沖罐 V301。來自 E211 的冷凝液進(jìn)入放空分離罐 V208，在這里氣體與凝液分離后排放到大氣，冷凝液用泵送到廢水處理系統(tǒng)。被閃蒸出的氣體在 E304 中冷卻脫水后，經(jīng)尾氣壓縮機(jī)壓縮，在 EO 吸收塔的 上游進(jìn)入循環(huán)氣管線。分離罐 V201 收集的冷凝液，一般送到碳酸鹽閃蒸罐填料頂部，洗滌碳酸鹽閃蒸罐 V202 閃蒸出的氣體。在 E201 中 CO2吸收塔進(jìn)料氣體處于持續(xù)飽和狀態(tài)。 循環(huán)氣中的二氧化碳用碳酸鉀溶液吸收脫除。 EO 吸收塔塔頂物經(jīng)氣液分離罐 V204 進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)。解吸 EO 所需的蒸汽一部分來自汽提段，一部分來自加入的蒸汽。離開急冷段的氣體用貧吸收液洗滌以回收 E0。被預(yù)熱的反應(yīng)器進(jìn)料氣體進(jìn)入列管式 EO 反應(yīng)器 R101，在反應(yīng)器中，乙烯和氧氣在銀催化劑床層上進(jìn)行反應(yīng)，主要生成 E0；副產(chǎn)品有二氧化碳、水和微量的醛類。 C H OOCHOHC ?? 342 (5) OHCOOC HOCH 2223 2225 ??? (6) 反應(yīng)器副產(chǎn)物中除 CO2和 H2O 以外還有微量的乙醛和甲醛。首先，乙 烯直接氧化生成 CO2 和水并伴隨著許多壽命極短的部分氧化中間產(chǎn)物： 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 工藝概述 ~6~ m olK c a lOHCOOHC /3 2 0223 22242 ???? (2) 這一反應(yīng)用氯化物來加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即 1,2— 二氯乙烷（ EDC）， EO 自身有也一定的阻止進(jìn)一步氧化的能力。但在通常的氧化條件下，乙烯的分子骨架容易被破壞，而發(fā)生深度氧化生成二氧化碳和水。由于氧氣氧化法比空氣氧化法有明顯的優(yōu)越性，因此目前世界上的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置普遍采用氧氣氧化法。 1931 年法國催化劑公司的 Lefort 發(fā)現(xiàn)乙烯在銀催化劑作用下可以直接氧化成環(huán)氧乙烷，經(jīng)過進(jìn)一步的研究與開發(fā)形成乙烯空氣直接氧化法制環(huán)氧乙烷技術(shù)， 1937年美國 UCC 公司首次采用此法建廠生產(chǎn)。 氯醇法 氯醇法是早期的工業(yè)生產(chǎn)方法，分兩步完成，首先由氯氣和水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸與乙烯反應(yīng)生成氯乙醇，然后氯乙醇與 氫氧化鈣皂化生成環(huán)氧乙烷。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。環(huán)氧乙烷易自聚，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。到 2020 年 我國 EO 的生產(chǎn)能力將激增至 2160kt/a，在未來兩年內(nèi)國內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻一番，可見我國 EO 工業(yè)市場需求與發(fā)展前景之好。 20 世紀(jì) 70 年代我國開始引進(jìn)以生產(chǎn)聚酯原料乙二醇為目的產(chǎn)物的環(huán)氧乙烷 /乙二醇聯(lián)產(chǎn)裝置，我國 EO 生產(chǎn)與應(yīng)用已走上快速發(fā)展道路，至今已經(jīng)引進(jìn)十余套 EO 生產(chǎn)裝置。研制的催化劑在反應(yīng)溫度 232255℃時(shí)，催化劑的環(huán)氧乙烷選擇性可達(dá) %— %。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。 Shell、 SD 和 UCC 三家公司的乙烯氧化技術(shù)水平基本接近，但技術(shù)上各有特色。 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向 生產(chǎn)技術(shù) 1922 年 UCC(聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。 1998— 2020 年年均消費(fèi)增長率達(dá)到%，預(yù)計(jì) 2020— 2020 年和 2020— 2020 年又分別以 %和 %速率遞增，即到 2020年和 2020 年全球環(huán)氧乙烷需求量將分別達(dá)到 萬 t 和 萬 t。環(huán)氧乙烷的第二大銷量是用于洗滌劑的乙氧基化物產(chǎn)品。 reactor。對(duì)脫輕組分塔進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)備計(jì)算和校核，確定了操作參數(shù)、設(shè)備類型和材質(zhì)，使用 CAD繪制相應(yīng)的工藝流程圖。 沈陽化工學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目： 年產(chǎn) 萬噸環(huán)氧乙烷 /乙二醇車間環(huán)氧乙 烷合成工段工藝設(shè)計(jì) 院 系： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè) 班 學(xué)生 xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 化學(xué)工程與工藝 化工優(yōu) 0502 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 年產(chǎn) /乙二醇車間環(huán)氧乙烷合成工段工藝設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）內(nèi)容： 工藝流程設(shè)計(jì) 物料衡算 熱量衡算 設(shè)備計(jì)算 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分： 氧化反應(yīng)器 脫輕組分塔 指導(dǎo)教 師 ： 教研室主任： 院 長： 簽字 簽字 簽字 2020 2020 2020 年 年 年 月 月 月 日 日 日 帶控制點(diǎn)工藝流程圖 ~ i ~ 內(nèi)容摘要 本文是對(duì)年產(chǎn) 萬噸環(huán)氧乙烷 /乙二醇車間環(huán)氧乙烷合成工段的工藝設(shè)計(jì)。采用 excel工作表對(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)，環(huán)氧乙烷解吸塔，冷凝器，脫輕組分塔等進(jìn)行物料衡算，對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，進(jìn)料 產(chǎn)品第一換熱器，冷卻器等六個(gè)設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器和換熱器進(jìn)行設(shè)備計(jì)算。 process。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）。 2020 年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為 萬 t。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。目前，全球環(huán)氧乙烷專利技術(shù)大部分為 Shell、美國 SD(科學(xué)設(shè)計(jì)公司 )和 UCC 三家公司所壟斷，這三家公司的技術(shù)占環(huán)氧乙烷總生產(chǎn)能力的 90%以上。 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 近年來，世界 上環(huán)氧乙烷催化劑、工藝技術(shù)等方面有了新的進(jìn)展。 SD 和 UCC 在新催化劑開發(fā)