【正文】 理 氧化反應原理 乙烯氧化過程，按氧化程度可分為選擇氧化（ 部分氧化）和深度氧化（完全氧化）兩種情況，乙烯分子中碳 —碳雙鍵〈 C=C〉具有突出的反應活性，在一定條件下可實現(xiàn)碳 —碳雙鍵選擇性氧化，生成環(huán)氧乙烷。 氧氣氧化法與空氣氧化法相比，工藝流程稍短，設備較少，建廠投資少；氧化反應中催化劑的選擇性高，反應溫度比空氣法低，對催化劑壽命的延長和維持生產(chǎn)的平穩(wěn)操作較為有利。盡管氯醇法乙烯利用率高，但生產(chǎn)過程中消耗大量氯氣，腐蝕設備，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低，現(xiàn)已基本被淘汰。環(huán)氧乙烷本身還可開環(huán)聚合生成聚乙二醇。當用甲醇、乙醇、丁醇等低級醇與環(huán)氧乙烷作用時，分別生成 乙二醇 —甲醚、乙二醇 —乙醚、乙二醇 —丁醚。 4 第 2 章 工藝概述 環(huán)氧乙烷的性質(zhì) 環(huán)氧乙烷的物理性質(zhì) 環(huán)氧乙烷 [2]（簡稱 EO），英文名稱 epoxyethane，又被稱為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式： C2H4O，分子量： ，沸點 ： ℃，熔點： ℃，蒸汽壓： ()。 2020 年我國 EO 生產(chǎn)能力約為 1200kt/a。 UCC 公司報道了一系列催化劑研制專利，包 括含鋰、鈉、鉀、銣、銫、鋇中至少一種陽離子助劑，含硫化物、氟化物陰離子助劑和選自Ⅲ B—Ⅵ B 族至少一種元素組成的減少環(huán)氧乙烷完全氧化反應的銀催化劑。高活性催化劑系列產(chǎn)品為 S860、 S86S86 S863，具有初始反應溫度低 (218225℃ )、初始選擇性高 (81%83%)、活性和選擇性下降速率慢等特點，該系列催化劑已應用于國內(nèi)外 20 多家采用 Shell 技術(shù)或其他 專利技術(shù)的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置中。例如在催化劑方面，盡管載體、物理性能和略有差異，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 應部分、脫二氧化碳、環(huán)氧乙烷回收組成，但抑制劑選擇、工藝流程上略有差異。 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動向 生產(chǎn)技術(shù) 1922 年 UCC（聯(lián)碳公司）建成首套氯乙醇法工業(yè)生產(chǎn)裝置， 1938 年又建成了首套乙烯氧化法工業(yè)裝置。環(huán)氧乙烷也用作熏蒸消毒殺蟲劑、殺菌劑以及醫(yī)療器械的消毒劑。 從全球來看，環(huán)氧乙烷主要用作化學中間體，它主要消費于乙二醇，全球環(huán)氧乙烷產(chǎn)量的 60%都轉(zhuǎn)變?yōu)橐叶?，乙二醇可進一步加工成聚纖維和樹脂。 由于氧氣直接氧化法技術(shù)先進，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品純度低，產(chǎn)品純度可達 %此外設備體積小，放空量 少，排出的廢氣量只相當于空氣氧化法的 2%，相應的乙烯損失少，另外氧氣氧化法流程比空氣氧化法短，設備少，用純氧氧化劑可提高進料濃度和選擇性，生產(chǎn)成本大約為空氣氧化法的 90%；同時氧氣氧化法比空氣氧化法反應溫度低，有利于延長催化劑的使用壽命。 環(huán)氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產(chǎn)， 20 世紀 20 年代初，美國聯(lián)合碳化合物公司 (Union Carbide Corp 簡稱 UCC)進行了工業(yè)化生產(chǎn)，該法的優(yōu)點是對乙烯的純度要求不高，反應條件較緩和，但生產(chǎn)過程中消耗大量石灰和氯氣，反應介質(zhì)有強腐蝕性，腐蝕設備，且有大量含氯化鈣的污水生成，污染環(huán)境，產(chǎn)品 純度低，現(xiàn)已被淘汰。 Reactor 。 關(guān)鍵詞： 環(huán)氧乙烷 工藝流程 反應器 物料衡算 熱量衡算 II Annual Output of 60,000 Tons of Ethylene Oxide Process Design Abstract： This design is annual output of ton of ethylene oxide process . by direct oxidation of ethylene in pure oxygen method of manufacturing ethylene oxide ,the feasible design scheme was set down according to the theory of practicality production. In this design, the position and the function in the national economy, the produce methods in industry, the principle of produce, process procedure. For the main equipment such as : mixtor, reactor, the absorb tower of epoxy ethane, the absorb system of carbon dioxide, the stripper of epoxy ethane, condenser, the dehydrogenation ponents of the tower etc. calculating of material balance were done , calculation of energy balance were carried on for the epoxy ethane reactor, heat exchanger, and condenser three equipment in all. EO distillation column is a important equipment for production of ethylene oxide. Distillation column use F1 the type single overflow tower. overflow pipe is arched downer. It was designed that the height of the full tower is 21m.,the total of the plates are 31,the top temperature could be set to 45 176。采用乙烯在純氧中直接氧化的方法制環(huán)氧乙烷，在實際生產(chǎn)理論的基礎上，制定合理可行的設計方案。 參考文獻 ............................................................................................................. 52 I 年產(chǎn) 6 萬噸環(huán)氧乙烷工藝設計 摘要： 本設計 是對年產(chǎn) 6 萬噸環(huán)氧乙烷 工藝設計。 EO 精餾塔是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的重要設備， 精餾塔 采用 F1 型單溢流浮閥塔，溢流管為弓形降液管，設計確定全塔高度 21m，塔板總數(shù)為 31 塊，塔頂溫度可設為 45℃，塔釜溫度可設為 146℃，精餾段塔徑為 4m，塔板堰長 ，板上液層高度 , 閥孔數(shù)為 1403個，相鄰的兩排中心孔距 ；提餾段塔徑為 ，塔板堰長 ，板上液層高度 , 閥孔數(shù)為 809 個，相鄰的兩排中心孔距 。 Process 。環(huán)氧乙烷還可衍生出一些重要的精細化工中間體， 應用范圍遍及紡織、 洗染、 醫(yī)藥、 電子、 汽車等諸多領域。由于直接氧化法與氯乙醇法相比具有工藝流程簡單，無腐蝕性，無大量廢料 排放 ，廢熱可合理利用等優(yōu)點，故得到迅速發(fā)展。 2 第 1 章 國內(nèi)外環(huán) 氧乙烷的綜述 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟中的地位和作用 環(huán)氧乙烷（簡稱 EO），又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是一種最簡單的環(huán)醚，是乙烯工業(yè)衍生物中僅此于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機化工產(chǎn)品，是最簡單最重要的環(huán)氧化物，在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位和作用。其 它環(huán)氧乙烷的衍生產(chǎn)品有乙醇胺、溶劑、乙二醇醚類等。因經(jīng)濟原因，早期引進的空氣法環(huán)氧乙烷裝置大多也改造為氧化法。 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。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溫度 232255℃時，催化劑的環(huán)氧乙烷選擇性可達 %—%。 20 世紀 70 年代我國開始引進以生產(chǎn)聚酯原料乙二醇為目的產(chǎn)物的環(huán)氧乙烷聯(lián)產(chǎn)裝置，我國 EO 生產(chǎn)與應用已走上快速發(fā)展道路，至今已經(jīng)引進十余套 EO 生產(chǎn)裝置。到 2020 年我國 EO 的生產(chǎn)能力將激增至 6640kt/a，在未來幾 年內(nèi)國內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻幾 番，可見我國 EO 工業(yè)市場需求與發(fā)展前景之好。 環(huán)氧乙烷的化學性質(zhì) 由于環(huán)氧乙烷具有含氧三元環(huán)結(jié)構(gòu)，性質(zhì)非?；顫姡瑯O易發(fā)生開環(huán)反應，在一定條件下，可與水、醇、氫鹵酸、氨及氨的化合物等發(fā)生加成反應，其中與水發(fā)生水合反應生成乙二醇，是制備乙二醇的主要方法。與氨反應可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。 1922 年 UCC(聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。 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 %。綜上所述，本設計采用乙烯直接氧化法。在銀催化劑作用下的反應方程式 [3]如下： 2Ag2 4 2 220CH1C H O2 C?? ????? 催 化 劑2CH1 0 3 .4 1 k J/ m o lO? 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，這時它首先被異構(gòu)為乙醛，然后很快被氧化為 CO2和 H2O。 二氧化碳脫除原理 本裝置采用碳酸鹽溶液吸收 CO2，以脫除氧化反應的副產(chǎn)物 CO2，此吸收為化學吸收： 2 3 2 2 3K CO CO H O 2K H CO 2 67 .8 91 2k J/m ol? ? ? ? 應分五步進行： 2H O H OH???? 22 3 3K C O C O 2 K???? 233H C O H C O? ? ??? 33K H C O K H C O???? 23C O O H H C O???? 速度由第五步控制，在接近大氣壓下，用蒸汽汽提富碳酸鹽液，將 CO2從系統(tǒng)中解析出來，輸送到二氧化碳儲罐，解析的化學式為： 3 2 3 2 22 K H CO K CO CO + H O?? 工藝流程 工藝流程 [4]概述，循環(huán)氣首先與新鮮乙烯、甲烷經(jīng)脫硫床下游的乙烯過濾器 S101 混合，然后進入氧氣混合噴嘴 M101，氧氣經(jīng)過濾器 S102 除掉固體顆粒后在這里加入循環(huán)氣中。 冷卻后的反應產(chǎn)品氣體進到環(huán)氧乙烷吸收塔 T201。環(huán)氧乙烷解吸塔設計能力可使吸7 收的環(huán)氧乙烷有 %解吸出來，其余 %的環(huán)氧乙烷隨同塔釜液離開。氣液分離器 V201 出口引出一股較大的物流去二氧化碳吸收塔脫除二氧化碳。二氧化碳吸收塔塔頂氣體出塔時的溫度為 110℃，已被水飽和。二氧化碳解析塔解析出的氣體在 E201 中冷卻后，進入氣液分離罐 V203 中，冷凝液體靠重力流入二氧化碳解吸塔。不凝物主要是二氧化碳、乙烯和環(huán)氧乙烷。塔頂氣去環(huán)氧乙烷回收裝置 以回收環(huán)氧乙烷。 8 第 3 章 物料衡算 物性數(shù)據(jù) 表 物性數(shù)據(jù) [5]表 property data sheet 序號 組分 分子式 分子量 常壓沸點 1 氮氣 N2 2 氬氣 Ar 3 氧氣 O2 4 甲烷 CH4 5 乙烯 C2H4 6 乙烷 C2H6 7 二氧化碳 CO2 8 環(huán)氧乙烷 C2H4O 9 甲醛 CH3CHO 10 水 H2O 100 11 乙二醇 C2H6O2 設計依據(jù) ① 設計任務：年產(chǎn) 6 萬噸環(huán)氧 乙烷合成工藝 ② 年工作時間： 8000 小時 ③ 高純環(huán)氧乙烷收率： 30% ④ 乙烯單程轉(zhuǎn)化率： 10% ⑤ 環(huán)氧乙烷的選擇性： % ⑥ 乙醛的選擇性： % ⑦ 環(huán)氧乙烷的吸收率： % ⑧ 排空氣體比率： % 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 計算依據(jù) ① 原料氧氣的摩爾組成（ %）： N2： Ar： O2： ② 原料乙烯的摩爾組成（ %）： CH4： C2H4： C2H6： ③ 原料甲烷的摩爾組成（ %）： 9 N2： CH4： C2H4： CO2： ④ 環(huán)氧乙烷吸收塔的液氣比： ⑤ 二氧化碳的吸收率： % ⑥ 主反應： 2Ag2 4 2 220CH1C H O2 C?? ????? 催 化 劑2CH1 0 3 .4 1 k J/ m o lO? 副反應： 2 4 2 2 2C H 3 O 2CO 2 H O 13 64 .9 kJ/m ol? ? ? ? ⑧ 物料衡算圖 圖 物料衡算圖 the map of material balance F1氧氣進料； F2乙烯進料； F3甲烷進料； F混合器物料； MF反應器進料； RF反應器出料； W排放產(chǎn)物； R循環(huán)物料 混合器 (M102) ① 循環(huán)氣體的溫度： ℃ ，壓力 ；混合氣出料溫度： ℃，壓力