【正文】 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(hào) 組分 分子式 分子量 常壓沸點(diǎn) 1 氮?dú)? 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(shè)計(jì)依據(jù) ① 設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸環(huán)氧 乙烷合成工藝 ② 年工作時(shí)間： 8000 小時(shí) 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(jì)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(yīng)： 2Ag2 4 2 220CH1C H O2 C?? ????? 催 化 劑2CH1 0 3 .4 1 k J/ m o lO? 副反應(yīng)： 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(jìn)料； F2乙烯進(jìn)料； F3甲烷進(jìn)料； F混合器物料； MF反應(yīng)器進(jìn)料； RF反應(yīng)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 。不凝物主要是二氧化碳、乙烯和環(huán)氧乙烷。二氧化碳吸收塔塔頂氣體出塔時(shí)的溫度為 110℃，已被水飽和。環(huán)氧乙烷解吸塔設(shè)計(jì)能力可使吸7 收的環(huán)氧乙烷有 %解吸出來(lái)，其余 %的環(huán)氧乙烷隨同塔釜液離開。 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(yīng)的副產(chǎn)物 CO2，此吸收為化學(xué)吸收： 2 3 2 2 3K CO CO H O 2K H CO 2 67 .8 91 2k J/m ol? ? ? ? 應(yīng)分五步進(jìn)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(lái)，輸送到二氧化碳儲(chǔ)罐，解析的化學(xué)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(guò)濾器 S101 混合，然后進(jìn)入氧氣混合噴嘴 M101，氧氣經(jīng)過(guò)濾器 S102 除掉固體顆粒后在這里加入循環(huán)氣中。在銀催化劑作用下的反應(yīng)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。 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) %。與氨反應(yīng)可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。到 2020 年我國(guó) EO 的生產(chǎn)能力將激增至 6640kt/a，在未來(lái)幾 年內(nèi)國(guó)內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻幾 番，可見(jiàn)我國(guó) EO 工業(yè)市場(chǎng)需求與發(fā)展前景之好。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) %—%。 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。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。由于直接氧化法與氯乙醇法相比具有工藝流程簡(jiǎn)單，無(wú)腐蝕性，無(wú)大量廢料 排放 ，廢熱可合理利用等優(yōu)點(diǎn)，故得到迅速發(fā)展。 Process 。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 52 I 年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì) 是對(duì)年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷 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 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。 環(huán)氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產(chǎn)， 20 世紀(jì) 20 年代初，美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司 (Union Carbide Corp 簡(jiǎn)稱 UCC)進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)，該法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)乙烯的純度要求不高，反應(yīng)條件較緩和，但生產(chǎn)過(guò)程中消耗大量石灰和氯氣，反應(yīng)介質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性，腐蝕設(shè)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。 從全球來(lái)看，環(huán)氧乙烷主要用作化學(xué)中間體，它主要消費(fèi)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(jìn)一步加工成聚纖維和樹脂。 環(huán)氧乙烷在國(guó)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。高活性催化劑系列產(chǎn)品為 S860、 S86S86 S863，具有初始反應(yīng)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(diǎn)，該系列催化劑已應(yīng)用于國(guó)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。 2020 年我國(guó) EO 生產(chǎn)能力約為 1200kt/a。當(dāng)用甲醇、乙醇、丁醇等低級(jí)醇與環(huán)氧乙烷作用時(shí)，分別生成 乙二醇 —甲醚、乙二醇 —乙醚、乙二醇 —丁醚。盡管氯醇法乙烯利用率高，但生產(chǎn)過(guò)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。 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理 氧化反應(yīng)原理 乙烯氧化過(guò)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(yīng)活性，在一定條件下可實(shí)現(xiàn)碳 —碳雙鍵選擇性氧化，生成環(huán)氧乙烷。反應(yīng)速 度由 EO 異構(gòu)化控制。用純水 洗滌 以回收環(huán)氧乙烷。處理后的氣體離開二氧化碳脫除系統(tǒng)，與沒(méi)有處理的循環(huán)氣體重新混合后進(jìn)入到環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)。來(lái)自氣液分離罐 V203 的液體和二氧化碳吸收塔塔底富液在二氧化碳解吸塔 T203 中，用再沸器使之解吸，操作壓力接近于大氣壓。在環(huán)氧乙烷精制塔 T302 中 ,環(huán)氧乙烷從塔頂蒸出，塔頂氣冷凝并過(guò)冷后，大部分凝液作為回 流，一部分作為低純度環(huán)氧乙烷產(chǎn)品進(jìn)乙二醇反應(yīng)器，這股物流含有微量雜質(zhì)如二氧化碳和甲醛。 ② 各組分的吸收率 (%)： 氧氣： 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 環(huán)氧乙烷吸收塔液氣比為： ④ 環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡 算結(jié)果圖 17 圖 環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡算圖 the map of the EO absorbor material balance S去排放系統(tǒng)和二氧化碳吸收系統(tǒng)的量 H加入水的量 RF環(huán)氧乙烷吸收塔的進(jìn)氣量 P進(jìn)入環(huán)氧乙烷 解析塔的量 ⑤ 計(jì)算過(guò)程（ y 表示 RF 中的摩爾分率， ? 為吸收率） 氣體中各組分的量 出口環(huán)氧乙烷的量 ? ?1??= 進(jìn) 入 吸 收 塔 的 環(huán) 氧 乙 烷 量 環(huán) 氧 乙 烷 的 吸 收 率 ? ?? ?EO EOR F 1 1 % km ol /h?? ? ?? ? ?? 出口乙烯的量 ? ?1? ? ?進(jìn) 入 吸 收 塔 的 乙 烯 量 乙 烯 的 吸 收 率 ? ?? ?2 4 2 4C H C H= RF 15 0 0 3 .3 5 4 9 1 0 .0 5 %5 0 0 0 .8 5 3 2 k m o l/h???? ? ?? 出口的二氧化碳的量 ? ?1??= 進(jìn) 入 吸 收 塔 的 二 氧 化 碳 的 量 二 氧 化 碳 的 吸 收 率 ? ?? ?22CO CO= RF 11 1 4 6 .6 9 4 8 1 1 .3 0 %1 1 3 1 .7 8 7 8 k m o l/h???? ? ?? 出口的氧氣的量 ? ?1? ? ?進(jìn) 入 吸 收 塔 的 氧 氣 的 量 氧 氣 的 吸 收 率 18 ? ?? ?22OO= R F 19 8 8 .6 2 5 9 1 0 .0 1 %9 8 8 .5 2 7 0 k m o l/h???? ? ?? 出口的甲烷的量 ? ?1? ? ?進(jìn) 入 吸 收 塔 的 甲 烷 的 量 甲 烷 的 吸 收 率 ? ?? ?44CH CH= RF 19 2 6 5 .4 7 3 6 1 0 .0 1 %9 2 6 4 .5 4 7 1 k m o l/h???? ? ?? 出口的乙烷的量 ? ?1??= 進(jìn) 入 吸 收 塔 的 乙 烷 的 量 乙 烷 的 吸 收 率 ? ?? ?2 6 2 6C H C H= RF 13 1 1 .3 1 9 9 1 0 .0 0 2 %3 1 1 .3 1 3 7 k m o l/h???? ? ?? 出口的氮?dú)獾牧?? ?1??= 進(jìn) 入 吸 收 塔 的 氮 氣 的 量 氮 氣 的 吸 收 率 ? ?? ?22NN= R F 12 0 9 .5 2 2 9 1 0 .0 0 5 %2 0 9 .5 1 2 4 k m o l/h???? ? ?? 出口的氬氣的量 ? ?1? ? ?進(jìn) 入 吸 收 塔 的 氬 氣 的 量 氬 氣 的 吸 收 率 ?