【正文】 ，主副反應(yīng)的熱效應(yīng)分別為 主反應(yīng)： kJ / m 42242 ??? （ 45） 副反應(yīng)： k J / m o 22242 ???? OHCOOHC （ 46） 則主反應(yīng)的放的熱量為： k J / 6321 ????????Q 副反應(yīng)的放熱量為 : k J / 7322 ????????Q 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 總反應(yīng)熱為： k J / h102 5 4 )8 4 1 0 2 ( 7622212 ??????? Q ③氧化氣帶出的熱量 Q3 氧化氣出口溫度為 K，以 K 為基準(zhǔn)溫度，則 )k J / h()(1 ? ?? i pii TTCnQ 基出 （ 46） 計(jì)算結(jié)果列于表 412 中 表 412 氧化氣帶出的熱量 組分 Cp（ J／ mol 反應(yīng)管內(nèi)徑： di= 2== 反應(yīng)管根數(shù) n 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 iiRdHdV22 4A4n ????? ?? （ 510） 由公式 (510)可得 7 4 9 3 .1 11 0 .6 49 5 .1 5n2???? ? 根 經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為 7495 根。2)1( bntD c ???? （ 515） 式中 D— 殼體內(nèi)徑， m； t— 管中心距， m； — 橫過(guò)管中心線的管數(shù)； 39。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 54 氧化反應(yīng)器的參數(shù) 名稱 數(shù)據(jù) 原料進(jìn)料量， kmol/h 產(chǎn)品產(chǎn)量，噸 /年 55000 原料進(jìn)口溫度，℃ 150 氧化氣出口溫度，℃ 234 水進(jìn)口溫度，℃ 210 水出口溫度，℃ 220 氧化反應(yīng)器臺(tái) 數(shù)，臺(tái) 1 氧化反應(yīng)器直徑， mm 5200 列管根數(shù)，根 4795 列管尺寸， mm 3 氧化反應(yīng)器高度， mm 12190 換熱面積， m2 。 167。 (7)計(jì)算催化劑床層體積vSVVR 總? 進(jìn)入反應(yīng)器的氣體總流量為 kmol/h 給定空速為 4000/h 40 00 22 .4423 11 6 .4 90 4VR ??= 167。 查表計(jì)算，各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果如表 4 410 所示 表 49 原料氣中各組分定壓比熱的壓力校正參數(shù) 組分 42HC 2O 2CO 2N KTc/ MPapc / rT rP ? 110 KmolJ/ ??? pC 111 / ?? ??? KmolJC p 11/ ?? ?? KmolJC p 注：比熱的單位為 J/mol 反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)料 溫 度 為 T1=150 ℃ () ，反應(yīng)溫度為 T=234 ℃()； 出料溫度 T2=234℃ ()； 轉(zhuǎn)化率為 10%，選擇性為 80%，空速為 4000/h。 （ 2）計(jì)算過(guò)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 = (110％ ) = kmol/h 2) 反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷 = 環(huán)氧乙烷的選擇性乙烯的單程轉(zhuǎn)化率 ???42 HCyMF = 10％ 80％ = kmol/h 3）反應(yīng)器出口二氧化碳 =MF yC2H4乙烯的單程轉(zhuǎn)化率二氧化碳的選擇性 2+MF yCO2 = 10％ 20％ 2+ ％ = kmol/h 4）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 = 2422 ?????? 二氧化碳選擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCOH yMFyMF = + 10％ 20％ 2 = kmol/h 5）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 － 342 ???? 二氧化碳擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCyMF = － 10％ 80％ － 10％ 20％ 3 = kmol/h 6）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(méi)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 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 甲烷 = kmol/h 乙烷 = kmol/h 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。39。39。CO? 。 還應(yīng)考慮能量的利用率，想辦法利用生產(chǎn)流程中各種位能的熱量，充分節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。自二氧化碳吸收塔塔頂排出的氣體經(jīng)冷卻，并分離出夾帶的液體后，返回至循環(huán)系統(tǒng)。 2. 5 生 產(chǎn) 方 法 的 評(píng) 述 及 選 擇 (一 )氧化反應(yīng)部分 一、工藝流程草圖 二、流程草圖說(shuō)明 由于此反應(yīng)為氣固相反應(yīng)，并且催化劑比較貴，所以選擇列管式固定床反應(yīng)器。由于循環(huán)氣中含有雜質(zhì)和反應(yīng)副產(chǎn)物，所以需要在循環(huán)之前將一部分有害氣體排除，即脫除二氧化碳。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 ⑶ 空速 與溫度相比該因素是次要的，但空速減小，轉(zhuǎn)化率增高，選擇性也要降低，而且空速不僅影響轉(zhuǎn)化率和選擇性，也影響催化劑的空時(shí)收率和單位時(shí)間的放熱量，故必須全面衡量，現(xiàn)在工業(yè)上采用的混合氣空速一般為 4000/h— 8000/h 左右，也有更高的。 在配制混合氣時(shí)，由于純氧加入到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中去，必須使氧和循環(huán)氣迅速混合達(dá)到安全組成，如果混合不好很可能形成氧濃度局部超過(guò)極限濃度，進(jìn)入熱交換器時(shí)易引起爆炸危險(xiǎn)。工業(yè)上常用的載體有碳化硅，α－氧化鋁和含有少量氧化硅的α－氧化鋁等。 [11~13] 二、催化劑的選擇： 環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷是一個(gè)強(qiáng)放熱放應(yīng)，為減少深度氧化的副反應(yīng)，提高選擇性，催化劑的選擇非常重要。該法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)乙烯的濃度要求不高，反應(yīng)條件較緩和，其主要缺點(diǎn)是要消耗大量氯氣和石灰，反應(yīng)介質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性，且有大量含氯化鈣的污水要排放。 2 . 3 . 2 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： K2CO3 + CO2 + H2O→ 2KHCO3 + (7) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng)分五步進(jìn)行： H2O=H+ + OH (8) K2CO3=CO32 + 2K+ (9) H+ + CO32=HCO3 (10) K+ + HCO3 =KHCO3 (11) CO2 + OH=HCO3 (12) 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)，排至大氣 ： KHCO3→ K2CO3+CO2 十 H2O (13) 167。實(shí)驗(yàn)已證明這些副產(chǎn)物以兩條不同的路線生成的。 5] 本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均參考乙烯直接氧化法。 167。與氨反應(yīng)可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。相對(duì)密度 (水 )=1： ，相對(duì)密度 (空氣 )=1： 。 20 世紀(jì) 70 年代我國(guó)開(kāi)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(guó)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。高活性催化劑系列產(chǎn)品為 S860、 S86 S86 S863，具有初始反應(yīng)溫度低 (218℃ —225℃ )、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。 1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法工業(yè)裝置。 1998— 2020 年年均消費(fèi)增長(zhǎng)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(wàn)噸和 萬(wàn)噸。 反應(yīng)器塔徑的確定 .................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 34 致 謝 .............................................................................................................................. 36 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 引言 167。 反應(yīng)器 ........................................................................................... 19 167。 二氧化碳脫除原理 ........................................................................ 6 167。 環(huán)氧乙烷的性質(zhì) ........................................................................................ 4 167。 關(guān) 鍵 詞 ：環(huán)氧乙烷；工藝流程；反應(yīng)器；物料衡算。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)。 環(huán)氧乙烷的市場(chǎng)需求狀況 ....................................................................... 3 第 2 章 工藝概述 .......................................................................................................... 4 167。 氧化反應(yīng)原理 ................................................................................. 5 167。 混合器 ........................................................................................... 15 167。 傳熱面積的核算 ...................................................................................... 30 167。 2020 年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為 萬(wàn)噸。 1938 年又建成了首套乙烯空氣氧化法工業(yè)裝置。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。 1. 3 環(huán) 氧 乙 烷 的 市 場(chǎng) 需 求 狀 況 我國(guó)最早以傳統(tǒng)的乙醇為原料經(jīng)氯醇法生產(chǎn) EO。 2 . 1 . 1 EO 的 物 理 性 質(zhì) 環(huán)氧乙烷（簡(jiǎn)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： ℃。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。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。 [ 4。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。 [ 6~9] 167。第二步使 2氯乙醇與 Ca(OH)2 反應(yīng)，