【正文】 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 OHyR239。39。39。 （ 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(guò)程 1）計(jì)算新鮮乙烯原料中乙烯量 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~15~ = hKm ol /% 100010000 ??? ????? ?? 合成收率開(kāi)工率 設(shè)計(jì)任務(wù) 新鮮乙烯原料中甲烷的量 = hK m o l /%% ?? 新鮮乙烯原料中乙烷的量 = hKm ol /%% ?? 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。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。在 E201 中 CO2 吸收塔進(jìn)料氣體處于持續(xù)飽和狀態(tài)。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)。離開(kāi)急冷段的氣體用貧吸收液洗滌以回收 E0。 C HOOCHOHC ?? 342 (5) OHCOOC H OCH 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。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。 1931 年法國(guó)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(guò)進(jìn)一步的研究與開(kāi)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(guó) UCC 公司首次采用此法建廠生產(chǎn)。與氫鹵酸作用，環(huán)氧乙烷與氫鹵酸在室溫或更低的沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 工藝概述 ~6~ 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。到 2020 年 我國(guó) EO 的生產(chǎn)能力將激增至 2160kt/a，在未來(lái)兩年內(nèi)國(guó)內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻一番，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。 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) t 和 萬(wàn) t。 reactor。~ i ~ 內(nèi)容摘要 本文是對(duì)年產(chǎn) 萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷 /乙二醇車(chē)間環(huán)氧乙烷合成工段的工藝設(shè)計(jì)。 process。 2020 年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為 萬(wàn) t。目前，全球環(huán)氧乙烷專利技術(shù)大部分為 Shell、美國(guó) 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。 SD 和 UCC 在新催化劑開(kāi)發(fā)方面也取得許多進(jìn)展，例如近期 SD 公司開(kāi)發(fā)的 固載銀及含有堿金屬、硫、氟和磷族元素 (P， Bi， Sb)，固載銀及含有堿金屬、硫、沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引言 ~3~ 氟和或錫，固載銀及含有堿金屬、硫、氟和鑭系金屬助劑的催化劑，突破了以錸和過(guò)渡金屬作助劑制備環(huán)氧乙烷銀催化劑的傳統(tǒng)方法。其中北京燕山石化于 2020 年將已有的 70k/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 2020 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， 2020 年建成投產(chǎn)；上海石化已新建一套 300kt/a EO 生產(chǎn)裝置， 2020 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(lái)幾年內(nèi)建沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引言 ~4~ 設(shè)規(guī)模化的 EO 生產(chǎn)裝置。它們兼具醇和醚的性質(zhì)，是優(yōu)良的溶劑，用途很廣泛，可溶解纖維酯如硝酸纖維酯、工業(yè)上稱為溶纖劑。 直接氧化法 直接氧化法又可分為空氣氧化法和氧氣氧化法。 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。為脫除反應(yīng)產(chǎn)品氣冷卻時(shí)產(chǎn)生的水，將一小股物流引到急冷排放解吸塔 C205 中，用泵 P205 把急冷液打到急冷冷卻器 E205 中，再回到 EO 吸收塔的急冷段。從 EO 吸收塔來(lái)的富吸液，在產(chǎn)品第二冷卻器 E203 中沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 工藝概述 ~10~ 被 EO 吸收塔進(jìn)料 (反應(yīng)產(chǎn)品氣體 )從 47℃ 加熱到 67℃，在進(jìn)解吸塔 C204 之前，先后在進(jìn)料 /塔頂物料換熱器 E208 及進(jìn)料 /塔釜物料換熱器 E207 中進(jìn)一步加熱。為了保證 CO2 吸收塔進(jìn)料為飽和狀態(tài)，在 E201 中水經(jīng)過(guò)液體噴嘴噴入換熱器的殼層中。進(jìn)入碳酸鹽閃蒸罐 V202 以回收乙烯，以防在 CO2 解吸塔頂損失掉。不凝物主要是 CO C2H4 和 EO。 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~12~ 3 物料衡算 物性數(shù)據(jù) 表 物性數(shù)據(jù)表 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 二氧碳 CO2 8 環(huán)氧烷 C2H4O 9 乙醛 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) 萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷 2．年工作時(shí)間： 8000 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% 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~13~ 6．二氧化碳的選擇性： % 7．乙醛的選擇性： % 8． EO 吸收率： % 9．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 氧氣組成（ mol %）： 2N : Ar : 2O : (2)原料 乙烯組成（ mol %）： 4CH : 95 42HC : 62HC : (3)原料 甲烷組成 (mol%)： 2N : 4CH : 42HC : 2CO : (4)環(huán)氧乙烷吸收塔吸收液氣比： (5)二氧化碳吸收率： % (6)符號(hào)說(shuō)明： 進(jìn)料： F— 乙烯進(jìn)料； 1F — 氧氣進(jìn)料 ； 2F — 甲烷進(jìn)料； 3F — 混合器物料； iMF — 反應(yīng)器物料； iRF — 排放物料； W— 排放物產(chǎn)； R— 循環(huán)物料； (7)主反應(yīng)： 22 4 2 22012AgCCHC H O ?? ????? 催 化 劑2CH2 4 .7 /KCal m o lO? 副反應(yīng)： m o lK c a lOHCOOHC /3 2 0223 22242 ???? 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~14~ (8)物料衡算圖 N2CH4C2H4CO2C2H4C2H6CH4O2N2Ar吸收混合 水反應(yīng)粗產(chǎn)品CO2吸收CO2排放F2F1F3FWRR ’SHPMF RF 圖 物料衡算圖 混合器 （ 1）循環(huán)氣體的溫度： ℃ 壓力 混合氣出料溫度： ℃壓力 進(jìn)料氣體被 EO 反應(yīng)產(chǎn)品氣體從 78℃加熱到 152℃ ,而產(chǎn)品氣體從 202℃被冷卻到 138℃。39。39。1 ????? 循環(huán)氣中的氬氣的量 = )0 0 1 ()1( ????? ArAryMF ? 即： )0 0 1 ()0 0 0 0 (% 4 1 ????????? ArAr yMFyMF 解得： Ary = 8）設(shè)：水的吸收率為 OH2?；循環(huán)氣中水的摩爾分率為 OHy239。這股氣流在產(chǎn)品第二冷卻器中，與從 EO 吸收塔 C203 中來(lái)的富吸收液進(jìn)行交換，進(jìn)一步冷卻到 53℃ 。 （ 2）環(huán)氧乙烷解析塔解析率： 氮?dú)猓? 氬氣： 氧氣： 甲烷： 乙烯： 乙烷： 二氧化碳： 環(huán)氧乙烷： .096 乙醛： 水： 乙二醇： （ 3)解析塔釜乙二醇含量 : （ 4）計(jì)算過(guò)程 1）塔頂出口氣體的量（輸入的塔頂?shù)母灰旱牧?=EO 吸收塔中塔釜出口的富液量） 塔頂出口氣體的量 =輸入的塔頂?shù)母灰旱牧?? 解析率 即： 塔頂出口氮?dú)獾牧?= 氮?dú)獾慕馕雎瘦斎氲牡獨(dú)獾牧?? 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~33~ = ? =塔頂出口的氬氣的量 = 氬氣的解析率輸入的氬氣的量 ? = ? = Kmol 同理其他各個(gè)組分的塔頂出口的量為： 氧氣 = Kmol/h 甲烷 = Kmol/h 乙烯 = Kmol/h 乙烷 = Kmol/h 二氧化碳 = Kmol/h 環(huán)氧乙烷 = Kmol/h 乙醛 = Kmol/h 水 = Kmol/h 乙二醇 = Kmol/h 2） 塔底貧液的量 塔底貧液的量 =塔頂富液的量 塔頂出口氣體的量 即：塔底貧液氮?dú)獾牧?=塔頂富液 氮?dú)獾牧?塔頂出口氮?dú)獾牧? == Kmol/h 塔底貧液氬氣的量 =塔頂富液氬氣的量 塔頂出口氬氣的量 == Kmol/h 同理可得塔底貧液中其他各個(gè)組分的量為： 氧氣 =乙烷 =Kmol/h 乙醛 =3）塔釜乙二醇出料量 解析塔釜乙二醇含量 :，所以水的含量 == 乙二醇的出料量 =塔頂富液環(huán)氧乙烷的量 塔頂出口環(huán)氧乙烷的量 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算 ~34~ == Kmol/h 所以有 ： 0. 81 00=0. 19 00水 的 出 料 量乙 二 醇 的 出 料 量 得 ： 0. 8100=0. 1900 ?水 的 出 料 量 乙 二 醇 的 出 料 量= Kmol/h 4）水蒸汽通入的量 水蒸汽通入的量 =塔頂出口水蒸汽的量 +塔底貧液水的量 +塔釜乙二醇出料中水量 +塔釜乙二醇出料中乙二醇的量 塔頂富液中水的量 =+++= Kmol/h 表 環(huán)氧乙烷解吸塔物料衡算結(jié)果表 輸入物料 輸出物料 塔頂富液 水蒸汽通入量 塔頂出口氣體 塔底貧液 塔釜乙二醇出料 溫度 ℃ 41 190 104 124 130 壓力 Mpa 序 號(hào) 組分 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