【正文】 y y 1 0 . 5 0 . 3 0 . 0 8 3 2 0 . 0 5 0 . 0 1 680 . 0 1 1 2 0 . 0 3 2 3 0 . 0 0 0 1 0 . 0 0 6 4 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 又有： 1 2 3F F F R M F? ? ? ?，即 1 2 3R M F F F F? ? ? ? 解得： R 1 8 5 3 0 . 9 4 3 9 5 5 6 . 1 3 9 2 5 6 8 . 3 1 1 2 1 7 . 8 7 4 3 1 7 3 8 8 . 6192? ? ? ? ? 即： ? ? ? ? ? ?2HOR y = M F 0 . 0 0 6 4 M F 0 . 3 0 . 1 0 . 1 9 8 2 1 0 . 6 5 2 9 4 1 0 . 0 0 1 8?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 解得：2HOy ? ? 計算結果見表 表 混合器物料衡算結果表 the sheet for the result of mixer material balance 輸入物料 輸出物料 原料氧氣 原料乙烯 原料甲烷 循環(huán)氣 組分 摩爾流量kmol/h 摩爾分數 (%) 摩爾流量kmol/h 摩爾分數 (%) 摩爾流量kmol/h 摩爾分數 摩爾流量kmol/h 摩爾分數 摩爾流量kmol/h 摩爾分數 N2 76 29 Ar 50 95 O2 69 0 76 745 CH4 2 692 736 C2H4 60 .99.85 516 470 C2H6 15 99 CO2 99 71 C2H4O CH3CHO H2O 37 37 C2H6O2 合計 92 12 3 17388.6192 18530.9913 反應器 (R101) ① 反應器的物料衡算圖 14 圖 反應器物料衡算圖 tha map of the reactor material balance ② 對反應器進行物料衡算： 反應器出口乙烯的量 ? ?24CHM F y 1? ? ? ? 乙 烯 的 單 程 轉 化 率 ? ?1 8 5 3 0 .9 4 3 9 0 .3 1 1 0 %? ? ? ? ol / h? 反應器出口環(huán)氧乙烷的量 24CH= M F y M F y? ? ? ? EO乙 烯 的 單 程 轉 化 率 環(huán) 氧 乙 烷 的 選 擇 性 + 1 8 5 3 0 . 9 4 3 9 0 . 3 1 0 % 8 0 % 1 8 5 3 0 . 9 4 3 9 0 . 0 0 0 1? ? ? ? ? ? =反應器出口二氧化碳的量 2 4 2C H CO= M F y 2 + M F y1 8 5 3 0 .9 4 3 9 0 .3 1 0 % 1 9 .8 % 2 1 8 5 3 0 .9 4 3 9 0 .0 51 1 4 6 .6 9 4 8 k m o l / h? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??乙 烯 的 單 程 轉 化 率 二 氧 化 碳 的 選 擇 性 反應器出口乙醛的量 24CH= MF y= 18 53 0. 94 39 0. 3 10 % 0. 2%= 1. 11 19 km ol / h? ? ?? ? ?乙 烯 的 單 程 轉 化 率 乙 醛 的 選 擇 性 反應器出口水的量 2 2 4H O C H= M F y + M F y 21 8 5 3 0 .9 4 3 9 0 .0 0 6 4 1 8 5 3 0 .9 4 3 9 0 .3 1 0 % 1 9 .8 % 23 3 8 .7 4 5 7 k m o l /h? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??乙 烯 的 單 程 轉 化 率 二 氧 化 碳 的 選 擇 性 反應器出口氧氣的量 15 2 2 4 2 424O C H C HCH= M F y M F y 0 . 5 M F y0 . 5 M F y3? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??乙 烯 單 程 轉 化 率 環(huán) 氧 乙 烷 的 選 擇 性乙 烯 的 單 程 轉 化 率 乙 醛 選 擇 性 乙 烯 單 程 轉 化 率 二 氧 化 碳 的選 擇 性 1 8 5 3 0 . 9 4 3 9 0 . 0 8 3 2 1 8 5 3 0 . 9 4 3 9 0 . 3 1 0 % 8 0 % 0 . 5 1 85 3 0 . 9 4 3 9 0 . 31 0 % 0 . 2 % 0 . 5 1 8 5 3 0 . 9 4 3 9 0 . 3 1 0 % 1 9 . 8 % 39 8 8 . 6 2 5 9k m o l / h? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 反應器出口氮氣、氬氣、甲烷、乙烷的量 因為在反應器中這些氣體沒有參與化學反應，所以其量等于進口的量 即：氮氣的量 =209..5229kmol/h 氬氣的量 =甲烷的量 =16 表 反應器物料衡算結果表 the sheet for result of the reactor material balance 輸入物料 組分 分子量 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分率 質量流量 (kg/h) 質量分數 N2 Ar O2 CH4 C2H4 C2H6 CO2 C2H4O CH3CHO H2O C2H6O2 合計 輸出物料 組分 分子量 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分數 質量流量 (kg/h) 質量分數 N2 Ar O2 CH4 C2H4 C2H6 CO2 C2H4O CH3CHO H2O C2H6O2 合計 環(huán)氧乙烷吸收塔 (T201) ① 該塔用純水作吸收劑，吸收塔的溫度為 47℃，壓力為 。 V202 底部出口管線上有一個大的排泄閥，通往二氧化碳解吸塔的集水管。被預熱的反應器進料氣體進入列管式環(huán)氧 乙烷反應器 R101，在反應器中，乙烯和氧氣在銀催化劑床層上進行反應，主要生成環(huán)氧乙烷；副產品有二氧化碳、水和微量的醛類。通常氧氣氧化法的生產成本比空氣氧化法低 10％左右。相對密度 (水 )=1： ，相對密度 (空氣 )=1： 。目前國內外環(huán)氧乙烷生產廠家均采用乙烯氧化法生產技術，基本為引進技術。因此，近年來新建的大型裝置均采用純氧作氧化劑，逐漸取代了空氣氧化而成為占絕對優(yōu)勢的工業(yè)生產。 本設計 主要闡述了環(huán)氧乙烷在國民經濟中的地位和作用、工業(yè)生產方法、生產原理、工藝流程。 Heat Balance1 引 言 環(huán)氧乙烷是乙烯的衍生物，是重要的基本有機化工原料，主要用于生產聚酯產品及汽車用防凍劑的原料乙二醇。隨著大規(guī)模引進環(huán)氧乙烷裝置的建成和投產，加上環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，國內小規(guī)模的氯乙醇法環(huán)氧乙烷裝置已無生命力，于 1993 年下半年淘汰。 環(huán)氧乙烷的市場需求狀況 我國最早以傳統(tǒng)的乙醇為原料經氯醇法生產 EO。 氯乙醇法 氯醇法是早期的工業(yè)生產方法，分兩步完成，首先由氯氣和水反應生成次氯酸， 次氯酸與乙烯反應生成氯乙醇，然后氯乙醇與氫氧化鈣皂化生成環(huán)氧乙烷。 2 4 2 31C H O CH CH O2?? 2 4 2 2C H O 2CH O?? 在反應過程中如有堿金屬或堿土金屬存在時，將催化這一反應。如果 V201 罐的壓力過高，罐的壓力控 制器也會啟動緊急放空閥使循環(huán)氣管路快速泄壓。在脫輕組分塔中，二氧化碳、乙烯和其他溶 解在環(huán)氧乙烷水溶液中的輕組分和部分環(huán)氧乙烷蒸汽一起脫除。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)氧乙烷產品進乙二醇反應器，這股物流含有微量雜質如二氧化碳和甲醛。處理后的氣體離開二氧化碳脫除系統(tǒng)，與沒有處理的循環(huán)氣體重新混合后進入到環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)。反應速 度由 EO 異構化控制。盡管氯醇法乙烯利用率高，但生產過程中消耗大量氯氣，腐蝕設備，污染環(huán)境，產品純度低，現已基本被淘汰。 2020 年我國 EO 生產能力約為 1200kt/a。 環(huán)氧乙烷在國內外的發(fā)展動向 生產技術 1922 年 UCC（聯碳公司）建成首套氯乙醇法工業(yè)生產裝置， 1938 年又建成了首套乙烯氧化法工業(yè)裝置。 環(huán)氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產， 20 世紀 20 年代初，美國聯合碳化合物公司 (Union Carbide Corp 簡稱 UCC)進行了工業(yè)化生產，該法的優(yōu)點是對乙烯的純度要求不高，反應條件較緩和，但生產過程中消耗大量石灰和氯氣，反應介質有強腐蝕性，腐蝕設備，且有大量含氯化鈣的污水生成，污染環(huán)境，產品 純度低，現已被淘汰。 參考文獻 ............................................................................................................. 52 I 年產 6 萬噸環(huán)氧乙烷工藝設計 摘要： 本設計 是對年產 6 萬噸環(huán)氧乙烷 工藝設計。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。 Shell、 SD 和 UCC 三家公司的乙烯氧化技術水平基本接近，但技術上各有特色。到 2020 年我國 EO 的生產能力將激增至 6640kt/a，在未來幾 年內國內 EO 生產能力將翻幾 番，可見我國 EO 工業(yè)市場需求與發(fā)展前景之好。 1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法工業(yè)裝置，生產成本低，產品純度可達 %。 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，氧氣經過濾器 S102 除掉固體顆粒后在這里加入循環(huán)氣中。二氧化碳吸收塔塔頂氣體出塔時的溫度為 110℃，已被水飽和。 8 第 3 章 物料衡算 物性數據 表 物性數據 [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 ① 設計任務：年產 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 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： C