【正文】 有好處，且能提高氧的爆炸極限，故循環(huán)氣中允許有一定量二氧化碳，但不宜過多。 乙烯催化氧化法制環(huán)氧乙烷的工藝需注意以下兩點(diǎn) 保障安全性 對(duì)此工藝，由于副反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度的控制尤為重要，若反應(yīng)熱未及時(shí)移走，就會(huì)導(dǎo)致溫度難于控制，產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象。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 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 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。 設(shè)原料氣帶入的熱量為 Q1，氧化氣帶出的熱量為 Q2，反應(yīng)熱為 Q3，反應(yīng)器的散熱量為 Q4。 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。 ????D 。 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力： 萬(wàn)噸 /年；生產(chǎn)過程安全系數(shù)： ；年操作時(shí)間：7200 小時(shí)；本設(shè)計(jì)采用一臺(tái)反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。 （ 2）二氧化碳的吸收率 = （ 3）計(jì)算過程 1）被吸收的物料的量 =進(jìn)料量 ? 吸收率 二氧化碳的吸收量 =二氧化碳的進(jìn)料量 ? 二氧化碳的吸收率 ? = kmol/h 注：其他組分沒有被吸收 2)二氧化碳吸收系統(tǒng)中循環(huán)物料量 =進(jìn)料量 被吸收的量 循環(huán)物料中二氧化碳的量 == kmol/h 注：由于其他組分未被吸收，所以循環(huán)物料中其他組分的量等于其進(jìn)料量 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 表 二氧化碳吸收系統(tǒng)物料衡算結(jié)果表 輸入物料 輸出物料 二氧化碳吸收系統(tǒng)料 吸收二氧化碳量 循環(huán)物料 溫度 ℃ 79 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 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 CH3CHO 10 H2O 11 C2H6O2 小計(jì) 合計(jì) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 4 章 熱量衡算 167。39。 3 . 3 . 2 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℃。送入 CO2 吸收裝置的那一小部分氣體在二氧化碳吸收塔中與來(lái)自再生塔的高溫貧碳酸氫鉀 碳酸鉀溶液接觸。以氮?dú)庾髦路€(wěn)劑時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的乙烯濃度可達(dá) 15%— 20%，氧濃度為 8%左右。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機(jī)氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調(diào)節(jié)溫度。選擇性下降，熱效應(yīng)就明顯增 加，如選擇性下降移熱慢，反應(yīng)溫度就會(huì)迅速上升，甚至產(chǎn)生飛溫。它們?cè)诰茊卧袕?EO 和 EG 中分離掉，以上氧化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)。由于氧氣氧化法比空氣氧化法有明顯的優(yōu)越性，因此目前世界上的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置普遍采用氧氣氧化法。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。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 167。 1 . 2 . 1 生 產(chǎn) 技 術(shù) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 1922 年 UCC(聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。 傳熱面積的核算 ...................................................................................... 30 167。 氧化反應(yīng)原理 ................................................................................. 5 167。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)氧乙烷的性質(zhì) ........................................................................................ 4 167。 反應(yīng)器 ........................................................................................... 19 167。 2021 年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為 萬(wàn)噸。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。 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： ℃。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(shè)備，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低，現(xiàn)已基本被淘汰。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。第二步使 2氯乙醇與 Ca(OH)2 反應(yīng)，生成環(huán)氧乙烷。工業(yè)上為了控制反應(yīng)速度和選擇性，均采用低比表面積無(wú)孔隙或粗空隙惰性物質(zhì)作為載體，并要求有較好的導(dǎo)熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。故采用操作壓力為 2MPa 左右。 167。為滿足此要求，應(yīng)想辦法使反應(yīng)的選擇性提高，催化劑的研究開發(fā)決定著反應(yīng)的選擇性，故應(yīng)采用性能良好的催化劑，并用二氯化物來(lái)抑制副反應(yīng)的發(fā)生。39。 3 . 3 . 3 反 應(yīng) 器 （ 1）反應(yīng)溫度為 243℃，壓力為 ，反應(yīng)物料由塔頂加入。 原料氣的溫度為 150+＝ ，壓力 P 為 1MPa；氧化氣的溫度為 234+＝ ，壓力 P 為 1MPa。 5. 4 傳 熱 面 積 的 核 算 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 對(duì)數(shù)平均溫差公式為 2121ln tttttm??????? （ 512） 導(dǎo)入溫度 導(dǎo)出溫度 原料入口溫度 反應(yīng)出口溫度 溫度℃ 210 220 150 234 換熱介質(zhì)采用逆流，則由 512 得 1 5 0202 2 1 02 3 4ln)2 1 0202()0122 3 4( ????????mt 又 mtKQA ??? 4需 （ 513） 則有 237 2/ ??? ???需A 又 nLdA ?????實(shí) （ 514） 則有 20 0 5 6 61 7 3 590 3 ?????實(shí)A 可知 A 實(shí) A 需 ，即實(shí)際傳熱面積大于按傳熱計(jì)算所需的傳熱面積，所以設(shè)計(jì)符合要求。 5. 5 反 應(yīng) 器 塔 徑 的 確 定 查得塔經(jīng)的計(jì)算公式 [20]： 39。K 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 表 410 氧化氣中各組分定壓比熱的壓力校正參數(shù) 組分 42HC 2O 2CO 2N OH2 OHC42 cT cp rT rP ? 0pC? 1pC? pC (3)熱量衡算 ①原料氣帶入的熱量 Ql 原料氣的入口溫度為 K，以 K 為基準(zhǔn)溫度，則 )k J / h()(1 ? ?? i pii TTCnQ 基入 （ 44） 計(jì)算結(jié)果列于表 411 中 表 411 原料氣帶入的熱量 組分 Cp（ J／ mol 表 反應(yīng)器物料衡算結(jié)果表 輸入物料 輸出物料 溫度℃ 150 234 壓力 MPa 序號(hào) 組分 分子量 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 質(zhì)量 流量 Kg/h 質(zhì)量 分率 % 摩爾 流 量 kmol/h 摩爾 分率 % 質(zhì)量 流量 Kg/h 質(zhì)量 分率 % 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 H2O 合計(jì) 167。2 HCHCHC yRyFyMF ????? 循環(huán)氣中的乙烷的量 = )()1(6262 ????? HCHCyMF ? 即： )0 0 1 ()0 0 0 0 (% 1 3 6262 ????????? HCHC yMFyMF 解得：62HCy= 6）設(shè)：氮?dú)獾奈章蕿?N?；針對(duì)混合器列氮?dú)獾奈锪虾馑惴匠?，得? 反應(yīng)器中的氮?dú)獾牧?=新鮮氧氣原料中的氮?dú)獾牧?+新鮮甲烷原料中的氮?dú)獾牧?+循環(huán)氣中的氮?dú)獾牧浚? 622262 39。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 物料衡算 167。反應(yīng)放出大量的熱，所以須采用換熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，根據(jù)反應(yīng)的熱效應(yīng)求得反應(yīng)的溫度在 180℃ — 250℃，因此選擇礦物油作為換熱介質(zhì)，采用外部循環(huán)式換熱。催化劑性能高反應(yīng)熱能及時(shí)移出時(shí)選擇高空速，反之選擇低空速。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 助催化劑 所采用的助催化劑有堿金屬類， 堿土金屬類和稀土元素化合物等。因此開發(fā)了乙烯直接氧化法，取代氯醇法。首先，乙烯直接氧化生成 CO2 和水并伴隨著許多壽命極短的部分氧化中間產(chǎn)物： C2H4+3O2 2CO2+2H2O － (2) 這一反應(yīng)用氯化物來(lái)加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即 1， 2— 二氯乙烷（ EDC）， EO 自身有也一定的阻止進(jìn)一步氧化的能力。 2 . 2 . 2 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。在常溫下為無(wú)色氣體，低溫時(shí)為無(wú)色易流動(dòng)液體，在空氣中的爆炸限（體積分?jǐn)?shù)）為 %— 100%，它易與水、醇、氨、胺、酚、鹵化氫、酸及硫醇進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)有乙醚的氣味，其蒸氣對(duì)眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。高選擇性催化劑系列產(chǎn)品為 S87 S882，催化劑初始選擇性分別為 85%和 88%。 我國(guó)由氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷始于 1960 年代，由于氯醇法對(duì)乙烯質(zhì)量要求不高，所以采用酒精發(fā)生乙烯和渣油裂解混合烯烴生產(chǎn)環(huán)氧乙烷在我國(guó)石油化工發(fā)展初期具有一定意義。 CO2 的吸收系統(tǒng) ............................................................................ 23 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 第 4 章 熱量衡算 ........................................................................................................ 25 167。 EO 的化學(xué)性質(zhì) ............................................................................... 4 167。本設(shè)計(jì)依據(jù)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工段的工藝過程，在生產(chǎn)理論的基礎(chǔ)上，制定合理可行的設(shè)計(jì)方案。 直接氧化法 ..................................................................................... 5 167。 確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸 ................................................................. 29 167。 167。 UCC 公司報(bào)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(yáng)離子助劑，含硫化物、氟化物陰離子助劑和選自Ⅲ