【文章內(nèi)容簡介】 全。氧的含量必須低于爆炸極限濃度，因乙烯的濃度影響氧的極限濃度而且影響催化劑的生產(chǎn)能力，所以其濃度也需控制。乙烯和氧濃度有一適量值（如濃度過高，反應(yīng)快，放熱多，反應(yīng)器的熱負(fù)荷大，如放熱和除熱不能平衡，就會造成飛溫），如果以氧氣作氧化劑，為使反應(yīng)不致太劇烈仍須加入致穩(wěn)劑。以氮?dú)庾髦路€(wěn)劑時進(jìn)入反應(yīng)器的乙烯濃度可達(dá)15%—20%，氧濃度為8%左右。由于反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率比較低，為了充分利用原料從吸收塔出來的氣體須循環(huán)。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。從吸收塔排出的氣體，大部分（90%）循環(huán)使用，小部分送二氧化碳吸收裝置，用堿洗法（熱碳酸鉀溶液）脫除掉副反應(yīng)生成的二氧化碳。二氧化碳對環(huán)氧化反應(yīng)有抑制作用，但適量提高其含量對反應(yīng)的選擇性有好處，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。⑹ 乙烯轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率的控制與氧化劑的種類有關(guān)，用純氧作氧化劑時，單程轉(zhuǎn)化率一般控制在12%—15%，選擇性可達(dá)75%—84%或更高。用空氣作氧化劑時，單程轉(zhuǎn)化率一般控制在30%—35%，選擇性可達(dá)70%左右。單程轉(zhuǎn)化率過高時，由于放熱量大，溫度升高快，會加快深度氧化，使環(huán)氧乙烷的選擇性明顯降低。因為工業(yè)上采用循環(huán)流程，所以單程轉(zhuǎn)化率也不能太低，否則會因循環(huán)氣量過大而耗能增加。167。 生產(chǎn)方法的評述及選擇(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。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。由以上流程圖可以看出，新鮮原料氣與循環(huán)氣混合后，經(jīng)過熱交換器預(yù)熱一段時間后，從反應(yīng)器上部進(jìn)入催化床層。自反應(yīng)器流出的反應(yīng)混合氣中環(huán)氧乙烷的含量僅為1%—2%，經(jīng)熱交換器利用其熱量并進(jìn)行冷卻后，進(jìn)入環(huán)氧乙烷吸收塔。由于環(huán)氧乙烷能以任何比例與水混合，故采用水做吸收劑................................................................................................................................................ 裝置，用熱碳酸鉀溶液脫除掉副反應(yīng)所生成的CO2。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自再生塔的高溫貧碳酸氫鉀碳酸鉀溶液接觸。在二氧化碳作用下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀。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)。二氧化碳吸收塔塔釜的富碳酸氫鉀碳酸鉀溶液經(jīng)減壓入再生塔，經(jīng)加熱，使碳酸氫鉀分解為二氧化碳和碳酸鉀，CO2自塔頂排出，再生后的貧碳酸氫鉀碳酸鉀溶液循環(huán)回二氧化碳吸收塔。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)熱未及時移走，就會導(dǎo)致溫度難于控制，產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象。由于是氧氣做氧化劑，還存在爆炸極限的問題，所以反應(yīng)氣體的混合至關(guān)重要?？山栌枚嗫讎娚淦鲗χ旌蠚饬鞯南掠螌⒀醺咚賴娚淙胙h(huán)氣和乙烯的混合氣中，使它們迅速進(jìn)行均勻混合。為控制氧氣、乙烯的濃度在爆炸極限以內(nèi)，也為使反應(yīng)不致太劇烈，需采用惰性致穩(wěn)氣，可采用N2或CH4作致穩(wěn)氣。[15]保障經(jīng)濟(jì)性對化工行業(yè)的生產(chǎn)工業(yè)來說，經(jīng)濟(jì)性是應(yīng)首先考慮的重要因素。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，并用二氯化物來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。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。第3章 物料衡算167。 物性數(shù)據(jù) 物性數(shù)據(jù)表[16]序號組分分子式分子量常壓沸點(diǎn)℃1氮?dú)釴22氬氣Ar3氧氣O24甲烷CH45乙烯C2H46乙烷C2H67二氧碳CO28環(huán)氧烷C2H4O9乙醛CH3CHO10水H2O10011乙二醇C2H6O2167。 設(shè)計依據(jù)1．設(shè)計任務(wù)：2．年工作時間：7200小時3．高純EO收率：30%4．乙烯單程轉(zhuǎn)化率：10%5．EO的選擇性：80%6．二氧化碳的選擇性：20%7．EO吸收率：%8．排空氣體比率：%9．以單位時間小時作為基準(zhǔn)167。 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算167。 計算依據(jù)(1)原料氧氣組成（mol%）：: : : (2)原料乙烯組成（mol%）：: : : (3)原料甲烷組成(mol%)：: : : :(4)環(huán)氧乙烷吸收塔吸收液氣比：(5)二氧化碳吸收率：%(6)符號說明：進(jìn)料：F2—乙烯進(jìn)料；F1—氧氣進(jìn)料；F3—甲烷進(jìn)料；F—混合器物料；—反應(yīng)器物料；—排放物料；W—排放物產(chǎn)；R—循環(huán)物料(7)主反應(yīng)： 副反應(yīng)：C2H4+3O2 2CO2+2H2O －(8)物料衡算圖乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖：反應(yīng)器吸收塔CO2脫除裝置CADBSPCSRC水W (Ar)環(huán)氧乙烷水溶液SPRPMFFFRCC2H4O2(Ar)N2除TCCO2 物料衡算圖其中：FF 新鮮原料氣 MF 原料混合氣 RP 反應(yīng)混合氣 SP 混合分離氣 RC 循環(huán)氣 P 產(chǎn)品環(huán)氧乙烷 W 排空廢氣 SPC 未脫除二氧化碳的循環(huán)氣 TC 脫除的二氧化碳 SRC 脫除二氧化碳的循環(huán)氣167。 混合器（1）循環(huán)氣體的溫度：℃ ：℃℃加熱到152℃， 而產(chǎn)品氣體從202℃被冷卻到138℃。（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： 水： 乙二醇：（3）計算過程1）計算新鮮乙烯原料中乙烯量=== kmol/h新鮮乙烯原料中甲烷的量=％= kmol/h新鮮乙烯原料中乙烷的量=％= kmol/h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；針對混合器列乙烯和甲烷的物料衡算方程，得：MF30％=MF30％(1－10％)(1－)(1－)++F3％ (1)MF50％=MF50％()()++F3％ (2)由（1）（2）兩式聯(lián)立可得MF=F3=2）設(shè):循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量為；反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量為；環(huán)氧乙烷的摩爾分率為；針對混合器列環(huán)氧乙烷的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中得環(huán)氧乙烷的量=反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量；==MF (3)反應(yīng)器中環(huán)氧乙烷的量：=[+%]() () (4)由以上兩式得：解得：=3)設(shè)：新鮮氧氣原料的量為F1（kmol/h）； 針對混合器列氧氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器進(jìn)料中的氧氣量=新鮮氧氣原料中的氧氣量+循環(huán)氣中的氧氣量MFyO2=F1y?O2+Ry?O2循環(huán)氣中的氧氣量=反應(yīng)器中的氧氣量反應(yīng)消耗的氧氣量氧氣的吸收量氧氣的排放量Ry?O2=[MFyO2－MFyC2H4yC2H43]()()即：R％=F1％+[MF％－MF30％30％3]()()解得：F1 =4）設(shè)：環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳的吸收率為；二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的吸收率為。針對混合器列二氧化碳的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的二氧化碳的量=新鮮甲烷進(jìn)料中的二氧化碳的量+循環(huán)氣中的二氧化碳的量：。循環(huán)氣中二氧化碳的量=反應(yīng)器中二氧化碳的量+反應(yīng)生成的二氧化碳的量環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳量排放量二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的量：Ry?CO2=[MFyCO2+MFyC2H42](1)()(1)即：MFyCO2=F3％+[MFyCO2 +MF30％2]()()()解得：=5）設(shè)：新鮮乙烯原料量為F2；乙烷的吸收率為，針對混合器列乙烷的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的乙烷的量=新鮮乙烯原料中的乙烷的量+循環(huán)氣中的乙烷的量：循環(huán)氣中的乙烷的量=即：解得：=6）設(shè)：氮?dú)獾奈章蕿?；針對混合器列氮?dú)獾奈锪虾馑惴匠蹋茫悍磻?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)獾牧浚貉h(huán)氣中氮?dú)獾牧?即解得：=7）設(shè)：氬氣的吸收率為；針對混合器列氬氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的氬氣的量=新鮮氧氣原料中的氬氣的量+循環(huán)氣中的氬氣的量循環(huán)氣中的氬氣的量=即：解得：=8） 設(shè)：水的吸收率為；循環(huán)氣中水的摩爾分率為，針對混合器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=反應(yīng)器中水的摩爾分率：=1==又有：F1+F2+F3+R=MF， 即R=MF