【文章內(nèi)容簡介】 濟(jì)效果也關(guān)系生產(chǎn)安全。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，就造成飛溫），以氧為氧化劑為使反應(yīng)不致太劇烈仍須加入稀釋劑，以氮作稀釋劑進(jìn)反應(yīng)器的乙烯濃度可達(dá) 1520%，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，因反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳所以須脫除。 蘇州科技學(xué)院 化工工藝設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 3 生產(chǎn) 工藝 流程簡述 工藝流程簡述 原料乙烯、氧氣和循環(huán)氣經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)器 ,在銀觸媒作用下進(jìn)行如下主要反應(yīng)。 Ag2 4 2 2 41C H + O C H O + 0 . 1 2 M J /m o l2 ??? （ 1） Ag2 4 2 2 2C H 3 O 2CO + 2H O + 1. 35 M J/m ol? ??? （ 2） 由反應(yīng)式可知 ,反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的是強(qiáng)放熱化學(xué)反應(yīng) ,特別是反應(yīng)放熱量是式（ 1）反應(yīng)放熱量的 10 倍之多。操作稍有不慎 ,即可加速式的反應(yīng) ,引發(fā)溫度驟升 ,造成燃燒 ?；蛘卟僮鳁l件波動(dòng) ,使反應(yīng)進(jìn)入爆炸極限區(qū)域內(nèi) ,引發(fā)重大事故的發(fā)生。國內(nèi)很多裝置的此反應(yīng)器爆炸事故 ,大都因氧氣加入量導(dǎo)致氧和乙烯比例進(jìn)入爆炸極限區(qū)而發(fā)生。 工藝流程草圖及說明 工藝流程草圖 (一 )氧化反應(yīng)部分 圖 1 氧化 反應(yīng) 蘇州科技學(xué)院 化工工藝設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 流程草圖說明 乙烯催化氧化法制環(huán)氧乙烷的工藝需注意以下兩點(diǎn)： (1） 安全性的保障： 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(shí)移走，就會(huì)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。可借用多孔噴射器對著混合氣流的下游將氧高速噴射入循環(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 做致穩(wěn)氣。 (2） 生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的保障 ： 對化工行業(yè)的生產(chǎn)工業(yè)來說，經(jīng)濟(jì)性是應(yīng)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，故應(yīng)采用性能良好的催化劑，催化劑的研究開發(fā)決定著反應(yīng)的選擇性。并用抑制二氯化烷來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。還應(yīng)考慮能量的利用律，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。 新鮮原料氧氣和新鮮原料乙烯與循環(huán)氣混合后，經(jīng)過熱交換器預(yù)熱一段時(shí)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)氣環(huán)氧乙烷含量僅 12%，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，故采用水做吸收劑以吸收反應(yīng)氣中的環(huán)氧乙烷。從吸收塔排出的氣體，大部分（約 90%）循環(huán)使用，而一小部分需送 CO2 吸收裝置，用熱碳酸鉀溶液脫除掉副反應(yīng)所生成的 CO2。送 CO2 吸收裝置那一小部分氣體在二氧化碳吸收塔中與來自再生塔的熱的貧碳酸氫鉀 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。 蘇州科技學(xué)院 化工工藝設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 4 工藝計(jì)算書 已知條件 原料乙烯年處理量為 12萬噸 用 N2作為惰性致穩(wěn)氣時(shí)的原料氣組成 組成 C2H4 O2 N2 CO2 CH4 C2H6 Ar H2O mol， % 反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率： % 選擇性： % 環(huán)氧乙烷的吸收率： % O2中夾帶 Ar ，循環(huán)排放氣中含 Ar 為 %，產(chǎn)品環(huán)氧乙烷 中含 Ar mol。 圖 2 乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖 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 蘇州科技學(xué)院 化工工藝設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 衡算過程 (1)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，原料乙烯年處理量為 12萬噸，若按年工作日 300 天，每天開動(dòng)設(shè)備 24 小時(shí)計(jì)算 431 2 1 0 1 0= = 5 9 5 . 2 3 8 /3 0 0 2 4 2 8 k m o l h????乙 烯 處 理 量 5 9 5 .3 8= = 3 3 0 6 .8 7 8 /18% k m o l h進(jìn) 入 的 原 料 氣 總 量 衡算 基準(zhǔn)：以單位時(shí)間進(jìn)入反應(yīng)器的混合原料氣 為基準(zhǔn) 衡算范圍：以下各步的衡算范圍如圖 2虛線框所示 （ 2） 以反應(yīng)器為衡算范圍，確定反應(yīng)混合氣 (RP)組成 (A)反應(yīng)器中的主要反應(yīng)方程式： 主反應(yīng)方程式 : 平行副反應(yīng)方程式： (B) 原料混合氣 (MF)各組分摩爾數(shù)的變化 △ (C2H4) 18% %= △ (C2H4O) %= △ (CO2) (%) 2= △ (H2O) △ (O2) 1/2+ 3/2= (C)反應(yīng)混合氣 (RP)的組分含量 C2H4 18%= O2 8%= C2H4O CO2 %+= H2O %+= 其他氣體未參加反應(yīng)，故他們的量不變，同原料氣 CH4 %= N2 %= C2H6 %= 蘇州科技學(xué)院 化工工藝設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 Ar %= (D) 反應(yīng)混合氣的組成 由以上計(jì)算可得 RP 中混合物的總量 (SRP) RP=++++++++16= kmol 計(jì)算結(jié)果如下表： 組成 C2H4 O2 N2 CO2 CH4 kmol Kmol,% 組成 C2H6 Ar H2O C2H4O kmol Kmol,% （ 3） 以吸收塔為衡算范圍，確定混合分離氣 (SP)的組成 (A) RP 中各組分量的變化 (即在產(chǎn)品 P中的含量 ) △ (C2H4O)： %= △ (Ar) ： = △ (H2O)： (即考慮水全部進(jìn)入產(chǎn)品中 ) 由此可得，產(chǎn)品 (P)中帶出的物質(zhì)總量（ SP） P=++= (B) SP 中各組分的含量 利用衡算關(guān)系式： RP(X) = SP(X) + P(X) X 為 SP 中某組分 對 C2H4O 和 Ar 作物料衡算，得它們的含量如下 C2H4O： = (數(shù)值 較小，忽略不計(jì) ) Ar ： = H2O ： =0 其他氣體的量不變。 蘇州科技學(xué)院 化工工藝設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 (C)確定 SP的組成 由于 SP 的組成與循環(huán)排放氣 W 組成相同，故 SP中 Ar 的摩爾分?jǐn)?shù)也為 %?？傻?SP中各組分的總量 (SSP) SP=計(jì)算結(jié)果如下表： 組成 C2H4 O2 N2 CO2 CH4 kmol Kmol,% 組成