【導(dǎo)讀】年產(chǎn)3萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計

　　

【正文】 rP ? 0 / J/(mol K)pC?? 1 / / ( )pC J mol K 11/ ?? ?? KmolJC p 21 表 35 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 0 00 00 000 000 00 cp 0 0 rT 0 0 rP 0 0 ? 0 0 0pC? 0 0 1pC? 0 0 0 pC 0 60 10 0 (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 （ 36） 表 36原料氣帶入的熱量 組分 Cp（ J／ mol K) niX piniCX 42HC 2O 2CO 2N 合計 計算 1 n i p iQ N X C t t? 入 基（ ） (37) 由公式 37 可得 22 1Q= ()= 107kJ/h ②反應(yīng)熱 Q2在 K 操作條件下，主副反應(yīng)的熱效應(yīng)分別為 主反應(yīng)： k J / m o 42242 ??? (38) 副反應(yīng)： k J / m 22242 ???? OHCOOHC (39) 則主反應(yīng)的放的熱量為： 3621 3 2 7 8 . 4 5 8 8 0 . 1 0 . 8 2 5 . 1 9 1 0 6 . 6 0 6 8 1 0 k J / hQ ? ? ? ? ? ? ? (310) 副反應(yīng)的放熱量為 : 3722 3 2 7 8 . 4 5 8 8 0 . 1 0 . 2 3 1 5 . 9 1 0 2 . 0 7 1 3 1 0 k J / hQ ? ? ? ? ? ? ? (311) 總反應(yīng) 放 熱 量 為： 772 2 1 2 2 ( 0 . 6 6 0 6 8 2 . 0 7 1 3 ) 1 0 2 . 7 3 2 0 1 0 k J / hQ Q Q? ? ? ? ? ? ? (312) ③氧化氣帶出的熱量 Q3 氧化氣出口溫度為 K，以 K 為基準(zhǔn)溫度，則 3 ( ) ( k J /h )i piiQ n C T T??? 出 基 （ 313） 計算結(jié)果列于表 37 中 表 37 氧化氣帶出的熱量 組分 Cp（ J／ mol K) niX piniCX 42HC 2O 2CO 2N OH2 OHC42 合計 可知 3 ni piQ NX C t t? 出 基（ ） （ 314） 由公式 314 可得 3Q = (－ )= 107kJ/h ④反應(yīng)器的散熱量 Q4 23 Q1+Q2=Q3+Q4 （ 315） 可得反應(yīng)器的散熱量 Q4=Q1+Q2－ Q3＝ (+) 107= 107kJ/h 24 第 四 章 設(shè)備計算 反應(yīng)器設(shè)備計算 在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算。這一部分主要是反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化。 設(shè)計生產(chǎn)能力： 3 萬噸 /年；生產(chǎn)過程安全系數(shù)： ；年操作時間： 7200 小時；本設(shè)計采用一臺反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。 已知： (1)每小時輸入的原料氣量總為 kmol/h； (2)以銀為催化劑，顆粒為球形， d=5mm，空隙率 ?? ； (3)反應(yīng)溫度為 234℃，操作壓力為 ，空速為 4000/h； (4)反應(yīng)器列管規(guī)格為Φ 45 3mm； (5)反應(yīng)熱用水帶走，導(dǎo)出水進(jìn)口溫度 210℃，導(dǎo)出水溫度 220℃； (6)原料氣進(jìn)口溫度為 150℃ ，氧化氣出口溫度為 234℃ 。 (7)計算催化劑床層體積vSVVR 總? 進(jìn)入反應(yīng)器的氣體總流量為 kmol/h 給定空速為 4000/h R 1 0 9 2 8 .1 9 6 0 2 2 .4V 4000 ??= 確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸 對于列管式固定床反應(yīng)器，首先應(yīng)根據(jù)傳熱要求選定選擇Φ 45 3mm 的不銹鋼管作為反應(yīng)器的反應(yīng)管規(guī)格，再求出反應(yīng)管根數(shù) n。 反應(yīng)管內(nèi)徑： di= 2=39mm=， 管長 12020mm，催化劑填充高度10690mm。 反應(yīng)管根數(shù) n iiRdHdV22 4A4n ????? ?? （ 41） 由公式 (41)可得 25 2 79n 481 3 0 ????? 根 經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為 4820 根。 床層壓力降的計算 可查得如下計算公式： ])1(1 50[13 GddgGHP ppg ????????? ??? ?? （ 42） 式中 ?P— 床層壓力降， 2kg/m ； H— 催化劑床層高度， m： G— 質(zhì)量流速， kg/； g? — 氣體密度， kg/m3； g— 重力加速度， m/s2； ? — 固定床空隙率； pd — 催化劑顆粒當(dāng)量直徑， m； ? — 氣體粘度， Pa S 或 (kg/m s)； 本次設(shè)計所選用的催化劑為 d=5mm 的球型，計算其直徑為 ?d ?H ?? 222 5 6 9 4 3 .6 2 0 3 1 2 .4 5 9 5 k g /( m s)0 .0 3 8 9 4 8 2 0 3 6 0 04mG A ?? ? ? ? ?? ? ? （ 43） 5 ??? ?? 3kg/?? 由式 42 得 5312 .45 95 1 8 15 0 ( 1 8 ) 6 10( 5 12 .45 95 ) 7 05 8 05P?? ? ? ? ?? ? ? ? ??? 23 7 4 6 . 6 4 6 0 k g /m 0 . 0 3 7 5 M Pa?? （ 44） 26 傳熱面積的核算 因轉(zhuǎn)化率低，故整個反應(yīng)器床層可近似的看成等 溫，為 234℃。傳熱推動力為 ( 2 3 4 2 1 0 ) ( 2 3 4 2 2 0 ) 192mtC? ? ?? ? ? ? 又 mtKQA ??? 4需 （ 45） 則有 73 50 0 10 10 11 48 .65 04 m36 00 21 1 19A ??????需 又 nLdA ?????實(shí) （ 46） 則有 23 . 1 4 0 . 0 3 9 0 1 2 4 8 2 0 7 0 6 4 . 9 2 4 6 mA ? ? ? ? ?實(shí) 可知 A 實(shí) A 需 ，即實(shí)際傳熱面積大于按傳熱計算所需的傳熱面積，所以設(shè)計符合要求。 反應(yīng)器塔徑的確定 查得塔經(jīng)的計算公式： 39。2)1( bntD c ???? （ 47） 式中 D— 殼體內(nèi)徑， m； t— 管中心距， m； — 橫過管中心線的管數(shù)； 39。b — 管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離 2 0 2mtd? ? ? ?； 一般取 239。 )~1( db ? ， 取 39。 21 . 3 1 . 3 0 . 0 3 9 0 0 . 0 5 0 6 0 mbd? ? ? ? 管子按正三角形排列 則橫過管中心線的管數(shù)為 nnc ? （ 48） 由公式 516，可得 1 .1 4 8 2 0 7 6 .3 7 7 7 ? ? ? ? 27 所以，由公式 515 可得 0 . 0 5 3 2 (7 7 1 ) 2 0 . 0 5 0 6 3 . 9 4 4 4 mD ? ? ? ? ? ?本反應(yīng)器取最小壁厚為20mm，故外徑為 39。 3 9 4 4 . 4 2 0 2 3 9 8 4 . 4 m mD ? ? ? ?。故 圓整 取反應(yīng)器外徑為 4000mm。 環(huán)氧乙烷 吸收塔 的 確定 操作條件： 1. 氣體混合物 主要 成分： C2H4O C2H4 CH4 2. 混合氣體流量 ： kmol/h 3. 操作溫度 ： 4. 操作壓力： 5. 回收率： 99% 6. 采用清水為吸收劑 根據(jù)操作條件，選用 美國 SD 公司的 T115 型號 環(huán)氧乙烷吸收塔 可滿足要求 CO2 吸收塔的確定 操作條件： 1. 氣體混合物主要成分 C2H4 CH4 CO2 2. 混合氣體流量： kmol/h 3. 操作溫度： 4. 操作壓力： 5. 凈化率： 95% 6. 采用熱碳酸鹽做吸收劑 根據(jù)操作條件，選用斯普達(dá)品牌的的 D450 型號 二氧化碳吸收塔 可滿足要求 。 28 結(jié) 論 通過 查閱相關(guān)資料， 了解環(huán)氧乙烷生產(chǎn)發(fā)展歷史， 比較眾多生產(chǎn)方法的特點(diǎn)，確定用乙烯氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，并且確定了相應(yīng)的工藝流程，通過 物料衡算 、 熱量衡算及設(shè)備衡算確定了設(shè)備參數(shù)，完成了對年產(chǎn) 3 萬噸環(huán)氧乙烷的工藝設(shè)計。在這一系列過程中，我收獲頗豐，把以前所學(xué)知識結(jié)合在一起 ，并且將書本上所學(xué)知識與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合起來，體會了理論與實(shí)際相結(jié)合的意義。 29 參考文獻(xiàn) [1]吳 指南 .基本有機(jī)化工工藝學(xué)（修訂版） [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1990 [2]周敬思，梁光興，王啟斌 .環(huán)氧乙烷及乙二醇生產(chǎn) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1979 [3]陳敏恒，叢德滋，方圖南，等 .化工原理（上）（下） [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1999 [4]路秀林，王者相 .塔設(shè)備 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 [5]匡國柱，史啟才主編 .化工單元過程及設(shè)計手冊 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 [6]裘元燾主編 .基本有機(jī)化工過程及設(shè)備 [M].北京：化學(xué) 工業(yè)出版社， 1998 [7]丁浩，王育 琪，王維聰編著 .化學(xué)工業(yè)設(shè)計（修訂版） [M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1989. 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