【正文】 %摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%1N22Ar3O24CH45C2H46C2H67CO28C2H4O9H2O小計F1=F2=F3=R=合計輸入物料總量MF=167。（2）環(huán)氧乙烷吸收塔吸收率（%）：氮氣： 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。 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：進料：F2—乙烯進料；F1—氧氣進料；F3—甲烷進料；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。 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167。第3章 物料衡算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，并用二氯化物來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。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。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。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。在二氧化碳作用下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀。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。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)器上部進入催化床層。 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。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。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70%左右。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。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。以氮氣作致穩(wěn)劑時進入反應(yīng)器的乙烯濃度可達15%—20%，氧濃度為8%左右。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。⑷ 原料純度原料其中的雜質(zhì)可能給反應(yīng)帶來不利影響[14]：①使催化劑中毒而活性下降，如乙炔和硫化物使催化劑永久中毒，乙炔和銀形成的乙炔銀受熱會發(fā)生爆炸性分解；使選擇性下降（鐵離子）；②使反應(yīng)熱效應(yīng)增大（HC3以上烷烴和烯烴）；③影響爆炸極限，如氬氣是惰性氣體但其會使氧的爆炸極限濃度降低而且增加爆炸的危險性，氫也有同樣的效應(yīng)，故原料中的雜質(zhì)含量要嚴格控制（乙炔5ppm，C3以上烴1ppm，硫化物1ppm，氫氣5ppm）。⑶ 空速與溫度相比該因素是次要的，但空速減小，轉(zhuǎn)化率增高，選擇性也要降低，而且空速不僅影響轉(zhuǎn)化率和選擇性，也影響催化劑的空時收率和單位時間的放熱量，故必須全面衡量，現(xiàn)在工業(yè)上采用的混合氣空速一般為4000/h—8000/h左右，也有更高的。⑵ 反應(yīng)壓力加壓對氧化反應(yīng)的選擇性無顯著影響，但可提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力且有利于環(huán)氧乙烷的回收，故采用加壓氧化法，但壓力高對設(shè)備的要求高費用增加催化劑易損壞。溫度過高，反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化率高、選擇性下降、催化劑活性衰退快、易造成飛溫；溫度過低，速度慢、生產(chǎn)能力小。為了確保安全，需要用自動分析檢測儀監(jiān)視，并配制自動報警連鎖切斷系統(tǒng)，熱交換器安裝需要有防爆措施。在配制混合氣時，由于純氧加入到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中去，必須使氧和循環(huán)氣迅速混合達到安全組成，如果混合不好很可能形成氧濃度局部超過極限濃度，進入熱交換器時易引起爆炸危險。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調(diào)節(jié)溫度。據(jù)研究兩種或兩種以上的助催化劑起到協(xié)同作用，可提高選擇性。堿土金屬類中，用得最廣泛的是鋇鹽。工業(yè)上常用的載體有碳化硅，α－氧化鋁和含有少量氧化硅的α－氧化鋁等。載體如有空隙，由于反應(yīng)物在細空隙中的擴散速度慢，產(chǎn)物環(huán)氧乙烷在空隙中濃度比主體濃度高，有利于連串副反應(yīng)地進行。由于乙烯環(huán)氧化過程存在平行副反應(yīng)和連串副反應(yīng)的競爭，又是一強放熱反應(yīng)，故載體的表面結(jié)構(gòu)及其導熱性能，對反應(yīng)的選擇性和催化劑顆粒內(nèi)部溫度的分布有顯著的影響。工業(yè)上使用的銀催化劑是由活性組分，載體和助催化劑所組成。[11~13]二、催化劑的選擇：環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷是一個強放熱放應(yīng)，為減少深度氧化的副反應(yīng)，提高選擇性，催化劑的選擇非常重要。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)溫度就會迅速上升，甚至產(chǎn)生飛溫。主要反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)副反應(yīng)由乙烯環(huán)氧化反應(yīng)的動力學可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱效應(yīng)要比乙烯環(huán)氧化反應(yīng)大十多倍。工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法，在銀催化劑上乙烯用空氣或純氧氧化。該法的優(yōu)點是對乙烯的濃度要求不高，反應(yīng)條件較緩和，其主要缺點是要消耗大量氯氣和石灰，反應(yīng)介質(zhì)有強腐蝕性，且有大量含氯化鈣的污水要排放。[10] 一、反應(yīng)過程分析：工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷最早采用的方法是氯醇法，該法分兩步進行，第一步將乙烯和氯通入水中反應(yīng)生成2氯乙醇，2氯乙醇水溶液濃度控制在6