【正文】 ...................................................................................... 50 結(jié)論 ..................................................................................................................... 51 致謝 ........................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 52 I 年產(chǎn) 6 萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì) 是對(duì)年產(chǎn) 6 萬噸環(huán)氧乙烷 工藝設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì) 主要闡述了環(huán)氧乙烷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用、工業(yè)生產(chǎn)方法、生產(chǎn)原理、工藝流程。 EO 精餾塔是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的重要設(shè)備， 精餾塔 采用 F1 型單溢流浮閥塔，溢流管為弓形降液管，設(shè)計(jì)確定全塔高度 21m，塔板總數(shù)為 31 塊，塔頂溫度可設(shè)為 45℃，塔釜溫度可設(shè)為 146℃，精餾段塔徑為 4m，塔板堰長(zhǎng) ，板上液層高度 , 閥孔數(shù)為 1403個(gè)，相鄰的兩排中心孔距 ；提餾段塔徑為 ，塔板堰長(zhǎng) ，板上液層高度 , 閥孔數(shù)為 809 個(gè)，相鄰的兩排中心孔距 。 C and the temperature of reboiler can be set to 146 176。 Process 。 Material Balance 。環(huán)氧乙烷還可衍生出一些重要的精細(xì)化工中間體， 應(yīng)用范圍遍及紡織、 洗染、 醫(yī)藥、 電子、 汽車等諸多領(lǐng)域。之后公司基于 Lefort 有關(guān)銀催化劑的研究成果， 使用銀催化劑， 推出空氣法乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝。由于直接氧化法與氯乙醇法相比具有工藝流程簡(jiǎn)單，無腐蝕性，無大量廢料 排放 ，廢熱可合理利用等優(yōu)點(diǎn)，故得到迅速發(fā)展。因此，近年來新建的大型裝置均采用純氧作氧化劑，逐漸取代了空氣氧化而成為占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的工業(yè)生產(chǎn)。 2 第 1 章 國(guó)內(nèi)外環(huán) 氧乙烷的綜述 環(huán)氧乙烷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 環(huán)氧乙烷（簡(jiǎn)稱 EO），又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是一種最簡(jiǎn)單的環(huán)醚，是乙烯工業(yè)衍生物中僅此于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機(jī)化工產(chǎn)品，是最簡(jiǎn)單最重要的環(huán)氧化物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位和作用。有 13%的環(huán)氧乙烷用于制造其它二醇類（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。其 它環(huán)氧乙烷的衍生產(chǎn)品有乙醇胺、溶劑、乙二醇醚類等。 我國(guó)由氯乙醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷始于 1960 年代，由于氯乙醇法對(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。因經(jīng)濟(jì)原因，早期引進(jìn)的空氣法環(huán)氧乙烷裝置大多也改造為氧化法。 1958 年 Shell（殼牌公司）建成首套乙烯氧化法工業(yè)裝置。 Shell、 SD 和 UCC 三家公司的乙烯氧化技術(shù)水平基本接近，但技術(shù)上各有特色。目前國(guó)內(nèi)外環(huán)氧乙烷生產(chǎn)廠家均采用乙烯氧化法生產(chǎn)技術(shù)，基本為引進(jìn)技術(shù)。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。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%。研制的催化劑在反應(yīng)溫度 232255℃時(shí)，催化劑的環(huán)氧乙烷選擇性可達(dá) %—%。而性能最優(yōu)異的是一種含銀載體用硝酸鉀和高錳酸鉀溶液多次浸漬制備的催化劑，這種銀催化劑中含鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，催化劑經(jīng) 21 天運(yùn)行試驗(yàn)后，環(huán)氧乙烷選擇性可高達(dá) %。 20 世紀(jì) 70 年代我國(guó)開始引進(jìn)以生產(chǎn)聚酯原料乙二醇為目的產(chǎn)物的環(huán)氧乙烷聯(lián)產(chǎn)裝置，我國(guó) EO 生產(chǎn)與應(yīng)用已走上快速發(fā)展道路，至今已經(jīng)引進(jìn)十余套 EO 生產(chǎn)裝置。 隨著我國(guó)聚酯與表面活性劑等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展， EO 遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求，因此有多家企業(yè)計(jì)劃建設(shè)規(guī)?；?EO 生產(chǎn)裝置，可以預(yù)計(jì)未來幾年我國(guó) EO 的生產(chǎn)能力將呈現(xiàn)迅速增加的勢(shì)頭。到 2020 年我國(guó) EO 的生產(chǎn)能力將激增至 6640kt/a，在未來幾 年內(nèi)國(guó)內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻幾 番，可見我國(guó) EO 工業(yè)市場(chǎng)需求與發(fā)展前景之好。相對(duì)密度 (水 )=1： ，相對(duì)密度 (空氣 )=1： 。 環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì) 由于環(huán)氧乙烷具有含氧三元環(huán)結(jié)構(gòu)，性質(zhì)非?；顫?，極易發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，在一定條件下，可與水、醇、氫鹵酸、氨及氨的化合物等發(fā)生加成反應(yīng)，其中與水發(fā)生水合反應(yīng)生成乙二醇，是制備乙二醇的主要方法。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。與氨反應(yīng)可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的評(píng)述及選擇 環(huán)氧乙烷的工業(yè)生產(chǎn)方法有氯醇法和乙烯直接氧化法。 1922 年 UCC(聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。 氧氣氧化法 直接氧化法又可分為空氣氧化法和氧氣氧化法。 1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法工業(yè)裝置，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品純度可達(dá) %。通常氧氣氧化法的生產(chǎn)成本比空氣氧化法低 10％左右。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用乙烯直接氧化法。但在通常的氧化條件下，乙烯的分子骨架容易被破壞，而發(fā)生深度氧化生成二氧化碳和水。在銀催化劑作用下的反應(yīng)方程式 [3]如下： 2Ag2 4 2 220CH1C H O2 C?? ????? 催 化 劑2CH1 0 3 .4 1 k J/ m o lO? 另外，乙烯直接氧化還有副產(chǎn)物生成，其中 CO2和水最多。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： 2 4 2 2 2C H 3 O 2CO 2 H O 13 64 .9 kJ/m ol? ? ? ? 這一反應(yīng)用氯化物來加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即 1,2— 二氯乙烷（ EDC），EO 自身 也 有 一定的阻止進(jìn)一步氧化的能力。 CO2 還由 EO 氧化而得，這時(shí)它首先被異構(gòu)為乙醛，然后很快被氧化為 CO2和 H2O。 6 2 4 3C H O C H C H O?? 3 2 2 25C H C H O O 2 C O 2 H O2? ? ? 反應(yīng)器副產(chǎn)物中除 CO2 和 H2O 以外還有微量的乙醛和甲醛。 二氧化碳脫除原理 本裝置采用碳酸鹽溶液吸收 CO2，以脫除氧化反應(yīng)的副產(chǎn)物 CO2，此吸收為化學(xué)吸收： 2 3 2 2 3K CO CO H O 2K H CO 2 67 .8 91 2k J/m ol? ? ? ? 應(yīng)分五步進(jìn)行： 2H O H OH???? 22 3 3K C O C O 2 K???? 233H C O H C O? ? ??? 33K H C O K H C O???? 23C O O H H C O???? 速度由第五步控制，在接近大氣壓下，用蒸汽汽提富碳酸鹽液，將 CO2從系統(tǒng)中解析出來，輸送到二氧化碳儲(chǔ)罐，解析的化學(xué)式為： 3 2 3 2 22 K H CO K CO CO + H O?? 工藝流程 工藝流程 [4]概述，循環(huán)氣首先與新鮮乙烯、甲烷經(jīng)脫硫床下游的乙烯過濾器 S101 混合，然后進(jìn)入氧氣混合噴嘴 M101，氧氣經(jīng)過濾器 S102 除掉固體顆粒后在這里加入循環(huán)氣中。被預(yù)熱的反應(yīng)器進(jìn)料氣體進(jìn)入列管式環(huán)氧 乙烷反應(yīng)器 R101，在反應(yīng)器中，乙烯和氧氣在銀催化劑床層上進(jìn)行反應(yīng)，主要生成環(huán)氧乙烷；副產(chǎn)品有二氧化碳、水和微量的醛類。 冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)品氣體進(jìn)到環(huán)氧乙烷吸收塔 T201。在環(huán)氧乙烷吸收塔中吸收的環(huán)氧乙烷，在環(huán)氧乙烷解吸塔 T204 內(nèi)從富吸收液中解吸出來。環(huán)氧乙烷解吸塔設(shè)計(jì)能力可使吸7 收的環(huán)氧乙烷有 %解吸出來，其余 %的環(huán)氧乙烷隨同塔釜液離開。環(huán)氧乙烷吸收塔塔頂物經(jīng)氣液分離罐 V201 進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)。氣液分離器 V201 出口引出一股較大的物流去二氧化碳吸收塔脫除二氧化碳。 循環(huán)氣中的二氧化碳用碳酸鉀溶液吸收脫除。二氧化碳吸收塔塔頂氣體出塔時(shí)的溫度為 110℃，已被水飽和。 V202 底部出口管線上有一個(gè)大的排泄閥，通往二氧化碳解吸塔的集水管。二氧化碳解析塔解析出的氣體在 E201 中冷卻后，進(jìn)入氣液分離罐 V203 中，冷凝液體靠重力流入二氧化碳解吸塔。分離罐 V203 中的二氧化碳?xì)怏w輸送到二氧化碳儲(chǔ)罐。不凝物主要是二氧化碳、乙烯和環(huán)氧乙烷。緩沖罐中的物料，經(jīng)泵打入脫輕組分塔 T301。塔頂氣去環(huán)氧乙烷回收裝置 以回收環(huán)氧乙烷。高純度環(huán)氧乙烷產(chǎn)品側(cè)線采出，經(jīng) E303進(jìn)高純度環(huán)氧乙烷貯罐。 8 第 3 章 物料衡算 物性數(shù)據(jù) 表 物性數(shù)據(jù) [5]表 property data sheet 序號(hào) 組分 分子式 分子量 常壓沸點(diǎn) 1 氮?dú)? N2 2 氬氣 Ar 3 氧氣 O2 4 甲烷 CH4 5 乙烯 C2H4 6 乙烷 C2H6 7 二氧化碳 CO2 8 環(huán)氧乙烷 C2H4O 9 甲醛 CH3CHO 10 水 H2O 100 11 乙二醇 C2H6O2 設(shè)計(jì)依據(jù) ① 設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn) 6 萬噸環(huán)氧 乙烷合成工藝 ② 年工作時(shí)間： 8000 小時(shí) ③ 高純環(huán)氧乙烷收率： 30% ④ 乙烯單程轉(zhuǎn)化率： 10% ⑤ 環(huán)氧乙烷的選擇性： % ⑥ 乙醛的選擇性： % ⑦ 環(huán)氧乙烷的吸收率： % ⑧ 排空氣體比率： % 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 計(jì)算依據(jù) ① 原料氧氣的摩爾組成（ %）： N2： Ar： O2： ② 原料乙烯的摩爾組成（ %）： CH4： C2H4： C2H6： ③ 原料甲烷的摩爾組成（ %）： 9 N2： CH4： C2H4： CO2： ④ 環(huán)氧乙烷吸收塔的液氣比： ⑤ 二氧化碳的吸收率： % ⑥ 主反應(yīng)： 2Ag2 4 2 220CH1C H O2 C?? ????? 催 化 劑2CH1 0 3 .4 1 k J/ m o lO? 副反應(yīng)： 2 4 2 2 2C H 3 O 2CO 2 H O 13 64 .9 kJ/m ol? ? ? ? ⑧ 物料衡算圖 圖 物料衡算圖 the map of material balance F1氧氣進(jìn)料； F2乙烯進(jìn)料； F3甲烷進(jìn)料； F混合器物料； MF反應(yīng)器進(jìn)料； RF反應(yīng)器出料； W排放產(chǎn)物； R循環(huán)物料 混合器 (M102) ① 循環(huán)氣體的溫度： ℃ ，壓力 ；混合氣出料溫度： ℃，壓力 。 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： 乙醛： 100 水： 乙二醇： 100 ③ 混合器物料衡算圖 10 圖 混合器物料衡算圖 the map of the mixer material balance ④ 計(jì)算過程 計(jì)算新鮮乙烯原料的量 [6] ?? 設(shè) 計(jì) 任 務(wù)新 鮮 乙 烯 原 料 中 乙 烯 的 物 質(zhì) 的 量 = 開 工 率 環(huán) 氧 乙 烷 的 摩 爾 質(zhì) 量 環(huán) 氧 乙 烷 的 收 率 6 1 0 0 0 0 1 0 0 0 5 6 7 . 5 0 6 0 k m o l /h8 0 0 0 4 4 . 0 5 2 4 3 0 %???? 5 6 7 . 5 0 6 0 0 . 0 5 % 0 . 2 8 4 2 k m o l / h9 9 . 8 5 %? ? ?新 鮮 乙 烯 原 料 中 甲 烷 的 量 5 6 7 . 5 0 6 0 0 . 1 % 0 . 5 6 8 4 k m o l / h9 9 . 8 5 %? ? ?新 鮮 乙 烯 原 料 中 甲 烷 的 量 新鮮乙烯原料的量 =新鮮乙烯原料中乙烯的量 +新鮮乙烯原料中甲烷的量 +新鮮乙烯原料中乙烷的量 即： 2F 56 7. 50 60 0. 28 42 0. 52 10 56 8. 31 12 km ol / h? ? ? ? 反應(yīng)器的進(jìn)料量為 MF；新鮮甲烷原料量為 F3；針對(duì)混合器列甲烷和乙烯的物料衡算方程得： 反應(yīng)器進(jìn)料的乙烯量 =循環(huán)氣中乙烯的量 +新鮮乙烯原料中乙烯的量 +新鮮甲烷原料中乙烯的量 ? ? ? ? ? ? 3M F 3 0 % M F 3 0 % 1 1 0 % 1 0 . 0 5 % 1 0 . 1 8 % 5 6 7 . 5 0 6 0 F 0 . 5 %? ? ? ? ? ?