【正文】 化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班學(xué)生xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書化學(xué)工程與工藝化工優(yōu)0502畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：工藝流程設(shè)計(jì)物料衡算熱量衡算設(shè)備計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：氧化反應(yīng)器脫輕組分塔指導(dǎo)教師：教研室主任：院 長：簽字簽字簽字200920092009年年年月月月日日日帶控制點(diǎn)工藝流程圖內(nèi)容摘要。本設(shè)計(jì)依據(jù)中國石油天燃?xì)庥邢挢?zé)任公司撫順石化乙烯分廠環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工段的工藝過程，在實(shí)際生產(chǎn)理論的基礎(chǔ)上，制定合理可行的設(shè)計(jì)方案。采用excel工作表對(duì)主要設(shè)備如：混合器、反應(yīng)器、環(huán)氧乙烷吸收塔、二氧化碳吸收系統(tǒng)，環(huán)氧乙烷解吸塔，冷凝器，脫輕組分塔等進(jìn)行物料衡算，對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，進(jìn)料產(chǎn)品第一換熱器，冷卻器等六個(gè)設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器和換熱器進(jìn)行設(shè)備計(jì)算。最后對(duì)此工藝過程可能存在的安全隱患及相應(yīng)措施做了簡要說明。 process。目錄內(nèi)容摘要 iAbstract ii目錄 iii1 引言 1 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 1 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向 1 生產(chǎn)技術(shù) 1 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 2 環(huán)氧乙烷的市場需求狀況 22 工藝概述 4 環(huán)氧乙烷的性質(zhì) 4 EO的物理性質(zhì) 4 EO的化學(xué)性質(zhì) 4 生產(chǎn)方法的評(píng)述及選擇 4 氯醇法 4 直接氧化法 5 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理 5 氧化反應(yīng)原理 5 二氧化碳脫除原理 6 工藝流程 63 物料衡算 9 物性數(shù)據(jù) 9 設(shè)計(jì)依據(jù) 9 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 9 計(jì)算依據(jù) 9 混合器 10 反應(yīng)器 14 環(huán)氧乙烷吸收塔 17 排放系統(tǒng) 20 CO2的吸收系統(tǒng) 21 環(huán)氧乙烷解吸塔（C204） 23 環(huán)氧乙烷塔頂冷凝器（E301） 25 環(huán)氧乙烷塔頂冷凝器（E302A） 27 脫輕組分塔（C301） 294 熱量衡算 34 設(shè)計(jì)依據(jù) 34 反應(yīng)器R101 34 反應(yīng)器進(jìn)料產(chǎn)品換熱器E101 35 產(chǎn)品第一冷卻器E102 37 產(chǎn)品第二冷卻器E203 38 塔頂冷凝器E301 39 塔頂冷凝器E302 415 設(shè)備計(jì)算 43 反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算 43 脫輕組分塔 456 安全、環(huán)保、能量利用 51 工藝設(shè)備一覽表 51 原料消耗表 51 能量消耗表 51 三廢處理 51 廠址的選擇 52致謝 54參考文獻(xiàn) 55附錄 56~ iv ~沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引言1 引言 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用環(huán)氧乙烷(簡稱EO)，又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是一種最簡單的環(huán)醚,是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機(jī)化工產(chǎn)品，是最簡單最重要的環(huán)氧化物，在國民經(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。我國由氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷始于1960年代，由于氯醇法對(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氣法。1938年又建成了首套乙烯空氣氧化法工業(yè)裝置。目前，全球環(huán)氧乙烷專利技術(shù)大部分為Shell、美國SD(科學(xué)設(shè)計(jì)公司)和UCC三家公司所壟斷，這三家公司的技術(shù)占環(huán)氧乙烷總生產(chǎn)能力的90%以上。例如在催化劑方面，盡管載體、物理性能和制備略有差異，但水平比較接近，選擇性均在80%以上；在工藝技術(shù)方面都有反應(yīng)部分、脫CO環(huán)氧乙烷回收組成，但抑制劑選擇、工藝流程上略有差異。 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向近年來，世界上環(huán)氧乙烷催化劑、工藝技術(shù)等方面有了新的進(jìn)展。高活性催化劑系列產(chǎn)品為S860、S86S86S863，具有初始反應(yīng)溫度低(218225℃)、初始選擇性高(81%83%)、活性和選擇性下降速率慢等特點(diǎn)，該系列催化劑已應(yīng)用于國內(nèi)外20多家采用Shell技術(shù)或其他專利技術(shù)的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置中。SD和UCC在新催化劑開發(fā)方面也取得許多進(jìn)展，例如近期SD公司開發(fā)的固載銀及含有堿金屬、硫、氟和磷族元素(P，Bi，Sb)，固載銀及含有堿金屬、硫、氟和或錫，固載銀及含有堿金屬、硫、氟和鑭系金屬助劑的催化劑，突破了以錸和過渡金屬作助劑制備環(huán)氧乙烷銀催化劑的傳統(tǒng)方法。UCC公司報(bào)道了一系列催化劑研制專利，包括含鋰、鈉、鉀、銣、銫、鋇中至少一種陽離子助劑，含硫化物、氟化物陰離子助劑和選自ⅢB—ⅥB族至少一種元素組成的減少環(huán)氧乙烷完全氧化反應(yīng)的銀催化劑。 環(huán)氧乙烷的市場需求狀況我國最早以傳統(tǒng)的乙醇為原料經(jīng)氯醇法生產(chǎn)EO。2003年我國EO生產(chǎn)能力約為1200kt/a。其中北京燕山石化于2004年將已有的70k/a的生產(chǎn)能力擴(kuò)大到250kt/a左右；南京揚(yáng)—巴一體化工程9套核心裝置中含有一套240kt/a的EO裝置，于2004年建成投產(chǎn)；中海－殼牌石化有限公司已在南海建設(shè)一套300kt/a EO生產(chǎn)裝置，2005年建成投產(chǎn)；上海石化已新建一套300kt/a EO生產(chǎn)裝置，2005年建成投產(chǎn)；另外天津聯(lián)化、獨(dú)山子石化等企業(yè)均計(jì)劃在未來幾年內(nèi)建設(shè)規(guī)?；腅O生產(chǎn)裝置。~66~沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 工藝概述2 工藝概述 環(huán)氧乙烷的性質(zhì) EO的物理性質(zhì)環(huán)氧乙烷（簡稱EO），英文名稱epoxyethane，又被稱為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式：C2H4，分子量：，沸點(diǎn)：℃，熔點(diǎn)：℃，蒸汽壓：℃。在常溫下為無色氣體，低溫時(shí)為無色易流動(dòng)液體，在空氣中的爆炸限（體積分?jǐn)?shù)）%—100%，它易與水、醇、氨、胺、酚、鹵化氫、酸及硫醇進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)有乙醚的氣味，其蒸氣對(duì)眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。 EO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。 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。 直接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，%。通常氧氣氧化法的生產(chǎn)成本比空氣氧化法低10％左右。本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均參考乙烯直接氧化法。 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理 氧化反應(yīng)原理乙烯氧化過程，按氧化程度可分為選擇氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）兩種情況，乙烯分子中碳—碳雙鍵〈C=C〉具有突出的反應(yīng)活性，在一定條件下可實(shí)現(xiàn)碳—碳雙鍵選擇性氧化，生成環(huán)氧乙烷。為使乙烯氧化反應(yīng)盡可能的約束在生成目的產(chǎn)物—環(huán)氧乙烷的方向上，目前工業(yè)上乙烯直接氧化生成EO的最佳催化劑均采用銀催化劑。實(shí)驗(yàn)已證明這些副產(chǎn)物以兩條不同的路線生成的。 (3) (4)在反應(yīng)過程中如有堿金屬或堿土金屬存在時(shí)，將催化這一反應(yīng)。反應(yīng)速度由EO異構(gòu)化控制。它們在精制單元中從EO和EG中分離掉，以上氧化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)。補(bǔ)充抑制劑后，反應(yīng)器進(jìn)料氣體在E101中被EO反應(yīng)產(chǎn)品氣體從78℃加熱到234℃。反應(yīng)產(chǎn)品氣體經(jīng)過三次冷卻，在產(chǎn)品第一冷卻器E102中，通過產(chǎn)生中壓蒸汽，反應(yīng)產(chǎn)品氣體被冷卻到207℃，在進(jìn)料/產(chǎn)品換熱器E101中被冷卻到138℃，在產(chǎn)品第二冷卻器E203中被進(jìn)一步冷卻到53℃。為脫除反應(yīng)產(chǎn)品氣冷卻時(shí)產(chǎn)生的水，將一小股物流引到急冷排放解吸塔C205中，用泵P205把急冷液打到急冷冷卻器E205中，再回到EO吸收塔的急冷段。在EO吸收塔中吸收的E0，在EO解吸塔C204內(nèi)從富吸收液中解吸出來。%解吸出來，%的EO隨同塔釜液離開。反應(yīng)器產(chǎn)品氣體在吸收塔急冷段冷卻，酸性組分被急冷液吸收，通過排放急冷液可除掉雜質(zhì)和反應(yīng)產(chǎn)品氣中冷凝下來的水。從EO吸收塔來的富吸液，在產(chǎn)品第二冷卻器E203中被EO吸收塔進(jìn)料(反應(yīng)產(chǎn)品氣體)從47℃加熱到67℃，在進(jìn)解吸塔C204之前，先后在進(jìn)料/塔頂物料換熱器E208及進(jìn)料/塔釜物料換熱器E207中進(jìn)一步加熱。如果V204罐的壓力過高，罐的壓力控制器也會(huì)啟動(dòng)緊急放空閥使循環(huán)氣管路快速泄壓。處理后的氣體離開二氧化碳脫除系統(tǒng)，與沒有處理的循環(huán)氣體重新混合后進(jìn)入到環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)。為了減少CO2吸收塔中吸收液的冷卻及CO2解吸塔中加熱吸收劑所需的蒸汽，在CO2吸收塔進(jìn)料預(yù)熱器E201中，吸收塔進(jìn)料氣體被加熱，并用水飽和。為了保證CO2吸收塔進(jìn)料為飽和狀態(tài)，在E201中水經(jīng)過液體噴嘴噴入換熱器的殼層中。CO2吸收塔塔頂氣體出塔時(shí)的溫度為1ll℃，已被水飽和。CO2吸收塔塔頂物流在E206用冷卻水冷卻，在分離罐V一201中分離掉攜帶的水后與循環(huán)氣混合，分離罐V201溫度為51℃，與循環(huán)氣混合后回到反應(yīng)部分。為了應(yīng)付塔大量帶液，V201底部出口管線上有一個(gè)大的排泄閥，通往CO2解吸塔的集水管。進(jìn)入碳酸鹽閃蒸罐V202以回收乙烯，以防在CO2解吸塔頂損失掉。閃蒸以后的液體靠重力流入CO2解吸塔。解吸塔頂氣體在E201中釋放掉部分熱量，在E211中由99℃進(jìn)一步冷卻到45℃。來自解吸塔塔釜的貧碳酸鹽溶液，又回到CO2吸收塔。不凝物主要是COC2H4和EO。解吸塔頂緩沖罐中的物料，經(jīng)泵打入輕組分塔C301。塔頂氣體回到EO解吸塔頂冷卻器中以回收EO。高純度EO產(chǎn)品側(cè)線采出，經(jīng)E309進(jìn)高純度EO貯罐。沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算3 物料衡算 物性數(shù)據(jù) 物性數(shù)據(jù)表序號(hào)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C2H6O2 設(shè)計(jì)依據(jù)1．設(shè)計(jì)任務(wù)：2．年工作時(shí)間：8000小時(shí)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：%7．乙醛的選擇性：%8．EO吸收率：%9．排空氣體比率：% 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 計(jì)算依據(jù)(1)原料氧氣組成（mol %）：: : : (2)原料乙烯組成（mol %）：: 95 : : (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(hào)說明：進(jìn)料：F—乙烯進(jìn)料；—氧氣進(jìn)料；—甲烷進(jìn)料；—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)： (8)物料衡算圖 物料衡算圖 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℃。 反應(yīng)器（1）反應(yīng)溫度為240℃，,反應(yīng)物料由塔頂加入，采用氣包進(jìn)行移熱。產(chǎn)品第二冷卻器：產(chǎn)品氣體經(jīng)過第二次冷卻后，溫度降到135℃，與K301來的氣體混合。（2）計(jì)算過程（y表示MF中各個(gè)組分的摩爾分率）1）反應(yīng)器出口的乙烯的量 = = =2) 反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷量= = = Kmol/h 混合器物料衡算結(jié)果表輸入物料輸出物料原料氧氣原料乙烯原料甲烷循環(huán)氣溫度℃4030107976壓力Mpa序號(hào)組分分子量摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%1N22Ar3O24CH45C2H46C2H67CO28C2H4O9CH3CHO10H2O11C2H6O2小計(jì)合計(jì)輸入物料總量沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文