2022年产l465万吨环氧乙烷的固定床反应器设计课程设计.docx

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1、精品学习资源年产 l.5 万吨环氧乙烷地固定床反应器设计目录摘 要2Abstract2第一章 概述2其次章 环氧乙烷地性质52.1 物理性质52.2 化学性质6第三章 设计方案地确定83.1 环氧乙烷地生产方法地确定83.2 催化剂地挑选93.3 环氧乙烷生产工艺条件地确定93.3.1 反应温度93.3.2 反应压力93.3.3 空速103.3.4 原料配比和循环比103.3.5 抑制剂113.3.6 稳固剂地挑选113.4 环氧乙烷生产地工艺流程113.4.1 工艺流程概述11第四章 工艺运算144.1 设计条件144.1.1 反应原理144.1.2 原料组成144.1.3 反应器条件154

2、.2 物料衡算154.3 热量衡算18第五章 反应器地设计235.1 催化剂地用量235.2 确定氧化反应器地基本尺寸255.3 床层压力降地运算265.4 传热面积地核算275.4.1 床层对壁面地给热系数地运算275.4.2 总传热系数地运算275.4.3 传热面积地核算285.5 反应器塔径地确定29第六章 结论31参考文献32致谢33欢迎下载精品学习资源摘 要综述了环氧乙烷地性质、用途及生产方法.简介了直接氧化法合成环氧乙烷地方法及反应原理.以年产 l.5万吨环氧乙烷地固定床反应器设计为例，介绍固定床反应器工艺运算和结构运算情形.依据设计条件和要求，通过物料恒算、热量恒算及其他工艺运算

3、设计出年产l.5 万吨环氧乙烷地固定床反应器，并确定反应器地选型和尺寸，运算压降，催化剂用量等，设计出符合要求地反应器 .关键词 环氧乙烷；固定床反应器；物量衡算；能量衡算AbstractThe nature use and production methods of Oxirane were simply introduced. Introduced direct oxidation synthesis methods of epoxy ethane and reaction principle.With fixed-bed reactor for producing Oxirane wit

4、h an annual output of 15000 tons as example， the cajculation situations ofprocess of fixed-bed reactor were introduced.In the design ， wemainly calculated the processparameter and the size of the oxidized reactor.Accordingto the design conditionsand requirements ， through constant calculate, heat ma

5、terial constant calculate and other process calculation designed annual l5,000 tons of epoxy ethane fixed-bed reactor, and determined the reactor selection and size, calculate pressure drop, catalyst etc, designed to meet the requirements of the reactor.KeywordsOxirane ,Fixed-bed reactor,material ba

6、lance, heat balance第一章 概述环氧乙烷 Oxirane 又名氧化乙烯 Ethylene Oxide ，是最简洁地环状醚 .分子式 C2H4O ，分子欢迎下载精品学习资源量44.05.环氧乙烷是以乙烯为原料地主要石油化工产品之一.世界乙烯总产量地16用来生产环氧乙烷，环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯地其次位重要化工产品.环氧乙烷仍是重要地石油化工原料及有机和精细化工产品地中间体，主要用来生产乙二醇.随着精细化工地进展，环氧乙烷已成为精细化工工业不行缺少地一种有机化工原料1.环氧乙烷早期采纳氯醇法工艺生产，20世纪 20岁月初， UCC 公司进行了工业化生产，之后公司基于

7、 Lefort 有关银催化剂地讨论成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺 .50岁月末， Shell公司采纳近乎纯氧代替空气作为生产环氧乙烷地氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先进地生产方法是用银作催化剂，在 列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采纳乙烯直接氧化生产环氧乙烷2-5.环氧乙烷是石油化学工业地重要产品，也是一种基本有机化工原料，用途很多，广泛用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品 .环氧乙烷地工业化生产已经有半个多世纪地历史，最早地工业化生产方法是氯醇法，由

8、于其存在腐蚀设备、污染环境和耗氯量大等一系列问题，现在己基本上被剔除了，取而代之地是直接氧化法 .直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法，其主要区分在于乙烯地氧化剂各不相同.在环氧乙烷地生产进展过程中，生产技术和工艺过程都有不断地改进和革新，到目前为止，世界上几乎全部地环氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生产地.直接氧化法中，第一显现地是空气氧化法，而后氧气氧化法问世，二者并行：近几十年来，很多厂家都采纳氧气氧化法生产环氧乙烷，由于氧气氧化法不需要空气净化系统，并且氧气氧化法地环氧乙烷收率高于空气氧化法，乙烯单耗较低 .由于用纯氧作氧化剂，连续引入系统地惰性气体大为削减，未反应地乙烯基本上可完全循环使

9、用 .本设计采纳氧气直接氧化法，对原有地单元设备进行生产才能标定和技术经济评定.在此基础上，查阅了大量资料，依据设计条件，通过物料衡算、热量衡算、反应器地选型及尺寸地确定，运算压降、催化剂地用量等，设计出符合设计要求地反应器.欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源其次章 环氧乙烷地性质2.1 物理性质表 1-1环氧乙烷地主要物理性质空气中爆炸极限 101.3kPa， 体积下限2.6空气中爆炸极限 101.3kPa， 体积上限100燃烧热 25， 101.3kea， kJ/kg29.648生成热蒸汽， kJ/mol71.13生成热液体， kJ/mol97.49熔解热， kJ/kg117.86聚

10、合热， kJ/kg2091汽化热， 10.5 ， kJ/kg580.58比热容 35 ， kJ/kg.K1.96气相分解热， kJ/kg1901着火点， K702自燃点， K644表面张力 20 ， mN/m24.3热导率 25 ， J/cm.s.K0.0001239粘度， mPa.S， 00.3l粘度， mPa.S， 100.28参数名称数值沸点 101.3kPa，10.8熔点 101.3lPa ， 112.5临界温度，195.8临界压力， Mpa7.194临界密度， kg/m3314折射率，7D1.3597常温下环氧乙烷为无色、具有甜醚味地气体.在较低地温度下环氧乙烷成为无色、透亮、易流淌

11、地液体 .易溶于水、醚和醇等有机溶剂.主要物理性质如表1.欢迎下载精品学习资源2.2 化学性质环氧乙烷地化学性质特别活泼，能与很多化合物进行反应，其反应主要是环氧乙烷开环与其它化合物进行加成反应，放出大量反应热，有地反应进行得特别猛烈，甚至产生爆炸.很多反应产物是重要地有机化工及精细化工产品.(1) 分解反应气体环氧乙烷在约400时开头分解，主要生成CO 、CH4 以及 C2H6 、 C2H4 、 H2 、C 、CH3CHO 等.分解反应地第一步是环氧乙烷异构成乙醛.环氧乙烷地分解反应仍可以被引发，且在肯定条件下会在气相中传播，直到瞬时产生爆炸.(2) 加成反应环氧乙烷与含有活泼氢原子地化合物

12、，如H20 、 HX 、 NH3 、 RNH2 、R2NH 、 RCOOH 、ROH 、RSH、HCN 等进行加成反应，生产含OH 地化合物 其中 X 为卤素， R为烷基或芳基 .与水反应环氧乙烷与水反应生成乙二醇，这是工业上生产乙二醇地方法.欢迎下载精品学习资源C 2H 4OH 2OCH 2OHCH2OH2-1欢迎下载精品学习资源该反应为放热反应，热效应为96.3kJ/mol. 反应过程不采纳催化剂.生成地乙二醇可以与环氧乙烷连续作用生成二甘醇、三甘醇及多甘醇.与醇类反应环氧乙烷与醇反应生成醚，其反应地最终产品是至少含一个羟基地醚.欢迎下载精品学习资源XCH2CH 2OHnC2H 4O环氧乙

13、烷）X CH 2CH 2O n 1 H2-2欢迎下载精品学习资源在乙二醇生产中生成部分二甘醇，三甘醇就是环氧乙烷进一步与乙二醇反应地产物.假如进一步反应可以生成分子量更大地化合物.与苯酚反应环氧乙烷与苯酚反应生成苯氧基乙醇.欢迎下载精品学习资源C2H 4OC6H 5OHC6H 5OCH 2CH 2OH2-3欢迎下载精品学习资源其酯类是香料地定香剂、杀菌剂和驱虫剂.与氨反应环氧乙烷可以与氨反应生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，这是工业上制造乙醇胺地方法.该反应一般是在高压、较低温度和液相下进行地，三种产品地比例可通过氨与环氧乙烷地摩欢迎下载精品学习资源尔比例来调剂，氨过量有利于一乙醇胺地生成.与

14、酸反应2HNO3NO2 O CH 2CH 2 O环氧乙烷可与有机酸、无机酸反应生成相应地酯.环氧乙烷与硝酸反应最为重要，生成地乙二醇二硝酸酯是能在低温下引爆地炸药.欢迎下载精品学习资源C2H 4ONO22-4欢迎下载精品学习资源3氧化仍原反应在钠汞齐及催化剂存在下环氧乙烷加氢仍原生成乙醇，此反应没有工业意义.环氧乙烷在铂黑等催化剂存下可以有掌握地氧化成羟基乙酸，最终就被氧化成二氧化碳及水.4异构化反应环氧乙烷在三氧化二铝、磷酸、磷酸盐等催化剂存在下可异构化为乙醛.C 2H 4OCH 3CHO2-5在肯定地条件下银催化剂也有此功能，这是乙烯氧化制环氧乙烷过程地副反应之一，要极力防止，由于醛地存在

15、增加了环氧乙烷提存净化地难度.(5) 与双键进行加成反应环氧乙烷和以下一些含双键地化合物可进行加成反应生成环状化合物，例如R2C=O 、SC=S、02S=O、 RN=CO 、OS=O等.(6) 与格利雅试剂反应环氧乙烷与格利雅试剂反应可生成比原先烷基多两个碳原子地醇，这是试验室制备加长碳链醇地一种方法，羟基在链地端部.（ 7齐聚反应环氧乙烷进行齐聚反应可生成冠醚，催化剂为含氟地路易斯酸.反应在室温、常压下进行. 8与二甲醚反应在BF3 作用下环氧乙烷与二甲醚反应生成聚乙二醇二甲醚.该反应在工业上用来生产低分子量地均聚物，其产品广泛用作溶剂6.欢迎下载精品学习资源第三章 设计方案地确定3.1 环

16、氧乙烷地生产方法地确定目前，我国工业生产环氧乙烷地方法有氯醇法和乙烯氧化法两种，乙烯氧化法又分为乙烯空气氧化法及乙烯氧气氧化法.(1) 氯醇法氯醇法环氧乙烷生产分两步进行：氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇；氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷.(2) 直接氧化法直接氧化法，分为空气法和氧气法两种.这两种氧化方法均采纳列管式固定床反应器.反应器是关键性设备，与反应成效亲密相关，其反应过程基本相同，都包括反应、吸取、汽提和蒸馏精制等工序 7.空气氧化法：此方法用空气为氧化剂，因此必需有空气净扮装置，以防止空气中有害杂质带入反应器而影响催化剂地活性.空气法地特点是有两台或多台反应器串联，即主

17、反应器和副 反应器，为使主反应器催化剂地活性保持在较高水平6375 ，通常以低转化率进行操作，保持在 2050范畴内 .氧气氧化法：氧气法不需要空气净化系统，而需要空气分别装置或有其它氧源 .由于用纯氧作氧化剂，连续引入系统地惰性气体大为削减，未反应地乙烯基本上可完全循环使用 .从吸取塔顶出来地气体必需经过脱碳以除去二氧化碳，然后循环返回反应器，不然二氧化碳浓度超过15 mol ，将严峻影响催化剂地活性 . 2环氧乙烷地生产方法比较环氧乙烷地生产方法各具特点.氯醇法生产工艺地严峻缺点大致有：消耗氯气，排放大量污水，造成严峻污染；乙烯 次氯酸化生产氯乙醇时，同时副产二氧化碳等副产物，在氯乙醇皂化

18、时生产地环氧乙烷可异构 化为乙醛，造成环氧乙烷缺失，乙烯单耗高；氯醇法生产地环氧乙烷，醛地含量很高，约为50007000mg/m3 ，最低亦有2500mg/m3. 氯醇法生产环氧乙烷，由于装置小、产量少、质量差、消耗高，因而成本也高，与大装置氧化法生产地高质量产品相比失去了市场竞争才能.采纳氯醇法生产环氧乙烷地小型石油化工厂正在受到严峻地挑战.故依据环保及成本地限制要求本试验采纳直接空气氧化法.欢迎下载精品学习资源3.2 催化剂地挑选氧化法生产环氧乙烷地关键是催化剂地挑选.虽然大多数金属和金属氧化物催化剂都能使乙烯发生环氧化反应，但是生成环氧乙烷地挑选性很差，氧化结果主要生成二氧化碳和水.只有

19、银催化剂例外，在银催化剂上乙烯能挑选性地氧化成环氧乙烷，该催化剂在挑选性、强度、热稳定性和寿命等方面都有肯定地特色.近年来国内外对活性组分银地开发讨论取得了长足地进步.也有不少学者试图开发另一类金属取代银，但至今仍认为活性组分银是乙烯氧化生成环氧乙烷地正确催化剂 .3.3 环氧乙烷生产工艺条件地确定环氧乙烷地生产受反应温度、反应压力、空间速度与空管线速度、原料配比和循环比、抑制剂等工艺条件地制约.3.3.1 反应温度温度直接影响化学反应速度，在工业生产中，应依据反应过程地详细情形，实行相应措施，使反应温度掌握在相宜范畴之内，以期获得较高地收率.乙烯直接氧化生产环氧乙烷和其它多数反应一样，反应速

20、度随温度上升而加快.乙烯直接氧化过程地主、副反应都是强放热反应，且副反应 深度氧化 放热量是主反应地十几倍，因此，对反应过程地温度掌握要求特别严格.当反应温度高时，一是转化率增加，这意味着乙烯氧化地总速率提高，二是生产环氧乙烷地挑选性降低，即更多地乙烯转化成二氧化碳和水，因此，这时反应热量地急骤增加，不是使更多地乙烯被氧化，而是使反应过程地挑选性降低，副反应增加是更重要地缘由.可见，当反应温度上升时，反应热量就会不成比例地突然增加，使反应过程失控，所以在生产中，对于氧化操作，一般均设有自动爱护装置，预防万一.此外，在催化剂使用初期，其活性较高，宜采纳较低地操作温度 .3.3.2 反应压力乙烯直

21、接氧化反应过程，主反应是体积削减地反应，副反应深度氧化 是体积不变地反应 .因此，采纳加压操作有利.因主、副反应基本上都是不行逆反应，故压力对主、副反应地平稳没欢迎下载精品学习资源有太大影响 .目前，工业生产上采纳加压操作不是出于化学平稳地需要，其目地是提高乙烯和氧地分压，加快反应速率，提高反应器单位容积地产率，以强化生产.但应看到，由于提高反应压力， 反应速度加快，相应就要提高反应器地换热速率，这样对反应器地结构就提出更高地要求.3.3.3 空速空间速度简称空速，所谓空速是指单位时间内，通过单位体积催化剂地反应物地体积数量. 通常用每小时每升 或 m3催化剂通过地原料气地升 或 m3 数来表

22、示 .对于乙烯直接氧化过程， 实践证明，提高空速，转化率会略有下降，而挑选性将有所上升，在肯定范畴内提高空速可提高设备地生产才能 .但空速也不宜太高，因此虽然产量提高，然而环氧乙烷在反应气体中地含量很低，造成分别困难，动力消耗增加.空速也不宜太低，因此时虽然转化率增加，但挑选性下降，生产才能也下降 .另外，空速大小仍要依据催化剂地活性及制造方法、反应温度、压力和反应气体地组成等因素而定.3.3.4 原料配比和循环比原料中乙烯与氧地配比对反应过程影响很大，其值主要打算于原料混合气地爆炸极限.在混合气体中乙烯地爆炸下限是2.05，在 2.056.5地乙烯浓度范畴内氧含量不得大于71 .实际生产中一

23、种是选取低氧高乙烯配比，另一种是高氧低乙烯配比.从装置地生产才能和经济性来看， 低氧高乙烯操作优于高氧低乙烯操作，因此，在可能地体积下，应尽量采纳低氧高乙烯操作.在确定相宜地配料比时，仍应留意到，提高乙烯含量可能会导致尾气中乙烯缺失过多而影响经济指标 .当乙烯含量接近5时，操作不易掌握，反应温度增加很快，易产生飞温.因此，必需依据详细情形，综合考虑各方面影响因素，来确定最相宜地配料比.循环比是指循环到主反应器地循环气占主吸取塔顶排出气体总量地百分数.在生产操作中， 可通过正确把握循环比来严格掌握氧含量.在工艺设计中，循环比直接影响主、副反应器生产负荷地安排 .提高循环比，主反应器负荷增加.反之

24、，副反应器负荷增加.生产中，应依据生产才能、动力消耗及其它工艺指标来确定相宜地循环比，通常为85-90 左右 .欢迎下载精品学习资源3.3.5 抑制剂乙烯直接氧化制环氧乙烷是一个平行串联反应过程，在乙烯环氧化过程中，相伴发生乙烯地深度氧化，并且生成地环氧乙烷也有少部分发生深度氧化.这不仅降低了环氧乙烷地产率，增 加了乙烯地定额消耗，而且发生深度氧化地放热量很大，直接影响操作地稳固.生产中除采纳优良地催化剂，掌握相宜地转化率及有限移出反应热等措施外，在反应系统中仍使用适量地副反应抑制剂 .工业上常用地抑制剂是l,2-二氯乙烷 .在催化剂地预处理阶段，l,2-二氯乙烷地用量要多一些，而在加压循环反

25、应系统中，用量要少一些.3.3.6 稳固剂地挑选世界上生产环氧乙烷地专利很多，使用地致稳剂有：氮气、甲烷、二氧化碳、乙烷等.挑选致稳剂需要依据生产安全性、稳固性和经济效益情形来确定.目前世界上环氧乙烷专利商都先后 将氮气致稳更新为甲烷致稳.它与氮气致稳相比，不仅增加了生产过程地稳固性和安全性，而且有显著地经济效益 .3.4 环氧乙烷生产地工艺流程环氧乙烷生产装置地主要设备有反应器、吸取塔、反应系统地气-气换热器和循环气冷却器.其设计生产才能为年产1.5 万吨环氧乙烷，设计运转时间为7200 小时年 .3.4.1 工艺流程概述本次设计采纳氧气氧化法进行环氧乙烷地生产，以氧气作为氧化剂，乙烯在1M

26、Pa 、250 下通过装有银催化剂地固定床反应器，直接氧化为环氧乙烷.环氧乙烷地生产系统分为三部分： 反应系统、回收系统和二氧化碳脱除系统.下面逐一进行介绍.(1) 环氧乙烷地反应系统反应系统是以一种循环过程来操作地，以乙烯和氧气为原料使用甲烷致稳.从外界贮罐来地乙烯在过滤器中进行过滤，经换热器预热，然后按着肯定地路线进入混合器，与从环氧乙烷吸收塔顶部通过分别器分别出地循环气进行混合，乙烯混合器中地循环气进入压缩机地吸入口并在氧气混合器之前，由压缩机进行压缩.欢迎下载精品学习资源从外界来地氧气进料通过过滤器之后在流量掌握下进入氧气混合器.为了能在进料之后和开车期间牢靠地对氧气混合器进行吹扫，一

27、个高压氮气压缩机及氮气吹扫罐连接在紧靠氧气混合站上游地氧气进料线上.为掌握循环气中地二氧化碳浓度，一股循环气地分支物流被送往二氧化碳脱除工段 .从氧气混合器出来地含有乙烯和氧气地循环气，在换热器地管程进行加热后进入反应器.在反应器地壳程用石蜡油来移走反应热，以掌握反应温度.含有环氧乙烷地氧化气进入附带地循环气/ 锅炉给水预热器，而后反应器出口全体流经循环器换热器地壳程，与反应器入口气体换热，被进一步冷却下来，之后循环气体进入循环气冷却器进行最终地冷却.本反应使用一种气相状态地抑制剂来掌握反应活性，循环气在氧气进料混合器和循环气热交换器之间分叉转向压入装有液体二氯乙烷地贮罐，使这股循环气中地二氯

28、乙烷浓度达到饱和，然后在乙烯进料混合器和循环气压缩机之间再次进入反应循环气中.反应进料不是肯定纯洁，有必要依次从分别器下游定期排放惰性组分.(2) 环氧乙烷地回收系统从冷却器出来地氧化气进入到环氧乙烷吸取塔底部，使用从环氧乙烷气提塔底部过来地乙二醇水溶液以及从泵过来地工艺水进行吸取，保证吸取液地浓度恒定在7.5 wt ，被吸取下来地环氧乙烷按肯定地路线进到氧化物/水闪蒸罐进一步闪蒸出惰性气体，然后经换热器进入环氧乙烷气提塔使环氧乙烷和水进行分别.环氧乙烷蒸汽从塔顶出来经冷却器进行冷凝后收集在回流罐中，回流罐中地环氧乙烷用泵打出一部分返回到环氧乙烷气提塔顶部作回流用，另一部分送往排气塔中脱除二氧

29、化碳，塔底用再沸器进行加热，塔底中不含二氧化碳地环氧乙烷经冷却器冷却后用泵送到环氧乙烷贮罐.环氧乙烷气提塔顶部冷凝器中地不凝气送到惰性气体洗涤塔中，同闪蒸罐中闪蒸出地惰性气体一起被洗涤后送往尾气压缩机吸入罐中，再进入尾气压缩机中压缩，经二氧化碳脱除系统进入环氧乙烷反应循环系统.在环氧乙烷吸取塔中未被吸取下来地环氧乙烷以及其它惰性气体经分别器进一步分别之后送往乙烯混合器中循环使用.(3) 二氧化碳脱除系统来自尾气压缩机地一股气流和尾气压缩机出口地气流混合为一股，进入二氧化碳吸取塔地底部，与从塔顶向下流淌地吸取剂在填料上充分接触完成吸取后，进入二氧化碳水洗塔，通过填料层和除雾器，除掉气流中夹带地微

30、量地钾和矾地化合物微粒，以防止这些物质带入反应器造成催化剂中毒 .这股气流冷却后返回到循环气流中，与其它物流混合 .欢迎下载精品学习资源从二氧化碳吸取塔顶部流下地二氧化碳吸取剂，在与循环气接触完成二氧化碳地吸取之 后，在二氧化碳吸取塔底部靠压差进入闪蒸罐中，这时地吸取剂被称为富吸取剂，富吸取剂在 闪蒸罐中进行减压闪蒸，闪蒸出来地气体进入尾气压缩机，再吸入罐中，经尾气压缩机压缩后 进入循环系统 .闪蒸后地吸取剂流向二氧化碳再生塔地顶部，经再沸器加热后，被吸取地二氧化碳就释放出来，排入大气中.再生后地吸取剂被称为贫吸取剂，贫吸取剂集聚于再生塔地底部， 被分为三股，一股经再沸器加热循环，一股经泵在过

31、滤器中过滤存货使用，余下地进入贫吸取 剂闪蒸罐中再次进行闪蒸后由贫吸取剂泵打回吸取塔中进行下一个循环.水洗塔有两个循环回路来移走气体物流中地微量钾和矾地化合物，用二氧化碳水洗塔下部循环泵把塔底地液体抽出来经一个冷却器送到下部填料段地顶部.用二氧化碳水洗塔上部地循环泵从上部填料段地底部抽出液体，循环到上部填料段地底部，抽出液体再循环到上部填料段地顶部 .两个循环泵系统共用一台公用地备用泵.高压工艺水通过一流量掌握器补充到上部地循环回路中，以便掌握水洗塔中钾地浓度.用二氧化碳吸取剂罐和二氧化碳吸取剂池作为二氧化碳脱除系统运行地必要装置.不论是吸取剂罐仍是吸取剂池都使用通入65kg/cm2压力蒸汽地

32、蛇管进行加热，以防止环境温度下结冰上冻，用贫吸取剂过滤器循环泵和二氧化碳吸取剂池泵在系统欢迎下载精品学习资源和贮存器之间进行吸取剂地输送.乙 烯循 环压 缩 机欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源氧 气再生塔接触塔环氧乙烷洗环氧乙烷解再吸取塔乙二醇进环氧乙烷浸氧化反氧化反涤塔析塔料解析塔渍塔应应器器二 氧 化 碳碳 酸 钾工 业 水产 物 出 口去乙 二 醇 系 统欢迎下载精品学习资源图 3-1 银催化氧化乙烯合成环氧乙烷工艺流程欢迎下载精品学习资源第四章 工艺运算工艺参数运算包括物料衡算和热量衡算两部分.物料衡算以质量守恒定律为基础，主要运算所需物料量和产品量，仍可以算出物料地组成，确定

33、物料中各组分在化学反应过程中地定量转化关系，并通过衡算求得原料地定额消耗.其运算依据是工艺流程图、在工厂采集地数据及设计时要求地和查得地各种参数.热量衡算以能量守恒定律及物料衡算为基础，运算传入、传出地热量，从而确定公用工程地能耗以及传热面积 .其运算依据与物料衡算相同.4.1 设计条件4.1.1 反应原理乙烯和氧气在银催化剂上，于肯定温度和压力下，直接氧化生产环氧乙烷，反应方程式可表为：（ 1） 主反应：C H241 O22C H O24（ 4-1）反应 4-1 为放热反应，在 250 C 时，每生成一摩尔环氧乙烷要放出25 19KJ 地热量 .（2）在主反应进行地同时，仍发生其它副反应，其

34、中主要是乙烯地燃烧反应.副反应：CH 2CH 23O22CO22 H 2O（ 4-2）反应 4-2 为强放热反应，在250C，每反应掉一摩尔乙烯，可放出315.9KJ 地热量 .4.1.2 原料组成组分C 2 H 4表 4.1 原料气地组成CO 2O 2N 2含量（ mol%3.47.75.683.3欢迎下载精品学习资源4.1.3 反应器条件原料进入反应器地温度为210C反应温度为 250C反应压力为 1MPa乙烯转化率为 20%；挑选性为 66%；空速为 5000h-1年工作时间 7200 小时，年产量 15000 吨反应产物分别后回收率为91%反应器内催化剂填充高度为管长95%，每根管长

35、6M采纳间接换热方式：导出液进口温度230C，出口温度235C,导出液对管壁地给热系数为 650W/m2K催化剂为球体， D=5mm, 床层孔隙率为0.8在 250C ， 1MPa 下反应气体导热系数为0.0304W/m2K, 粘度为4.26 10-5PaS,密度为 7.17Kg/m34.2 物料衡算1反应部分地工艺参数环氧乙烷生产才能： 1.5 万吨/年； 年操作时间： 7200 小时进入反应器地温度： 210；反应温度： 250乙烯转化率： 20；挑选性： 66%反应空速： 5000 h 1 ；生产过程安全系数： 1.04反应产物分别后回收率：91%原料组成如表 4-2 所示：表 4-2

36、原料气地组成及各组分地分子量组分C 2 H 4CO 2O2N 2含量（ mol%3.47.75.683.3欢迎下载精品学习资源表 4-3 各组分地分子量组分C 2 H 4CO2O 2N 2C2 H 4OH 2 O分子量28.05444.01031.99928.01344.05418.0152 反应部分地基础运算以 100kmol/h 气体进料为基准，依据已知原料气地组成，运算出每小时进入反应器地各种气体组分地摩尔数，运算结果列于表4-4中.依据反应方程式及已知数据，运算反应器出口地气体量.主反应：CH2CH21 O22C H O244-3副反应：CH 2CH 23O22CO22 H 2O4-4

37、已知乙烯转化率为 20，挑选性为 66，进入反应器地乙烯量为3.4kmol/h ，所以由式 4-3 有 消耗乙烯量： 3.4 0.2 0.66 0.4488kmol消耗氧气量： 0.4488 0.5 0.2244kmol生成环氧乙烷量： 0.4488kmol由式 4-4 有 消耗乙烯量： 3.4 0.2 1-0.66=0.2312kmol消耗氧气量： 0.2312 3=0.6936kmol生成二氧化碳量： 0.2312 2=0.4624kmol生成水量： 0.2312 2=0.4624kmol就可知未反应地乙烯量：3.4-0.4488-0.2312=2.72kmol 未反应地氧气量： 5.6-

38、0.2244-0.6936=4.682kmol 出反应器地二氧化碳量：7.7+0.4624=8.1624kmol 出反应器地水量： 0+0.4624=0.4624kmol氮气、氩气和甲烷地量在反应过程中不发生变化，所以出口气体中各组分地量如表4-4所示 .表4-4 反应器入口和出口地气体量kmol/h欢迎下载精品学习资源组分C 2 H4CO 2O2N 2C2 H 4OH 2O入口3.47.75.683.300出口2.724.6828.162483.30.44880.4624(3) 实际装置每小时生产地环氧乙烷可折算为欢迎下载精品学习资源1.510751.97kmol / h欢迎下载精品学习资源

39、720044.0540.91欢迎下载精品学习资源综上所述，气体进料为100kmol h时，可生产环氧乙烷 0.4488kmol/h. 如要达到 51.97kmol/h 地欢迎下载精品学习资源环氧乙烷生产才能，就所需原料量为51.9710011579.77kmol / h欢迎下载精品学习资源0.4488为了保证所设计地装置能够达到所要求地生产才能，必需考虑到原料缺失等因素，一般取安全系数为 1.04就实际进料量为 1.04 11579.77 12042.96kmol/h(4) 原料气与氧化气地组成运算依据基准气体进料为100kmol/h 时地运算结果，可以折算出实际进料量为12042.96kmo

40、l/h 时地物料衡算情形 .如表 4-5所示表4-5 实际原料气进料时地物料衡算组分kmol/hkg/hmol%wt%欢迎下载精品学习资源C 2 H 4409.4611486.993.43.24欢迎下载精品学习资源O 2674.4121580.455.66.08CO 2927.3140810.917.711.50N 210031.78281020.2583.379.18C2H4O0000H 2 O0000合计12042.96354898.60100100表 4-6 氧化气地物料衡算组分kmol/hkg/hmol%wt%欢迎下载精品学习资源C 2H 4328.049202.832.732.63欢

41、迎下载精品学习资源O 2982.9231452.464.688.99CO 2563.5624802.284.697.09N 210032.28281034.2683.4980.33C2H4O54.072382.000.450.68H 2 O55.27995.690.460.28合计12021.15349869.521001004.3 热量衡算设原料气带入地热量为Q1，氧化气带出地热量为Q2，反应热为 Q3，反应器地撤热量为 Q4.当忽视热缺失时，有Q1+Q2=Q3+Q44-1(1) 各组分地比热3查得抱负气体地比热运算式8欢迎下载精品学习资源20CPABTCTD T4-2欢迎下载精品学习资源上式中地各项系数值如表4-6所示 .表4-6 各组分地定压比热系数值组分AB10C105D108C 2 H45.7037321.438947 6.7284751.179194O226.00820.117472 0.234106 0.0561944CO 223.056660.5687698 3.1828150.6387703N 229.47170 0.04765011.270622 0.4793994H 2 O32.415020.003422141.285147 0.4408350C2H4O 7.5911192.223796 12.604382.6122