環(huán)氧乙烷的制備工藝

1、 摘 要環(huán)氧乙烷是乙烯工業(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，產(chǎn)品每年的全球產(chǎn)量超過1.1千萬噸。全球約60 %的環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)聚酯纖維、樹脂和防凍劑用的單體乙二醇(滌綸纖維原料)，約有13 %的環(huán)氧乙烷用于生產(chǎn)其他多元醇，例如二乙二醇、三乙二醇和多乙二醇。環(huán)氧乙烷的第二大用途是生產(chǎn)用于洗滌劑工業(yè)的乙氧基化物。其他環(huán)氧乙烷衍生物有乙醇胺、溶劑和乙二醇醚等。在合成洗滌劑、消毒劑、谷物熏蒸劑、抗凍劑、乳化劑以及生產(chǎn)增塑劑潤滑劑橡膠和塑料等行業(yè)有極其廣泛的應(yīng)用。另外，環(huán)氧乙烷還可用于生產(chǎn)藥物消毒劑等。由于環(huán)氧乙烷的廣泛使用，各國的生產(chǎn)廠商都在不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝，在得到更高的產(chǎn)量和質(zhì)量

2、的同時，對生產(chǎn)過程中的安全隱患，及尾氣處理等方面的問題進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。本文介紹了用乙烯制環(huán)氧乙烷的化工裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)，相關(guān)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須遵循的規(guī)范，規(guī)定和材料選擇原則。從環(huán)氧乙烷的用途與性質(zhì)開始，對生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展與市場分析、催化劑的選擇對環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置經(jīng)濟(jì)效益的影響、環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的安全分析與評價等問題作了具體深入的探討。在此基礎(chǔ)上完成了環(huán)氧乙烷裝置的工藝計(jì)算和反應(yīng)器、吸收塔、換熱器等設(shè)備的選型。進(jìn)而完成帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和設(shè)備圖的繪制。同時，對工藝條件的改進(jìn)方法、合成反應(yīng)器溫度-時間優(yōu)化策略、乙烯氧化制環(huán)氧乙烷反應(yīng)器操作參數(shù)的優(yōu)化等問題做了討論。關(guān)鍵詞:乙烯；環(huán)氧乙烷；生產(chǎn)裝置 a

3、bstractethylene oxide derivatives ethylene industry is second only to polyethylene and pvc important organic chemical products, products annual global production of more than 1.1 million tons. about 60% of the worlds ethylene oxide into the production of polyester fiber, resins and monomers used in

4、antifreeze glycol (pet raw materials), about 13% of ethylene oxide used in the production of other polyols, such as diethylene glycol, triethylene glycol and ethylene glycol more. oxirane the second largest use in the production of industrial detergent for the ethoxylated compounds. other ethylene o

5、xide derivatives are triethanolamine, solvents and glycol ether. the synthetic detergent, disinfectant, grain fumigants, antifreeze, emulsifier and the production of plasticizer lubricant such as rubber and plastics industry is a very wide range of applications. in addition, ethylene oxide can be us

6、ed to produce drugs and disinfectants.because ethylene oxide are used widely, the national manufacturers are constantly improving the production process, in a higher yield and quality, the production process of potential safety problems, and exhaust gas handling problems of the corresponding technic

7、al improvements. this paper describes the system ethylene ethylene chemical plant design features, related system design process to be followed in the norm regulations and the principle of material selection. from the use of ethylene oxide and the nature, progress on production technology and market

8、 analysis, the choice of catalyst for ethylene oxide unit cost-effective, ethylene oxide production in the safety analysis and evaluation of specific issues in-depth study. based on this completed the installation of ethylene oxide and calculation process reactor, absorption tower, heat exchanger, s

9、uch as equipment selection. then completed with the process control point plans and the drawing equipment. meanwhile, the process of improving conditions, the reaction temperature-time optimization strategy ethylene oxidation of ethylene oxide reactor operating parameters of the optimization problem

10、 has been discussed.keywords ：ethylene；ethylene oxide；production equipment ii目 錄摘 要iabstractii第1章 引言11.1環(huán)氧乙烷的基本簡介11. 2國內(nèi)外環(huán)氧乙烷的市場21. 3環(huán)氧乙烷的性質(zhì)及用途31.3.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)31.3.2環(huán)氧乙烷的用途41. 4 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)方法的比較51.4.1氯醇法51.4.2直接氧化法6第2章 生產(chǎn)概述9第3章 原材料、公用工程及主要產(chǎn)品規(guī)格123.1原料規(guī)格123. 2 公用工程技術(shù)觀察143.3 產(chǎn)品規(guī)格15第4章 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的安全分析與評價164.1 工藝流

11、程簡述164.2 道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)的計(jì)算174.3 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的事故樹分析184.3.1 繪制事故樹194.3.2 求最小割集和最小徑集204.3.3 基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析204.4 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的事件樹分析224.5 對環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置安全評價結(jié)果討論及對策24第5章 主要工藝參數(shù)26第6章 工藝計(jì)算276.1 反應(yīng)器的物料衡算276.1.1 反應(yīng)部分的工藝參數(shù)指標(biāo)276.1.2 計(jì)算286.2 吸收塔物料衡算316.2.1各組分得亨利系數(shù)、相平衡常數(shù)、吸收率及吸收因子316.2.2吸收塔的物料衡算336.3 反應(yīng)器熱量衡算376.4 吸收塔熱量衡算406.5 原料

12、氣氧化氣換熱器熱量衡算41第7章 主要工藝設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算447.1反應(yīng)器的工藝尺寸計(jì)算447.1.1計(jì)算所需要的催化劑總量447.1.2催化劑床層總截面積a及高度h和停留時間的確定和計(jì)算447.1.3床層壓力降的估算447.1.4 反應(yīng)器的直徑和反應(yīng)管數(shù)457.1.5反應(yīng)器的傳熱系數(shù)467.2 吸收塔工藝尺寸計(jì)算527.2.1 工藝條件527.2.2塔板的工藝尺寸初步計(jì)算527.2.3 塔徑的初步核算547.2.4 溢流裝置設(shè)計(jì)557.2.5塔板布置及液閥數(shù)目與排列557.2.6 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算577.2.7 塔板負(fù)荷性能圖597.2.8 實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算617.3 循環(huán)氣冷卻器工藝尺寸計(jì)

13、算 (e-115)627.4 循環(huán)氣壓縮機(jī)造型計(jì)算66第8章 環(huán)氧乙烷合成反應(yīng)器溫度-時間優(yōu)化策略688.2 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)698. 3 優(yōu)化問題的求解708.4 優(yōu)化結(jié)果討論718.5 結(jié) 論74第9章 結(jié) 論75參 考 文 獻(xiàn)76環(huán)氧乙烷的制備第1章 引言1.1環(huán)氧乙烷的基本簡介環(huán)氧乙烷是重要基本有機(jī)合成原料，用途甚廣，因此世界各國環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量上升較快。目前，在乙烯系列的產(chǎn)品中，環(huán)氧乙烷在乙烯系統(tǒng)的產(chǎn)量僅次于聚乙烯，占第二位。環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料的一個主要石油化工產(chǎn)品，其產(chǎn)量僅次于乙烯，環(huán)氧乙烷也是一種非常重要的精細(xì)化工原料。環(huán)氧乙烷直接使用價值很小，98%以上轉(zhuǎn)化為各種衍生物。中國石化

14、總公司的環(huán)氧乙烷主要用于生產(chǎn)乙二醇。在環(huán)氧乙烷工業(yè)衍生物中，乙二醇占有最大的比重，即環(huán)氧乙烷主要是用來制造乙二醇，其次是生產(chǎn)表面活性劑等。此外還用于制造醫(yī)藥、乙醇胺、油品添加劑、農(nóng)藥乳化劑以及殺蟲劑等。環(huán)氧乙烷是重要基本有機(jī)合成原料，用途甚廣，因此世界各國環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量上升較快。目前，在乙烯系列的產(chǎn)品中，環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量僅次于聚乙烯，占第二位。環(huán)氧乙烷的發(fā)展歷史是漫長的。早在1859年，法國化學(xué)家伍爾茲就發(fā)現(xiàn)氯乙醇與堿作用可以生成環(huán)氧乙烷，1925年美國聯(lián)合碳化物公司建立了第一氯醇法環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置，由于此法生產(chǎn)技術(shù)簡單，乙烯消耗定額低等原因，所以被廣泛采用，長時期內(nèi)成為環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的唯一方法，

15、直到50年代中期此法仍占有絕對優(yōu)勢。1938年美國ucc根據(jù)法國催化劑公司lefort研究的乙烯在銀催化劑上直接氧化制環(huán)氧乙烷技術(shù)，建成世界第一套乙烯用空氣直接氧化法工廠。此后，世界上開始大量生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，用環(huán)氧乙烷經(jīng)水合制乙二醇也成為主要的乙二醇生產(chǎn)方法。到50年代，美國科學(xué)設(shè)計(jì)公司（sd）和殼牌公司（shell）相繼開發(fā)了直接氧化法專利技術(shù)，并建立了大型生產(chǎn)裝置，特別后者開創(chuàng)了乙烯用氧氣直接氧化技術(shù)，把環(huán)氧乙烷生產(chǎn)技術(shù)推進(jìn)了很大一步。鑒于乙烯直接氧化法技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)經(jīng)濟(jì)上顯示出優(yōu)越性，經(jīng)典的氯醇法制環(huán)氧乙烷，工業(yè)上曾采用的甲醛與二氧化碳經(jīng)乙醇酸生產(chǎn)乙二醇，乙烯氧化經(jīng)乙醇乙酸鹽生產(chǎn)乙二醇的

16、工藝相繼于60年代到70年代中期全部被淘汰。目前世界均采用乙烯直接氧化法制環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷無催化水合制乙二醇技術(shù)。據(jù)報道，世界發(fā)達(dá)國家不斷擴(kuò)大環(huán)氧乙烷下游產(chǎn)品的生產(chǎn)，發(fā)展中國家主要擴(kuò)大聚酯纖維的生產(chǎn)，美國shell、sd、ucc三家公司壟斷了世界環(huán)氧乙烷、乙二醇生產(chǎn)技術(shù)，它們的專利技術(shù)代表了當(dāng)今世界環(huán)氧乙烷、乙二醇的先進(jìn)水平。從60年代至今，這三家公司為主的各國環(huán)氧乙烷、乙二醇制造商經(jīng)不斷努力開發(fā)科技成果，改進(jìn)了反應(yīng)器換熱技術(shù)、回收精制技術(shù)和三廢處理技術(shù)，并采用了先進(jìn)的自控和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及各類新裝備的應(yīng)用等。其中尤以催化劑技術(shù)的發(fā)展更為突出，環(huán)氧乙烷的初始選擇性不斷提高，使環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝日

17、臻完善，生產(chǎn)工藝更為安全可靠。三家公司通過改進(jìn)載體、比表面、孔結(jié)構(gòu)，在氧化鋁中添加適量金屬氧化物改善載體性質(zhì)，選用以重堿金屬銫為主的助催化劑和改進(jìn)催化劑的制備方法等。相繼開發(fā)成功shell859、s800系列。ucc1285工業(yè)型高性能銀催化劑。環(huán)氧乙烷初始選擇性均達(dá)到80%以上。sd推出了syndex1105工業(yè)催化劑，使環(huán)氧乙烷的初始選擇性為8283%。環(huán)氧乙烷乙二醇工業(yè)通過幾十年的發(fā)展，目前生產(chǎn)技術(shù)日臻完善，但為了適應(yīng)國際上日益增長的原油價格，乙二醇能力可能造成的能力過剩及市場競爭，環(huán)氧乙烷乙二醇生產(chǎn)技術(shù)將以節(jié)能降耗為中心發(fā)展，尤其是開發(fā)高性能新型催化劑。1.2國內(nèi)外環(huán)氧乙烷的市場從發(fā)展

18、趨勢看，1993年后世界環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力雖然余量較大，但亞洲地區(qū)聚酯生產(chǎn)增長幅度較大，需從美國、加拿大和沙特進(jìn)口。10年間，世界環(huán)氧乙烷供求關(guān)系日趨平衡并向生產(chǎn)能力余量較大發(fā)展。我國環(huán)氧乙烷主要用于生產(chǎn)乙二醇，而乙二醇在我國主要用于聚酯纖維生產(chǎn)，由于聚酯纖維工業(yè)發(fā)展迅速，國產(chǎn)乙二醇供不應(yīng)求。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國環(huán)氧乙烷的非乙二醇應(yīng)用比例相對較低。如用我國1993年的數(shù)據(jù)與美國、日本、西歐1991年、1992年的數(shù)據(jù)相比，美國的非乙二醇應(yīng)用占環(huán)氧乙烷消費(fèi)的30.5%、日本為44.9%、西歐達(dá)到60.1%，而我國只有11.8%，與乙二醇相比，環(huán)氧乙烷的非乙二醇應(yīng)用下游的花色品種繁多，增值率高，

19、在國民經(jīng)濟(jì)中與其它行業(yè)的關(guān)系也更加緊密和復(fù)雜，因此比例的增高可以看做是加工深度的結(jié)果。我國的差距如此之大，說明我們在這方面還有許多工作要做，也說明市場的潛力很大的。我國非乙二醇應(yīng)用的各類產(chǎn)品消耗環(huán)氧乙烷的比例也與發(fā)達(dá)國家有很大差異，另外，國內(nèi)環(huán)氧乙烷的非乙二醇產(chǎn)品多數(shù)供不應(yīng)求，每年要大量進(jìn)口。但同時，國內(nèi)的開工率又很低，裝置能力大量閑置。我國化工技術(shù)較落后，許多產(chǎn)品不論是工藝路線還是規(guī)模都低于國際先進(jìn)水平，在質(zhì)量和價格上無法與國外產(chǎn)品競爭。目前工業(yè)上系由環(huán)氧乙烷直接水合生產(chǎn)乙二醇，所以兩個產(chǎn)品大都在同一工廠里生產(chǎn)，從環(huán)氧乙烷合成乙二醇的技術(shù)，是以乙烯和氧為原料，在存在銀催化劑，甲烷致穩(wěn)定氣和二

20、氯乙烷或氯乙烯抑制劑的條件下，直接氧化生成環(huán)氧乙烷，然后環(huán)氧乙烷與水在一定分子比下于管式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行水合反應(yīng)生成乙二醇，其溶液經(jīng)提濃、干燥、精餾分離出環(huán)氧乙烷及其他二元醇副產(chǎn)品。而隨著我省石油化工的發(fā)展，環(huán)氧乙烷供求關(guān)系由緊張轉(zhuǎn)為緩和。遼陽化纖公司可提供1萬噸左右的商品環(huán)氧乙烷，撫順的5萬噸環(huán)氧乙烷，遼化二期工程又增加3萬噸環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)能力。預(yù)計(jì)我省環(huán)氧乙烷產(chǎn)品將大幅度增加。目前我省還有需用環(huán)氧乙烷為原料的化工廠總數(shù)不足20家，主要用于生產(chǎn)各種非離子表面活性劑，少數(shù)用來生產(chǎn)乙二醇單醚溶劑。估計(jì)年消耗量5000噸環(huán)氧乙烷，我省輕工業(yè)系統(tǒng)將在遼陽、鞍山等于“八五”期間建立千噸級的非離子表面活性劑

21、以及工業(yè)表面活性劑為主的合成洗滌劑廠，遼化公司將在遼陽開發(fā)區(qū)籌建環(huán)氧乙烷為原料的精細(xì)化工生產(chǎn)廠，但從總體來看，我省目前環(huán)氧乙烷利用仍主要限于非離子表面活性劑領(lǐng)域，今后尚有許多應(yīng)用領(lǐng)域有待開發(fā)。1.3環(huán)氧乙烷的性質(zhì)及用途1.3.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)環(huán)氧乙烷是由兩個碳原子、四個氫和一個氧原子組成的。因?yàn)樗梢杂梢蚁┭趸频?，所以叫做氧化乙烯。分子式為，分子量?4。 環(huán)氧乙烷是無色的液體。具有醚類的香味。與水和大部分有機(jī)溶劑可以任何比例互溶。比重0.8969（0/4），熔點(diǎn)-111.3沸點(diǎn)10.73，閃點(diǎn)-18，熔點(diǎn)429，自然點(diǎn)571。環(huán)氧乙烷易燃易爆，在空氣中的爆炸范圍為3-100%。在密閉容器

22、中的純環(huán)氧乙烷氣體，用熱鉑絲點(diǎn)火時會發(fā)生爆炸。環(huán)氧乙烷有一定毒性，在空氣中允許濃度為50ppm。1.3.2環(huán)氧乙烷的用途在石油化工中，環(huán)氧乙烷是具有廣泛用途的合成中間體。由環(huán)氧乙烷可以制造一系列重要的化工產(chǎn)品，它在醫(yī)學(xué)和工業(yè)滅菌上的應(yīng)用也十分廣泛。 【別名】氧化乙烯【藥理作用】環(huán)氧乙烷是一種廣譜、高效的氣體殺菌消毒劑。對消毒物品的穿透力強(qiáng)，可達(dá)到物品深部，可以殺滅大多數(shù)病原微生物，包括細(xì)菌繁殖體、芽孢、病毒和真菌。氣體和液體均有較強(qiáng)殺微生物作用，以氣體作用更強(qiáng)，故多用其氣體。目前認(rèn)為，環(huán)氧乙烷殺滅微生物是由于它能與微生物的蛋白質(zhì)，dna和rna發(fā)生非特異性烷基化作用。以蛋白質(zhì)為例，蛋白質(zhì)上的羧

23、基、氨基、硫氫基和羥基被烷基化，使蛋白質(zhì)的正常的生化反應(yīng)和新陳代謝受阻，導(dǎo)致微生物死亡。環(huán)氧乙烷經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成乙二醇，乙二醇也具有一定殺菌作用。 【適應(yīng)癥】 本品在醫(yī)學(xué)消毒和工業(yè)滅菌上用途廣泛。常用于食料、紡織物及其他方法不能消毒的對熱不穩(wěn)定的藥品和外科器材等進(jìn)行氣體熏蒸消毒，如皮革、棉制品、化纖織物、精密儀器、生物制品、紙張、書籍、文件、某些藥物、橡皮制品等。 【用法用量】 因環(huán)氧乙烷易爆易燃,在空氣中濃度超過3可引起燃燒爆炸。一般使用co2或鹵烷作稀釋劑，防止燃燒爆炸，其制劑是10的環(huán)氧乙烷與90的co2或鹵烷混合而成。消毒時必須在密閉容器內(nèi)進(jìn)行。較常用的有固定容器消毒法，消毒袋消毒法，塑料

24、棚幕消毒法和自動控制消毒箱消毒法。上述各種方法都須保證滅菌的可靠性和可重復(fù)性，工作條件對操作人員沒有明顯的危害性。消毒效果與消毒時間、溫度、濕度、污染微生物類型和數(shù)量及環(huán)氧乙烷在消毒溶器中的分壓有關(guān)。溫度升高增強(qiáng)殺菌作用,對大多數(shù)對熱不穩(wěn)定的物品常用溫度約55。干燥微生物必須給予水分濕潤才能殺滅，常用的消毒劑相對濃度4060。消毒時間624h. 【不良反應(yīng)】 環(huán)氧乙烷對人及動物的毒性高于四氯化碳和氯仿，和氨氣相似。本品對眼、呼吸道有腐蝕性，可導(dǎo)致嘔吐、惡心、腹瀉、頭痛、中樞抑制、呼吸困難、肺水腫等，還可出現(xiàn)肝、腎損害和溶血現(xiàn)象。皮膚過度接觸環(huán)氧乙烷液體或溶液，產(chǎn)生灼燒感，出現(xiàn)水皰、皮炎等，若經(jīng)

25、皮吸收可能出現(xiàn)系統(tǒng)反應(yīng)。環(huán)氧乙烷屬烷基化劑，有致癌可能。 【注意事項(xiàng)】 環(huán)氧乙烷對大多數(shù)消毒物品無損害。可破壞食物中的某些成分，如維生素b1、b2、b6和葉酸，消毒后食物中組氨酸、蛋氨酸、賴氨酸等含量降低。鏈霉素經(jīng)環(huán)氧乙烷滅菌后效力降低35，但對青霉素?zé)o滅活作用。因本品可導(dǎo)致紅細(xì)胞溶解、補(bǔ)體滅活和凝血酶原破壞，不能用作血液滅菌。 【外觀】 室溫、常壓下為無色氣體，比空氣重，密度為1.52,具芳香醚味；當(dāng)溫度低于10.8時，氣體液化。無色透明，能與水以任意比例混溶，并能溶于常用有機(jī)溶劑和油脂。1.4 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)方法的比較目前，環(huán)氧乙烷的工業(yè)生產(chǎn)方法有兩種，即氯醇法和直接氧化法。后者根據(jù)氧化劑的

26、不同，又分為空氣氧化法（空氣為氧化劑）和氧氣氧化法（氧氣為氧化劑）。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近些年來世界不少國家正在探索和研究一些新的環(huán)氧乙烷合成方法，但大都處于實(shí)驗(yàn)階段。1.4.1氯醇法在2025 0.26mpa（2.5atm）下進(jìn)行乙烯次氯酸化生成氯乙醇，而后加堿環(huán)化得環(huán)氧乙烷。用氯醇法操作，每生產(chǎn)一噸環(huán)氧乙烷（80%收率）需消耗0.8噸乙烯，2噸氯和1.6噸石灰，同時還生成了3.2噸氯化鈣和0.10.15噸二氯乙烷副產(chǎn)物。以該法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷存在著消耗大量氯，排放大量工業(yè)污水，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等缺點(diǎn)。氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷包括兩個基本反應(yīng)：乙烯與次氯酸反應(yīng)和氯乙醇脫氯化氫反應(yīng)。氯醇法特點(diǎn)：這種生產(chǎn)方法

27、對原料乙烯純度要求不高，對于石油烴裂解氣可不必分離，直接進(jìn)行混合次氯酸化，這樣既省掉分離裝置，又可同時制得環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷，再加上生產(chǎn)流程簡單，容易上馬，因此對于中小型石油化工企業(yè)尚有一定現(xiàn)實(shí)意義。從環(huán)氧乙烷分子的元素組成來看并沒有氯，而實(shí)際生產(chǎn)中卻消耗大量氯來生產(chǎn)氯乙醇，最終氯以氯化物的形式而變成廢料，這樣不但浪費(fèi)氯氣資源，而且污染環(huán)境難于處理，這是該法的致命缺點(diǎn)。另外，在乙烯次氯酸化過程中副產(chǎn)鹽酸，盡管次氯酸化塔采取各種防腐措施，單對設(shè)備建筑物及輔助設(shè)施的腐蝕仍是很嚴(yán)重的。鑒于上述情況，氯醇法逐漸為后來發(fā)展起來的直接氧化法所取代。如美國1960年氯醇法生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷占其總產(chǎn)量的40，到1

28、968年已降至10，只有道化（dow chem）公司還采用氯醇法，而在1971年以后，氯醇法全部被淘汰。1.4.2直接氧化法1931年，美國蘭赫爾提出，于硬質(zhì)玻璃管或石英管中，在300525條件下，用純氧或空氣于乙烯作用能生成環(huán)氧乙烷。因未用催化劑，所以環(huán)氧乙烷選擇性極低，副產(chǎn)物很多。同年法國萊弗特提出，在銀催化劑上，乙烯直接氧化可以制得環(huán)氧乙烷，副產(chǎn)物主要是二氧化碳和水，而醛類只是痕跡量。1937年美國聯(lián)合碳化物公司建立了第一個空氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的試生產(chǎn)裝置，于1938年正式投入生產(chǎn)，但生產(chǎn)不正常，反應(yīng)溫度難于控制，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)低于氯醇法。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直接氧化法得到了不斷發(fā)展。

29、1940年美國科學(xué)設(shè)計(jì)（sd）公司也建立了空氣氧化法的試驗(yàn)裝置，但到1953年才建成年產(chǎn)2.7萬噸空氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工業(yè)裝置。此后，sd空氣氧化法在工業(yè)上被廣泛采用，開始逐步取代一直占優(yōu)勢的氯醇法。1958年美國殼牌開發(fā)公司發(fā)展了氧氣氧化法。在wyandotte化學(xué)公司建立了年產(chǎn)近2萬噸的第一個氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷裝置。開始時氧氣氧化法并不十分完善，經(jīng)不斷改進(jìn)，到1960年以后，氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷裝置才日益增多起來。由于氧氣氧化法使生產(chǎn)得到強(qiáng)化，乙烯消耗定額低，且廉價純氧易得等原因，故被廣泛應(yīng)用。此外空氣氧化法與氧氣氧化法也有區(qū)別。為便于空氣氧化法和氧氣氧化法的比較，先介紹一些典型

30、的生產(chǎn)工藝流程。直接氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的具體工藝流程已發(fā)展了好多種?？諝庋趸v史較長，最早使用的是美國聯(lián)合炭化公司的方法，簡稱u.c.c法。到五十年代，美國科學(xué)設(shè)計(jì)公司的空氣氧化法，簡稱s.d.法，被廣泛采用。其它一些國家相繼也發(fā)展了自己的空氣氧化法技術(shù)，如日本觸媒化學(xué)工業(yè)公司的空氣氧化法，西德虛爾斯法，意大利斯耐姆法和蒙特卡第尼法等。在氧氣氧化法中，最早使用的是美國殼牌公司開發(fā)的方法，簡稱shell法，由于氧氣氧化法在技術(shù)上較空氣法更為先進(jìn)，所以不少公司也發(fā)展了自己的氧氣氧化法技術(shù)，如s.d.氧氣氧化法，日本化學(xué)觸媒工業(yè)公司氧氣氧化法，意大利斯耐姆氧氣氧化法。 兩種方法都可分為兩個部分氧化

31、與提純，兩部分之間都是由循環(huán)使用的環(huán)氧乙烷吸收劑而連通。環(huán)氧乙烷在氧化部分生成并吸收于吸收劑中，轉(zhuǎn)送到提純部分，在此精制為成品環(huán)氧乙烷。 兩種方法都為了獲得高選擇性，乙烯的單程轉(zhuǎn)化率必須保持很低，這就是說反應(yīng)器出來的氣體中還含有相當(dāng)數(shù)量的乙烯，因此兩種方法都采用氣體循環(huán)操作。因?yàn)榄h(huán)氧乙烷能進(jìn)一步氧化為二氧化碳和水，所以循環(huán)氣體去反應(yīng)器之前也都必須經(jīng)吸收塔將環(huán)氧乙烷除去。 兩種方法的提純部分是相同的，其區(qū)別只是在氧化部分。設(shè)備數(shù)目多，流程較長占地面積較大。此外，該法中乙烯損失較氧氣氧化法大，每噸環(huán)氧乙烷消耗11.1噸乙烯。氧氣氧化法設(shè)備數(shù)目較少，流程較短，設(shè)備及建廠投資較空氣法少15%。如包括空

32、氣分離裝置在內(nèi)則其建廠投資高于空氣法10%。此外，氧氣氧化法要求純氧及較高的乙烯進(jìn)料濃度，但反應(yīng)溫度比空氣法低10左右，催化劑壽命較長，該法對乙烯消耗定額為0.95噸。在固定床反應(yīng)器中乙烯和純氧在銀催化劑表面上，直接反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷，反應(yīng)器由殼程的水汽化和致穩(wěn)氣帶走。n2作為致穩(wěn)氣用來稀釋乙烯與氧氣的混合濃度，使該三元混合物的濃度保持在爆炸范圍以外，用二氯乙烷作抑制劑，抑制副反應(yīng)，控制主反應(yīng)的選擇性。生成的環(huán)氧乙烷經(jīng)乙二醇水溶液吸收、閃蒸、再吸收解吸（去脫除co2等雜質(zhì)），生成的環(huán)氧乙烷水溶液送入環(huán)氧乙烷汽提塔及其精制塔，以除去二氧化碳等微量雜質(zhì)，得到環(huán)氧乙烷產(chǎn)品。由上述可知，對于大規(guī)模的環(huán)氧

33、乙烷生產(chǎn)裝置，一般采用氧氣法，對于有充足純氧源供應(yīng)的建廠地亦應(yīng)優(yōu)先發(fā)展氧氣法，中等規(guī)模的生產(chǎn)裝置要因地制宜盡量優(yōu)先發(fā)展氧氣法。而對于無充足氧供應(yīng)的小規(guī)模生產(chǎn)裝置，一般采用空氣法，對其具體分析，因地制宜決定生菜方法的采用。這就是生產(chǎn)方法的選用依據(jù)。第2章 生產(chǎn)概述本次設(shè)計(jì)的環(huán)氧乙烷裝置的主要設(shè)備有反應(yīng)器，壓縮機(jī)，吸收塔，汽提塔，排氣塔，氣氣換熱器，其年設(shè)計(jì)能力為6.44萬噸環(huán)氧乙烷，設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時間為7600小時/年。本次采用氧氣法進(jìn)行環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，以氧氣作為氧化劑，乙烯在20atm（表壓），270下通過銀催化劑的固定床反應(yīng)器直接氧化生成環(huán)氧乙烷。將環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)分為三個系統(tǒng)，反應(yīng)系統(tǒng)，回收系統(tǒng)和

34、二氧化碳的脫除系統(tǒng)。環(huán)氧乙烷的反應(yīng)系統(tǒng)：反應(yīng)系統(tǒng)是以一個循環(huán)過程來操作的，以乙烯和氧氣為原料使用氮?dú)庵路€(wěn)，采用三臺反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行。外界貯罐的乙烯在過濾器（s-102a/b）中過濾，再經(jīng)換熱氣（e-120）預(yù)熱，然后按照一定的路線進(jìn)到脫硫床（r-110）脫硫床中的乙烯在流量控制條件下進(jìn)行乙烯混合器（u-102）與從環(huán)氧乙烷吸收塔頂部分離器（s-111）分離的循環(huán)氣進(jìn)行混合，乙烯混合器中的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)（c-103）由壓縮機(jī)進(jìn)入氧氣混合器（u-101）。從外界接受來的氧氣進(jìn)料通過過濾器（x-140a/b）之后在流量控制下進(jìn)入氧氣混合器（u-101）。為了能在進(jìn)料之后和開車期間可靠地對氧氣混合器進(jìn)行

35、惰性氣體吹掃，一個高壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)（c-102）及氮?dú)獯祾吖蓿╮-102）聯(lián)結(jié)在緊靠氧氣混合器上游的氧氣進(jìn)料線上。為了控制循環(huán)氣體中二氧化碳的濃度，一股循環(huán)氣的分支物流被送往二氧化碳脫除工段經(jīng)氧氣混合器出來的氣體中含有需要量的氧氣和乙烯，分成三股物流分別經(jīng)過循環(huán)氣交換器（e-114b，e-114a，e-116）的管程進(jìn)行加熱后進(jìn)入三臺反應(yīng)器（k-111，k-112，k-116）。在反應(yīng)器的殼程進(jìn)行換熱后的（e-303）鍋爐給水（bw）汽化來撤出反應(yīng)熱從而控制反應(yīng)溫度。含有2.08%分子比環(huán)氧乙烷的反應(yīng)器和氣體進(jìn)入附帶的循環(huán)氣/鍋爐給水預(yù)熱器（e-111，112和113）爾后反應(yīng)器出口氣體循環(huán)氣換

36、熱器的殼程，與反應(yīng)器入口氣體換熱被進(jìn)一步冷卻下來。之后三臺循環(huán)氣換熱器中的氣體被合并成一股物流進(jìn)入循環(huán)氣冷卻器（e-115a/b）進(jìn)行最后的冷卻。本反應(yīng)使用一種氣相狀態(tài)的抑制劑（1.2二氯乙烷，edc）來控制反應(yīng)活性，循環(huán)氣在u-101和e-114之間分叉轉(zhuǎn)向壓入裝有液體二氯乙烷的接受容器（r-104）使這股循環(huán)氣二氯乙烷濃度達(dá)到飽和，然后在u-102和循環(huán)壓縮機(jī)（c-103）吸入之間再進(jìn)入反應(yīng)氣中。反應(yīng)進(jìn)料不是絕對純凈的，而是含有一些雜質(zhì)，因此有必要從分離器中（s-111）下部定期排放惰性組分。環(huán)氧乙烷的回收系統(tǒng)從冷卻器（e-115a/b）來的反應(yīng)氣體進(jìn)入環(huán)氧乙烷吸收塔（d-111）底部，使

37、用從環(huán)氧乙烷汽提塔（d-111）底部過來的乙二醇水溶液及從泵（p-321）過來的工藝水進(jìn)行吸收，保證吸收液濃度恒在7.5%（wt），被吸收下來的粗環(huán)氧乙烷按一定路線進(jìn)行氧化物/水閃蒸罐（r-120）進(jìn)一步閃蒸出惰性氣體，然后經(jīng)換熱器（e-201）進(jìn)入環(huán)氧乙烷汽提塔（d-221）使環(huán)氧乙烷與水進(jìn)行分離。環(huán)氧乙烷蒸汽從塔頂出來經(jīng)冷卻器（e-225a，b， e-226）進(jìn)行連續(xù)冷凝后收集在回流罐（s-226）中，（s-226）中環(huán)氧乙烷用泵（p-225）打出一部分返回（d-221）塔頂做回流用，另一部分送往排氣塔（d-231）中除二氧化碳，（d-231）塔底用再沸器（e-231）加熱，塔底不含二氧化

38、碳的環(huán)氧乙烷經(jīng)冷卻器（e-232）冷卻后用泵（p-231）送到環(huán)氧乙烷儲罐（r-226）。環(huán)氧乙烷汽提塔頂中未被吸收下來的環(huán)氧乙烷以及其它惰性組分經(jīng)塔頂分離器（s-111）進(jìn)一步分離后送往乙烯混合器（u-102）中循環(huán)使用。二氧化碳脫除系統(tǒng)來自循環(huán)氣壓縮機(jī)（c-103）的一股氣流和尾氣壓縮機(jī)（c-120）出口的氣流合為一股進(jìn)入二氧化碳吸收塔（d-510）的底部，與從塔頂向下流動的吸收劑在填料上充分接觸吸收后，進(jìn)入二氧化碳水洗塔（d-500）通過填料層和破沫器，除掉氣流中夾帶的微量碳酸鹽微粒，以防止這些物質(zhì)被帶如反應(yīng)器造成催化劑中毒。這股氣流在（d-510）和（d-500）中經(jīng)過吸收，洗滌和冷卻

39、后返回到循環(huán)氣中與主流的氣體在氧氣混合站上部混合。從二氧化碳吸收塔（d-510）頂部流下的二氧化碳吸收劑在與循環(huán)氣接觸后完成二氧化碳的吸收后由（d-510）底部，靠壓差為動力進(jìn)入閃蒸罐（r-511）中，這時的吸收劑被稱為富吸收劑，富吸收劑在閃蒸罐（r-511）中進(jìn)行減壓閃蒸，閃蒸出來的氣體進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)吸入罐（r-125）中經(jīng)尾氣壓縮機(jī)（c-120）壓縮后進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。閃蒸后的吸收劑流向二氧化碳再生塔（d-520）的頂部，經(jīng)過再沸器（e-521）加熱后將吸收的二氧化碳釋放出來排放到大氣中。再生后的吸收劑被稱為貧吸收劑。貧吸收劑集于再生塔（d-520）底部在此被分為三股，一股經(jīng)（e-521）加熱

40、循環(huán)，一股經(jīng)泵（p-530）在過濾器（s-501）中過濾，循環(huán)，一股進(jìn)入貧吸收劑閃蒸罐（r-523）中再次閃蒸后由貧吸收劑泵（p-526a/b）把它打回吸收塔（d-510）中進(jìn)行循環(huán)。水洗塔（d-500）有兩個循環(huán)回路來清除氣體物流中的碳酸鹽，用二氧化碳水洗塔下部循環(huán)泵（p-502a）把塔底的液體抽出來經(jīng)一個冷卻器（e-501）送到下部填料段的頂部。用二氧化碳水洗塔上部循環(huán)泵（p-503）從上部填料段的頂部。兩個循環(huán)泵系統(tǒng)備用一臺公用的泵（p-502b）高壓工藝水（pw）通過一個流量控制器補(bǔ)充到上部的循環(huán)回路中，以便控制水洗塔中的鹽的濃度。用二氧化碳吸收劑罐（r-537）和二氧化碳吸收劑池作為

41、二氧化碳脫除系統(tǒng)運(yùn)行的備用。不論是哪個設(shè)備都使用65kgf/cm2壓力蒸汽的蛇管進(jìn)行加熱以防在環(huán)境溫度下結(jié)冰，用貧吸收劑過濾器循環(huán)泵（p-530）和二氧化碳吸收劑池泵（p-538）在系統(tǒng)和貯存之間進(jìn)行吸收劑輸送。第3章 原材料、公用工程及主要產(chǎn)品規(guī)格3.1原料規(guī)格乙烯狀態(tài)：氣體壓力：2.35mpa（2.94 mpa）溫度：常溫乙烯含量： 99.90 wt 甲烷含量： 0.05 wt 乙炔含量： 5 ppm wtco2含量： 5 ppm wtco含量： 5 ppm wth2含量： 1 ppm wto2含量： 1 ppm wt硫含量： 1 ppm wt （以h2s）計(jì)甲醇含量： 10 ppm wt

42、總飽和烴含量：1000 ppm wt其他烯烴含量：50 ppm wt（以丙烯）計(jì)在常壓下露點(diǎn)為-60氧氣-氧化劑狀態(tài)：氣體壓力：2.45mpa2.55mpa（3.2 mpa）溫度：常溫氧含量99.5 vn2+惰性氣體含量0.00 v二氯乙烷-抑制劑狀態(tài)：透明液體色澤：3540 apha值比重d2020=1.2541.257流程：常壓下83.60.75折光率：1.445二氯乙烷含量：大于等于99.5 wt%酸度小于等于20ppmwt水含量小于等于0.04 wt%非揮發(fā)物小于等于0.00127克/100ml氫氧化鈉溶液外觀狀態(tài)：透明淡乳白液體顏色：無比重：d=1.537氫氧化鈉含量：4.051.0

43、1 wt%氯化鈉含量：小于等于0.12 wt%硫酸鈉含量：微量氯酸鈉含量小于等于0.02wt%碳酸鈉含量小于等于0.7wt%碳酸鉀-二氧化碳吸收劑狀態(tài)：固體顏色：乳白色比重：d=2.29碳酸鉀含量大于等于98.5 wt%氯化鉀含量小于等于0.5 wt%氯酸鉀，硫酸鉀，氧化鈉，鐵+鎳，水中不溶物：微量消泡劑a. 用于環(huán)氧乙烷吸收塔 名稱：sag10，sag470類型：有機(jī)硅液體化合物狀態(tài)：不透明的（無光澤）白色乳液氣味：無比重：d=0.991.00有效成分含量：10 wt%20時水中溶解性：不溶b. 用于碳酸鹽溶液名稱vcon50hb5100類型：聚烷撐二醇狀態(tài)：透明液體氣味：特有的輕微氣味比重

44、：d=1.0511.06320時水中溶解性：完全溶解沸點(diǎn)：常溫下200氮?dú)?致穩(wěn)氣 狀態(tài)：氣體 溫度：常溫 壓力：1.5mpa 氮?dú)夂浚?9.99v% 氧氣含量：小于等于20ppmv3.2 公用工程技術(shù)觀察公用工程技術(shù)觀察見表3-1和續(xù)表3-1表3-1 公用工程技術(shù)觀察表名稱技術(shù)要求數(shù)量備注vs高壓蒸汽80120 kg/cm25t/h開工用ms過熱中壓蒸汽34 kg/cm222t/h開工用bs飽和中壓蒸汽33 kg/cm211t/h自產(chǎn)ps飽和中壓蒸汽11 kg/cm2自產(chǎn)as低壓蒸汽6.5 kg/cm211t/h表3-1 公用工程技術(shù)觀察表(續(xù))cw循環(huán)冷卻水304600t/hrw原水15

45、170t/hpw脫鹽水34bw鍋爐水10532.5t/h3.3 產(chǎn)品規(guī)格 環(huán)氧乙烷 eo 狀態(tài)：透明液體 顏色：小于等于5apha值 比重：0.8836 eo含量大于等于99.99%wt 二氧化碳含量小于等于10ppmwt 水含量小于等于50ppmwt 醛（乙醛）：小于等于10ppmwt 酸度（乙酸）：小于等于20ppmwt第4章 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的安全分析與評價環(huán)氧乙烷是具有廣泛用途的有機(jī)合成原料。從20世紀(jì)70年代至今我國已從國外引進(jìn)了10套以乙烯和氧氣為主要原料生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的裝置。這些裝置的生產(chǎn)工藝是在混合氣體的爆炸極限區(qū)邊緣控制操作,在較高壓力和溫度下進(jìn)行強(qiáng)放熱的化學(xué)反應(yīng)。所使用的原料

46、、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品和副產(chǎn)品,如乙烯、環(huán)氧乙烷等,都是易燃、易爆和有毒有害物質(zhì),具有自燃點(diǎn)低、爆炸極限寬等特點(diǎn)。如何預(yù)防爆炸是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中的一個突出的問題。本文首先采用道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法,對某公司環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的最終危險度進(jìn)行分級;然后應(yīng)用事故樹分析方法,詳細(xì)分析了該系統(tǒng)反應(yīng)過程中由于氧濃度達(dá)到爆炸極限而可能產(chǎn)生的重大火災(zāi)爆炸事故;最后運(yùn)用事件樹分析方法具體分析了可能發(fā)生的所有事故的起因、發(fā)展和結(jié)果,為進(jìn)一步采取安全措施提供了可靠的依據(jù)。4.1 工藝流程簡述原料乙烯、氧氣和循環(huán)氣經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)器,在銀觸媒作用下進(jìn)行如下主要反應(yīng)。 （1） （2）由反應(yīng)式可知,反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的是強(qiáng)

47、放熱化學(xué)反應(yīng),特別是反應(yīng)放熱量是式（1）反應(yīng)放熱量的10倍之多。操作稍有不慎,即可加速式的反應(yīng),引發(fā)溫度驟升,造成燃燒;或者操作條件波動,使反應(yīng)進(jìn)入爆炸極限區(qū)域內(nèi),引發(fā)重大事故的發(fā)生。國內(nèi)很多裝置的此反應(yīng)器爆炸事故,大都因氧氣加入量導(dǎo)致氧和乙烯比例進(jìn)入爆炸極限區(qū)而發(fā)生。 圖4-1 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝流程圖圖4-1為環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝流程圖。乙烯(99.95%)和氧氣(99.95%)按一定比例,在260,壓力2mpa,氣相狀態(tài),ag觸媒作用下,反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷。環(huán)氧乙烷經(jīng)水吸收塔吸收與氣相分離。未被吸收的氣相經(jīng)二氧化碳吸收塔除去反應(yīng)生成的二氧化碳后,再經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)加乙烯、氧氣后重新返回乙烯氧化反應(yīng)

48、器再反應(yīng)。4.2 道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)的計(jì)算道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法中,首先要選取工藝單元，根據(jù)單元內(nèi)的危險物質(zhì)及生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，確定合適的危險系數(shù)；最后計(jì)算出火災(zāi)、爆炸指數(shù)，再根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)確定評價單元的危險度等級。在本文評價的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置中，由于乙烯氧化器的操作壓力大，操作溫度高，存在的危險物質(zhì)多，因此確定乙烯氧化反應(yīng)器為評價的工藝單元。表4-1 f&ei及危險等級表f&ei值危險等級f&ei值危險等級1 60最輕128 158很大61 96較輕159非常大97 127中等如表4-1所示，乙烯氧化反應(yīng)器中的重要物質(zhì)為乙烯、環(huán)氧乙烷和甲烷。結(jié)合評價單元物質(zhì)系數(shù)和工藝系數(shù)的

49、選取原則，經(jīng)計(jì)算，可得乙烯氧化反應(yīng)器的火災(zāi)、爆炸指數(shù)f&ei=148。根據(jù)f&ei值與危險程度之間的關(guān)系可知,乙烯氧化反應(yīng)器的火災(zāi)、爆炸危險很大。4.3 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的事故樹分析僅用上述的道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法評價只能得到裝置的危險程度，而不能減少裝置危險性。對于像乙烯氧化反應(yīng)單元這樣危險等級較大的評價單元，應(yīng)進(jìn)一步綜合運(yùn)用其他的安全分析方法開展更為全面和深入的事故分析。表4-2 乙烯氧化反應(yīng)器火災(zāi)、爆炸指數(shù)f&ei計(jì)算表項(xiàng)目系數(shù)取值說明計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果物質(zhì)系數(shù)mfmf（乙烯）=24；mf（環(huán)氧乙烷）=29；mf（甲烷）=21，根據(jù)混合物的物質(zhì)系數(shù)選取原則，以組成大于5的乙烯

50、作為評價該單元的物質(zhì)系數(shù)即mf=24mf=24一般工藝危險系數(shù)f1基本系數(shù)：1.00f1=基本系數(shù)+放熱反應(yīng)系數(shù)+通道系數(shù)=1.70放熱反應(yīng)系數(shù)：該反應(yīng)屬中等放熱反應(yīng)，故取0.50通道系數(shù)：因周圍通道設(shè)計(jì)較好故取0.20特殊工藝危險系數(shù)f2基本系數(shù)：1.00f2=基本系數(shù)+毒性物質(zhì)系數(shù)+單元操作狀況系數(shù)+壓力釋放系數(shù)+易燃物質(zhì)和不穩(wěn)定物質(zhì)的數(shù)量系數(shù)+轉(zhuǎn)動設(shè)備系數(shù)=3.63毒性物質(zhì)系數(shù)：以物質(zhì)毒性系數(shù)最高的物質(zhì)為準(zhǔn)，故取0.6單元操作狀況系數(shù)：本單元操作在爆炸極限區(qū)附近進(jìn)行故取0.8壓力釋放系數(shù)：操作壓力系數(shù)為0.52，卸壓裝置設(shè)定系數(shù)為0.56；壓縮氣體修正系數(shù)為1.2；故單元實(shí)際危險系數(shù)為（

51、0.521.2）（0.520.56）=0.58表4-2 乙烯氧化反應(yīng)器火災(zāi)、爆炸指數(shù)f&ei計(jì)算表(續(xù))項(xiàng)目系數(shù)取值說明計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果易燃物質(zhì)和不穩(wěn)定物質(zhì)的數(shù)量系數(shù)：計(jì)算出單元內(nèi)可燃物料的總?cè)紵禐?01104，單元物質(zhì)危險系數(shù)為0.15轉(zhuǎn)動設(shè)備系數(shù)：軸功率1726kw的大型循環(huán)壓縮機(jī)，故取0.5工藝單元危險系數(shù)f3f3=f1f2=1.703.63=6.17火災(zāi)爆炸指數(shù)f&eif&ei=f3mf=6.1724=148應(yīng)用事故樹分析方法，能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)固有的或潛在的危險因素，明確系統(tǒng)的缺陷,對導(dǎo)致災(zāi)害事故的各種因素及其邏輯關(guān)系做出全面、簡潔、形象的描述。因此,在應(yīng)用道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)

52、評價法評價后,對于危險等級較大的單元,事故樹分析方法是能夠準(zhǔn)確找出危險因素的最為常用的方法,也是風(fēng)險評估中最有用的技術(shù)之一。4.3.1 繪制事故樹首先,根據(jù)優(yōu)先考慮危險性大的事故的原則確定頂上事件，從這一頂上事件開始，采用演繹分析方法逐層向下找出直接原因事件，直到所有最基本的事件為止；然后,再用表示每一層事件的輸入(原因)與輸出(結(jié)果)之間邏輯關(guān)系的邏輯門(與門、或門)將各事件連接起來:這樣就繪制出了一個事故樹。在本文所評價的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程中，發(fā)生爆炸的主要危險是發(fā)生異常化學(xué)反應(yīng)(可燃?xì)怏w與氧的混合物發(fā)生爆燃)，壓力超過設(shè)備允許的壓力范圍而引起的?；旌峡扇?xì)怏w爆炸濃度的上下限與混合氣體的溫度

53、、壓力、組分有關(guān)。如壓力上升，爆炸極限的上下限都將擴(kuò)大；溫度升高,則下限將擴(kuò)大。惰性氣體減少或循環(huán)氣減少都導(dǎo)致混合氣中氧的濃度增大。因此，對于與爆炸范圍相關(guān)連的溫度、壓力和組分變化，必須嚴(yán)格設(shè)定值控制，避開爆炸范圍；否則就導(dǎo)致生產(chǎn)過程處于危險狀態(tài)。這種危險主要是反應(yīng)氣體中氧的濃度達(dá)到爆炸極限，在點(diǎn)火源的存在下發(fā)生燃燒或爆炸。因此,控制氧氣濃度，使所有混合氣、循環(huán)氣都處在爆炸范圍之外，成為主要安全措施。經(jīng)分析可繪制出本系統(tǒng)的事故樹。4.3.2 求最小割集和最小徑集凡能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合稱為最小割集。根據(jù)“或門”的輸入事件用邏輯加表示,“與門”的輸入事件用邏輯積表示的原則,

54、并運(yùn)用布爾代數(shù)的運(yùn)算定律,由圖4-1可知g1=g2g3=(x1+x2)(g4+g5)=(x1+x2)(x3+x4+x5+x6+g6+g7)=(x1+x2)(x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11)將上式乘積項(xiàng)展開可得最小割集為: x1x3,x1x4,x1x5,x1x6,x1x7,x1x8,x1x9,x1x10,x1x11,x2x3,x2x4,x2x5,x2x6,x2x7,x2x8,x2x9,x2x10,x2x11,凡是不能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合叫最小徑集。利用最小徑集與最小割集的對偶性,首先畫出事故樹的對偶樹,即成功樹,就是將事故樹的“與門”全部換成“或門

55、”,“或門”全部換成“與門”,并把全部事件的發(fā)生變成不發(fā)生,經(jīng)過這樣轉(zhuǎn)換后的樹形就是原來事故樹的成功樹然后求成功樹的最小割集,就是原事故樹的最小徑集。用右上角帶撇的符號來表示成功樹中與原事故樹相對應(yīng)的元素,如g1與g1相對應(yīng),再將上式的邏輯加換成邏輯積邏輯積換成邏輯加，則可以得到如下的式子。g1=g2+g3=x1x2+g4g5=x1+x2+x3x4x5x6g6g7=x1x2+x3x4x5x6x7x8x9x10x11 因此,最小徑集為: x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x114.3.3 基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)構(gòu)重要度分析,就是不考慮基本事件發(fā)生的概率是多少，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的發(fā)生對頂上事件發(fā)生的影響程度。通過結(jié)構(gòu)重要度分析，可以定性地討論出各基本事件對頂上事件所產(chǎn)生的不同的影響程度，因而在制定安全措施時就可以分辨出各基本事件的先后順序，輕重緩急，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、有效。 利用最小割集可近似判斷各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度大小。 在本文評價系統(tǒng)的最小割集中，每個最小割集都有且僅有2個基本事件，且x1和x2各出現(xiàn)9次，其余事件各出現(xiàn)2次。根據(jù)“僅出現(xiàn)在同一個最小割集中的所有基本事件結(jié)構(gòu)重要度相等”以及“僅出現(xiàn)在基本事件個數(shù)相等的若干個最小割集中的各基本事件結(jié)構(gòu)重要度依出現(xiàn)次數(shù)而定，出現(xiàn)次數(shù)少，其結(jié)構(gòu)重要度小;出現(xiàn)次數(shù)多,其結(jié)構(gòu)重要度大;出現(xiàn)次