(完整版)年產(chǎn)3萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

1、年產(chǎn) 3 萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)Process design of ethylene oxide with annualoutput of 30kt目錄摘要： .Abstract:.引言.第一章工藝概述 .1.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì) .1.1.1環(huán)氧乙烷的物理性質(zhì) .1.1.2環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì) .1.2環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 .1.3環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向 .1.3.1生產(chǎn)技術(shù) .1.3.2技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 .1.4環(huán)氧乙烷的市場需求狀況 .1.5生產(chǎn)方法的評(píng)述及選擇 .1.5.1氯醇法 .1.5.2直接氧化法 .1.6環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理 .1.6.1氧化反應(yīng)原理 .1.6.2二氧化碳脫除

2、原理 .1.7設(shè)計(jì)方案簡介 .1.8生產(chǎn)中注意事項(xiàng) .錯(cuò)誤！未定義書第二章物料衡算 .錯(cuò)誤！未定義書2.1物性數(shù)據(jù) .錯(cuò)誤！未定義書2.2 設(shè)計(jì)依據(jù) .錯(cuò)誤！未定義書2.3循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 .錯(cuò)誤！未定義書2.3.1計(jì)算依據(jù) .錯(cuò)誤！未定義書2.3.2混合器 .錯(cuò)誤！未定義書2.3.3反應(yīng)器 .錯(cuò)誤！未定義書第三章 熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書3.1反應(yīng)器的熱量衡算 .錯(cuò)誤！未定義書第四章設(shè)備計(jì)算 .錯(cuò)誤！未定義書4.1反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算 .錯(cuò)誤！未定義書4.2確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸 .錯(cuò)誤！未定義書4.3床層壓力降的計(jì)算 .4.4傳熱面積的核算 .4.5反應(yīng)器塔徑的確定 .4.6環(huán)氧乙烷吸收塔

3、的確定 .4.7CO 2 吸收塔的確定 .結(jié)論致謝.錯(cuò)誤！未定義書參考文獻(xiàn) .附錄.附錄 A 工藝流程圖 .附錄 B 設(shè)備圖 .年產(chǎn) 3 萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)摘要 ：本文是對(duì)年產(chǎn) 3 萬噸環(huán)氧乙烷合成工段的工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)簡單介紹了環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用、性質(zhì)、主要用途、生產(chǎn)現(xiàn)狀、工業(yè)生產(chǎn)方法和發(fā)展趨勢，認(rèn)真比較眾多生產(chǎn)方法并確定了用乙烯氧氣直接氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法，并敘述了生產(chǎn)原理、工藝流程。對(duì)主要設(shè)備如混合器、反應(yīng)器等進(jìn)行物料衡算，對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)備計(jì)算和校核，確定操作參數(shù)、設(shè)備類型，使用CAD繪制相應(yīng)的工藝流程圖，最后得出設(shè)備

4、參數(shù)。關(guān)鍵詞： 環(huán)氧乙烷；工藝流程；反應(yīng)器；物料衡算Process design of ethylene oxide with annualoutput of 30ktAbstract: The process of ethylene oxide with annual output of 30,000 tons was designed in this paper. The process design of this essay introduced the epoxy ethanes properties, main uses, production situation, and poi

5、nt out the position and role of the epoxy ethane in national economy environment, in the main while it is analysis the industrial production method and development trend of epoxy ethane in the future. In this essay it is carefully compare many production methods and finally to choose the oxygen dire

6、ct oxidation process method in the production of epoxy ethane with ethylene. And it is also describes the production principle and the production process. The material balance carries on the main equipment such as mixer, reactor and so on.Then carry on the make sure the operating parameters, decide

7、the equipment type, and use of CAD drawing of the corresponding process flow diagram, at last to obtain the device parameters .Key words : epoxyethane;process;reactor;material balance引言環(huán)氧乙烷是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，也是一種基本有機(jī)化工原料，用途很多，廣泛用于生產(chǎn)乙二醇、非離子表面活性劑、乙醇胺、乙二醇醚溶劑、醫(yī)藥中間體、油田化學(xué)品、農(nóng)藥乳化劑等各種精細(xì)化學(xué)品。環(huán)氧乙烷的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，最早

8、的工業(yè)化生產(chǎn)方法是氯醇法，由于其存在腐蝕設(shè)備、 污染環(huán)境和耗氯量大等一系列問題，現(xiàn)在己基本上被淘汰了，取而代之的是直接氧化法。直接氧化法又分為空氣氧化法和氧氣氧化法，其主要區(qū)別在于乙烯的氧化劑各不相同。在環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)發(fā)展過程中，生產(chǎn)技術(shù)和工藝過程都有不斷的改進(jìn)和革新，到目前為止，世界上幾乎所有的環(huán)氧乙烷都是用乙烯直接 氧化法生產(chǎn)的。直接氧化法中，首先出現(xiàn)的是空氣氧化法，而后氧氣氧化法問世，二者并行，近幾十年來，許多廠家都采用氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，因?yàn)檠鯕庋趸ú恍枰諝鈨艋到y(tǒng)，并且氧氣氧化法的環(huán)氧乙烷收率高于空氣氧化法，乙烯單耗較低。由于用純氧作氧化劑，連續(xù)引入系統(tǒng)的惰性氣體大為減少，未

9、反應(yīng)的乙烯基本上可完全循環(huán)使用1。第一章 工藝概述1.1 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)1.1.1 環(huán)氧乙烷的物理性質(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：C2H 4O，分子量：44.05，沸點(diǎn)：10.4，熔點(diǎn)：-112.2，蒸汽壓： 145.91kPa20。相對(duì)密度 (水)=1：0.87，相對(duì)密度 (空氣 )=1：1.52。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)）為 2.6% 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。環(huán)氧乙烷易自聚，尤其當(dāng)有鐵、酸、

10、堿、醛等雜質(zhì)或高溫下更是如此，自聚時(shí)放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持在 0以下。1.1.2 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)非常活潑，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。當(dāng)用甲醇、乙醇、丁醇等低級(jí)醇與環(huán)氧乙烷作用時(shí)，分別生成乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚。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。與氫鹵酸作用，環(huán)氧乙烷與氫鹵酸在室溫或更低的溫度下反應(yīng)，生成鹵醇，可用于定量分析環(huán)氧乙烷及環(huán)

11、氧乙烷型化合物。與氨反應(yīng)可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。環(huán)氧乙烷本身還可開環(huán)聚合生成聚乙二醇。1.2 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。從全球來看，環(huán)氧乙烷主要用作化學(xué)中間體，它主要消費(fèi)于乙二醇，全球環(huán)氧乙烷產(chǎn)量的60% 都轉(zhuǎn)變?yōu)橐叶迹?乙二醇可進(jìn)一步加工成聚酯纖維和樹脂。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）。環(huán)氧乙烷的第二大銷量是用于洗滌劑的產(chǎn)品。其它環(huán)氧

12、乙烷的衍生產(chǎn)品有乙醇胺、溶劑、乙二醇醚類等。環(huán)氧乙烷也用作熏蒸消毒殺蟲劑、殺菌劑以及醫(yī)療器械的消毒劑。2003 年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為1593.4 萬噸。 19982003 年年均消費(fèi)增長率達(dá)到 5.6% ，預(yù)計(jì) 2003 2008 年和 2008 2013 年又分別以 4.6% 和3.4% 速率遞增，即到2008 年和 2013 年全球環(huán)氧乙烷需求量將分別達(dá)到1995.2 萬噸和 2358.2 萬噸。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。隨著大規(guī)模引進(jìn)環(huán)氧乙烷裝置的建成和

13、投產(chǎn)，加上環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，國內(nèi)小規(guī)模的氯醇法環(huán)氧乙烷裝置已無生命力，于 1993 年下半年淘汰。 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2-3。1.3 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向1.3.1 生產(chǎn)技術(shù)1922 年 UCC( 聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。1938 年又建成了首套乙烯空氣氧化法工業(yè)裝置。1958 年 Shell(殼牌公司 )建成首套乙烯氧氣氧化法工業(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。Shell、SD 和 UCC 三家公司的乙

14、烯氧化技術(shù)水平基本接近，但技術(shù)上各有特色。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 2、環(huán)氧乙烷回收組成，但抑制劑選擇、工藝流程上略有差異。目前國內(nèi)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)廠家均采用乙烯氧氣氧化法生產(chǎn)技術(shù)，基本為引進(jìn)技術(shù)。1.3.2 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。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。高活性催化劑系列產(chǎn)品為S860、S861、S862、S863，具有初始反應(yīng)溫度低 (218 225)、初始選擇性高 (81% 83%) 、活性和選擇性下降速率慢等

15、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。高選擇性催化劑系列產(chǎn)品為 S879、S882，催化劑初始選擇性分別為 85% 和 88% 。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。研制的催化劑在反應(yīng)溫度232 255時(shí)，催化劑的環(huán)氧乙烷選擇性可達(dá) 81.9% 84.6%。UCC 公司報(bào)道了一系列催化劑研制專利，

16、 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 B B 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。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)1.512mgg，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 37.4mgg，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)96.6% 4。1.4 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 。20 世紀(jì) 70 年代我國開始引進(jìn)以生產(chǎn)聚酯原料乙二醇為目的產(chǎn)物的環(huán)氧乙烷乙二醇聯(lián)產(chǎn)裝置，我國 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

17、置。 2003 年我國 EO 生產(chǎn)能力約為 1200kta。隨著我國聚酯與表面活性劑等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，EO 遠(yuǎn)不能滿足市場需求，因此有多家企業(yè)計(jì)劃建設(shè)規(guī)模化EO 生產(chǎn)裝置，可以預(yù)計(jì)未來幾年我國 EO 的生產(chǎn)能力將呈現(xiàn)迅速增加的勢頭。其中北京燕山石化于2004年將已有的 70kta 的生產(chǎn)能力擴(kuò)大到 250kta 左右；南京揚(yáng)巴一體化工程 9 套核心裝置中含有一套 240kta 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 300kta EO 生產(chǎn)裝置，2009 年建成投產(chǎn)；上海石化已新建一套 300kta EO 生產(chǎn)裝置， 2009 年建成投產(chǎn)； 另外天津聯(lián)化

18、、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)模化的EO 生產(chǎn)裝置。到 2015 年我國 EO 的生產(chǎn)能力將激增至 2160kta，在未來兩年內(nèi)國內(nèi) EO 生產(chǎn)能力將翻一番，可見我國 EO 工業(yè)市場需求與發(fā)展前景之好。1.5 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。1.5.1 氯醇法氯醇法是早期的工業(yè)生產(chǎn)方法，分兩步完成，首先由氯氣和水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸與乙烯反應(yīng)生成氯乙醇，然后氯乙醇與氫氧化鈣皂化生成環(huán)氧乙烷。 1922 年 UCC( 聯(lián)碳公司 )建成首套氯醇法工業(yè)裝置。 盡管氯醇法乙烯利用率高，但生產(chǎn)過程中消耗大量氯氣，腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低，現(xiàn)已基本被

19、淘汰。1.5.2 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。1931 年法國催化劑公司的Lefort 發(fā)現(xiàn)乙烯在銀催化劑作用下可以直接氧化成環(huán)氧乙烷，經(jīng)過進(jìn)一步的研究與開發(fā)形成乙烯空氣直接氧化法制環(huán)氧乙烷技術(shù)， 1937 年美國 UCC 公司首次采用此法建廠生產(chǎn)。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) 99.99% 。氧氣氧化法與空氣氧化法相比，工藝流程稍短，設(shè)備較少，建廠投資少；氧化反應(yīng)中催化劑的選擇性高，反應(yīng)溫度比空氣法低，對(duì)催化劑壽命的延長和維持生產(chǎn)的平穩(wěn)操作較為有利。通常氧氣氧化法的生產(chǎn)成本比空氣氧化法低 10左右。由于氧

20、氣氧化法比空氣氧化法有明顯的優(yōu)越性，因此目前世界上的環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置普遍采用氧氣氧化法5-6。本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均參考乙烯直接氧化法。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用乙烯直接氧化法。1.6 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理1.6.1 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。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。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。在銀催化

21、劑作用下的反應(yīng)方程式如下：1CH2CH2C2H4Ag催化劑24.7Kcal / mol(1-1)O2220 C2O另外，乙烯直接氧化還有副產(chǎn)物生成，其中CO 2 和水最多。實(shí)驗(yàn)已證明這些副產(chǎn)物以兩條不同的路線生成的。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：C 2 H 43O 22CO 22 H 2 O320 Kcal / mol(1-2)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 自身有也一定的阻止進(jìn)一步氧化的能力。C2H41 O2CH 3CHO(1-3)2(1-4)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

22、反應(yīng)。CO 2 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 CO 2 和 H 2O。反應(yīng)速度由 EO 異構(gòu)化控制。C2H 4OCH 3OCHO(1-5)CH 3CHO5O 22CO 22H 2O(1-6)2反應(yīng)器副產(chǎn)物中除CO2 和 H2以外還有微量的乙醛和甲醛。它們?cè)贠精制單元中從 EO 和 EG 中分離掉，以上氧化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)7-9。1.6.2 二氧化碳脫除原理本裝置采用碳酸鹽溶液吸收CO 2，以脫除氧化反應(yīng)的副產(chǎn)物CO 2，此吸收為化學(xué)吸收：K 2CO3 + CO2 + H2O2KHCO 3 + 26.166kJmol(1-7)應(yīng)分五步進(jìn)行：H2O=H + + O

23、H -(1-8)2-+ 2K+(1-9)K2CO3=CO 3H + + CO 32-=HCO 3-(1-10)K+ HCO-(1-11)3 =KHCO 3CO2+OH-(1-12)=HCO 3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 CO 2從系統(tǒng)中解析出來，排至大氣：KHCOCO+CO+H O(1-13)3K23221.7 設(shè)計(jì)方案簡介環(huán)氧乙烷（簡稱EO ）是最簡單也是最重要的環(huán)氧化合物，在常溫下為氣體，沸點(diǎn) 10.5。可以與水、 醇、醚及大多數(shù)有機(jī)溶劑以任意比混合。有毒，易自聚，尤其當(dāng)有鐵，酸，堿，醛等雜質(zhì)或高溫下更是如此，自聚時(shí)放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧

24、乙烷的貯槽必須清潔，并保持在 0以下。環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料產(chǎn)品中的第三大品種，僅次于聚乙烯和苯乙烯。它的用途是制取生產(chǎn)聚酯樹脂和聚酯纖維的單體、制備表面活性劑，此外還用于制備乙醇胺類、乙二醇醚類等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(jìn)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% 7% （質(zhì)量） ;第二步使 2-氯乙醇與 Ca(OH) 2 反應(yīng)，生成環(huán)氧乙烷。該法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)乙烯的濃度要求不高，反應(yīng)條件較緩和，其主要缺點(diǎn)是要消耗大量氯氣和石灰，反應(yīng)介質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性，且有大量含氯化鈣的污水要排放。因此開發(fā)了乙烯直接氧化法，取

25、代氯醇法。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。乙烯在Ag Al2O3 催化劑存在下直接氧化制取環(huán)氧乙烷的工藝，可用空氣氧化也可以用氧氣氧化，氧氣氧化法雖然安全性不如空氣氧化法好，但氧氣氧化法選擇性較好，乙烯單耗較低，催化劑的生產(chǎn)能力較大，故大規(guī)模生產(chǎn)采用氧氣氧化法。主要反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)1CH2CH2C2H4Ag催化劑24.7Kcal / mol(1-14)O2220 C2O副反應(yīng)C2H4 3O22CO 22 H 2 O 320 Kcal / mol(1-15)由乙烯環(huán)氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱效

26、應(yīng)要比乙烯環(huán)氧化反應(yīng)大十多倍。故副反應(yīng)的發(fā)生不僅使環(huán)氧乙烷的選擇性降低，而且對(duì)反映熱效應(yīng)也有很大的影響。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(huì)迅速上升，甚至產(chǎn)生飛溫。所以反應(yīng)過程中選擇性的控制十分重要。二、催化劑的選擇：環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷是一個(gè)強(qiáng)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。研究表明，只有在銀催化劑催化下乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)才有較高的選擇性。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。載體載體的主要功能是分散活性組分和防止銀微晶的半熔和燒結(jié)，使其活性保持穩(wěn)定。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(qiáng)放熱

27、反應(yīng)，故載體的表面結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)熱性能，對(duì)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。載體表面積大，活性比表面積大，催化劑活性高但也有利于乙烯完全氧化反應(yīng)的發(fā)生，甚至生成的環(huán)氧乙烷很少。載體如有空隙，由于反應(yīng)物在細(xì)空隙中的擴(kuò)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(jìn)行。工業(yè)上為了控制反應(yīng)速度和選擇性，均采用低比表面積無孔隙或粗空隙惰性物質(zhì)作為載體，并要求有較好的導(dǎo)熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。工業(yè)上常用的載體有碳化硅， 氧化鋁和含有少量氧化硅的氧化鋁等 11。助催化劑所采用的助催化劑有堿金屬類，堿土金屬類和稀土元素化合物等。堿土金屬類中，用得最廣泛的是鋇鹽。在銀催化劑中

28、加入少量鋇鹽，可增加催化劑的抗熔結(jié)能力，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性，延長其壽命，并可提高活性。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。抑制劑在銀催化劑中加入少量硒碲氯溴等對(duì)抑制二氧化碳的生成，提高環(huán)氧乙烷的選擇性有較好的效果。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機(jī)氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調(diào)節(jié)溫度12-14。三、反應(yīng)器及混合器的選擇：乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度對(duì)反應(yīng)的選擇性十分敏感，對(duì)于這種反應(yīng)最好采用流化床反應(yīng)器，但因?yàn)榧?xì)顆粒的銀催化劑易結(jié)塊也易磨損，流化質(zhì)量很快惡化，催化劑效率急速下降，故工業(yè)上普遍采用的是列管式固定床反應(yīng)器，管內(nèi)放催化劑，管間走冷卻介質(zhì)。在

29、配制混合氣時(shí)，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(dá)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(jìn)入熱交換器時(shí)易引起爆炸危險(xiǎn)。為此，混和器的設(shè)計(jì)極為重要，工業(yè)上是借多空噴射器對(duì)著混和氣流的下游將氧高速度噴射到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中，使他們迅速進(jìn)行均勻混合。為了確保安全，需要用自動(dòng)分析檢測儀監(jiān)視，并配制自動(dòng)報(bào)警連鎖切斷系統(tǒng)，熱交換器安裝需要有防爆措施 15-16。四、影響因素（反應(yīng)條件）的分析： 反應(yīng)溫度乙烯環(huán)氧化過程中存在著平行的完全氧化副反應(yīng)，影響轉(zhuǎn)化率和選擇性的主要因素是溫度。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

30、；溫度過低，速度慢、生產(chǎn)能力小。所以要控制適宜溫度，其與催化劑的選擇性有關(guān)， 一般控制的適宜溫度在200 260。 反應(yīng)壓力加壓對(duì)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(duì)設(shè)備的要求高費(fèi)用增加催化劑易損壞。故采用操作壓力為2MPa 左右。 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(shí)收率和單位時(shí)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。反應(yīng)管內(nèi)徑： di=45.0-3 2=39mm=0.0390m，管長 12000mm，催化劑填充

31、高度 10690mm。反應(yīng)管根數(shù) n由公式 (4-1)可得61.19794816.9233n0.0390 210.69根4經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為4820 根。4.3 床層壓力降的計(jì)算可查得如下計(jì)算公式：PG1150(1 )Hg g d p31.75Gd p式中?P床層壓力降，；H 催化劑床層高度， m：G質(zhì)量流速， kgm2.s；氣體密度， kgm3；g重力加速度， ms2；固定床空隙率；催化劑顆粒當(dāng)量直徑，m；氣體粘度， PaS 或 (kgm s)；本次設(shè)計(jì)所選用的催化劑為d=5mm 的球型，計(jì)算其直徑為Gm256943.620312.4595kg/(m2 s)A2482036000.03

32、89（ 4-1）（ 4-2）（ 4-3）4由式 4-2 得P12.459510.48150(10.48)4.2610 59.80.0050.483(0.0051.75 12.4595)7.173 7 4 6. 6 4 6 0 2k g / m0. 0 3 7 5 M P a（ 4-4）4.4 傳熱面積的核算因轉(zhuǎn)化率低，故整個(gè)反應(yīng)器床層可近似的看成等溫，為234。傳熱推動(dòng)力為(234210)(234220)tm219 C又（ 4-5）則有 A需1.650010710323600210.011148.6504m19又（ 4-6）則有 A實(shí)3.14 0.039012 48207064.9246m2可

33、知 A 實(shí) A 需，即實(shí)際傳熱面積大于按傳熱計(jì)算所需的傳熱面積，所以設(shè)計(jì)符合要求。4.5 反應(yīng)器塔徑的確定查得塔經(jīng)的計(jì)算公式：（ 4-7）式中D殼體內(nèi)徑， m；t管中心距， m；橫過管中心線的管數(shù)；管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離t1.368d21.368 0.03900.0532m ；一般取，取 b1.3d21.30.03900.05060m管子按正三角形排列則橫過管中心線的管數(shù)為（ 4-8）由公式 5-16，可得 nc 1.1482076.3777所以，由公式 5-15 可得 D0.0532(77 1)20.0506 3.9444m 本反應(yīng)器取最小壁厚為 20mm，故外徑為 D 3944.4202 3984.4mm 。故圓整取反應(yīng)器外徑為 4000mm。4.6環(huán)氧乙烷吸收塔的確定操作條件：1. 氣體混合物主要成分： C2H 4O C2H 4 CH 42.混合氣體流量：10928.1960 kmolh3. 操作溫度： 298.15K4. 操作壓力： 101.3KPa5. 回收率：99%6. 采用清水為吸收劑根據(jù)操作條件，選用美國SD 公司的 T-115 型號(hào)環(huán)氧乙烷吸收塔可滿足要求4.7CO2 吸收塔的確定