化工設(shè)計(jì)_環(huán)氧乙烷的制取

1、設(shè)計(jì)題目0環(huán)氧乙烷的制取目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 3三、工藝流程草圖及說(shuō)明 6四、 物料衡算 9五、計(jì)算結(jié)果一覽表16-六、工藝流程說(shuō)明 17七、 附圖 20八、參考文獻(xiàn) 22設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、基本數(shù)據(jù)用N2作為惰性致穩(wěn)氣時(shí)的原料氣組成組成C2H4O2N2CO2CH4C2H6ArH2OMol,%15.007.0053.2710.550.630.8712.400.28反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率：12.3%選擇性：73.8%環(huán)氧乙烷的吸收率：99.5%O2中夾帶的0.00856mol，循環(huán)排放氣中含 Ar為12.85%,產(chǎn)品環(huán)氧 乙烷中含 Ar 0.00631mol。二、課程設(shè)計(jì)容及要求（一）

2、容1、對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)的物料衡算；2、繪制環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)的工藝流程圖（一）；3、繪制二氧化碳脫除系統(tǒng)的工藝流程圖（一）；4、編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（一份）。（二）具體要求1、環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)的物料衡算方法參考基本有機(jī)化工工藝學(xué)（吳指南主編）一書(shū)。2、繪制的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖必須符合化工制圖的規(guī)，并且字體 必須工整。3、編制的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)對(duì)計(jì)算過(guò)程與工藝流程的選擇以及控點(diǎn)的確定進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明和解釋設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介環(huán)氧乙烷丫 （簡(jiǎn)稱(chēng)EO是最簡(jiǎn)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 C?？梢耘c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)或咼

3、 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 C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(shù)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(lèi)、乙二醇醚類(lèi)等。一、反應(yīng)過(guò)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

4、，且有大 量含氯化鈣的污水要排放。因此開(kāi)發(fā)了乙烯直接氧化法，取代氯醇法。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/ a -Al 2Q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：20 103 + 4 kS0? aCO2 十 2HjO 1324.6lcJ/mol4用3工口 一 132t6kJ/tno>副反應(yīng)主反應(yīng)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

5、碳和 水，該反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱效應(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(guò)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

6、于乙烯環(huán)氧化過(guò)程存在平行副反應(yīng)和連 串副反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，又是一強(qiáng)放熱反應(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(wú)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)上常用的載體又碳化硅，a-氧 化鋁和含有少量氧化硅的a-氧化鋁等。助催化劑 所采用的助催化劑有堿金屬

7、類(lèi)，堿土金屬類(lèi)和稀土元 素化合物等。堿土金屬類(lèi)中，用得最廣泛的是鋇鹽。在銀催化劑中加 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(zhǎng)其壽命，并可提高活性。據(jù)研究?jī)煞N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。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)的選擇性又 甚敏感，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

8、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， 管放催化劑，管間走冷卻 介質(zhì)。在配制混合氣時(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(guò)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(cè)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。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(guò)程中存在著平行的完全氧化副反應(yīng)，影響轉(zhuǎn)化率和 選

9、擇性的主要因素是溫度。溫度過(guò)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；溫度過(guò)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 C。反應(yīng)壓力加壓對(duì)氧化反應(yīng)的選擇性無(wú)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 2Mp左右?？账倥c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

10、般為4000-8000/h左右，也有更高的。催化劑性能高反應(yīng)熱 能及時(shí)移出時(shí)選擇高空速，反之選擇低空速。原料純度原料其中的雜質(zhì)可能給反應(yīng)帶來(lái)不利影響： 使催化劑中毒而活 性下降，如乙炔和硫化物使催化劑永久中毒， 乙炔和銀形成的乙炔銀 受熱會(huì)發(fā)生爆炸性分解；使選擇性下降（鐵離子）；使反應(yīng)熱效應(yīng) 增大（H2、G以上烷烴和烯烴）；影響爆炸極限，如氬氣是惰性氣 體但其會(huì)使氧的爆炸極限濃度降低而且增加爆炸的危險(xiǎn)性，氫也有同樣的效應(yīng)，故原料中的雜質(zhì)含量要嚴(yán)格控制乙炔 <5ppm,G以上烴 <1ppm硫化物 <1ppm,H<5ppm。進(jìn)入反應(yīng)器的混合氣配比由于反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率較低故采

11、用具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過(guò)程， 進(jìn)入反應(yīng)器的混合氣是由循環(huán)氣和新鮮原料氣混合而成的，其組成既影響經(jīng)濟(jì)效益也關(guān)系生產(chǎn)安全。氧的含量必須低于爆炸極限濃度，因 乙烯的濃度影響氧的極限濃度而且影響催化劑的生產(chǎn)能力，所以其濃度也需控制。乙烯和氧濃度有一適量值（如濃度過(guò)高，反應(yīng)快，放熱 多，反應(yīng)器的熱負(fù)荷大，如放熱和除熱不能平衡，就會(huì)造成飛溫）， 如果以氧氣作氧化劑，為使反應(yīng)不致太劇烈仍須加入致穩(wěn)劑。以氮?dú)庾髦路€(wěn)劑時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的乙烯濃度可達(dá) 15-20%氧濃度為8注右。 由于反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率比較低，為了充分利用原料從吸收塔出來(lái)的氣體須 循環(huán)。由于循環(huán)氣中含有雜質(zhì)和反應(yīng)副產(chǎn)物，所以需要在循環(huán)之前將 一部分有害氣體

12、排除，即脫除二氧化碳。從吸收塔排出的氣體，大部 分（90%循環(huán)使用，小部分送二氧化碳吸收裝置，用堿洗法（熱碳酸鉀溶液）脫除掉副反應(yīng)生成的二氧化碳二氧化碳對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)有抑制作用，但適量提高其含量對(duì)反應(yīng)的 選擇性有好處，且能提高氧的爆炸極限，故循環(huán)氣中允許有一定量二 氧化碳，但不宜過(guò)多。乙烯轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率的控制與氧化劑的種類(lèi)有關(guān)，用純氧作氧化劑時(shí)， 單程轉(zhuǎn)化率一般控制在12% 15%選擇性可達(dá)75-84%或更高。用空氣 作氧化劑時(shí)，單程轉(zhuǎn)化率一般控制在30%35%選擇性可達(dá)70%左右。 單程轉(zhuǎn)化率過(guò)高時(shí)，由于放熱量大，溫度升高快，會(huì)加快深度氧化， 使環(huán)氧乙烷的選擇性明顯降低。因?yàn)楣I(yè)上采用循環(huán)流

13、程，所以單程 轉(zhuǎn)化率也不能太低，否則會(huì)因循環(huán)氣量過(guò)大而耗能增加。工藝流程草圖及說(shuō)明（一）氧化反應(yīng)部分一工藝流程草圖油作|應(yīng)的溫度在塔180-25龍丁因此選擇列管式固相反應(yīng)|二流程草圖說(shuō)明由于 固定床反 根據(jù)反應(yīng)的熱效應(yīng):由以上流程圖可以看出，新鮮原料氣與循環(huán)氣混合后，經(jīng)過(guò)熱交換器預(yù)熱一段時(shí)間后，從反應(yīng)器上部進(jìn)入催化床層。自反應(yīng)器流出的 反應(yīng)混合氣中環(huán)氧乙烷的含量?jī)H為1-2%,經(jīng)熱交換器利用其熱量 并進(jìn)行冷卻后，進(jìn)入環(huán)氧乙烷吸收塔。由于環(huán)氧乙烷能以任何比例與 水混合，故采用水做吸收劑以吸收反應(yīng)氣中的環(huán)氧乙烷。 從吸收塔排 出的氣體，大部分（約90%循環(huán)使用，而一小部分需送入CG吸收裝 置，用熱碳

14、酸鉀溶液脫除掉副反應(yīng)所生成的 CG。送入CG吸收裝置的 那一小部分氣體在二氧化碳吸收塔中與來(lái)自再生塔的高溫貧碳酸氫 鉀-碳酸鉀溶液接觸。在二氧化碳作用下轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀。自二氧化 碳吸收塔塔頂排出的氣體經(jīng)冷卻，并分離出夾帶的液體后，返回至循 環(huán)系統(tǒng)。二氧化碳吸收塔塔釜的富碳酸氫鉀-碳酸鉀溶液經(jīng)減壓入再 生塔，經(jīng)加熱，使碳酸氫鉀分解為二氧化碳和碳酸鉀，CG自塔頂排出，再生后的貧碳酸氫鉀-碳酸鉀溶液循環(huán)回二氧化碳吸收塔。（二）環(huán)氧乙烷回收和精制部分自吸收塔塔底排出的環(huán)氧乙烷吸收液 （1.5%）經(jīng)熱交換利用其熱 量后進(jìn)入解析塔，冷凝出大部分水和重組分雜質(zhì)。解析出 10%（質(zhì)量） 的環(huán)氧乙烷水溶液，同時(shí)

15、分離出一起解離出的二氧化碳和其他不凝氣 體。然后進(jìn)入脫氣塔脫二氧化碳，此處脫出的氣體除含二氧化碳外還 有大量的環(huán)氧乙烷蒸汽，這部分氣體返回吸收塔。自脫氣塔排出的環(huán) 氧乙烷水溶液，一部分直接送乙二醇裝置，加入適量水后水合制乙二 醇。其余進(jìn)精餾塔，塔頂蒸出的甲醛（含環(huán)氧乙烷）和塔下部取出的 含乙醛的的環(huán)氧乙烷，仍返回脫氣塔。精餾塔和解析塔的塔底排出的 水，經(jīng)熱交換利用其熱量和冷卻后，循環(huán)回吸收塔作吸收水用。關(guān)于能耗方面，除了反應(yīng)選擇性和反應(yīng)熱的利用等影響因素外， 環(huán)氧乙烷吸收液的濃度和吸收水熱量的利用，對(duì)能耗也有顯著影響。 在環(huán)氧乙烷吸收系統(tǒng)和解吸收系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)換熱器，以回收不同位能的熱量；低位能

16、熱量的回收和利用，降低吸收水溫度以提高吸收效率， 提高吸收液中環(huán)氧乙烷的濃度，減少循環(huán)水量，二氧化碳系統(tǒng)熱量的 回收和利用等，均可降低能耗。乙烯催化氧化法制環(huán)氧乙烷的工藝需注意以下兩點(diǎn)1、保障安全性對(duì)此工藝，由于副反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度的控制尤為重要，若 反應(yīng)熱未及時(shí)移走，就會(huì)導(dǎo)致溫度難于控制，產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象。由于是 氧氣做氧化劑，還存在爆炸極限的問(wèn)題，所以反應(yīng)氣體的混合至關(guān)重 要。可借用多孔噴射器對(duì)著混合氣流的下游將氧高速?lài)娚淙胙h(huán)氣和 乙烯的混合氣中，使它們迅速進(jìn)行均勻混合。為控制氧氣、乙烯的濃 度在爆炸極限以，也為使反應(yīng)不致太劇烈，需采用惰性致穩(wěn)氣，可采 用N2或CH作致穩(wěn)氣。2、保障經(jīng)濟(jì)

17、性對(duì)化工行業(yè)的生產(chǎn)工業(yè)來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性是應(yīng)首先考慮的重要因素。 為滿足此要求，應(yīng)想辦法使反應(yīng)的選擇性提高，催化劑的研究開(kāi)發(fā)決 定著反應(yīng)的選擇性，故應(yīng)采用性能良好的催化劑，并用二氯化物來(lái)抑 制副反應(yīng)的發(fā)生。還應(yīng)考慮能量的利用率，想辦法利用生產(chǎn)流程中各種位能的熱 量，充分節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。物料衡算（一）由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)已知數(shù)據(jù)如下： 用N2作為惰性致穩(wěn)氣時(shí)的原料氣組成組成CHQ2N2CQCHArHOMol,%15.007.0053.2710.550.630.8712.400.28反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率：12.3%選擇性：73.8%環(huán)氧乙烷的吸收率：99.5%Q中夾帶的0.00856mol，循環(huán)排放氣中含

18、Ar為12.85%,產(chǎn)品環(huán)氧乙 烷中含 Ar 0.00631mol。除TCCQ2 t（二）乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖：*.SRCIII r - -圖(1)其中：FF新鮮原料氣MF原料混合氣RP反應(yīng)混合氣SP混合分離氣RC循環(huán)氣P產(chǎn)品環(huán)氧乙烷W排空廢氣SPC未脫除二氧化碳的循環(huán)氣TC脫除的一氧化碳 SRC脫除二氧化碳的循環(huán)氣(三)衡算過(guò)程衡算基準(zhǔn)：以進(jìn)入反應(yīng)器的混合原料氣100mol為基準(zhǔn)衡算圍：以下各步的衡算圍如圖(1)虛線框所示1、以反應(yīng)器為衡算圍，確定反應(yīng)混合氣(RP)組成(A) 反應(yīng)器中的主要反應(yīng)方程式：主反應(yīng)方程式：二：門(mén)；-“沖川,丄：亍丿n平行副反應(yīng)方程式：CHCHz

19、+2CO(卜2HQ (氣】(B) 原料混合氣(MF)各組分摩爾數(shù)的變化 (C2H)100x15% x 12.3%=1.8450mol (C2HO)1.8450 x 73.8%=1.3616mol (CQ)1.8450x (1-73.8%) x 2=0.9668mol (H2Q)0.9668mol (Q2)1.3616 x 1/2+0.9668 x 3/2=2.1310mol(C) 反應(yīng)混合氣(RP)的組分含量GH100x 15%-1.8450=13.1550molQ100X 7%-2.1310=4.8690molGHO1.3616molCQ100x 10.55%+0.9668=11.5168m

20、olHO100x 0.28%+0.9668=1.2468mol其他氣體未參加反應(yīng)，故他們的量不變，同原料氣 CH 4100x0.63%=0.63molN2100x 53.27%=53.27molGHs100 x 0.87%=0.87molAr100x 12.40%=12.40mol(D) 反應(yīng)混合氣的組成由以上計(jì)算可得RP中混合物的總量(Srp)RP=13.1550+4.8690+11.5168+0.63+1.3616+1.2468+0.87+12.40+53.27=99.3192mol計(jì)算結(jié)果如下表:組成QNNCOCHCHArHOCHOmol13.15504.869053.270011.51

21、680.63000.870012.40001.24681.3616Mol,%13.2454.90253.63511.5960.6340.87612.4851.2551.3712、以吸收塔為衡算圍，確定混合分離氣(SP)的組成(A) RP中各組分量的變化(即在產(chǎn)品P中的含量) (C2HO) 1.3616 x 99.5%=1.3548mol (Ar)1.3458x 0.0063仁8.5488 x 10-3mol (H2O)1.2468mol (即考慮水全部進(jìn)入產(chǎn)品中)由此可得，產(chǎn)品(P)中帶出的物質(zhì)總量(SP)P=1.3548+8.5488 x 10- +1.2468=2.6101mol(B) S

22、P中各組分的含量利用衡算關(guān)系式：RP(X) = SP(X) + P(X)X 為 sp 中某組分對(duì)CHO和Ar作物料衡算，得它們的含量如下C2HO1.3616-1.3548=0.0068molAr 12.4000-8.5488 x 10-3=12.3915molHO1.2468-1.2468=0其他氣體的量不變。(C) 確定SP的組成由于SP的組成與循環(huán)排放氣 W組成相同，故SP中Ar的摩爾分?jǐn)?shù) 也為12.85%。可得SP中各組分的總量(Ssp)SP=12.3915/12.85%=96.4319mol計(jì)算結(jié)果如下表:組成CHQNCOCHCHArHOCHOmol13.15504.869053.27

23、0011.51680.63000.870012.391500Mol,%13.6425.04955.24111.9430.6530.90212.850003、確定新鮮原料(FF)和循環(huán)氣(RC)組成(A) 以整體為衡算圍，對(duì) Ar作物料衡算.設(shè)FF中O為X molCzH 為 Y mol;RC 中 O2為 Z mol，GH4 為 G mol。利用衡算式FF(Ar) = P(Ar) + W(Ar)可得0.00856X =8.5488 X 10-3+ W 12.85%(B) 以節(jié)點(diǎn)B為衡算圍，對(duì)GH4和O作物料衡算。利用衡算式SP(x) = RC(x) + W(x)X 為 C2已和 O2且W中各組分的

24、組成與SP中各組分的組成相等，可得對(duì) CH4:13.1550二G+ W X 13.6420%對(duì) O :4.8690 =Z+ W X 5.0490%(C)以節(jié)點(diǎn)A為衡算圍，對(duì)CH和O作物料衡算。利用衡算式 MF(X) = FF(X) + RC(X) X 為ch和Q 可得: 對(duì) CH:15.0000=Y + G對(duì) O :7.0000二X + Z聯(lián)立以上五式，解得X=2.1348 Y =1.8553 Z=4.8652 G=13.1447 W=0.0757(D) 確定FF的組成由以上計(jì)算可知FF中：O2含量為2.1348mol ,含量為 1.8553mol,故 FF 中 O 中的 Ar 夾帶量為：2.

25、1348 X 0.00856=0.0183mol以節(jié)點(diǎn)B為衡算圍，對(duì)N2作物料衡算，利用衡算式SP(N2) = RC(N 2) + W(N 2)可得RC(N 2)以節(jié)點(diǎn)A為衡算圍，對(duì)N2作物料衡算，利用衡算式MF(N2) = FF(N 2) + RC(N 2)可得FF(N 2)=53.2700-53.2282=0.0418mol故FF中各組分的總量FF=1.8553+2.1348+0.0183+0.0418=4.0502mol計(jì)算結(jié)果如下表：組成CHQArmol1.85532.13480.04180.0183Mol,%45.80852.7091.0.452(E) 確定RC的組成由前面的計(jì)算已得

26、 RC中：Q: 4.8652mol,C2H4: 13.1447mol,N2: 53.2282mol。以節(jié)點(diǎn)A為衡算圍，對(duì)Ar作物料衡算，利用衡算式MF(Ar) = FF(Ar) + RC(Ar)可得：RC(Ar)=12.4000-0.0183=12.3817molRC中其他組分的量與 MF中相等。故RC中各組分的總量RC=13.1447+4.8652+53.2282+10.5500+0.6300+0.8700+12.3817+0.2800=95.9498mol計(jì)算結(jié)果如下表:組成CHQNCOCHCHArHOC2HOmol13.14474.865253.228210.55000.63000.87

27、0012.38170.28000Mol,%13.7005.55.47510.9950.6570.90712.9040.29204、確定未脫CO的循環(huán)氣SPC勺組成(A) W中含 CO的量 0.0757 x 11.943%=9.041X 10 mol(極少，略去) 由節(jié)點(diǎn)C處CO守衡，有：TC(CO) = SP(CO2)- RC(CO 2)得：TC(C02)=11.5168-10.5500=0.9668mol(B) 根據(jù)工藝條件，可設(shè)二氧化碳脫除裝置中CO的脫除效率為70%則進(jìn)入裝置的CO量為：0.9668/70%=1.3811molSRC中 CO的量SRC(CO 2)=1.3811 x (1-

28、70%)=0.4143mol節(jié)點(diǎn)D處CO平衡，有RC(CO 2) = SRC(CO2) + SPC(CO2) 可得：SPC(CO2)=10.5500-0.4143=10.1357mol又SPC中各組分的組成與SP各組分相等，故SPC各組分總量SPC=10.1357/11.943%=84.8673mol因 SPC/( SP-W)=84.8673/(96.4319-0.0757)=88%所以從吸收塔出來(lái)進(jìn)入循環(huán)的混合氣有88殖接循環(huán)，12%進(jìn)入CO脫除裝置中。(B)因SPC與 SP各組分組成相等，可得SPC中各物質(zhì)的摩爾數(shù)(單位：mol) C2H： 11.5776 O 2： 4.285 CH 4：

29、 0.55Gf: 0.7655 CO 2： 10.1357 N 2： 46.88 Ar : 10.9054SPC組成的計(jì)算結(jié)果如下表：組成C2HQNCOCHCHArHOQHOmol11.57764.284946.881510.13570.55420.765510.905400Mol,%13.6425.04955.24111.9430.6530.90212.850005、以節(jié)點(diǎn)D為衡算圍，確定SRC勺組成。禾U用，RC(x) = SP(x) + SRC(x)X 為 src中某組分可得SRC中各組分的量C2H :13.1447-11.5776=1.5671molO :4.8652-4.2849=0

30、.5803molN :53.2282-46.8815=6.3467molCO:10.5500-10.1357=0.4143CH :0.6300-0.5542=0.0758molC2H6 :0.8700-0.7655=0.1045molAr:12.3817-10.9054=1.4763molH2O0.2800-0=0.2800mol故SRC中各組分的總量SRC=1.5671+0.5803+6.3467+0.4143+0.0758+0.1045+1.4763+0.2800=10.8450mol計(jì)算結(jié)果如下表:組成QNNCOCHCHArHOCHOmol1.56710.58036.34670.4143

31、0.07580.10451.47630.28000Mol,%14.4505.35158.5223.8200.6990.96413.6132.5820數(shù)據(jù)校核及結(jié)果評(píng)價(jià)1、數(shù)據(jù)校核 總物料平衡FF二P+W+TC其中 FF=4.0502mol P=2.6101mol W=0.0757mol TC=0.9668mol故方程右邊=3.6526mol方程左邊 吸收塔物料平衡 RP=SP+P其中 RP=99.3192mol SP=96.4319mol P=2.6101mol得方程右邊=99.0420mol方程左邊 節(jié)點(diǎn)A物料平衡 MF二FF+RC其中 FF=4.0502mol RC=95.9498mol

32、MF=100mol有方程右邊=100mo 1=方程左邊 節(jié)點(diǎn)B(C)物料平衡 SP二W+RC+TC其中 SP=96.4319mol W=0.0757mol RC=95.9498mol TC=0.9668mol 得方程右邊=96.9923mol方程左邊 節(jié)點(diǎn)D物料平衡 RC=SRC+SPC其中 RC=95.9498mol SRC=10.8450mol SPC=84.8673mol有方程右邊=95.7123mol方程左邊組成CH4QN2COCHC2HArH2OGIHO總計(jì)mol混 合 氣2、結(jié)果評(píng)價(jià)以上在不同的衡算圍對(duì)總氣體量分別進(jìn)行校核， 計(jì)算的結(jié)果顯示 各種計(jì)算數(shù)據(jù)基本符合要求。雖有一些誤差，

33、但都在工程允許圍。下 面對(duì)誤差進(jìn)行分析。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于在環(huán)氧乙烷吸收塔中，水也溶解了其它 微量氣體，所以產(chǎn)品P中并非僅有GHC及微量的Ar，而在計(jì)算過(guò)程中 沒(méi)有考慮那部分氣體的量，視產(chǎn)品中僅有GHO和Ar，而且計(jì)算過(guò)程中 忽略了 W中排出的極少部分氣體，所以導(dǎo)致SP的氣體總量及部分物質(zhì) 的量不精確，但誤差很小，并不影響整體結(jié)果。在計(jì)算過(guò)程中，將 SP 中H2O和GH4C的量視為零，因SP（與SP的組成相同，所以RC中的HO考慮 為從SRC中來(lái)，即從CO脫除裝置中出來(lái)的循環(huán)氣帶出了少量的水，從 而滿足水的平衡。由于致穩(wěn)氣N2是循環(huán)使用的，只需一次輸入即可， 但在實(shí)際生產(chǎn)中，W TC以及P

34、處都有少量N2帶出，故FF中需要夾帶一 定量的N2進(jìn)行補(bǔ)充。mol13.15504.869053.270011.51680.63000.870012.40001.24681.361699.3192RPMol,%13.2454.90253.63511.5960.6340.87612.4851.2551.371100mol13.15504.869053.270011.51680.63000.870012.39150096.4319SPMol,%13.6425.04955.24111.9430.6530.90212.85000100mol1.85532.13480.04180000.0183004.

35、0502FFMol,%45.80852.7091.0000.45200100mol13.14474.865253.228210.55000.63000.870012.38170.2800095.9498RCMol,%13.7005.55.47510.9950.6570.90712.9040.2920100mol11.57764.284946.881510.13570.55420.765510.90540084.8673SPCMol,%13.6425.04955.24111.9430.6530.90212.85000100mol1.56710.58036.34670.41430.07580.10

36、451.47630.2800010.8450SRCMol,%14.4505.35158.5223.8200.6990.96413.6132.5820100計(jì)算結(jié)果一覽表工藝流程及控制點(diǎn)說(shuō)明（一）工藝流程說(shuō)明環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)工藝流程1主流程（1）原料流程原料乙烯、氧氣和致穩(wěn)氮?dú)鈦?lái)自界區(qū)，他們與循環(huán)物料氣的混合 氣體站（H-102）充分混合后，進(jìn)入氣氣換熱器（E-111）與反應(yīng)生成 氣換熱并預(yù)熱到指一定溫度后，從填充銀催化劑的列管式固定床反應(yīng) 器（D-110）的上部進(jìn)入催化床層，在一定溫度（220-260 C）和壓力 （2Mpa下，進(jìn)行氧化反應(yīng)。（2）吸收流程已反應(yīng)的氣體自氧化反應(yīng)器（D-110）

37、下部流出，進(jìn)入氣氣換熱器（E-111）,被反應(yīng)原料氣冷卻后進(jìn)入環(huán)氧乙烷水吸收塔（D-115）。在吸收塔中，以水做吸收劑，吸收反應(yīng)氣體中的產(chǎn)物環(huán)氧乙烷。 吸收劑水自塔上部進(jìn)入，環(huán)氧乙烷吸收液自塔中部流入，進(jìn)入環(huán)氧乙 烷精制流程。為提高環(huán)氧乙烷的吸收率和避免循環(huán)氣中二氧化碳的積 累，從吸收塔頂部排出的氣體，一部分（90%循環(huán)回反應(yīng)器，另一 小部分送至二氧化碳吸收裝置，用熱碳酸鉀溶液脫除掉副反應(yīng)所生成 的二氧化碳。從吸收塔頂部出來(lái)的吸收氣，一部分作為循環(huán)排放氣排至蒸汽加 熱器（B-110）中燒掉：另一部分作為循環(huán)氣與致穩(wěn)氣氮?dú)膺M(jìn)入循環(huán) 壓縮機(jī)（C-110）,加壓后，混合氣大約有十分之一送至二氧化碳脫

38、除 流程，脫除二氧化碳后，再返回至循環(huán)氣系統(tǒng)：一部分經(jīng)添加抑制劑 二氯乙烷后，進(jìn)入氧氣混和器（H-102）,與原料乙烯，氧氣混合，成 為原料氣。2輔助流程（1）熱油循環(huán)流程乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其副反應(yīng)為乙烯完全氧化為二氧 化碳和水的反應(yīng)，更是強(qiáng)放熱反應(yīng)。故在反應(yīng)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)將反應(yīng)產(chǎn) 生的反應(yīng)熱移走，否則不僅會(huì)使選擇性下降，甚至還會(huì)產(chǎn)生飛溫現(xiàn)象。 本工藝流程方案中，用礦物油做冷卻劑，移走反應(yīng)熱。流程如下：循環(huán)載熱的熱油經(jīng)過(guò)熱油冷卻器 （E-110）冷卻后，進(jìn)入氧化反應(yīng) 器（D-110）的上部，吸收反應(yīng)熱會(huì)后從反應(yīng)器下部流出。由于此時(shí) 熱油溫度較高，為防止熱膨脹使輸油管變形，應(yīng)與熱油膨脹罐

39、（F-110） 連接。同時(shí)為了補(bǔ)充循環(huán)過(guò)程中的礦物油損失，應(yīng)在設(shè)一熱油儲(chǔ)罐（F-110）,并以2kg/cm2的蒸汽加熱，經(jīng)加熱的熱油由輸送泵（G-115） 輸出，與反應(yīng)器下部流出的高溫?zé)嵊突旌虾?，油熱泵?G-110）送入 熱油冷卻器（E-110）,如此不斷循環(huán)。（2）蒸汽流程在熱油冷卻器（E-110）中，熱油在換熱冷卻的同時(shí)產(chǎn)生高壓蒸汽，一部分送至用戶，另一部分進(jìn)入蒸汽加熱氣（B-110）進(jìn)一步提高熱位。蒸汽加熱氣（B-110）以燃料油及吸收塔中排出氣等作燃料， 進(jìn)入空氣燃燒，來(lái)加熱蒸汽，產(chǎn)生高熱位蒸汽，經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)（C-110）, 減壓變?yōu)榈蛪赫羝?，作為流程中其它設(shè)備熱源之用。（3）抑制劑

40、流程為抑制副反應(yīng)，氧化反應(yīng)過(guò)程中需有抑制劑二氯乙烷（ EDC加 入，用中壓氮?dú)庾鬏d氣。抑制劑由抑制劑罐（F-1308）送入抑制劑蒸 發(fā)器（F-30A），經(jīng)加熱蒸發(fā)與壓縮后的致穩(wěn)氣，循環(huán)氣混合，進(jìn)入混 合器。二氧化碳脫除系統(tǒng)工藝流程1、脫二氧化碳循環(huán)氣流程經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)（C-110）加壓后，循環(huán)氣的一部分進(jìn)入接觸塔 （D-210），與來(lái)自再生塔后由塔頂排出，進(jìn)入脫二氧化碳冷卻器 （D-211）的碳酸鉀溶液作用，脫去二氧化碳后又塔頂排出，進(jìn)入脫 二氧化碳冷卻器（E-211）,經(jīng)冷卻后夾帶著冷凝的碳酸鉀溶液的循環(huán) 氣進(jìn)入接觸分離罐（F-210）進(jìn)行氣液分離。分離出來(lái)的液體則送入 再生塔（D-220）進(jìn)

41、行再生處理。2、碳酸鉀溶液循環(huán)系統(tǒng)接觸塔（D-210）中，來(lái)自再生塔的貧碳酸鉀溶液與循環(huán)氣體中的二氧化碳重用，碳酸鉀轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，塔釜的富碳酸鉀-碳酸氫鉀溶液送至再生塔（D-220）的上部，再生后由塔釜經(jīng)碳酸鹽溶液泵（G-220）送入接觸塔（D-210） 上部循環(huán)使用。為補(bǔ)充循環(huán)回路中總 的碳酸鹽溶液，另設(shè)碳酸鹽溶液槽及儲(chǔ)槽。碳酸鹽溶液槽（ F-231） 中，脫鹽水溶解固體碳酸鉀。生成的碳酸鉀溶液進(jìn)入碳酸鹽貯槽（F-320），再生碳酸鹽輸送泵（G-230）送出，與再生后的碳酸鹽溶 液混合后經(jīng)碳酸鹽溶液泵（G-220）進(jìn)入接觸塔。3、再生塔流程再生塔中，吸收二氧化碳后的碳酸鹽溶液加熱再生，生成

42、的二氧化碳由塔頂排出，經(jīng)再生塔冷卻器（E-221）氣液分離后，二氧化碳 排空，再生塔冷卻器及直線分離器分離出的碳酸鹽溶液進(jìn)入再生塔再 生。再生塔塔釜處的再沸器（E-220）用2kg/cm2的低壓蒸汽加熱，冷 凝液送入再沸器凝液罐（F-240）。為防止接觸塔和再生塔的堿液起泡， 可根據(jù)需要在堿液中定期注入消泡劑，應(yīng)另設(shè)消泡劑壓入器（H-222）， 消泡劑由此處送出與再生塔塔釜混合后，進(jìn)入再沸器加熱。（二）控制點(diǎn)說(shuō)明環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)控制點(diǎn)1、蒸汽加熱器（B-110）進(jìn)氣控制點(diǎn)：此控制點(diǎn)為一流量控制點(diǎn)，用 以調(diào)節(jié)進(jìn)入加熱器的空氣量，以便加熱器的燃料充分燃燒。2、熱油冷卻器（E-110）出口蒸汽控制點(diǎn)：此控制點(diǎn)為液位控制點(diǎn)， 通過(guò)控制冷卻器出口蒸汽量，穩(wěn)定熱油冷卻溫度。3、熱油儲(chǔ)罐（F-115 ）液位控制點(diǎn)：此控制點(diǎn)為液位控制點(diǎn)，為防止 熱油冷卻凝結(jié)，儲(chǔ)罐同蒸汽加熱，它通過(guò)控制所加熱氣量調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐液 位。4、氣-氣換熱器（F-115 ）液位控制點(diǎn)：此控制點(diǎn)為壓力控制點(diǎn)，用 以調(diào)節(jié)控制進(jìn)口反應(yīng)原料壓力。5、吸收塔（D-115）出口混合分離器控制點(diǎn)：此控制點(diǎn)為壓力控制點(diǎn), 用以控制循環(huán)反應(yīng)氣量及循環(huán)排空氣量。6、吸收塔（D-115）塔釜液位控制點(diǎn)：此控制點(diǎn)為液位控制