乙烯制取環(huán)氧乙烷生產工藝設計

1、蘇州科技學院化工工藝設計說明書第 頁第 頁1總論概述環(huán)氧乙烷是重要基本有機合成原料，用途甚廣，因此世界各國環(huán)氧乙烷的產量上升較快。目前，在乙烯系列的產品中，環(huán)氧乙烷在乙烯系統(tǒng)的產量僅次于聚乙烯，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品，其產量僅次于乙烯，環(huán)氧乙烷也是一種非常重要的精細化工原料。環(huán)氧乙烷直接使用價值很小，98%以上轉化為各種衍生物。中國石化總公司的環(huán)氧乙烷主要用于生產乙二醇。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、農藥乳化劑以及殺蟲劑等。環(huán)氧乙烷是重要基本有機合成原料，

2、用途甚廣，因此世界各國環(huán)氧乙烷的產量上升較快。目前，在乙烯系列的產品中，環(huán)氧乙烷的產量僅次于聚乙烯，占第二位。環(huán)氧乙烷的發(fā)展歷史是漫長的。早在1859年，法國化學家伍爾茲就發(fā)現氯乙醇與堿作用可以生成環(huán)氧乙烷，1925年美國聯合碳化物公司建立了第一氯醇法環(huán)氧乙烷生產裝置，由于此法生產技術簡單，乙烯消耗定額低等原因，所以被廣泛采用，長時期內成為環(huán)氧乙烷生產的唯一方法，直到50年代中期此法仍占有絕對優(yōu)勢。環(huán)氧乙烷乙二醇工業(yè)通過幾十年的發(fā)展，目前生產技術日臻完善，但為了適應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)氧乙烷乙二醇生產技術將以節(jié)能降耗為中心發(fā)展，尤其是開發(fā)高性能新

3、型催化劑。設計的產品的性能和用途環(huán)氧乙烷的性能環(huán)氧乙烷是由兩個碳原子、四個氫和一個氧原子組成的。因為它可以由乙烯氧化而制得，所以叫做氧化乙烯。分子式為CHO，分子量為44。24環(huán)氧乙烷是無色的液體。具有醚類的香味。與水和大部分有機溶劑可以任何比例互溶。比重0.8969(0/4C),熔點-111.3C沸點10.73C,閃點V-18C,熔點429C,自然點571C。環(huán)氧乙烷易燃易爆，在空氣中的爆炸范圍為3100%。在密閉容器中的純環(huán)氧乙烷氣體,用熱鉑絲點火時會發(fā)生爆炸。環(huán)氧乙烷有一定毒性,在空氣中允許濃度為50PPm。環(huán)氧乙烷的用途環(huán)氧乙烷是一種有毒的致癌物質，以前被用來制造殺菌劑。環(huán)氧乙烷易燃易

4、爆，不易長途運輸，因此有強烈的地域性。被廣泛地應用于洗滌，制藥，印染等行業(yè)。在化工相關產業(yè)可作為清潔劑的起始劑。環(huán)氧乙烷可殺滅細菌（及其內孢子）、霉菌及真菌，因此可用于消毒一些不能耐受高溫消毒的物品。美國化學家LloydHall在1938年取得以環(huán)氧乙烷消毒法保存香料的專利，該方法直到今天仍有人使用。環(huán)氧乙烷也被廣泛用于消毒醫(yī)療用品諸如繃帶、縫線及手術器具。環(huán)氧乙烷有殺菌作用，對金屬不腐蝕，無殘留氣味，因此可用材料的氣體殺菌劑。通常采用環(huán)氧乙烷-二氧化碳（兩者之比為90：10）或環(huán)氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于醫(yī)院和精密儀器的消毒。環(huán)氧乙烷用熏蒸劑常用于糧食、食物的保藏。例如，干蛋粉的

5、貯藏中常因受細菌的作用而分解，用環(huán)氧乙烷熏蒸處理，可防止變質，而蛋粉的化學成分，包括氨基酸等都不受影響。環(huán)氧乙烷易與酸作用，因此可作為抗酸劑添加于某些物質中，從而降低這些物質的酸度或者使用其長期不產生酸性。例如，在生產氯化丁基橡膠時，異丁烯與異戊二烯共聚物的溶液在氯化前如果加入環(huán)氧乙烷，則成品即可完全不用堿洗和水洗。由于環(huán)氧乙烷易燃及在空氣中有廣闊的爆炸濃度范圍，它有時被用作燃料氣化爆彈的燃料成份。環(huán)氧乙烷自動分解時能產生巨大能量，可以作為火箭和噴氣推進器的動力，一般是采用硝基甲烷和環(huán)氧乙烷的混合物（60：40-95：5）。這種混合燃料燃燒性能好，凝固點低，性質比較穩(wěn)定，不易引爆?？偟膩碚f，環(huán)

6、氧乙烷的上述這燈直接用途消費量很少，環(huán)氧乙烷作為乙烯工業(yè)衍生物僅次于聚乙烯，為第二位的重要產品。其重要性主要是以其為原料生產的系列產呂。由環(huán)氧乙烷衍生的下游產品的種類遠比各種乙烯衍生物多。環(huán)氧乙烷的毒性為乙二醇的27倍，與氨的毒性相仿。在體內形成甲醛、乙二醇和乙二酸，對中樞神經系統(tǒng)起麻醉作用，對粘膜有刺激作用，對細包原漿有毒害作用。大部份的環(huán)氧乙烷被用于制造其它化學品，主要是乙二醇。乙二醇主要的最終用途是生產聚酯聚合物，也被用作汽車冷卻劑及防凍劑。其次用于生產乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亞乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羥乙基纖維素、氯化膽堿、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游產品。環(huán)氧乙烷主要用于

7、制造乙二醇（制滌綸纖維原料）、合成洗滌劑、非離子表面活性劑、抗凍劑、乳化劑以及縮乙二醇類產品，也用于生產增塑劑、潤滑劑、橡膠和塑料等。廣泛應用于洗染、電子、醫(yī)藥、農藥、紡織、造紙、汽車、石油開采與煉制等眾多領域。蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書設計的產品在國民經濟中的重要性及市場需求1.3.1環(huán)氧乙烷在國民經濟中的重要性環(huán)氧乙烷（簡稱EO）,又稱氧化乙烷，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化工產品，是最簡單最重要的環(huán)氧化物，在國民經濟發(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中間體，它主要消費于乙二

8、醇，全球環(huán)氧乙烷的產量的60%都轉變?yōu)橐叶?，乙二醇可進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。環(huán)氧乙烷的第二銷量是用于洗滌劑的乙氧基化物產品。其它環(huán)氧乙烷的衍生物產品有乙醇胺，溶劑，乙二醇醚類等。環(huán)氧乙烷也可用作熏蒸消毒殺蟲劑、殺菌劑以及醫(yī)療器械的消毒劑。國內外環(huán)氧乙烷的市場需求從發(fā)展趨勢看，1993年后世界環(huán)氧乙烷生產能力雖然余量較大，但亞洲地區(qū)聚酯生產增長幅度較大，需從美國、加拿大和沙特進口。10年間，世界環(huán)氧乙烷供求關系日趨平衡并向生產能力余量較大發(fā)展。我國環(huán)氧乙烷主要用于生產乙二醇，而乙二醇在我國主要用于聚酯纖維生產，由于聚酯纖維工業(yè)發(fā)展迅速，國產乙二醇供不應

9、求。與西方發(fā)達國家相比，我國環(huán)氧乙烷的非乙二醇應用比例相對較低。如用我國1993年的數據與美國、日本、西歐1991年、1992年的數據相比，美國的非乙二醇應用占環(huán)氧乙烷消費的30.5%、日本為44.9%、西歐達到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用下游的花色品種繁多，增值率高，在國民經濟中與其它行業(yè)的關系也更加緊密和復雜，因此比例的增高可以看做是加工深度的結果。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。我國非乙二醇應用的各類產品消耗環(huán)氧乙烷的比例也與發(fā)達國家有很大差異，另外，國內環(huán)氧乙烷的非乙二醇產品多數供不應求，每年要大量

10、進口。但同時，國內的開工率又很低，裝置能力大量閑置。我國化工技術較落后，許多產品不論是工藝路線還是規(guī)模都低于國際先進水平，在質量和價格上無法與國外產品競爭。目前工業(yè)上系由環(huán)氧乙烷直接水合生產乙二醇，所以兩個產品大都在同一工廠里生產，從環(huán)氧乙烷合成乙二醇的技術，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器內進行水合反應生成乙二醇，其溶液經提濃、干燥、精餾分離出環(huán)氧乙烷及其他二元醇副產品。而隨著我省石油化工的發(fā)展，環(huán)氧乙烷供求關系由緊張轉為緩和。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

11、萬噸環(huán)氧乙烷，遼化二期工程又增加3萬噸環(huán)氧乙烷的生產能力。預計我省環(huán)氧乙烷產品將大幅度增加。目前我省還有需用環(huán)氧乙第3頁蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書第 頁第 頁烷為原料的化工廠總數不足20家，主要用于生產各種非離子表面活性劑，少數用來生產乙二醇單醚溶劑。估計年消耗量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化工生產廠，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域，今后尚有許多應用領域有待開發(fā)。簡述產品的幾種生產

12、方法及特點目前，環(huán)氧乙烷的工業(yè)生產方法有兩種，即氯醇法和直接氧化法。后者根據氧化劑的不同，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）。隨著科學技術的進步，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，但大都處于實驗階段。1.4.1氯醇法在2025C0.26MPa（2.5atm）下進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噸二氯乙烷副產物。以該法生產環(huán)氧乙烷存在著消耗大量氯，排放大量工業(yè)污水，設備腐蝕嚴重等缺點。氯醇法生產環(huán)氧

13、乙烷包括兩個基本反應：乙烯與次氯酸反應和氯乙醇脫氯化氫反應。氯醇法特點：這種生產方法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)尚有一定現實意義。從環(huán)氧乙烷分子的元素組成來看并沒有氯，而實際生產中卻消耗大量氯來生產氯乙醇，最終氯以氯化物的形式而變成廢料，這樣不但浪費氯氣資源，而且污染環(huán)境難于處理，這是該法的致命缺點。另外，在乙烯次氯酸化過程中副產鹽酸，盡管次氯酸化塔采取各種防腐措施，單對設備建筑物及輔助設施的腐蝕仍是很嚴重的。鑒于上述情況，氯醇法逐漸為后來發(fā)

14、展起來的直接氧化法所取代。如美國1960年氯醇法生產的環(huán)氧乙烷占其總產量的40%,到1968年已降至10%,只有道化（DowChem）公司還采用氯醇法，而在1971年以后，氯醇法全部被淘汰。直接氧化法1931年，美國蘭赫爾提出，于硬質玻璃管或石英管中，在300525C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，副產物主要是二氧化碳和水，而醛類只是痕跡量。1937年美國聯合碳化物公司建立了第一個空氣氧化法生產環(huán)氧乙烷的試生產裝置，于1938年正式投入生產，但生產不正常，反應溫度難于

15、控制，其技術經濟指標低于氯醇法。隨著科學技術的進步，直接氧化法得到了不斷發(fā)展。1940年美國科學設計(SD)公司也建立了空氣氧化法的試驗裝置，但到1953年才建成年產2.7萬噸空氣氧化法生產環(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化學公司建立了年產近2萬噸的第一個氧氣氧化法生產環(huán)氧乙烷裝置。開始時氧氣氧化法并不十分完善，經不斷改進，到1960年以后，氧氣氧化法生產環(huán)氧乙烷裝置才日益增多起來。由于氧氣氧化法使生產得到強化，乙烯消耗定額低，且廉價純氧易得等原因，故被廣泛應用。為便于空

16、氣氧化法和氧氣氧化法的比較，先介紹一些典型的生產工藝流程。直接氧化法生產環(huán)氧乙烷的具體工藝流程已發(fā)展了好多種。空氣氧化法歷史較長，最早使用的是美國聯合炭化公司的方法，簡稱U.C.C法。到五十年代，美國科學設計公司的空氣氧化法，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，如日本觸媒化學工業(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上較空氣法更為先進，所以不少公司也發(fā)展了自己的氧氣氧化法技術，如S.D氧氣氧化法，日本化學觸媒工業(yè)公司氧氣氧化法，意大利斯耐姆氧

17、氣氧化法。兩種方法都可分為兩個部分氧化與提純，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，乙烯的單程轉化率必須保持很低，這就是說反應器出來的氣體中還含有相當數量的乙烯，因此兩種方法都采用氣體循環(huán)操作。因為環(huán)氧乙烷能進一步氧化為二氧化碳和水，所以循環(huán)氣體去反應器之前也都必須經吸收塔將環(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。設備數目多，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。氧氣氧化法設備數目較少，流程較短，設備及

18、建廠投資較空氣法少15%。如包括空氣分離裝置在內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料濃度，但反應溫度比空氣法低10C左右，催化劑壽命較長，該法對乙烯消耗定額為0.95噸。在固定床反應器中乙烯和純氧在銀催化劑表面上，直接反應生成環(huán)氧乙烷，反應器由殼程的水汽化和致穩(wěn)氣帶走。N作為致穩(wěn)氣用來稀釋乙烯與氧氣的混合濃度，使該三2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，控制主反應的選擇性。生成的環(huán)氧乙烷經乙二醇水溶液吸收、閃蒸、再吸收解吸(去脫除CO2等雜質)，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，得到環(huán)氧乙

19、烷產品。由上述可知，對于大規(guī)模的環(huán)氧乙烷生產裝置，一般采用氧氣法，對于有充足純氧源供應的建廠地亦應優(yōu)先發(fā)展氧氣法，中等規(guī)模的生產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的小規(guī)模生產裝置，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。這就是生產方法的選用依據。設計任務1.51設計題目：原料乙烯年處理量為12噸152設計數據用N作為惰性致穩(wěn)氣時的原料氣組成2組成CH24O2N2CO2CH4CH26ArHO2mol，%18.008.0050.509.130.590.7612.520.50反應器的單程轉化率：15.1%選擇性：83.8%環(huán)氧乙烷的吸收率：99.5%0中夾帶Ar0

20、.00856mol，循環(huán)排放氣中含Ar為12.85%，產品環(huán)氧乙烷中含2Ar0.00631mol。設計具體內容范圍及設計階段本次設計的內容為乙烯制取環(huán)氧乙烷生產工藝設計，具體包括以下幾個設計階段：進行方案設計，確定生產方法和生產工藝流程。對環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)的物料衡算；繪制環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)的工藝流程圖(一張)；繪制二氧化碳脫除系統(tǒng)的工藝流程圖(一張)；編制課程設計說明書(一份)。蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書第 頁第 頁2設計方案簡介環(huán)氧乙烷（沸點10.5C）是最簡單也是最重要的環(huán)氧化合物，其用途是制取生產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

21、胺類、乙二醇醚類等。2.1反應過程分析工業(yè)上生產環(huán)氧乙烷的方法是乙烯氧化法，在銀催化劑上乙烯用空氣或純氧氧化。乙烯在Ag/a-AlO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23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，催化劑的生產能力較大，故大規(guī)模生產采用氧氣氧化法。由乙烯環(huán)氧化反應的動力學圖示可知乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應是強放熱反應，其反應熱效應要比乙烯環(huán)氧化反應大十多倍。O1OZ2k.jynn.oi8OaWGOg+gHQ:氣）玨士亠1324.kJ/mol0F嚴活只=-1324.6町/moi副反應的發(fā)生不僅使環(huán)氧乙烷

22、的選擇性降低，而且對反應熱效應也有很大的影響。選擇性下降熱效應明顯增加，故反應過程中選擇性的控制十分重要。如選擇性下降移熱慢，反應溫度就會迅速上升，甚至產生飛溫。2.2催化劑的選擇由于選擇性在反應過程中的重要性，所以要選擇選擇性好的催化劑，銀催化劑對乙烯環(huán)氧化反應較好的選擇性，強度、熱穩(wěn)定性、壽命符合要求，所以用銀催化劑。催化劑由活性組分銀、載體和助催化劑組成。助催化劑主要有堿金屬、堿土金屬、稀土金屬化合物等。其作用是提高活性、增大穩(wěn)定性、延長壽命。抑制劑的作用是抑制非目標產物的形成，主要有硒、碲、氯、溴等。載體的主要功能是負載、分散活性組分，提高穩(wěn)定性。載體的結構（特別是孔結構）對助劑活性的

23、發(fā)揮、選擇性控制有極大的影響（乙烯氧化制環(huán)氧乙烷的特殊性要求載體比表面積低并且以大孔為主）。2.3反應壓力加壓對氧化反應的選擇性無顯著影響，但可提高反應器的生產能力且有利于環(huán)氧乙烷的回收，故采用加壓氧化法，但壓力高對設備的要求高費用增加催化劑易損壞。故采用操作壓力為2Mpa左右。2.4反應溫度及空速的影響影響轉化率和選擇性的主要因素是溫度。溫度過高，反應速度快、轉化率高、選擇性下降、催化劑活性衰退快、易造成飛溫；溫度過低，速度慢、生產能力小。所以要控制適宜溫度，其與催化劑的選擇性有關，一般控制的適宜溫度在200-260C。另一個因素是空速，與溫度相比該因素是次要的，但空速減小，轉化率增高，選擇

24、性也要降低，而且空速不僅影響轉化率和選擇性，也影響催化劑得空時收率和單位時間的放熱量，故必須全面衡量，現工業(yè)上采用的混合起空速一般為7000/h左右，也有更高。以氧氣作氧化劑單程轉化率控制在12-15%，選擇性可達75-80%后更高。原料純度及配比原料其中的雜質可能給反應帶來不利影響：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發(fā)生爆炸性分解；使選擇性下降（鐵離子）；使反應熱效應增大（H2、C3以上烷烴和烯烴）；影響爆炸極限，如氬氣是惰性氣體但其會使氧的爆炸極限濃度降低而且增加爆炸的危險性，氫也有同樣的效應，故原料中的雜質含量要嚴格控制。（乙炔5ppm,C

25、3以上烴lppm,硫化物lppm,H25ppm）進入反應器的混合氣組成：由于反應的單程轉化率較低故采用具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過程，進入反應器的混合氣是由循環(huán)氣和新鮮原料氣混合而成的，其組成既影響經濟效果也關系生產安全。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（如濃度過高，反應快，放熱多，反應器的熱負荷大，如放熱和除熱不能平衡，就造成飛溫），以氧為氧化劑為使反應不致太劇烈仍須加入稀釋劑，以氮作稀釋劑進反應器的乙烯濃度可達15-20%，氧濃度為8%左右。由于反應的轉化率比較低，為了充分利用原料從吸收塔出來的氣體須循

26、環(huán)，由于循環(huán)氣中含有雜質和反應副產物所以需要在循環(huán)之前將一部分有害氣體排除，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）脫除掉副反應生成的二氧化碳。二氧化碳對環(huán)氧化反應有抑制作用，但適量提高其含量對反應的選擇性有好處，且提高氧的爆炸極限，故循環(huán)氣中允許有一定量二氧化碳，但不宜過多，因反應產生二氧化碳所以須脫除。3生產工藝流程簡述3.1工藝流程簡述原料乙烯、氧氣和循環(huán)氣經預熱后進入反應器，在銀觸媒作用下進行如下主要反應。(1)(2)CH+1OAgCHO+0.12MJ/mol242224CH,3OAg2CO+2HO+1.35MJ/

27、mol24222由反應式可知，反應器內進行的是強放熱化學反應，特別是反應放熱量是式（1）反應放熱量的10倍之多。操作稍有不慎，即可加速式的反應，引發(fā)溫度驟升，造成燃燒;或者操作條件波動,使反應進入爆炸極限區(qū)域內，引發(fā)重大事故的發(fā)生。國內很多裝置的此反應器爆炸事故,大都因氧氣加入量導致氧和乙烯比例進入爆炸極限區(qū)而發(fā)生。3.2工藝流程草圖及說明3.2.1工藝流程草圖（一）氧化反應部分-3X圖（1）需氣氧化法反應部畬的工蘭流程環(huán)氧乙烷眼收塔5.二氧化碳吸收培二氧化碳眼收液再生譜圖1氧化反應3.2.2流程草圖說明乙烯催化氧化法制環(huán)氧乙烷的工藝需注意以下兩點：安全性的保障：對此工藝，由于副反應為強放熱反

28、應，溫度的控制尤為重要，若反應熱未及時移走，就會導致溫度難于控制，產生飛溫現象。由于是氧氣做氧化劑，還存在爆炸極限的問題，所以反應氣體的混合至關重要?？山栌枚嗫讎娚淦鲗χ旌蠚饬鞯南掠螌⒀醺咚賴娚淙胙h(huán)氣和乙烯的混合氣中，使它們迅速進行均勻混合。為控制氧氣、乙烯的濃度在爆炸極限以內，也為使反應不致太劇烈，需采用惰性致穩(wěn)氣，可采用N或CH4做致穩(wěn)氣。2生產經濟性的保障：對化工行業(yè)的生產工業(yè)來說，經濟性是應考慮的重要因素。為滿足此要求，應想辦法使反應的選擇性提高，故應采用性能良好的催化劑，催化劑的研究開發(fā)決定著反應的選擇性。并用抑制二氯化烷來抑制副反應的發(fā)生。還應考慮能量的利用律，想辦法利用生產流

29、程中各種位能的熱量，充分節(jié)約資源，降低生產成本。新鮮原料氧氣和新鮮原料乙烯與循環(huán)氣混合后，經過熱交換器預熱一段時間后，從反應器上部進入催化床層。自反應器流出的反應氣環(huán)氧乙烷含量僅1-2%，經熱交換器利用其熱量并進行冷卻后，進入環(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CO2吸收裝置，用熱碳酸鉀溶液脫除掉副反應所生成的CO2。送CO2吸收裝置那一小部分氣體在二氧化碳吸收塔中與來自再生塔的熱的貧碳酸氫鉀-碳酸鉀溶液接觸。在二氧化碳作用下轉化為碳酸氫鉀。自二氧化碳吸收塔塔頂排出的氣體經冷卻

30、，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-碳酸鉀溶液經減壓入再生塔，經加熱，使碳酸氫鉀分解為二氧化碳和碳酸鉀，CO2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。蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書第12頁第12頁蘇州科技學院化工工藝設計說明書4工藝計算書4.1已知條件原料乙烯年處理量為12萬噸用N作為惰性致穩(wěn)氣時的原料氣組成2組成CH24ON22CO2CH4CH26ArHO2mol,%18.00&0050.509.130.590.7612.520.50反應器的單程轉化率：15.1%選擇性：83.8%環(huán)氧乙烷的吸收率：99

31、.5%O中夾帶Ar0.00856mol,循環(huán)排放氣中含Ar為12.85%,產品環(huán)氧乙烷中含Ar0.006312mol。RS!RCC：耳.Q；品日N:+j匚反應器R吸收塔LSPC舄:脫除裝置-P-環(huán)氧乙烷水濬液J圖2乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖其中：FF新鮮原料氣MF原料混合氣RP反應混合氣SP混合分離氣RC循環(huán)氣P產品環(huán)氧乙烷W排空廢氣SPC未脫除一氧化碳的循環(huán)氣TC脫除的二氧化碳SRC脫除二氧化碳的循環(huán)氣第11頁4.2衡算過程(1)根據生產任務，原料乙烯年處理量為12萬噸，若按年工作日300天，每天開動設備24小時計算乙烯處理量=12“41=595.238kmol/h3002428

32、進入的原料氣總量=595.38=3306.878kmol/h18%衡算基準：以單位時間進入反應器的混合原料氣3306.878kmol為基準衡算范圍：以下各步的衡算范圍如圖2虛線框所示(2)以反應器為衡算范圍，確定反應混合氣(RP)組成反應器中的主要反應方程式：主反應方程式：十仃副反應方程式：血一乜：)I2IWg原料混合氣(MF)各組分摩爾數的變化(CH)3306.878X18%X15.1%=89.8810kmol24(CHO)89.8810X83.8%=75.3203kkmol24(CO)89.8810X(1-83.8%)X2=29.1214kmol2(HO)29.1214kmol2(O)75

33、.3203X1/2+29.1214X3/2=81.3423kmol2反應混合氣(RP)的組分含量CH3306.878X18%-89.8810=505.3570kmol24O3306.878X8%-81.3423=183.2079kmol2CHO75.3203kmol24CO3306.878X9.13%+29.1214=331.0394kmol2HO3306.878X0.50%+29.1214=45.6558kmol2其他氣體未參加反應，故他們的量不變，同原料氣CH3306.878X0.59%=19.5106kmol4N3306.878X50.50%=1169.9734kmol2CH3306.8

34、78X0.76%=25.1323kmol26蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書第 頁第 頁蘇州科技學院化工工藝設計說明書Ar3306.878X12.52%=414.0211kmol反應混合氣的組成由以上計算可得RP中混合物的總量(S)RPRP=505.3570+183.2079+331.0394+19.5106+75.3203+45.6558+25.1323+414.0211+1669.9734=3269.2178kmol計算結果如下表：組成CH24O2N2CO2CH4kmol505.3570183.20791669.9734331.039419.5106Kmol,%

35、15.4585.60451.80210.1260.597組成CH26ArHO2CHO24kmol25.1323414.021145.655875.3203Kmol,%0.76912.6641.3972.304以吸收塔為衡算范圍，確定混合分離氣(SP)的組成RP中各組分量的變化(即在產品P中的含量)(CHO)：75.3203X99.5%=74.9437kmol24(Ar)：74.9437X0.00631=0.4729kmol(HO)：45.6558kmol(即考慮水全部進入產品中)2由此可得，產品(P)中帶出的物質總量(SP)P=74.9437+0.4729+45.6558=121.0724km

36、olSP中各組分的含量利用衡算關系式：RP(X)=SP(X)+P(X)X為SP中某組分對CHO和Ar作物料衡算，得它們的含量如下24CHO：75.3023-74.9437=0.3766kmol(數值較小，忽略不計)24Ar：414.0211-0.4729=413.5482kmolHO：45.6558-45.6558=02其他氣體的量不變。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的摩爾分數也為12.85%?？傻肧P中各組分的總量(S)SPSP=413.5482/12.85%=3218.2739kmol計算結果如下表：組成CH2402N2C02CH4kmol505.3570

37、183.20791669.9734331.039419.5106Kmol,%15.7035.69351.89010.2860.606組成CH26ArH02CH024kmol25.1323413.548200Kmol,%0.78112.85000確定新鮮原料(FF)和循環(huán)氣(RC)組成以整體為衡算范圍，對Ar作物料衡算.設FF中O為Xkmol,CH為Ykmol;RCTOC o 1-5 h z224中0為Zkmol，CH為Gkmol。224利用衡算式FF(Ar)=P(Ar)+W(Ar)可得0.00856X=0.4729+WX12.85%以節(jié)點B為衡算范圍，對CH和0作物料衡算。利用衡算式242SP

38、(x)=RC(x)+W(x)X為CH和0242且W中各組分的組成與SP中各組分的組成相等，可得對CH:505.3570二G+WX15.7030%24對0：183.2079=Z+WX5.6930%2(C)以節(jié)點A為衡算范圍，對CH和0作物料衡算。利用衡算式242MF(X)=FF(X)+RC(X)X為CH和0可得:242對CH：24595.2830=Y+G對0：2264.550=X+Z聯立以上五式，解得X=81.4407Y=90.1550Z=183.1093G=505.0830W=1.7450確定FF的組成由以上計算可知FF中：0含量為81.4407kmol,2CH含量為90.1550kmol，2

39、4故FF中0中的Ar夾帶量為：81.4407X0.00856=0.6971kmol2以節(jié)點B為衡算范圍，對N作物料衡算，利用衡算式2SP(N)=RC(N)+W(N)可得222RC(N)=1669.9734-1.7450X51.890%=1669.0679kmol2以節(jié)點A為衡算范圍，對N作物料衡算，利用衡算式2MF(N)=FF(N)+RC(N)可得222FF(N)=1669.9734-1669.0679=0.9055kmol2故FF中各組分的總量FF=90.1550+81.4407+0.6971+0.9055=173.1983kmol計算結果如下表：成組H4C202N2Arkm90.1581.

40、440.90550.697ol50071Km52.0547.020.5230.402ol,%32確定RC的組成由前面的計算已得RC中：0：183.1093kmol,CH：505.0830kmol,224N：1669.0679kmol。2以節(jié)點A為衡算范圍，對Ar作物料衡算，利用衡算式MF(Ar)=FF(Ar)+RC(Ar)可得:RC(Ar)=414.0211-0.6971=413.3240kmolRC中其他組分的量與MF中相等。故RC中各組分的總量RC=505.0830+183.1093+1669.0679+301.9180+19.5106+25.1323+414.0211+16.5344=3

41、134.3766kmol計算結果如下表：成組CH0NCOCH242224kmo505.0830183.10931669.067301.91819.510l906Kmo16.1145.84253.2509.6320.622l,%組成CH26ArHO2CHO24kmol25.1323414.021116.53440Kmol,%0.80213.2090.5280確定未脫CO的循環(huán)氣SPC的組成2W中含CO的量1.7450X10.286%=0.1795kmol(極少，略去)2由節(jié)點C處CO守衡，有：2TC(CO)=SP(CO)-RC(CO)222得：TC(CO)=331.0394-301.9180=2

42、9.1214kmol2(B)根據工藝條件，可設二氧化碳脫除裝置中CO的脫除效率為70%則進入裝置的2CO量為：29.1214/70%=41.602kmol2SRC中CO的量SRC(CO)=41.602X(l-70%)=12.4806kmol22節(jié)點D處CO平衡，有2RC(CO)=SRC(CO)+SPC(CO)可得：222SPC(CO)=301.9180-12.4806=289.4374kmol2又SPC中各組分的組成與SP各組分相等，故SPC各組分總量SPC=289.4374/10.286%=2813.8766kmol因SPC/(SP-W)=2813.8766/(3218.2739-1.745

43、0)=87.5%所以從吸收塔出來進入循環(huán)的混合氣有87.5%直接循環(huán)，12.5%進入CO脫除2裝置中。因SPC與SP各組分組成相等，可得SPC中各物質的摩爾數(單位:kmol)CH：442.1874O:160.3069CH:17.07182424CH：21.9908CO：289.6595N：1461.2267Ar：361.85472622SPC組成的計算結果如下表：組成CH24O2N2CO2CH4kmol442.1874160.30691461.2267289.659517.0718Kmol,%15.7035.69351.89010.2860.606組成CH26ArHO2CHO24kmol21

44、.9908361.854700Kmol,%0.78112.85000以節(jié)點D為衡算范圍，確定SRC的組成。利用，RC(x)=SP(x)+SRC(x)X為SRC中某組分可得SRC中各組分的量CH：505.0830-442.1874=62.8956kmol24O：183.1093-160.3969=22.8024kmol2N：1669.0679-1461.2267=207.8412kmol2CO：301.9180-289.6595=12.2585kmol2CH：19.5106-17.0718=2.4388kmol4CH：25.1323-21.9908=3.1415kmol26Ar：414.0211

45、-361.8547=52.1664kmolHO：16.5344-0=16.5344kmol2故SRC中各組分的總量SRC=62.8956+22.8024+207.8412+12.2585+2.4388+3.1415+52.1664+16.5344=380.0788kmol計算結果如下表：組成CH24O2N2CO2CH4kmol62.895622.8024207.841212.25852.4388Kmol,%16.5486.00054.6843.2250.642組成CH26ArHO2CHO24kmol3.141552.166416.53440Km0.82713.7254.3500蘇州科技學院化工

46、工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書ol,%4.3數據校核、結果評價和心得體會數據校核總物料平衡FF=P+W+TC其中FF=173.1983kmolP=121.0724kmolW=1.7450kmolTC=29.1214kmol故方程右邊=151.9388kmol方程左邊吸收塔物料平衡RP=SP+P其中RP=3269.2178kmolSP=3218.2739kmolP=121.0724kmol得方程右邊=3339.3463kmol方程左邊節(jié)點A物料平衡MF=FF+RC其中FF=173.1983kmolRC=3134.3766kmolMF=3306.878k

47、mol有方程右邊=3307.5749kmol方程左邊節(jié)點B(C)物料平衡SP=W+RC+TC其中SP=3218.2739kmolW=1.7450kmolRC=3134.3766kmolTC=29.1249kmol得方程右邊=3165.243kmol方程左邊節(jié)點D物料平衡RC=SRC+SPC其中RC=3134.3766kmolSRC=380.0788kmolSPC=2813.8966kmol有方程右邊=3193.9754kmol方程左邊結果評價以上在不同的衡算范圍對總氣體量分別進行校核，計算的結果顯示各種計算數據基本符合要求。雖有一些誤差，但都在工程允許范圍內。下面對誤差進行分析。在實際生產過程

48、中，由于在環(huán)氧乙烷吸收塔中，水也溶解了其它微量氣體，所以產品P中并非僅有CHO及微量的Ar，而在計算過程中沒有考慮那部分氣體的量，視產品中24僅有CHO和Ar，而且計算過程中忽略了W中排出的極少部分氣體，所以導致SP的氣體總24量及部分物質的量不精確，但誤差很小，并不影響整體結果。在計算過程中，將SP中H02和CHO的量視為零，因SPC與SP的組成相同，所以RC中的HO考慮為從SRC中來，即從CO2422第18頁蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書第 頁第 頁蘇州科技學院化工工藝設計說明書脫除裝置中出來的循環(huán)氣帶出了少量的水，從而滿足水的平衡。由于致穩(wěn)氣N是循環(huán)使2用的

49、，只需一次輸入即可，但在實際生產中，W、TC以及P處都有少量N帶出，故FF中需2要夾帶一定量的N進行補充。243.3心得體會通過本次課程設計的訓練，讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認識，我們了解了工程設計的基本內容，掌握了化工設計的主要程序和方法，增強了分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還使我們樹立正確的設計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風，加強工程設計能力的訓練和培養(yǎng)嚴謹求實的科學作風更尤為重要。最后，我還要感謝我的指導老師對我們的教導與幫助，感謝同學們的相互支持，與他們一起對一些問題的探討和交流讓我開拓了思路，也讓我在課程設計時多了些輕松、愉快。5計算結

50、果一覽表組成CH24O2N2CO2CH4CH26ArHO2CHO24總計mol混合氣mol505.3570183.20791669.9734331.039419.510625.1323414.021145.655875.32033269.2178RPMol,%15.4585.60451.80210.1260.5970.76912.6641.3972.304100mol505.3570183.20791669.9734331.039419.510625.1323413.5482003218.2739SPMol,%15.7035.69351.89010.2860.6060.78112.850001

51、00mol90.155081.44070.90550000.697100173.1983FFMol,%52.05347.0220.5230000.40200100mol505.0830183.10931669.0679301.918019.510625.1323414.021116.534403134.3766RCMol,%16.1145.84253.2509.6320.6220.80213.2090.5280100mol442.1874160.30691461.2267289.659517.071821.9908361.8547002813.8699SPCMol,%15.7035.69351

52、.89010.2860.6060.78112.85000100mol62.895622.8024207.841212.25852.43883.141552.166416.53440380.0788SRCMol,%16.5486.00054.6843.2250.6420.82713.7254.35001006工藝流程及控制點說明6.1工藝流程說明6.1.1環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)工藝流程主流程原料流程原料乙烯、氧氣和致穩(wěn)氮氣來自界區(qū)，他們與循環(huán)物料氣的混合氣體站(H-102)充分混合后，進入氣一氣換熱器(E-111)與反應生成氣換熱并預熱到指一定溫度后，從填充銀催化劑的列管式固定床反應器(D-110)的

53、上部進入催化床層，在一定溫度(220-2603)和壓力2Mpa)下，進行氧化反應。吸收流程已反應的氣體自氧化反應器(D-110)下部流出，進入氣一氣換熱器(E-111)，被反應原料氣冷卻后進入環(huán)氧乙烷水吸收塔(D-115)。在吸收塔中，以水做吸收劑，吸收反應氣體中的產物環(huán)氧乙烷。吸收劑水自塔上部進入，環(huán)氧乙烷吸收液自塔中部流入，進入環(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)回蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書蘇州科技學院化工工藝設計說明書反應器，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

54、副反應所生成的二氧化碳。從吸收塔頂部出來的吸收氣，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)氣氮氣進入循環(huán)壓縮機（C-110），加壓后，混合氣大約有十分之一送至二氧化碳脫除流程，脫除二氧化碳后，再返回至循環(huán)氣系統(tǒng)：一部分經添加抑制劑二氯乙烷后，進入氧氣混和器（H-102），與原料乙烯，氧氣混合，成為原料氣。輔助流程（1）熱油循環(huán)流程乙烯的環(huán)氧化反應為放熱反應，其副反應為乙烯完全氧化為二氧化碳和水的反應，更是強放熱反應。故在反應過程中應及時將反應產生的反應熱移走，否則不僅會使選擇性下降，甚至還會產生飛溫現象。本工藝流程方案中，用礦物油做冷卻劑，移走反應熱。流

55、程如下：循環(huán)載熱的熱油經過熱油冷卻器（E-110）冷卻后，進入氧化反應器（D-110）的上部，吸收反應熱會后從反應器下部流出。由于此時熱油溫度較高，為防止熱膨脹使輸油管變形，應與熱油膨脹罐（F-110）連接。同時為了補充循環(huán)過程中的礦物油損失，應在設一熱油儲罐（F-110），并以2kg/cm2的蒸汽加熱，經加熱的熱油由輸送泵（G-115）輸出，與反應器下部流出的高溫熱油混合后，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產生高壓蒸汽，一部分送至用戶，另一部分進入蒸汽加熱氣（BT10）進一步提高熱位。蒸汽加熱氣（B-110）以燃料油及吸收塔中排出氣等作燃料，進入空氣燃燒，來加熱蒸汽，產生高熱位蒸汽，經循環(huán)壓縮機（C-110），減壓變?yōu)榈蛪赫羝?，作為流程中其它設備熱源之用。（3）抑制劑流程為抑制副反應，氧化反應過程中需有抑制劑二氯乙烷（EDC）加入，用中壓氮氣作載氣。抑制劑由抑制劑罐（F-1308）送入抑制劑蒸發(fā)器（F-30A）,經加熱蒸發(fā)與壓縮后的致穩(wěn)氣，循環(huán)氣混合，進入混合器。二氧化碳脫除系統(tǒng)工藝流程1、脫二氧化碳循環(huán)氣流程經循環(huán)壓縮機（CT10）加壓后，循環(huán)氣的一部分進入接觸塔（D-210）,與來自再生塔后由塔頂排出，進入脫