年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷的固定床反應(yīng)器設(shè)計,徐凱 終極版

1、武漢工程大學(xué)課程設(shè)計摘 要本次課程設(shè)計的任務(wù)是完成年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷固定床反應(yīng)器的設(shè)計。生產(chǎn)工 藝采用的是直接氧化法制環(huán)氧乙烷。根據(jù)已知設(shè)計條件，對環(huán)氧乙烷氧化反應(yīng)器工 藝流程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，并確定固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與尺寸，采用計算機(jī) 繪圖軟件AUTO CAD繪制了該反應(yīng)器的設(shè)備裝配圖。所設(shè)計的反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為 1.6m，每個反應(yīng)器的列管數(shù)為1519根，列管規(guī)格25X2X6000，催化劑填充高度 5700mm，催化劑為球體，D=5mm，床層空隙率為0.5，反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管 長的95%，每根管長6m。換熱方式采用間接換熱，實際總傳熱面積為3577.245皿， 大于理論傳熱面積，

2、能夠完成年產(chǎn)生產(chǎn)要求。關(guān)鍵詞：環(huán)氧乙烷；固定床反應(yīng)器；物量衡算；能量衡算AbstractThis course is designed to complete the task of producing 60,000 tons of ethylene oxide fixed bed reactor design. Production process uses ethylene oxide oxygen oxidation method. According to the known design conditions, using Aspen plus software to simulat

3、e the oxidation of ethylene oxide reactor process for material balance and heat balance and determine the structure of a fixed bed reactor and dimensions, using computer graphics software to draw the AUTO CAD reactor equipment assembly drawings. The design of the reactor shell inner diameter of 1.6m

4、, and tube number 7,595, tube size 25 X 2 X 6000, catalyst packed height 5700mm, the catalyst is a sphere,D = 5mm, the bed porosity of 0.5, the reactor the catalyst filling height is 95% of the tube length, each tube length 6m. Heat transfer method using indirect heat, the actual reactor heat transf

5、er area 3577.245, greater than the theoretical heat transfer area, to complete the appropriate chemical production requirements, is consistent with the design standards of design solutions.Keywords: Ethylene oxide ,Fixed-bed reactor,material balance, heat balance目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmar

6、k1 o Current Document 摘 要IAbstractII HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第1章概述1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 第2章環(huán)氧乙烷的性質(zhì)和用途32.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)32.1.1物理性質(zhì)32.1.2化學(xué)性質(zhì)42.2環(huán)氧乙烷的發(fā)展5 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 第3章設(shè)計方案的確定73.1環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的確定73.2催化劑的選擇83.3環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定83.3.1反應(yīng)溫度83.3.2反應(yīng)壓力

7、8 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 3.3.3 空速93.3.4原料配比和循環(huán)比9 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.3.5抑制劑93.3.6穩(wěn)定劑的選擇103.4 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程10 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 第4章工藝計算134.1設(shè)計條件134.1.1反應(yīng)原理134.1.2原料組成144.1.3反應(yīng)器條件144.2物料衡算144.3熱量衡算17 HYPERLINK l bookmark182 o Current Doc

8、ument 第五章反應(yīng)器的設(shè)計21 HYPERLINK l bookmark214 o Current Document 第6章 安全與環(huán)保設(shè)計說明25iii TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 6.1工藝安全25 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 6.2操作規(guī)則25 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 6.3儲存要求26 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 6.4 運(yùn)輸方式2

9、6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 6.5三廢處理27 HYPERLINK l bookmark231 o Current Document 第7章結(jié)論28參考文獻(xiàn)29 HYPERLINK l bookmark248 o Current Document 致謝30 HYPERLINK l bookmark251 o Current Document 附錄31第1章概述環(huán)氧乙烷又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最簡單的環(huán)狀醚。分子式C 2H4O, 分子量44.05。環(huán)氧乙烷是以乙烯為原料的主要石油化工產(chǎn)品之一。世界乙烯總產(chǎn)量的16

10、%用 來生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯的第二位重要化工產(chǎn) 品。環(huán)氧乙烷還是重要的石油化工原料及有機(jī)和精細(xì)化工產(chǎn)品的中間體，主要用來 生產(chǎn)乙二醇。隨著精細(xì)化工的發(fā)展，環(huán)氧乙烷已成為精細(xì)化工工業(yè)不可缺少的一種 有機(jī)化工原料1。環(huán)氧乙烷早期采用氯醇法工藝生產(chǎn)，20世紀(jì)20年代初，UCC公司進(jìn)行了工業(yè)化 生產(chǎn)，之后公司基于LefortW關(guān)銀催化劑的研究成果，使用銀催化劑，推出空氣法乙 烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝。50年代末，Shell公司采用近乎純氧代替空氣作為生 產(chǎn)環(huán)氧乙烷的氧原料，推出氧氣法乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝，經(jīng)過不斷改進(jìn)， 目前較先進(jìn)的生產(chǎn)方法是用銀作催化劑，在列

11、管式固定床反應(yīng)器中，用純氧與乙烯 反應(yīng)，采用乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷2-5。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)有半個多世紀(jì)的歷史，最早的工業(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

12、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，因為氧氣氧化法不需要空氣凈化系統(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，未反應(yīng)的乙烯基本上可完全循環(huán)使用。本設(shè)計采用氧氣直接氧化法，對原有的單元設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)能力標(biāo)定和技術(shù)經(jīng)濟(jì) 評定。在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計條件，通過物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)器的選型及尺寸的確定，計算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計出符合設(shè)計要求的 反應(yīng)器。第2章 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)

13、和用途2.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)2.1.1物理性質(zhì)表2.1環(huán)氧乙烷的主要物理性質(zhì)參數(shù)名稱數(shù)值 TOC o 1-5 h z 沸點(101.3kPa),C10.8熔點(101.3l(Pa),C112.5臨界溫度，C195.8臨界壓力，Mpa7.194臨界密度，kg/m3314折射率，7D1.3597空氣中爆炸極限(101.3kPa)，%(體積)下限2.6空氣中爆炸極限(101.3kPa)，%(體積)上限100燃燒熱(25C，101.3kea)，kJ/kg29.648生成熱蒸汽，kJ/mol71.13生成熱液體，kJ/mol97.49熔解熱，kJ/kg117.86聚合熱，kJ/kg2091汽化熱，(10.

14、5C)，kJ/kg580.58比熱容(35C)，kJ/(kg.K)1.96氣相分解熱，kJ/kg1901著火點，K702自燃點，K644表面張力(20C)，mN/m24.3熱導(dǎo)率(25C)，J/(cm.s.K)0.0001239粘度，mPa.S，0C0.3l粘度，mPa.S，10C0.28常溫下環(huán)氧乙烷為無色、具有甜醚味的氣體。在較低的溫度下環(huán)氧乙烷成為無色、 透明、易流動的液體。易溶于水、醚和醇等有機(jī)溶劑。主要物理性質(zhì)如表1。2.1.2化學(xué)性質(zhì)環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能與很多化合物進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)主要是環(huán)氧 乙烷開環(huán)與其它化合物進(jìn)行加成反應(yīng)，放出大量反應(yīng)熱，有的反應(yīng)進(jìn)行得非常劇烈， 甚至

15、產(chǎn)生爆炸。許多反應(yīng)產(chǎn)物是重要的有機(jī)化工及精細(xì)化工產(chǎn)品。分解反應(yīng)氣體環(huán)氧乙烷在約400C時開始分解，主要生成CO、CH以及CH、GH4、H、42 62 42C、CH3CHO等。分解反應(yīng)的第一步是環(huán)氧乙烷異構(gòu)成乙醛。環(huán)氧乙烷的分解反應(yīng)還 可以被引發(fā)，且在一定條件下會在氣相中傳播，直到瞬時產(chǎn)生爆炸。加成反應(yīng)環(huán)氧乙烷與含有活潑氫原子的化合物，如H20、hx、nh3、rnh2、r2nh、RCOOH、 ROH、RSH、HCN等進(jìn)行加成反應(yīng)，生產(chǎn)含一OH的化合物(其中X為鹵素，R為烷基 或芳基)。與水反應(yīng)環(huán)氧乙烷與水反應(yīng)生成乙二醇，這是工業(yè)上生產(chǎn)乙二醇的方法。C2H O + H O r CH OHCH OH

16、(2-1)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)為96.3kJ/mol。反應(yīng)過程不采用催化劑。生成的乙二 醇可以與環(huán)氧乙烷繼續(xù)作用生成二甘醇、三甘醇及多甘醇。與醇類反應(yīng)環(huán)氧乙烷與醇反應(yīng)生成醚，其反應(yīng)的最終產(chǎn)品是至少含一個羥基的醚。XCH CH OH + nC H O(環(huán)氧乙烷)r X (CH CH O) H(2-2)222422 n+1在乙二醇生產(chǎn)中生成部分二甘醇，三甘醇就是環(huán)氧乙烷進(jìn)一步與乙二醇反應(yīng)的 產(chǎn)物。如果進(jìn)一步反應(yīng)可以生成分子量更大的化合物。與苯酚反應(yīng)環(huán)氧乙烷與苯酚反應(yīng)生成苯氧基乙醇。C H O + C H OH r C H OCH CH OH(2-3)24656522其酯類是香料的定香劑、殺菌劑

17、和驅(qū)蟲劑。與氨反應(yīng)環(huán)氧乙烷可以與氨反應(yīng)生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，這是工業(yè)上制造乙醇胺的方法。該反應(yīng)一般是在高壓、較低溫度和液相下進(jìn)行的，三種產(chǎn)品的比例 可通過氨與環(huán)氧乙烷的摩爾比例來調(diào)節(jié)，氨過量有利于一乙醇胺的生成。與酸反應(yīng)環(huán)氧乙烷可與有機(jī)酸、無機(jī)酸反應(yīng)生成相應(yīng)的酯。環(huán)氧乙烷與硝酸反應(yīng)最為重 要，生成的乙二醇二硝酸酯是能在低溫下引爆的炸藥。C H O + 2HNO r NO - O - CH CH - O - NO(2-4)2432222氧化還原反應(yīng)在鈉汞齊及催化劑存在下環(huán)氧乙烷加氫還原生成乙醇，此反應(yīng)沒有工業(yè)意義。 環(huán)氧乙烷在鉑黑等催化劑存下可以有控制地氧化成羥基乙酸，最終則被氧化成

18、二氧 化碳及水。異構(gòu)化反應(yīng)環(huán)氧乙烷在三氧化二鋁、磷酸、磷酸鹽等催化劑存在下可異構(gòu)化為乙醛。C2H O r CH CHO(2-5)在一定的條件下銀催化劑也有此功能，這是乙烯氧化制環(huán)氧乙烷過程的副反應(yīng) 之一，要極力避免，因為醛的存在增加了環(huán)氧乙烷提存凈化的難度。與雙鍵進(jìn)行加成反應(yīng)環(huán)氧乙烷和以下一些含雙鍵的化合物可進(jìn)行加成反應(yīng)生成環(huán)狀化合物，例如 r2c=o、SC=S、02S=O、rn=co、os=O等。與格利雅試劑反應(yīng)環(huán)氧乙烷與格利雅試劑反應(yīng)可生成比原來烷基多兩個碳原子的醇，這是實驗室 制備加長碳鏈醇的一種辦法，羥基在鏈的端部。與二甲醚反應(yīng)在BF3作用下環(huán)氧乙烷與二甲醚反應(yīng)生成聚乙二醇二甲醚。該反

19、應(yīng)在工業(yè)上用 來生產(chǎn)低分子量的均聚物，其產(chǎn)品廣泛用作溶劑6。2.2環(huán)氧乙烷的發(fā)展全球來看，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叶伎蛇M(jìn)一步加工成聚酯纖維和樹脂。另外，乙 二醇用作防凍劑配方成分。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乙氧基化物產(chǎn)品。其 它環(huán)氧乙烷的衍生產(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1。環(huán)氧乙烷(EO)是一種重要的石化產(chǎn)品，有機(jī)合成原料，是乙烯工程的重要下 游產(chǎn)品之一，用途廣泛，主要用于生產(chǎn)乙二醇

20、，還可以衍生出幾十種重要的精細(xì)石 油化工中間體，廣泛應(yīng)用于洗染、電子、醫(yī)藥、農(nóng)藥、紡織、造紙、汽車、石油開 采與煉制等眾多領(lǐng)域，近年來消費(fèi)增長迅速，。1989年世界EO生產(chǎn)能力為895萬噸/ 年，1992年為988萬噸/年，1995年增加到1032萬噸/年，預(yù)計到2000年將達(dá)到1420萬 噸/年。我國目前已建成投產(chǎn)的12套大型EO裝置，總生產(chǎn)能力為87.5萬噸/年，占全國 總生產(chǎn)能力91.35%，到2000年EO生產(chǎn)能力將達(dá)到108萬噸/年。近年來世界EO用于 乙二醇(EO)生產(chǎn)的比例逐年下降，用于開發(fā)生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的比例有所上升。日 本觸媒化學(xué)公司50%的EO用來生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品。目前全世界

21、只有65%EO用來生產(chǎn)乙 二醇，35%用來生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品。我國EO主要用于生產(chǎn)乙二醇，占總消費(fèi)的78%左 右，作為其它的化工利用約占22%。我國高附加值、高技術(shù)的EO系列產(chǎn)品與國外先 進(jìn)國家的差距就更大。環(huán)氧乙烷精細(xì)化工利用的主要產(chǎn)品有：合成非離子型表面活 性劑、乙醇胺類、乙二醇醚類、聚醚多元醇(聚醚)、多胺類(包括哌嗪)、羥乙 基纖維素、氯化膽堿和具有特殊功能的液體等。環(huán)氧乙烷在工業(yè)上主要用于生產(chǎn)乙二醇，也用于生產(chǎn)抗凍劑、合成洗滌劑、乳 化劑、非離子型表面活性劑、增塑劑、潤滑劑、粘合劑、橡膠和合成樹脂等。乙二 醇(EG)是由環(huán)氧乙烷(EO)與過量水于液相加熱，進(jìn)行水合反應(yīng)生成的。反應(yīng)除生成

22、一乙二醇(MEG)外，還伴生二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)等副產(chǎn)品。MEG是用途廣泛 的工業(yè)原料，可用來生產(chǎn)聚醋纖維、薄膜、塑料瓶、防凍液，同時也可作為其他工 業(yè)原料。EGH7上游是。工藝，其技術(shù)的演變?yōu)?氯醇法到空氣氧化法，再到氧氣 氧化法。催化劑性能不斷提高，使原料收率得到明顯改善。而EGH藝在工業(yè)化后， 反應(yīng)技術(shù)進(jìn)步不大，一直采用的方法是，在無催化劑存在的情況下，為提高M(jìn)EG的 選擇性，加入過量水參加反應(yīng)。第3章設(shè)計方案的確定3.1環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的確定目前，我國工業(yè)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法有氯醇法和乙烯氧化法兩種，乙烯氧化法 又分為乙烯空氣氧化法及乙烯氧氣氧化法。氯醇法氯醇法環(huán)氧乙烷生

23、產(chǎn)分兩步進(jìn)行：氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，再與乙烯反應(yīng) 生成氯乙醇；氯乙醇用石灰乳皂化生成環(huán)氧乙烷。直接氧化法直接氧化法，分為空氣法和氧氣法兩種。這兩種氧化方法均采用列管式固定床 反應(yīng)器。反應(yīng)器是關(guān)鍵性設(shè)備，與反應(yīng)效果密切相關(guān)，其反應(yīng)過程基本相同，都包 括反應(yīng)、吸收、汽提和蒸餾精制等工序7?？諝庋趸ǎ捍朔椒ㄓ每諝鉃檠趸瘎?，因此必須有空氣凈化裝置，以防止空 氣中有害雜質(zhì)帶入反應(yīng)器而影響催化劑的活性?？諝夥ǖ奶攸c是有兩臺或多臺反應(yīng) 器串聯(lián)，即主反應(yīng)器和副反應(yīng)器，為使主反應(yīng)器催化劑的活性保持在較高水平(6375%)，通常以低轉(zhuǎn)化率進(jìn)行操作，保持在2050%范圍內(nèi)。氧氣氧化法：氧氣法不需要空氣凈化系統(tǒng)，

24、而需要空氣分離裝置或有其它氧 源。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，未反應(yīng)的乙烯基本 上可完全循環(huán)使用。從吸收塔頂出來的氣體必須經(jīng)過脫碳以除去二氧化碳，然后循 環(huán)返回反應(yīng)器，不然二氧化碳濃度超過15%(mol%)，將嚴(yán)重影響催化劑的活性。環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法比較環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法各具特點。氯醇法生產(chǎn)工藝的嚴(yán)重缺點大致有：消耗氯氣，排放大量污水，造成嚴(yán)重污 染；乙烯次氯酸化生產(chǎn)氯乙醇時，同時副產(chǎn)二氧化碳等副產(chǎn)物，在氯乙醇皂化時 生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可異構(gòu)化為乙醛，造成環(huán)氧乙烷損失，乙烯單耗高；氯醇法生產(chǎn) 的環(huán)氧乙烷，醛的含量很高，約為50007000mg/m3，最低亦有2500mg/m

25、3。氯醇法 生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，由于裝置小、產(chǎn)量少、質(zhì)量差、消耗高，因而成本也高，與大裝置 氧化法生產(chǎn)的高質(zhì)量產(chǎn)品相比失去了市場競爭能力。采用氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的小 型石油化工廠正在受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。故根據(jù)環(huán)保及成本的限制要求本實驗采用直接空氣氧化法。3.2催化劑的選擇氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的關(guān)鍵是催化劑的選擇。雖然大多數(shù)金屬和金屬氧化物催 化劑都能使乙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，但是生成環(huán)氧乙烷的選擇性很差，氧化結(jié)果主要 生成二氧化碳和水。只有銀催化劑例外，在銀催化劑上乙烯能選擇性地氧化成環(huán)氧 乙烷，該催化劑在選擇性、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和壽命等方面都有一定的特色。近年來 國內(nèi)外對活性組分銀的開發(fā)研究取得了長足的進(jìn)步。

26、也有不少學(xué)者試圖開發(fā)另一類 金屬取代銀，但至今仍認(rèn)為活性組分銀是乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷的最佳催化劑。3.3環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空間速度與空管線速度、原料配比和 循環(huán)比、抑制劑等工藝條件的制約。3.3.1反應(yīng)溫度溫度直接影響化學(xué)反應(yīng)速度，在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)過程的具體情況，采 取相應(yīng)措施，使反應(yīng)溫度控制在適宜范圍之內(nèi)，以期獲得較高的收率。乙烯直接氧 化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷和其它多數(shù)反應(yīng)一樣，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快。乙烯直接氧化 過程的主、副反應(yīng)都是強(qiáng)放熱反應(yīng)，且副反應(yīng)（深度氧化）放熱量是主反應(yīng)的十幾倍， 因此，對反應(yīng)過程的溫度控制要求十分嚴(yán)格。當(dāng)反應(yīng)溫度高時

27、，一是轉(zhuǎn)化率增加， 這意味著乙烯氧化的總速率提高，二是生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的選擇性降低，即更多的乙烯 轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，因此，這時反應(yīng)熱量的急驟增加，不是使更多的乙烯被氧化， 而是使反應(yīng)過程的選擇性降低，副反應(yīng)增加是更重要的原因?？梢?，當(dāng)反應(yīng)溫度升 高時，反應(yīng)熱量就會不成比例的驟然增加，使反應(yīng)過程失控，所以在生產(chǎn)中，對于 氧化操作，一般均設(shè)有自動保護(hù)裝置，預(yù)防萬一。此外，在催化劑使用初期，其活 性較高，宜采用較低的操作溫度。3.3.2反應(yīng)壓力乙烯直接氧化反應(yīng)過程，主反應(yīng)是體積減少的反應(yīng)，副反應(yīng)（深度氧化）是體積不 變的反應(yīng)。因此，采用加壓操作有利。因主、副反應(yīng)基本上都是不可逆反應(yīng)，故壓 力對主、副反

28、應(yīng)的平衡沒有太大影響。目前，工業(yè)生產(chǎn)上采用加壓操作不是出于化學(xué)平衡的需要，其目的是提高乙烯 和氧的分壓，加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)器單位容積的產(chǎn)率，以強(qiáng)化生產(chǎn)。但應(yīng)看到， 由于提高反應(yīng)壓力，反應(yīng)速度加快，相應(yīng)就要提高反應(yīng)器的換熱速率，這樣對反應(yīng) 器的結(jié)構(gòu)就提出更高的要求。3.3.3空速空間速度簡稱空速，所謂空速是指單位時間內(nèi)，通過單位體積催化劑的反應(yīng)物 的體積數(shù)量。通常用每小時每升（或m3）催化劑通過的原料氣的升（或m3）數(shù)來表示。 對于乙烯直接氧化過程，實踐證明，提高空速，轉(zhuǎn)化率會略有下降，而選擇性將有 所上升，在一定范圍內(nèi)提高空速可提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。但空速也不宜太高，因此 雖然產(chǎn)量提高，然而

29、環(huán)氧乙烷在反應(yīng)氣體中的含量很低，造成分離困難，動力消耗 增加?？账僖膊灰颂?，因此時雖然轉(zhuǎn)化率增加，但選擇性下降，生產(chǎn)能力也下降。 另外，空速大小還要根據(jù)催化劑的活性及制造方法、反應(yīng)溫度、壓力和反應(yīng)氣體的 組成等因素而定。3.3.4原料配比和循環(huán)比原料中乙烯與氧的配比對反應(yīng)過程影響很大，其值主要決定于原料混合氣的爆 炸極限。在混合氣體中乙烯的爆炸下限是2.05%，在2.056.5%的乙烯濃度范圍內(nèi) 氧含量不得大于71%。實際生產(chǎn)中一種是選取低氧高乙烯配比，另一種是高氧低乙 烯配比。從裝置的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性來看，低氧高乙烯操作優(yōu)于高氧低乙烯操作， 因此，在可能的體積下，應(yīng)盡量采用低氧高乙烯操作。

30、在確定適宜的配料比時，還 應(yīng)注意到，提高乙烯含量可能會導(dǎo)致尾氣中乙烯損失過多而影響經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。當(dāng)乙烯 含量接近5%時，操作不易控制，反應(yīng)溫度增加很快，易產(chǎn)生飛溫。因此，必須根 據(jù)具體情況，綜合考慮各方面影響因素，來確定最適宜的配料比。循環(huán)比是指循環(huán)到主反應(yīng)器的循環(huán)氣占主吸收塔頂排出氣體總量的百分?jǐn)?shù)。在 生產(chǎn)操作中，可通過正確掌握循環(huán)比來嚴(yán)格控制氧含量。在工藝設(shè)計中，循環(huán)比直 接影響主、副反應(yīng)器生產(chǎn)負(fù)荷的分配。提高循環(huán)比，主反應(yīng)器負(fù)荷增加。反之，副 反應(yīng)器負(fù)荷增加。生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)能力、動力消耗及其它工藝指標(biāo)來確定適宜 的循環(huán)比，通常為85-90%左右。3.3.5抑制劑乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷是一

31、個平行串聯(lián)反應(yīng)過程，在乙烯環(huán)氧化過程中，伴 隨發(fā)生乙烯的深度氧化，并且生成的環(huán)氧乙烷也有少部分發(fā)生深度氧化。這不僅降 低了環(huán)氧乙烷的產(chǎn)率，增加了乙烯的定額消耗，而且發(fā)生深度氧化的放熱量很大， 直接影響操作的穩(wěn)定。生產(chǎn)中除采用優(yōu)良的催化劑，控制適宜的轉(zhuǎn)化率及有限移出 反應(yīng)熱等措施外，在反應(yīng)系統(tǒng)中還使用適量的副反應(yīng)抑制劑。工業(yè)上常用的抑制劑 是1,2-二氯乙烷。在催化劑的預(yù)處理階段，1,2-二氯乙烷的用量要多一些，而在加壓 循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)中，用量要少一些。3.3.6穩(wěn)定劑的選擇世界上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的專利很多，使用的致穩(wěn)劑有：氮?dú)?、甲烷、二氧化碳?乙烷等。選擇致穩(wěn)劑需要根據(jù)生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益

32、情況來確定。目前世 界上環(huán)氧乙烷專利商都先后將氮?dú)庵路€(wěn)更新為甲烷致穩(wěn)。它與氮?dú)庵路€(wěn)相比，不僅 增加了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性，而且有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。3.4環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備有反應(yīng)器、吸收塔、反應(yīng)系統(tǒng)的氣氣換熱器和循 環(huán)氣冷卻器。其設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷，設(shè)計運(yùn)轉(zhuǎn)時間為7200小時/ 年。本次設(shè)計采用氧氣氧化法進(jìn)行環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，以氧氣作為氧化劑，乙烯在 1MPa、250C下通過裝有銀催化劑的固定床反應(yīng)器，直接氧化為環(huán)氧乙烷。環(huán)氧乙 烷的生產(chǎn)系統(tǒng)分為三部分：反應(yīng)系統(tǒng)、回收系統(tǒng)和二氧化碳脫除系統(tǒng)。下面逐一進(jìn) 行介紹。(1)環(huán)氧乙烷的反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)是以一種循

33、環(huán)過程來操作的，以乙烯和氧氣為原料使用甲烷致穩(wěn)。從 外界貯罐來的乙烯在過濾器中進(jìn)行過濾，經(jīng)換熱器預(yù)熱，然后按著一定的路線進(jìn)入 混合器，與從環(huán)氧乙烷吸收塔頂部通過分離器分離出的循環(huán)氣進(jìn)行混合，乙烯混合 器中的循環(huán)氣進(jìn)入壓縮機(jī)的吸入口并在氧氣混合器之前，由壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。從外界來的氧氣進(jìn)料通過過濾器之后在流量控制下進(jìn)入氧氣混合器。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)行吹掃，一個高壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)及氮?dú)獯?掃罐連接在緊靠氧氣混合站上游的氧氣進(jìn)料線上。為控制循環(huán)氣中的二氧化碳濃度， 一股循環(huán)氣的分支物流被送往二氧化碳脫除工段。從氧氣混合器出來的含有乙烯和氧氣的循環(huán)氣，在換熱器的管程進(jìn)行加熱后進(jìn)

34、 入反應(yīng)器。在反應(yīng)器的殼程用石蠟油來移走反應(yīng)熱，以控制反應(yīng)溫度。含有環(huán)氧乙 烷的氧化氣進(jìn)入附帶的循環(huán)氣/鍋爐給水預(yù)熱器，而后反應(yīng)器出口全體流經(jīng)循環(huán)器換 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，之后循環(huán)氣體進(jìn)入循環(huán)氣冷卻器進(jìn)行最后的冷卻。本反應(yīng)使用一種氣相狀態(tài)的抑制劑來控制反應(yīng)活性，循環(huán)氣在氧氣進(jìn)料混合器 和循環(huán)氣熱交換器之間分叉轉(zhuǎn)向壓入裝有液體二氯乙烷的貯罐，使這股循環(huán)氣中的 二氯乙烷濃度達(dá)到飽和，然后在乙烯進(jìn)料混合器和循環(huán)氣壓縮機(jī)之間再次進(jìn)入反應(yīng) 循環(huán)氣中。反應(yīng)進(jìn)料不是絕對純凈，有必要依次從分離器下游定期排放惰性組分。環(huán)氧乙烷的回收系統(tǒng)從冷卻器出來的氧化氣進(jìn)入到環(huán)氧乙烷吸收塔底部

35、，使用從環(huán)氧乙烷氣提塔底 部過來的乙二醇水溶液以及從泵過來的工藝水進(jìn)行吸收，保證吸收液的濃度恒定在 7.5%(wt%)，被吸收下來的環(huán)氧乙烷按一定的路線進(jìn)到氧化物/水閃蒸罐進(jìn)一步閃蒸 出惰性氣體，然后經(jīng)換熱器進(jìn)入環(huán)氧乙烷氣提塔使環(huán)氧乙烷和水進(jìn)行分離。環(huán)氧乙 烷蒸汽從塔頂出來經(jīng)冷卻器進(jìn)行冷凝后收集在回流罐中，回流罐中的環(huán)氧乙烷用泵 打出一部分返回到環(huán)氧乙烷氣提塔頂部作回流用，另一部分送往排氣塔中脫除二氧 化碳，塔底用再沸器進(jìn)行加熱，塔底中不含二氧化碳的環(huán)氧乙烷經(jīng)冷卻器冷卻后用 泵送到環(huán)氧乙烷貯罐。環(huán)氧乙烷氣提塔頂部冷凝器中的不凝氣送到惰性氣體洗滌塔中，同閃蒸罐中閃 蒸出的惰性氣體一起被洗滌后送往

36、尾氣壓縮機(jī)吸入罐中，再進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)中壓縮， 經(jīng)二氧化碳脫除系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)氧乙烷反應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)。在環(huán)氧乙烷吸收塔中未被吸收下來的環(huán)氧乙烷以及其它惰性氣體經(jīng)分離器進(jìn)一 步分離之后送往乙烯混合器中循環(huán)使用。二氧化碳脫除系統(tǒng)來自尾氣壓縮機(jī)的一股氣流和尾氣壓縮機(jī)出口的氣流混合為一股，進(jìn)入二氧化 碳吸收塔的底部，與從塔頂向下流動的吸收劑在填料上充分接觸完成吸收后，進(jìn)入 二氧化碳水洗塔，通過填料層和除霧器，除掉氣流中夾帶的微量的鉀和磯的化合物 微粒，以防止這些物質(zhì)帶入反應(yīng)器造成催化劑中毒。這股氣流冷卻后返回到循環(huán)氣 流中，與其它物流混合。從二氧化碳吸收塔頂部流下的二氧化碳吸收劑，在與循環(huán)氣接觸完成二氧化碳 的吸

37、收之后，在二氧化碳吸收塔底部靠壓差進(jìn)入閃蒸罐中，這時的吸收劑被稱為富 吸收劑，富吸收劑在閃蒸罐中進(jìn)行減壓閃蒸，閃蒸出來的氣體進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)，再 吸入罐中，經(jīng)尾氣壓縮機(jī)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的頂部，經(jīng)再沸器加熱后，被吸收的二氧化碳就釋放出來，排入大氣中。再生后 的吸收劑被稱為貧吸收劑，貧吸收劑集聚于再生塔的底部，被分為三股，一股經(jīng)再 沸器加熱循環(huán)，一股經(jīng)泵在過濾器中過濾存貨使用，余下的進(jìn)入貧吸收劑閃蒸罐中 再次進(jìn)行閃蒸后由貧吸收劑泵打回吸收塔中進(jìn)行下一個循環(huán)。水洗塔有兩個循環(huán)回路來移走氣體物流中的微量鉀和磯的化合物，用二氧化碳 水洗塔下部循環(huán)泵把塔底的液體抽出來經(jīng)一

38、個冷卻器送到下部填料段的頂部。用二 氧化碳水洗塔上部的循環(huán)泵從上部填料段的底部抽出液體，循環(huán)到上部填料段的底 部，抽出液體再循環(huán)到上部填料段的頂部。兩個循環(huán)泵系統(tǒng)共用一臺公用的備用泵。 高壓工藝水通過一流量控制器補(bǔ)充到上部的循環(huán)回路中，以便控制水洗塔中鉀的濃 度。用二氧化碳吸收劑罐和二氧化碳吸收劑池作為二氧化碳脫除系統(tǒng)運(yùn)行的必要裝 置。不論是吸收劑罐還是吸收劑池都使用通入65kg/cm2壓力蒸汽的蛇管進(jìn)行加熱， 以防止環(huán)境溫度下結(jié)冰上凍，用貧吸收劑過濾器循環(huán)泵和二氧化碳吸收劑池泵在系 統(tǒng)和貯存器之間進(jìn)行吸收劑的輸送。產(chǎn)物環(huán)氧環(huán)氧00碳酸鉀去乙二醇系統(tǒng)圖3.1銀催化氧化乙烯合成環(huán)氧乙烷工藝流程第

39、4章工藝計算工藝參數(shù)計算包括物料衡算和熱量衡算兩部分。物料衡算以質(zhì)量守恒定律為基 礎(chǔ)，主要計算所需物料量和產(chǎn)品量，還可以算出物料的組成，確定物料中各組分在 化學(xué)反應(yīng)過程中的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，并通過衡算求得原料的定額消耗。其計算依據(jù)是 工藝流程圖、在工廠采集的數(shù)據(jù)及設(shè)計時要求的和查得的各種參數(shù)。熱量衡算以能量守恒定律及物料衡算為基礎(chǔ)，計算傳入、傳出的熱量，從而確 定公用工程的能耗以及傳熱面積。其計算依據(jù)與物料衡算相同。4.1設(shè)計條件年產(chǎn)量：60000噸/年，年工作日：300天(即年工作7200小時)原料組成摩爾分?jǐn)?shù)乙烯 19%CO2 7.7%O26%N2剩余混合氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度T=210C，混合氣

40、出反應(yīng)器溫度T2=250C，在250C，1Mpa下反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為0.0304W/m2 - K，粘度=4.26X 10-5Pa - S，密度=7.17Kg - m-3乙烯轉(zhuǎn)化率：Xa=20%，選擇性：S=66%，空速1000h-1，反應(yīng)產(chǎn)物分離后的回收率：90%催化劑為球體，D=5mm，床層空隙率為0.5，反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管長的95%，每根管長6m采用間接換熱導(dǎo)出液的進(jìn)口溫度190C，出口溫度210C導(dǎo)出液對管壁的傳熱系數(shù)為：650W/m2 - K4.1.1反應(yīng)原理乙烯和氧氣在銀催化劑上，于一定溫度和壓力下，直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，反應(yīng) 方程式可表為：(1)主反應(yīng)：C H + - O

41、T C H O(4-1)242224反應(yīng)(4-1)為放熱反應(yīng)，在250C時，每生成一摩爾環(huán)氧乙烷要放出25. 19KJ的熱量。(2)在主反應(yīng)進(jìn)行的同時，還發(fā)生其它副反應(yīng)，其中主要是乙烯的燃燒反應(yīng)。 副反應(yīng)：CH2 = CH2 + 3O2 t 2CO2 + 2H O( 4-2)反應(yīng)(4-2)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，在250C，每反應(yīng)掉一摩爾乙烯，可放出315.9KJ的熱 量。4.1.2原料組成表4.1原料氣的組成組分C 2 H 4CO 2O2N2含量(mol%)197.7667.34.1.3反應(yīng)器條件年產(chǎn)量：60000噸/年，年工作日：300天(即年工作7200小時)原料組成摩爾分?jǐn)?shù)乙烯 19%CO2 7

42、.7%O2 6%N2 剩余混合氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度T=210C，混合氣出反應(yīng)器溫度T2=250C，在250C，1Mpa下反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為0.0304W/m2 - K，粘度=4.26X 10-5Pa - S，密度=7.17Kg - m-3乙烯轉(zhuǎn)化率：Xa=20%，選擇性：S=66%，空速1000h-1，反應(yīng)產(chǎn)物分離后的回收率：90%催化劑為球體，D=5mm，床層空隙率為0.5,反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管長的95%，每根管長6m采用間接換熱：導(dǎo)出液的進(jìn)口溫度190C，出口溫度210C導(dǎo)出液對管壁的傳熱系數(shù)為：650W/m2K4.2物料衡算(1)反應(yīng)部分的工藝參數(shù)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力：6萬噸/年；年操作

43、時間：7200小時進(jìn)入反應(yīng)器的溫度：210C；反應(yīng)溫度：250C乙烯轉(zhuǎn)化率：20%；選擇性：66%反應(yīng)空速：1000h-1 ；反應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率：90%原料組成如表4.2所示：表4.2原料氣的組成及各組分的分子量組分C 2 H 4CO 2O2N2含量(mol%)197.7667.3表4.3各組分的分子量組分C 2 H 4CO 2O 2氣C2 H OH 2分子量28.05444.01031.99928.01344.05418.015(2)反應(yīng)部分的基礎(chǔ)計算根據(jù)反應(yīng)方程式及已知數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)器出口的氣體量。主反應(yīng)：CH2 = CH2 + 2 q T 七H O(4-3)副反應(yīng)：CH2 = CH2

44、+ 3O2 r 2CO2 + 2H O(4-4)已知乙烯轉(zhuǎn)化率為20%，選擇性為66%，進(jìn)入反應(yīng)器的乙烯量為19kmol/h，所以 由式(4-3)有消耗乙烯量：19x0.2x0.66 = 2.508kmol消耗氧氣量：2.508x0.5 = 1.254kmol生成環(huán)氧乙烷量：2.508kmol由式(4-4)有消耗乙烯量：19x0.2x(1-0.66)=1.292kmol消耗氧氣量：1.292x3=3.876kmol生成二氧化碳量：1.292x2=2.584kmol生成水量：1.292x2=2.584kmol則可知未反應(yīng)的乙烯量：19-2.508-1.292=15.2kmol未反應(yīng)的氧氣量：6-

45、1.254-3.876=0.87kmol出反應(yīng)器的二氧化碳量：7.7+2.584=10.284kmol出反應(yīng)器的水量：0+2.584=2.584kmol氮?dú)狻鍤夂图淄榈牧吭诜磻?yīng)過程中不發(fā)生變化，所以出口氣體中各組分的量如 表4.4所示。表4.4反應(yīng)器入口和出口的氣體量(kmol/h)組分C 2 H 4CO2O2N2C2 H OH O入口197.7667.300出口15.210.2840.8767.32.5082.584實際裝置每小時生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可折算為=210.18kmol / h6 x 1077200 x 44.054 x 0.90即實際乙烯需要量：21018 = 318.45kmol/

46、h0.66設(shè)進(jìn)入反應(yīng)器的流量為nKmol/h貝 V nX19%=318.45+nX19%X(1-20%)n=8380.26Kmol/h原料氣與氧化氣的組成計算根據(jù)上面的計算結(jié)果，可以看到原料為Kmol/h時各氣體的進(jìn)入量。要滿足年產(chǎn)6 萬噸環(huán)氧乙烷的要求，實際的氣體流量為8380.26Kmol/h,可生產(chǎn)環(huán)氧乙烷 210.18Kmol/h.根據(jù)以上計算結(jié)果，可以折算出實際進(jìn)料量為8380.26kmol/h時的各物 質(zhì)進(jìn)料量。對于生產(chǎn)工藝的衡算情況。如表4.5所示表4.5實際原料氣進(jìn)料時的物料衡算組分kmol/hkg/hmol%wt%C 2 H 41592.25445831918.05O2502

47、.8216090.1066.51CO2645.2828392.327.711.50N25639.91157917.4867.363.94CHO0000H O0000合計8380.26246982.9100100表4.6實際物料出口的物料衡算組分kmol/hkg/hmol%wt%C 2 H 41273.835666.415.3914.44O277.9082493.0560.880.94CO 2861.82637920.34410.4115.35N25639.91157917.4868.1663.94CHO210.1779247.7882.543.75H O216.5463897.8282.621

48、.58合計8280.167247412.8961001004.3熱量衡算設(shè)計條件：反應(yīng)溫度250C，壓力1.0MPa,進(jìn)料溫度210C,出料溫度250C, 熱油入口溫度 190C,出 口溫度 210C,Cp=9.871Kcal/(Kg- C) 計算導(dǎo)熱油的用量。Q二導(dǎo)熱油移走熱量，Q二原料帶入熱量，Q二產(chǎn)物帶出熱量，Q二反應(yīng)放出熱量， 12RQ= Q1+ Qr- Q2原料氣的溫度為210+273.15=483.15K，氧化氣的溫度為250+273.15 = 523.15K。(1) Q1、Q2的計算Q = W j： C dTCp =Zx.+ BT + CT2=W j483-15c dT入 298

49、.15 =W j483.15底Ax)+但Bx T +但Cx 21T入298.15進(jìn)進(jìn)進(jìn))=Z x A )+(x BT )+ Cx+ CT 2i i i ii i -IQ2=8380.26.9467 + 0.6278 x 10-2T - 0.2644 x 10-5T2 t298.15=12384437.62 Kcal/h=W f523-15c dT出 298.15 p=W j5235/Ax )+但Bx T + 但Cx 21T出298.15出出出=8380.26j 523.15(.9177 + 0.6735 x 10- 2 T - 0.0760 x 10-5 T 2298.15=16125409.

50、61Kcal/h氧化反應(yīng)器計算數(shù)據(jù)見表4.7所示表4.7.1氧化反應(yīng)器計算數(shù)據(jù)表組分CHO 2CO 2HO 2A.u0.9096.7134.7287.701102B.3.740-0.879X 10-41.7544.595X10-2105C.-1.9940.4170-1.3380.2521XM0.17270.40280.3641X.吸102B.0.7108-5.274X 10-60.1351X.吸105C.-0.37890.02502-0.1030Xi0.13990.059070.49220.2018X.尾102B.0.5757-7.7352X 10-70.18260.1204X10-2X.尾1

51、05C.-0.30690.003670-0.13936.6050X10-3表4.7.2氧化反應(yīng)器計算數(shù)據(jù)表組分N2EOEA.7.440-1.796102B.-0.3245.308105C.0.64-3.001Xi5.00715.9467X.吸102B.-0.21810.6278X.吸 SC.0.1925-0.2644X.尾A.5.0704-0.045625.9177X.尾102B.-0.22080.13480.6735X.尾105C.0.4362-0.07623-0.0760(2) QR的計算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱(298.15K)由標(biāo)準(zhǔn)生成熱H 0計算f表4.8各組分 H 0值11參加反應(yīng)組分CH2 4

52、(gq(g)E0 (g)C02 (g)H20(g) H f Kmol/h12.4960-12.58-94.051-57.7929忽略壓力影響，標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱:AH 0 = Z(AH 0) -Z(AH 0)ff產(chǎn)物f反應(yīng)物主反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱:AH 2w L f (EO )-2 AH 0 L f (C2 H 4)=-12.58-0-12.496 =-25.076X 103Kcal/Kmol主要副反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱：AH298.15(副廣 2AH0(CO2)+ 2AH0(H2O) -AH0(C2H4) - 3AH0(O2)=2X(-94.051)+2X(57.7929)-12.946-0 =-316.1938

53、X 103 Kcal/Kmol平均反應(yīng)溫度(523.15K)時反應(yīng)熱由基爾柯夫公式：5AH523.15=AH0+j 523-15 AC dT298-15298.15 P= AH 0298.15=AH 0298.15+ J523.15Z(y C ) -E(y C ) dT298.151 Pl 產(chǎn)w Pl 反+ 腿15億1 A -Y A )+Z(. B298.15產(chǎn)i產(chǎn) 反i反產(chǎn)i產(chǎn)=AH0+ j 523.15 (Aa + AbT + AcT2 TB T + Z。C C )T 2dTl反i反l產(chǎn)i產(chǎn) l反i反298.15298.15反應(yīng)方程式：主反應(yīng)：CH+10 CHO2 4 2 22 4主要副反

54、應(yīng)：CH+30 2C0 +2H 024222對主反應(yīng)：Aa =-1.796-0.909-1 X6.713=-6.06152Ab=5.308-3.740-1 (-0.879X 10-4) X 10-2=1.5680X 10-22Ac =-3.001-(1.994)- 1 X0.4170 X10-5=-1.2155X10-5 2對副反應(yīng)：a =2X4.728+2X7.701-0.909-3X6.713=3.81b = 2X 1.754+2X4.595X 10-2-3.740-3X(-0.879X 10-4) X10-2=-1.3984X10-3c = 2X (-1.338)+2X0.2521-(-

55、1.994)-3X0.4170 X 10-5=-1.4288X 10-5對主反應(yīng)：AH= AH0 + j 52315 Ga + bT + cT2 t523.15(主)298.15 29815 L , 一 一 1, 一、 1=-25076+(-6.0615)T+1.5680X 10-2X T2 + (-1.2155X10-5)X - T3 523.1523298.15=-25463.7934 Kcal/Kmol對副反應(yīng)：H= H0+ j 523-15 (a + 4bT + cT2 It523.15(副)298.15(副) 298.15L11=-316193.8+3.81T+(-1.3984X 1

56、0-3)X T2 + (-1.4288X 10-5)X T3 523.1523298.15=-316021.4421 Kcal/Kmol總反應(yīng)熱QR主反應(yīng)熱二乙烯進(jìn)入量乂轉(zhuǎn)化率X選擇性X H523.15(主)二1592.25X20%X66%X (-25463.7934)=-5351903.705 Kcal/h副反應(yīng)熱二乙烯進(jìn)入量乂轉(zhuǎn)化率X(1-選擇性)X H 523.15(副)二1592.25X20%X (1-66%) X (-316021.4421)=-34216589.6Kcal/hQ =-(主反應(yīng)熱+副反應(yīng)熱)=5351903+34216589.6 R二39568493.31Kcal/h

57、計算導(dǎo)熱油移走熱量Q = Q1 + Qr - Q 2=12384437.62+39568493.31-16125409.61二35827521.32Kcal/h計算導(dǎo)熱油用量M= Q =35827521.32 =181478.6816 Kg/hCp T 9.871x (210 -190)第五章反應(yīng)器的設(shè)計在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu) 化計算。這一部分主要是反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化。設(shè)計條件：列管規(guī)格中25X2X6000，催化劑填充高度5700mm，單管生產(chǎn)能力1.30 Kg (EO) /管，空速 1000H-1，導(dǎo)熱油給熱系數(shù)a2=63124Kcal/m2

58、hK設(shè)計任務(wù)：確定列管根數(shù)，排列方式，反應(yīng)器內(nèi)徑。確定列管數(shù)量EO 質(zhì)量流量 M 質(zhì)二210.18 X 44=9247.92Kg/h則總管數(shù)N=M質(zhì)/1.3=9247.92/1.3=7113.8根圓整為7114根對N=7114根管，選用正三角形排列，取5個反應(yīng)器，每個反應(yīng)器實際管數(shù) =3a(a+1)+1二根，取a為正整數(shù)22,再代入該式可得管數(shù)為1519根，反應(yīng)器內(nèi) 總共有7595根管在250C，1.0MPa時進(jìn)料氣體密度P = =7.17Kg/m3 nRT進(jìn)料氣體的體積流量：Q = Q =246982.9/7.17二34446.71m3/hv P反應(yīng)氣體的體積：V = Qo = 344467

59、1 =34.44671m3r T 10001 8催化劑體積：匕=匕-固定床反應(yīng)器的反應(yīng)體積：V= V + V = V + V上8 =34.44671 -r r r 8e=0.5催化劑體積 V = V 上8 =34.44671X 1-竺=34.44671 m3c r 80.5固定床反應(yīng)器的總反應(yīng)體積：V=34.44671/0.5=68.89m3管程內(nèi)催化劑和氣體的導(dǎo)熱系數(shù)由化學(xué)工程手冊11查得各物質(zhì)的人和u的值，列表如下：組分CH2 4O2CO2HO2N2EOU / cp0.01550.02850.0230.0170.0260.0155入 X1022.24.123.253.583.892.64M

60、283244182844表4-8各物質(zhì)的人和日值假設(shè)催化劑是球形顆粒，直徑為5mm1流通面積：a =兀 d2N 7=0.25X3.14X0.0212X7595=2.629m2t 4 內(nèi)t反應(yīng)器質(zhì)量流量：G =也7= 246982 =93945.569Kg/m2 - ht a 2.629t混合氣體平均粘度:雷諾數(shù)：R 二墮二 .5 x93945.569 =3062.91ep p0.0426 x 3600 x 10-3R = y.人.=0.0304給熱系數(shù)：f 2.03e力fd(-6x p ), dt R0.8eP2.03e( & T)R 0.8 人 ePz A 0005、2.03 x e(-6x