環(huán)氧乙烷固定床反應(yīng)器課程設(shè)計

化工與制藥學(xué)院課題名稱：年產(chǎn)萬噸環(huán)氧乙烷固定床反應(yīng)器設(shè)計學(xué)生姓名：陳正飛學(xué)生成績:指導(dǎo)教師：楊昌炎摘要---------------------------Abstract----------------------------------------------------錯誤!未定義書簽。第一章概述-----------------第二章環(huán)氧乙烷物化性質(zhì)----------------------------環(huán)氧乙烷是乙烯的衍生物，是重要的基本有機化工原料,廣泛用于生產(chǎn)乙二醇、農(nóng)藥乳化劑等各種精細(xì)化學(xué)品。目前較先進(jìn)的生產(chǎn)方法是用銀作催化劑，在列管式固定床反應(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。本文主要介紹了生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的原理、工藝設(shè)計條件，通過進(jìn)行物料衡算、熱量衡算確定了反應(yīng)器的尺寸、傳熱面積、塔徑等參數(shù)。同時，關(guān)注了安全生產(chǎn)、三廢處理等問題并提出了相AbstractMeanwhile,theparameterssuchasthevolume,transferareaand第一章概述乙烯是碳原子數(shù)最少的烯烴，由于它具有極其活潑的雙鍵結(jié)構(gòu)，因而其反應(yīng)能力很強，且成本低、純度高、易于加工利用，所以是有機化工中最重要的基本原料。通過乙烯的聚合、氧化、鹵化、烷基化、水合、羰基化、齊聚等反應(yīng)的實現(xiàn)，可以得到一系列極有價值的乙烯衍生物，如環(huán)氧乙烷、乙二醇、乙醛、醋酸、醋酸乙烯、乙苯、聚乙烯等，由乙烯出發(fā)還可生產(chǎn)溶劑、表面活性劑、增塑劑、合成洗滌劑、農(nóng)藥、醫(yī)藥等。環(huán)氧乙烷(Oxirane)又名氧化乙烯(EthyleneOxide)，是最簡單的環(huán)狀醚,分產(chǎn)量的16％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和精細(xì)化工產(chǎn)品的中間體，主隨著精細(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化工原料[1]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)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。第二章環(huán)氧乙烷物化性質(zhì)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、透表1-1環(huán)氧乙烷的主要物理性質(zhì),%(體積)燃燒熱(25℃,,kJ/kg-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。環(huán)氧乙烷與含有活潑氫原子的化合物，如HO、HX、XCHCHOHnCHO(環(huán)氧乙烷）X(CHCHO)HCHOCHOHCHOCHCHOH乙烷在鉑黑等催化劑存下可以有控制地氧化成羥基乙酸，最終則被氧化成二氧化碳及4)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CHOCHCHO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。5)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，例如第三章環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝及設(shè)計方案<2>乙烯次氯酸化生產(chǎn)氯乙醇時，同時副產(chǎn)二氧化碳,最低亦有2500,最低亦有2500。氯主反應(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(63-75％)，通環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝參數(shù)主要有反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空間速度與空管線速度、裝置.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，以強化生產(chǎn)。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。（4）原料配比與循環(huán)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。（5）抑制劑乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷是一個平行串聯(lián)反應(yīng)過程，在乙烯環(huán)氧化過程中，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。工在加壓循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)中，用量要少一些[7]。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-氣換熱器氣冷卻器。此次設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)萬噸環(huán)氧乙烷固定床反應(yīng)器，年工作時間為250℃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1)環(huán)氧乙烷的反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)是以一種循環(huán)過程來操作的，以乙烯和氧氣為原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，進(jìn)入壓縮機的吸入口并在氧氣混合器之前，由壓縮機進(jìn)行壓縮。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%(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。3)二氧化碳脫除系統(tǒng)來自尾氣壓縮機的一股氣流和尾氣壓縮機出口的氣流混合為吸收劑池都使用通入65kg/cm壓力蒸汽的蛇管進(jìn)行加熱，以防止環(huán)境溫度下結(jié)冰圖3-1銀催化氧化乙烯合成環(huán)氧乙烷工藝流程第四章工藝計算工藝參數(shù)優(yōu)化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)，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、2反應(yīng)(4-1)為放熱反應(yīng)，在250℃時，每OCHON米CHONCH,計算出每小時進(jìn)入反應(yīng)12CHON0綜上所述，氣體進(jìn)料為100kmol/h時，可生產(chǎn)環(huán)氧乙烷h。若要達(dá)到為了保證所設(shè)計的裝置能夠達(dá)到所要求的生產(chǎn)能力，必須考慮到原料損失等因素，一般取安全系數(shù)為。則實際進(jìn)料量為×=h根據(jù)基準(zhǔn)氣體進(jìn)料為100kmol/h時的計算結(jié)果，可以折算出實際進(jìn)料量為CHONCHO00000000CHONCHO熱DT上式中的各項系數(shù)值如表4-5所示。將各項系數(shù)代入上式，即可求得原料氣中各組ACHON-----CHO---示表4-6各組分的C值(J/mol·K)CHONCHONCHO由《化工熱力學(xué)》可查得真實氣體與理想氣體的比熱之間關(guān)系的計算式CCHONT/Kp/MPaTPC/JmolK0表4-8出口氣中各組分定壓比熱的壓力校正參數(shù)pTPC0C0CXCHON-QNXCtCH XCHONCHO QNXCt則Q=××250=×1-07kJ/h可得反應(yīng)器的換熱量Q4=Q1+Q2－Q3=×107kJ/h9)第五章反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化(3)反應(yīng)溫度為250℃,操作壓力為1MPa，空速為5000h；導(dǎo)出液出口溫度235℃,導(dǎo)出液對管壁的給熱系數(shù)為650W/m·K；(6)原料氣進(jìn)口溫度S其中k0pRabappbaa)先求a和b的TCHON表5-2原料氣交叉項a的計算CHONCHON-5PPT0.5V)RTP6m3mol1V1Z2Z1V1V211有V總13RV RAR=2-d4HAd4-41)[ ;HGm(5.4.1床層對壁面的給熱系數(shù)對于氧化反應(yīng)器，催化劑床層是被冷卻的。此時催化劑床層與反應(yīng)器內(nèi)壁的給熱dAV得得u1/K熱其計算公式如下1tttt(5-15)又AQKtA10又ddbc所以，由公式(5-18)最-曲邊高度H=L+2(h1+h2)=6000+2×(700+50)=固定床反應(yīng)器工藝參數(shù)匯總℃℃℃℃%%催化劑總體積Vmmmm6總傳熱系數(shù)K所需傳熱面積Am實際傳熱面積Am反應(yīng)器塔徑D第七章安全生產(chǎn)氧氣氧化法制環(huán)氧乙烷工藝中,乙烯氧化反應(yīng)單導(dǎo)致火災(zāi)爆炸等重大事故的原因:主副反應(yīng)均為放熱反應(yīng);副反應(yīng)為完應(yīng)熱為主反應(yīng)的十幾倍;溫度升高將導(dǎo)致反應(yīng)選擇性下降,速率加快,系環(huán)氧乙烷生產(chǎn)安全的關(guān)鍵,建議工業(yè)生產(chǎn)中采用改善反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、改良催化劑、改進(jìn)換熱方式、加入抑制劑以及采用比熱容更大的甲烷氣致穩(wěn)、用沸水汽化代替徹?zé)?、采口附近反?yīng)管上層放一定高度的惰性載體稀催化劑,或放服球形載體催化劑氣體走短路的缺點,氣體攪動激增大換熱面積及合理選擇載熱體以增大換熱系在原料乙烯氣體混合物中加入微量二氯乙烷抑制劑,可b.嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度不超過290℃,反應(yīng)壓力不超過。迅速離開高溫區(qū)；喇叭狀還可以減少進(jìn)入反應(yīng)器種反應(yīng)最好采用流化床反應(yīng)器。由于所使用催化劑原因A、反應(yīng)溫度在240℃以下采用加壓熱水第八章三廢治理與環(huán)境保護(hù)環(huán)氧乙烷裝置工藝生產(chǎn)過程復(fù)雜，工藝條件非?？量蹋懈邷?、高壓、低溫、低壓1、設(shè)有儀表信號聲光報警和聯(lián)鎖，當(dāng)生產(chǎn)操作5、設(shè)有可燃?xì)怏w的報警器，信號集中在中控室，監(jiān)視裝置內(nèi)可燃?xì)怏w的泄漏情況在尾氣排放的問題中，應(yīng)當(dāng)把產(chǎn)生的尾氣通入放空第九章資金核算操作員工采用五班三倒制，每班操作人4人，主操一人，班長（44×3500+5×4500）×12第十章設(shè)計體