年產(chǎn)5465萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷_乙二醇車間環(huán)氧乙烷合成工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

沈陽(yáng)化工學(xué)院本 科 畢 業(yè) 論 文題 目：年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷/乙二醇車間環(huán)氧乙烷合成工段工藝設(shè)計(jì)院 系：專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班學(xué)生xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書化學(xué)工程與工藝化工優(yōu)0502畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷/乙二醇車間環(huán)氧乙烷合成工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1、工藝流程設(shè)計(jì)2、物料衡算3、熱量衡算4、設(shè)備計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：氧化反應(yīng)器脫輕組分塔指導(dǎo)教師：教研室主任：院 長(zhǎng)：簽字簽字簽字200920092009年年年月月月日日日5、帶控制點(diǎn)工藝流程圖內(nèi)容摘要本文是對(duì)年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷/乙二醇車間環(huán)氧乙烷合成工段的工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)依據(jù)中國(guó)石油天燃?xì)庥邢挢?zé)任公司撫順石化乙烯分廠環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工段的工藝過(guò)程，在實(shí)際生產(chǎn)理論的基礎(chǔ)上，制定合理可行的設(shè)計(jì)方案。本文主要闡述了環(huán)氧乙烷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用、工業(yè)生產(chǎn)方法、生產(chǎn)原理、工藝流程。采用excel工作表對(duì)主要設(shè)備如：混合器、反應(yīng)器、環(huán)氧乙烷吸收塔、二氧化碳吸收系統(tǒng)，環(huán)氧乙烷解吸塔，冷凝器，脫輕組分塔等進(jìn)行物料衡算，對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，進(jìn)料-產(chǎn)品第一換熱器，冷卻器等六個(gè)設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對(duì)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器和換熱器進(jìn)行設(shè)備計(jì)算。對(duì)脫輕組分塔進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)備計(jì)算和校核，確定了操作參數(shù)、設(shè)備類型和材質(zhì)，使用CAD繪制相應(yīng)的工藝流程圖。最后對(duì)此工藝過(guò)程可能存在的安全隱患及相應(yīng)措施做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。關(guān)鍵詞：環(huán)氧乙烷；工藝流程；反應(yīng)器；AbstractIn this paper, the refinery stage technological design of epoxyethane /ethylene glycol workshop was described, which was based on the output of 55,000 ton epoxyethane per year. This design was based on the technics process of China Petroleum and natural gas limited liability company in Fushun Ethylene Plant workshop, the feasible design scheme was set down according to the theory of practicality production. In this paper, the position and the function in the national economy, the produce methods in industry, the principle of produce, process were interpred. For the main equipments such as:mixtor, reactor, the absorb tower of epoxyethane,the absorb system of carbon dioxide,the stripper of epoxyethane,condenser, the dehydrogenation components of the tower etc. calculating of material balance were done by using microsoft excel, calculation of energy balance were carried on for the epoxyethane reactor, heat exchanger,and condenser etc six equipments in all. And equipment calculations for reactor, heat exchanger etc .The dehydrogenation components of the tower were carried on detailed equipment calculations and checking. The parameters, equipments types and material were confirmed, by using CAD corresponding technics process chart for the high purity epoxyethane rectifier was draw. Finally, a brief explanation to the most possible existed dangers and correspond measures for the production process were given.Keywords: epoxyethane; process; reactor;目錄內(nèi)容摘要iAbstractii目錄iii1引言11.1環(huán)氧乙烷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用11.2環(huán)氧乙烷在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向11.2.1生產(chǎn)技術(shù)11.2.2技術(shù)發(fā)展動(dòng)向21.3環(huán)氧乙烷的市場(chǎng)需求狀況22工藝概述42.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì)42.1.1EO的物理性質(zhì)42.1.2EO的化學(xué)性質(zhì)42.2生產(chǎn)方法的評(píng)述及選擇42.2.1氯醇法42.2.2直接氧化法52.3環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理52.3.1氧化反應(yīng)原理52.3.2二氧化碳脫除原理62.4工藝流程63物料衡算93.1物性數(shù)據(jù)93.2設(shè)計(jì)依據(jù)93.3循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算93.3.1計(jì)算依據(jù)93.3.2混合器103.3.3反應(yīng)器143.3.4環(huán)氧乙烷吸收塔173.3.5排放系統(tǒng)203.3.6CO2的吸收系統(tǒng)213.4環(huán)氧乙烷解吸塔（C204）233.5環(huán)氧乙烷塔頂冷凝器（E301）253.6環(huán)氧乙烷塔頂冷凝器（E302A）273.7脫輕組分塔（C301）294熱量衡算344.1設(shè)計(jì)依據(jù)344.2反應(yīng)器R-101344.3反應(yīng)器進(jìn)料-產(chǎn)品換熱器E-101354.4產(chǎn)品第一冷卻器E-102374.5產(chǎn)品第二冷卻器E-203384.6塔頂冷凝器E-301394.7塔頂冷凝器E-302415設(shè)備計(jì)算435.1反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算435.2脫輕組分塔456安全、環(huán)保、能量利用516.1工藝設(shè)備一覽表516.2原料消耗表516.3能量消耗表516.4三廢處理516.5廠址的選擇52致謝54參考文獻(xiàn)55附錄56 iv 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引言1 引言1.1 環(huán)氧乙烷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用環(huán)氧乙烷(簡(jiǎn)稱EO)，又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是一種最簡(jiǎn)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(jiǎn)單最重要的環(huán)氧化物，在國(guó)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(lái)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。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。2003年全球環(huán)氧乙烷消費(fèi)量為1593.4萬(wàn)t。19982003年年均消費(fèi)增長(zhǎng)率達(dá)到5.6%，預(yù)計(jì)20032008年和20082013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(wàn)t和2358.2萬(wàn)t。我國(guó)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(guó)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投產(chǎn)，加上環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)小規(guī)模的氯醇法環(huán)氧乙烷裝置已無(wú)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。1.2 環(huán)氧乙烷在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向1.2.1 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(guó)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CO2、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(guó)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)。1.2.2 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向近年來(lái)，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特點(diǎn)，該系列催化劑已應(yīng)用于國(guó)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(guò)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，包括含鋰、鈉、鉀、銣、銫、鋇中至少一種陽(yáng)離子助劑，含硫化物、氟化物陰離子助劑和選自BB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)1.512mg/g，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)37.4mg/g，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%。1.3 環(huán)氧乙烷的市場(chǎng)需求狀況我國(guó)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(guó)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(guó)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)裝置。2003年我國(guó)EO生產(chǎn)能力約為1200kt/a。隨著我國(guó)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(chǎng)需求，因此有多家企業(yè)計(jì)劃建設(shè)規(guī)?；疎O生產(chǎn)裝置，可以預(yù)計(jì)未來(lái)幾年我國(guó)EO的生產(chǎn)能力將呈現(xiàn)迅速增加的勢(shì)頭。其中北京燕山石化于2004年將已有的70k/a的生產(chǎn)能力擴(kuò)大到250kt/a左右；南京揚(yáng)巴一體化工程9套核心裝置中含有一套240kt/a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300kt/a EO生產(chǎn)裝置，2005年建成投產(chǎn)；上海石化已新建一套300kt/a EO生產(chǎn)裝置，2005年建成投產(chǎn)；另外天津聯(lián)化、獨(dú)山子石化等企業(yè)均計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)建設(shè)規(guī)?；腅O生產(chǎn)裝置。到2005年我國(guó)EO的生產(chǎn)能力將激增至2160kt/a，在未來(lái)兩年內(nèi)國(guó)內(nèi)EO生產(chǎn)能力將翻一番，可見(jiàn)我國(guó)EO工業(yè)市場(chǎng)需求與發(fā)展前景之好。65沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 工藝概述2 工藝概述2.1 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)2.1.1 EO的物理性質(zhì)環(huán)氧乙烷（簡(jiǎn)稱EO），英文名稱epoxyethane，又被稱為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式：C2H4，分子量：44.05，沸點(diǎn)：10.4，熔點(diǎn)：-112.2，蒸汽壓：145.91kPa/20。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(wú)色氣體，低溫時(shí)為無(wú)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、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。2.1.2 EO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)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。2.2 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。2.2.1 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(guò)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)已基本被淘汰。2.2.2 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(guó)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(guò)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(guó)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(zhǎng)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。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。2.3 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原理2.3.1 氧化反應(yīng)原理乙烯氧化過(guò)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。在銀催化劑作用下的反應(yīng)方程式如下：(1)另外，乙烯直接氧化還有副產(chǎn)物生成，其中CO2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：(2)這一反應(yīng)用氯化物來(lái)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。(3)(4)在反應(yīng)過(guò)程中如有堿金屬或堿土金屬存在時(shí)，將催化這一反應(yīng)。CO2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CO2和H2O。反應(yīng)速度由EO異構(gòu)化控制。(5)(6)反應(yīng)器副產(chǎn)物中除CO2和H2O以外還有微量的乙醛和甲醛。它們?cè)诰茊卧袕腅O和EG中分離掉，以上氧化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)。2.3.2 二氧化碳脫除原理本裝置采用碳酸鹽溶液吸收CO2，以脫除氧化反應(yīng)的副產(chǎn)物CO2，此吸收為化學(xué)吸收：K2CO3 + CO2 + H2O2KHCO3 + 6.4KCal/mol(7)應(yīng)分五步進(jìn)行：H2O=H+ + OH- (8)K2CO3=CO32- + 2K+ (9)H+ + CO32-=HCO3- (10)K+ + HCO3- =KHCO3 (11)CO2 + OH-=HCO3- (12)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CO2從系統(tǒng)中解析出來(lái)，排至大氣:KHCO3K2CO3+CO2十H2O(13)2.4 工藝流程循環(huán)氣首先與新鮮乙烯、甲烷經(jīng)脫硫床下游的乙烯過(guò)濾器S-102混合，然后進(jìn)入氧氣混合噴嘴M-101，氧氣經(jīng)過(guò)濾器S-101除掉固體顆粒后在這里加入循環(huán)氣中。補(bǔ)充抑制劑后，反應(yīng)器進(jìn)料氣體在E101中被EO反應(yīng)產(chǎn)品氣體從78加熱到234。被預(yù)熱的反應(yīng)器進(jìn)料氣體進(jìn)入列管式EO反應(yīng)器R-101，在反應(yīng)器中，乙烯和氧氣在銀催化劑床層上進(jìn)行反應(yīng)，主要生成E0；副產(chǎn)品有二氧化碳、水和微量的醛類。反應(yīng)產(chǎn)品氣體經(jīng)過(guò)三次冷卻，在產(chǎn)品第一冷卻器E-102中，通過(guò)產(chǎn)生中壓蒸汽，反應(yīng)產(chǎn)品氣體被冷卻到207，在進(jìn)料/產(chǎn)品換熱器E-101中被冷卻到138，在產(chǎn)品第二冷卻器E-203中被進(jìn)一步冷卻到53。冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)品氣體進(jìn)到EO吸收塔C-203的急冷部分。為脫除反應(yīng)產(chǎn)品氣冷卻時(shí)產(chǎn)生的水，將一小股物流引到急冷排放解吸塔C-205中，用泵P-205把急冷液打到急冷冷卻器E-205中，再回到EO吸收塔的急冷段。離開急冷段的氣體用貧吸收液洗滌以回收E0。在EO吸收塔中吸收的E0，在EO解吸塔C-204內(nèi)從富吸收液中解吸出來(lái)。富吸收液離開EO吸收塔的溫度為47，預(yù)熱到105后進(jìn)入EO汽提塔頂部，塔頂出料(EO/H2O)進(jìn)入輕組分脫除和EO精制部分。EO解吸塔設(shè)計(jì)能力可使吸收的EO有99.95%解吸出來(lái)，其余0.05%的EO隨同塔釜液離開。解吸EO所需的蒸汽一部分來(lái)自汽提段，一部分來(lái)自加入的蒸汽。反應(yīng)器產(chǎn)品氣體在吸收塔急冷段冷卻，酸性組分被急冷液吸收，通過(guò)排放急冷液可除掉雜質(zhì)和反應(yīng)產(chǎn)品氣中冷凝下來(lái)的水。急冷排放液中的EO在急冷排放解吸塔C-205中回收，解吸介質(zhì)為直接通入蒸汽。從EO吸收塔來(lái)的富吸液，在產(chǎn)品第二冷卻器E-203中被EO吸收塔進(jìn)料(反應(yīng)產(chǎn)品氣體)從47加熱到67，在進(jìn)解吸塔C-204之前，先后在進(jìn)料/塔頂物料換熱器E-208及進(jìn)料/塔釜物料換熱器E-207中進(jìn)一步加熱。EO吸收塔塔頂物經(jīng)氣液分離罐V-204進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)。如果V-204罐的壓力過(guò)高，罐的壓力控制器也會(huì)啟動(dòng)緊急放空閥使循環(huán)氣管路快速泄壓。循環(huán)氣壓縮機(jī)出口引出一股較大的物流，去二氧化碳吸收塔脫除C02。處理后的氣體離開二氧化碳脫除系統(tǒng)，與沒(méi)有處理的循環(huán)氣體重新混合后進(jìn)入到環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)。循環(huán)氣中的二氧化碳用碳酸鉀溶液吸收脫除。為了減少CO2吸收塔中吸收液的冷卻及CO2解吸塔中加熱吸收劑所需的蒸汽，在CO2吸收塔進(jìn)料預(yù)熱器E-201中，吸收塔進(jìn)料氣體被加熱，并用水飽和。用CO2解吸塔頂部出料做加熱介質(zhì)，用清潔的冷凝液使物流飽和。為了保證CO2吸收塔進(jìn)料為飽和狀態(tài)，在E-201中水經(jīng)過(guò)液體噴嘴噴入換熱器的殼層中。在E-201中CO2吸收塔進(jìn)料氣體處于持續(xù)飽和狀態(tài)。CO2吸收塔塔頂氣體出塔時(shí)的溫度為1ll，已被水飽和。在氣體冷凝器E-202中，這股氣體被壓縮機(jī)出口旁路通過(guò)CO2脫除系統(tǒng)的循環(huán)氣冷卻到70，部分水從氣體中分離出來(lái)，在E-202中循環(huán)氣從58被加熱到87。CO2吸收塔塔頂物流在E-206用冷卻水冷卻，在分離罐V一201中分離掉攜帶的水后與循環(huán)氣混合，分離罐V-201溫度為51，與循環(huán)氣混合后回到反應(yīng)部分。分離罐V-201收集的冷凝液，一般送到碳酸鹽閃蒸罐填料頂部，洗滌碳酸鹽閃蒸罐V-202閃蒸出的氣體。為了應(yīng)付塔大量帶液，V-201底部出口管線上有一個(gè)大的排泄閥，通往CO2解吸塔的集水管。當(dāng)罐V-201的液位降到正常值時(shí)，閥門自動(dòng)關(guān)閉。進(jìn)入碳酸鹽閃蒸罐V-202以回收乙烯，以防在CO2解吸塔頂損失掉。被閃蒸出的氣體在E-304中冷卻脫水后，經(jīng)尾氣壓縮機(jī)壓縮，在EO吸收塔的上游進(jìn)入循環(huán)氣管線。閃蒸以后的液體靠重力流入CO2解吸塔。來(lái)自碳酸鹽閃蒸罐V-202的液體在CO2解吸塔C-202中，用再沸器和直接蒸汽使之解吸，操作壓力接近于大氣壓。解吸塔頂氣體在E-201中釋放掉部分熱量，在E-211中由99進(jìn)一步冷卻到45。來(lái)自E-211的冷凝液進(jìn)入放空分離罐V-208，在這里氣體與凝液分離后排放到大氣，冷凝液用泵送到廢水處理系統(tǒng)。來(lái)自解吸塔塔釜的貧碳酸鹽溶液，又回到CO2吸收塔。EO解吸塔頂蒸汽大約含60%EO和40%的水，先在E-208中預(yù)熱EO解吸塔的進(jìn)料，然后和輕組分塔頂物一起進(jìn)到解吸塔塔頂冷卻器E-301中，溫度從79被冷卻到47。不凝物主要是CO2、C2H4和EO。在解吸塔頂冷卻器E-302A/B中被冷卻到15，大部分EO作為凝液回到解吸塔頂緩沖罐V-301。解吸塔頂緩沖罐中的物料，經(jīng)泵打入輕組分塔C-301。在輕組分塔中，CO2、C2H4和其他溶解在EO水溶液中的輕組分和部分EO蒸汽一起脫除。塔頂氣體回到EO解吸塔頂冷卻器中以回收EO。在EO精制塔C-302中,EO從塔頂蒸出，塔頂氣冷凝并過(guò)冷后，大部分凝液作為回流，一部分作為低純度EO產(chǎn)品進(jìn)乙二醇反應(yīng)器，這股物流含有微量雜質(zhì)如CO2和甲醛。高純度EO產(chǎn)品側(cè)線采出，經(jīng)E-309進(jìn)高純度EO貯罐。EO精制塔塔釜主要是含有乙二醇、醛和至少30%wt環(huán)氧乙烷的水溶液，也送到400#的乙二醇反應(yīng)器。沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算3 物料衡算3.1 物性數(shù)據(jù)表3.1 物性數(shù)據(jù)表序號(hào)組分分子式分子量常壓沸點(diǎn)1氮?dú)釴228.0134-195.82氬氣Ar39.9480-185.873氧氣O231.9988-182.984甲烷CH416.0423-162.155乙烯C2H428.0530-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧碳CO244.0095-78.458環(huán)氧烷C2H4O44.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.015210011乙二醇C2H6O262.0676197.33.2 設(shè)計(jì)依據(jù)1設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷2年工作時(shí)間：8000小時(shí)3高純EO收率：30%4乙烯單程轉(zhuǎn)化率：10%5EO的選擇性：80%6二氧化碳的選擇性：19.8%7乙醛的選擇性：0.2%8EO吸收率：99.6%9排空氣體比率：0.18%3.3 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算3.3.1 計(jì)算依據(jù)(1)原料氧氣組成（mol %）：: 0.005: 0.195: 99.8(2)原料乙烯組成（mol %）：: 95: 4.5: 0.5(3)原料甲烷組成(mol%)：:2.0: 0.8: 91.1:0.1(4)環(huán)氧乙烷吸收塔吸收液氣比：2.00(5)二氧化碳吸收率：18.0%(6)符號(hào)說(shuō)明：進(jìn)料：F乙烯進(jìn)料；氧氣進(jìn)料；甲烷進(jìn)料；混合器物料；反應(yīng)器物料；排放物料；W排放物產(chǎn)；R循環(huán)物料；(7)主反應(yīng)：副反應(yīng)：(8)物料衡算圖圖3.1 物料衡算圖3.3.2 混合器（1）循環(huán)氣體的溫度：79.00 壓力1.76MPa混合氣出料溫度：76.00壓力1.76MPa進(jìn)料氣體被EO反應(yīng)產(chǎn)品氣體從78加熱到152,而產(chǎn)品氣體從202被冷卻到138。（2）環(huán)氧乙烷吸收塔吸收率（%）：氮?dú)猓?.005氬氣：0.001氧氣：0.01甲烷：0.01乙烯：0.05乙烷：0.002二氧化碳：1.30環(huán)氧乙烷：99.6乙醛：100水：65.294乙二醇：100（3）計(jì)算過(guò)程1）計(jì)算新鮮乙烯原料中乙烯量=新鮮乙烯原料中甲烷的量=新鮮乙烯原料中乙烷的量=新鮮乙烯原料的量=新鮮乙烯原料中乙烯量+新鮮乙烯原料中甲烷的量+新鮮乙烯原料中乙烷的量即：F2=520.2138+0.2605+0.5210=520.9953Kmol/h設(shè)：反應(yīng)器的進(jìn)料量為MF(Kmol/h)；新鮮甲烷原料量為F3；針對(duì)混合器列乙烯和甲烷的物料衡算方程，得：由（1）（2）兩式聯(lián)立可得MF=16991.60299F3=16.38802）設(shè):循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量為；反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量為；環(huán)氧乙烷的摩爾分率為；針對(duì)混合器列環(huán)氧乙烷的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中得環(huán)氧乙烷的量=反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量；=MF (3)反應(yīng)器中環(huán)氧乙烷的量=+0.180%(1-0.996) (1-0.0018)(4)由以上兩式得：解得：=0.00013)設(shè)：新鮮氧氣原料的量為F1（Kmol/h）； 針對(duì)混合器列氧氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器進(jìn)料中的氧氣量=新鮮氧氣原料中的氧氣量+循環(huán)氣中的氧氣量循環(huán)氣中的氧氣量=反應(yīng)器中的氧氣量-反應(yīng)消耗的氧氣量-氧氣的吸收量-氧氣的排放量即：解得：F1 =509.9414Kmol/h4）設(shè)：環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳的吸收率為；二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的吸收率為針對(duì)混合器列二氧化碳的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的二氧化碳的量=新鮮甲烷進(jìn)料中的二氧化碳的量+循環(huán)氣中的二氧化碳的量：循環(huán)氣中二氧化碳的量=反應(yīng)器中二氧化碳的量+反應(yīng)生成的二氧化碳的量-環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳量-排放量-二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的量，即：即：解得：=0.05005）設(shè)：新鮮乙烯原料量為F2；乙烷的吸收率為，針對(duì)混合器列乙烷的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的乙烷的量=新鮮乙烯原料中的乙烷的量+循環(huán)氣中的乙烷的量循環(huán)氣中的乙烷的量=即：解得：=0.01686）設(shè)：氮?dú)獾奈章蕿?；針?duì)混合器列氮?dú)獾奈锪虾馑惴匠?，得：反?yīng)器中的氮?dú)獾牧?新鮮氧氣原料中的氮?dú)獾牧?新鮮甲烷原料中的氮?dú)獾牧?循環(huán)氣中的氮?dú)獾牧垦h(huán)氣中氮?dú)獾牧?即：解得：=0.01127）設(shè)：氬氣的吸收率為；針對(duì)混合器列氬氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的氬氣的量=新鮮氧氣原料中的氬氣的量+循環(huán)氣中的氬氣的量循環(huán)氣中的氬氣的量=即：解得：=0.03238）設(shè)：水的吸收率為；循環(huán)氣中水的摩爾分率為，針對(duì)混合器列水的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中的水的量=反應(yīng)器中的水的量+反應(yīng)生成的水的量=反應(yīng)器中水的摩爾分率：=1-=1-0.5-0.3-0.0832-0.05-0.0168-0.0112-0.0323-0.0001=0.0063又有：F1+F2+F3+R=MF,即R=MF- F1-F2-F3得：R=16991.60299-509.9414-520.9953-16.3880=15944.2782Kmol/h即：得：=0.0067計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2。3.3.3 反應(yīng)器（1）反應(yīng)溫度為240，壓力為1.60MPa,反應(yīng)物料由塔頂加入，采用氣包進(jìn)行移熱。產(chǎn)品第一冷卻器：產(chǎn)品第一冷卻器通過(guò)加入外界冷量，將氣體從240冷卻到202。產(chǎn)品第二冷卻器：產(chǎn)品氣體經(jīng)過(guò)第二次冷卻后，溫度降到135，與K-301來(lái)的氣體混合。這股氣流在產(chǎn)品第二冷卻器中，與從EO吸收塔C-203中來(lái)的富吸收液進(jìn)行交換，進(jìn)一步冷卻到53。（2）計(jì)算過(guò)程（y表示MF中各個(gè)組分的摩爾分率）1）反應(yīng)器出口的乙烯的量=4587.7328Kmol/h2) 反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷量=409.4333 Kmol/h表3.2 混合器物料衡算結(jié)果表輸入物料輸出物料原料氧氣原料乙烯原料甲烷循環(huán)氣溫度4030107976壓力Mpa2.752.552.551.761.76序號(hào)組分分子量摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h摩爾分率%1N228.01340.02550.00010.32780.0200190.60610.0120190.95930.01122Ar39.94800.99440.0020548.39550.0344549.38990.03233O231.9988508.92150.9980904.77980.05671413.70140.08324CH416.04230.26050.000515.88000.96908479.66100.53188495.80150.50005C2H428.0530520.21380.99850.08190.00504577.18520.28715097.48090.30006C2H630.06880.52100.0010285.74580.0179286.26680.01687CO244.00950.09830.0060849.26940.0533849.36780.05008C2H4O44.05241.63480.00011.63480.00019CH3CHO44.05240.00000.00000.00000.000010H2O18.0152107.00070.0067107.00070.006311C2H6O262.06760.00000.00000.00000.0000小計(jì)509.94141.0000520.99531.000016.38801.000015944.27821.000016991.60301.0000合計(jì)輸入物料總量16991.60299沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 物料衡算3）反應(yīng)器出口二氧化碳=1051.2280 Kmol/h4）反應(yīng)器出口乙醛的量=1.0195 Kmol/h5）反應(yīng)器出口水量（反應(yīng)中每生成一摩爾的二氧化碳同時(shí)生成一摩爾的水）所以：反應(yīng)器出口水=308.8609 Kmol/h6）反應(yīng)器出口氧氣量（混合器中氧氣量-生成環(huán)氧乙烷消耗的氧氣量-生成乙醛消耗氧氣量-生成二氧化碳消耗的水量）即：反應(yīng)器出口水量-=-=906.5020 Kmol/h7）反應(yīng)器出口氮?dú)?，氬氣，甲烷，乙烷的量因?yàn)樵诜磻?yīng)器中這些物料沒(méi)有發(fā)生變化，所以其量等于進(jìn)口的量即：氮?dú)?190.9593 Kmol/h氬氣=549.3899 Kmol/h甲烷=8495.8015 Kmol/h乙烷=286.2668 Kmol/h計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.3。表3.3反應(yīng)器物料衡算結(jié)果表輸入物料輸出物料溫度150234壓力Mpa1.761.47序號(hào)組分分子量1N228.0134摩爾流量Kmol/h摩爾分率%質(zhì)量流量Kg/h質(zhì)量分率%摩爾流量Kmol/h摩爾分率%質(zhì)量流量Kg/h質(zhì)量分率%2Ar39.9480190.95930.01125349.42000.0134190.95930.01145349.42000.01343O231.9988549.38990.032321947.02650.0549549.38990.032721947.02650.05494CH416.04231413.70140.083245236.74740.1131906.50200.054029006.97680.07265C2H428.05308495.80150.5000136292.19630.34098495.80150.5061136292.19630.34096C2H630.06885097.48090.3000142999.63160.35774587.73280.2733128699.66840.32197CO244.0095286.26680.01688607.69960.0215286.26680.01718607.69960.02158C2H4O44.0524849.36780.050037380.25020.09351051.22800.062646264.01860.11579CH3CHO44.05241.63480.000172.01620.0002409.43330.024418036.51760.045110H2O18.01520.00000.00000.00000.00001.01950.000144.91130.000111C2H6O262.0676107.00070.00631927.63860.0048308.86090.01845564.19130.0139合計(jì)16991.60300.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00003.3.4 環(huán)氧乙烷吸收塔（1）該塔用純水作為吸收劑，吸收塔的溫度為47，壓力為1.45MPa。（2）各組分的吸收率（%）（取現(xiàn)場(chǎng)值）：氮?dú)猓?.005氬氣：0.001氧氣：0.01甲烷：0.01乙烯：0.05乙烷：0.002二氧化碳：1.30環(huán)氧乙烷：99.6乙醛：100水：65.294乙二醇：100（3）EO吸收塔吸收液汽比=2.0（4）計(jì)算過(guò)程（y表示RF中的摩爾分率，為吸收率）1）氣體中各個(gè)組分的量a)出口環(huán)氧乙烷的量=進(jìn)入吸收塔的環(huán)氧乙烷量（1-環(huán)氧乙烷的吸收率）=1.6377Kmol/hb)出口乙烯的量=4585.4389 Kmol/hc)出口的二氧化碳的量=1037.5620 Kmol/hd)出口的氧氣的量=906.4114 Kmol/he)出口的甲烷的量=8494.9519 Kmol/hf)出口的乙烷的量=286.2611 Kmol/hg)出口的氮?dú)獾牧?190.9498 Kmol/hh)出口的氬氣的量=549.3844 Kmol/hi)出口的水蒸氣的量=107.1936 Kmol/h2)吸收劑的用量H(采用純水做吸收劑)參考現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)得到：EO吸收塔吸收液汽比L/V=2.0塔內(nèi)氣體的平均流率V=塔內(nèi)液體的平均流率L=即：吸收劑的用量=（進(jìn)料量+塔頂出口氣體量）液氣比-被吸收的量/2得：吸收劑用量H=(16787.1940+16159.7909) 2-(16787.1940-1615.7909)/2解得:H=32633.2833 Kmol/h3）富液中各個(gè)組分的量a)環(huán)氧乙烷的量=407.7955 Kmol/hb)乙烯的量=2.2939 Kmol/hc)二氧化碳的量=13.6660 Kmol/hd)氧氣的量=0.0907Kmol/he)甲烷的量=0.8496 Kmol/hf)乙烷的量=0.0057 Kmol/hg)氮?dú)獾牧?0.0095Kmol/hh)氬氣的量=0.0055Kmol/hi)水蒸氣的量=進(jìn)入吸收塔中吸收的水的量-吸收塔出口的水的量+吸收劑的用量=-107.1986+H=308.8609-107.1936+32633.2833= 32834.9506 Kmol/h表3.4 環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡算結(jié)果表輸入物料輸出物料進(jìn)料氣體進(jìn)料吸收劑塔頂出口氣體塔釜出口吸收液溫度47353541壓力Mpa1.451.421.421.45序號(hào)組分摩爾流量Kmol/h摩爾分率摩爾流量Kmol/h摩爾分率摩爾流量Kmol/h摩爾分率摩爾流量Kmol/h摩爾分率1N2190.95930.01140.00000.0000190.94980.01180.00950.00002Ar549.38990.03270.00000.0000549.38440.03400.00550.00003O2906.50200.05400.00000.0000906.41140.05610.09070.00004CH48495.80150.50610.00000.00008494.95190.52570.84960.00005C2H44587.73280.27330.00000.00004585.43890.28382.29390.00016C2H6286.26680.01710.00000.0000286.26110.01770.00570.00007CO21051.22800.06260.00000.00001037.56200.064213.66600.00048C2H4O409.43330.02440.00000.00001.63770.0001407.79550.01239CH3CHO1.01950.00010.00000.00000.00000.00001.01950.000010H2O308.86090.018432633.28331.0000107.19360.006632834.95060.987211C2H6O20.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.0000小計(jì)16787.19401.000032633.28331.000016159.7