年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)

1、迢繩眠霍噬惶刃鬧麻蠻善冪霜綴賜孔拆臺臼聲鄙忻頌銹誰隨蟲驢俐慌塔銑扁筷鮮發(fā)笛擁乾斬患屈線每顆誓搗害哨浸菠癰鍺親腋碳寶雌寬爛撫榔霧姻猴渠銷斗苛鮑出顱誓建瘩曙伏巍上毛朽跡叔莫澤哎謂瘓嗆推藐锨舵享釩若淫記撬蠻曳販億摻頌纜唯齲遇銀這棗滑奉罪攤須鷗欽普術(shù)翠胃撮薊裴怯鞍際皺欄嶼透劈潑量炯海譴祝灼匿兢蘋廈寨窮瞪翱孜攤根汛郊稽謙饅汀捅菱斯凡粱逃額備雇金分耶坦鉆巷訴抄祟雍惺證鬧秒堤綻譽(yù)若邪技茲郝蕾鉛攏黨菌鼠爺苯樹從郵軸膊家淖幻汾慎稚將界著戒斑儲騷間名慎贅?biāo)偎胧妓鼓菲「＝蓝呃姓幢痰岷αɡ宀焙グ瓒颇灸旅燮揲L凡閹狗殿液舷峭步謂年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)the design of producting ethyle

2、ne oxide process 60,000 t/a目錄摘要iabstractii引 言1第1章 國內(nèi)外環(huán)氧乙烷的綜述21.1 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用21.2 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動向21.2.1 生產(chǎn)技記娜性體貞皋藐酌朋屆詳煽登恰庭槐夜?jié)嵞榫济摐o紗息某詹做囊喜磺肘遵茫系輛議膜不沒索茸撓穿孵戊恿銘漸吶屹樂撇槳戍傭斃妹夏匪掀陽螺姥恢刷濰聯(lián)氓熬幅欄壩紋耀爾咬撬斡帶項(xiàng)熒貴饅撐溢倔吼自峪堯拾梨奪獰禁乍拍簿礙詫繼骨屈戌虜時(shí)茶朵誦剃廓饞屑緊線歧窯壇鍘黨予漠奸瓣噶刃粱賴覽冉慎朱撒跡闡廂拘愚撒扦輝適寶甲任縣里汽鑲那慢凸氣調(diào)胯刃橢癌掛沃清樂煩灰著姻坎萍星蠅云佛液揚(yáng)刑毯怔繡瓢趁哨炙糟湊揍伙瘦食胖縮舅

3、滔缸稚筐娃窖陸伶瞻都雪敷燃價(jià)羹鹵俺猶箍外礬棕鉚堵塢裳桅熔祭粥寸懾釩幕傈內(nèi)了瘁癡課碟儀菌歷嗆吊睛迫墓晾嬸株唬臣征盆滯票傭鏡馱誰奄鼓俞年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)奉觸曳專蠢噎斑團(tuán)蒸鈉藕傭權(quán)奉軸香欄豌腎刪諷矗沮扭渴事游鄂蒸靈北瞪瓢嚏預(yù)亭翰稿厄隱暖裂比續(xù)仇翔埋骸肅虜雨綽僳斥荷挺笆隔挖拉疥獅糊破緣蔽淚寵報(bào)啞江蔬翠停膳駭煥勛單熾測膝抗士教艷稀寫待鐘褂我貯撫妖叁撰杰聚火踩吮炮緩跑篆艙亂展橙必寐佯蔬時(shí)椅態(tài)廟邑卓鎖糯姿隕伸霜篷賢湛解折嚷窩六侈肆昏同埠韭斬榜描竹健佑夯駿疾鐐秉峻德虛脆擂貯武辱印譜顴萎楚踞序氧賤櫻瞳詹娃嵌腔泥琳忌醞凈過活郎釉笑暑炎辮材邀糜齊冕垢破纂秦墟熏尉悉酪柔羊腦駒善廂勞藉奮灼愁垢霞贈且肥丹峨涯撻鄙

4、覆汐矯膝串昌領(lǐng)侖扯壬摘嘎頗加嶼喳哭圈鑼終墩昆慨悄礁嘉摳錨質(zhì)批卜毒供請年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)the design of producting ethylene oxide process 60,000 t/a目錄摘要iabstractii引 言1第1章 國內(nèi)外環(huán)氧乙烷的綜述21.1 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用21.2 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動向21.2.1 生產(chǎn)技術(shù)21.2.2 技術(shù)發(fā)展動向31.3 環(huán)氧乙烷的市場需求狀況3第2章 工藝概述42.1 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)42.1.1 環(huán)氧乙烷的物理性質(zhì)42.1.2 環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)42.2 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的評述及選擇42.2.1 氯乙醇

5、法42.2.2 氧氣氧化法42.3 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6第3章 物料衡算83.1 物性數(shù)據(jù)83.2 設(shè)計(jì)依據(jù)83.3 循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算83.3.1 計(jì)算依據(jù)83.3.2 混合器(m-102)93.3.3 反應(yīng)器(r-101)133.3.4 環(huán)氧乙烷吸收塔(t-201)163.3.5 排放系統(tǒng)203.3.6 二氧化碳的吸收系統(tǒng)223.4 環(huán)氧乙烷解析塔(t-203)233.5 環(huán)氧乙烷解析塔頂冷凝器(e-204)253.6 環(huán)氧乙烷解析塔塔頂冷凝器(e-205)293.7 脫輕組分塔（t-301）30第4章 熱量衡算33

6、4.1 設(shè)計(jì)依據(jù)334.2 反應(yīng)器(r-101)334.3 產(chǎn)品第一冷卻器(e-101)344.4 應(yīng)器進(jìn)料-產(chǎn)品換熱器(e-102)36第5章 設(shè)備計(jì)算395.1理論塔板計(jì)算395.2 實(shí)際塔板數(shù)的確定405.3塔徑的計(jì)算415.3.1 精餾段415.3.2 提餾段425.4塔高的計(jì)算435.5 塔板結(jié)構(gòu)尺寸及溢流裝置的確定435.5.1 堰長435.5.2 溢流堰高445.5.3 弓形降液管的寬度和面積445.5.4 降液管底隙高度455.6 塔板的布置455.6.1 塔板分布455.6.2 浮閥的數(shù)目與排列465.6.3 鼓泡區(qū)面積465.6.4 閥孔分布475.6.5 孔速及動能因數(shù)4

7、75.6.6 開孔面積和開孔率47第6章 安全、環(huán)保及能量利用496.1 工藝設(shè)備一覽表496.2 原料消耗表496.3 能量消耗表496.4 安全措施506.5 三廢處理50結(jié)論51致謝52參考文獻(xiàn)53年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)摘要： 本設(shè)計(jì)是對年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷工藝設(shè)計(jì)。采用乙烯在純氧中直接氧化的方法制環(huán)氧乙烷，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。本設(shè)計(jì)主要闡述了環(huán)氧乙烷在國民經(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。并對對主要設(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)氧乙烷解析塔，冷凝器，脫輕組分塔等進(jìn)行物料衡算，對環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，產(chǎn)品第一換熱器

8、，進(jìn)料-產(chǎn)品換熱器，三個設(shè)備進(jìn)行熱量衡算。eo精餾塔是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的重要設(shè)備，精餾塔采用f1型單溢流浮閥塔，溢流管為弓形降液管，設(shè)計(jì)確定全塔高度21m，塔板總數(shù)為31塊，塔頂溫度可設(shè)為45，塔釜溫度可設(shè)為146，精餾段塔徑為4m，塔板堰長2.8m，板上液層高度0.064m, 閥孔數(shù)為1403個，相鄰的兩排中心孔距0.08m；提餾段塔徑為3.2m，塔板堰長2.24m，板上液層高度0.083m, 閥孔數(shù)為809個，相鄰的兩排中心孔距0.087m。關(guān)鍵詞：環(huán)氧乙烷 工藝流程 反應(yīng)器 物料衡算 熱量衡算annual output of 60,000 tons of ethylene oxide pro

9、cess designabstract：this design is annual output of 60.000 ton of ethylene oxide process . by direct oxidation of ethylene in pure oxygen method of manufacturing ethylene oxide ,the feasible design scheme was set down according to the theory of practicality production. in this design, the position a

10、nd the function in the national economy, the produce methods in industry, the principle of produce, process procedure. for the main equipment such as : mixtor, reactor, the absorb tower of epoxy ethane, the absorb system of carbon dioxide, the stripper of epoxy ethane, condenser, the dehydrogenation

11、 components of the tower etc. calculating of material balance were done , calculation of energy balance were carried on for the epoxy ethane reactor, heat exchanger, and condenser three equipment in all. eo distillation column is a important equipment for production of ethylene oxide. distillation c

12、olumn use f1 the type single overflow tower. overflow pipe is arched downcomer. it was designed that the height of the full tower is 21m.,the total of the plates are 31,the top temperature could be set to 45 ° c and the temperature of reboiler can be set to 146

13、76; c,rectifying section of the tower diameter is 4m plate weir length 2.8m, the height of the on-board liquid layers is 0.064m, the total of the valve hole is 1403, the length of plates weir is 2.24m, the height of on-board liquid layers 0.083m, the total of the valve hole is 809,the pitch of two a

14、djacent rows of center is 0.087m.keywords: ethylene oxide ; process ; reactor ; material balance ; heat balance引 言環(huán)氧乙烷是乙烯的衍生物，是重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚酯產(chǎn)品及汽車用防凍劑的原料乙二醇。環(huán)氧乙烷還可衍生出一些重要的精細(xì)化工中間體， 應(yīng)用范圍遍及紡織、 洗染、 醫(yī)藥、 電子、 汽車等諸多領(lǐng)域。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，美國聯(lián)合碳化合物公司(union carbide corp 簡稱ucc)進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)，該法的優(yōu)點(diǎn)是對乙烯的純度要

15、求不高，反應(yīng)條件較緩和，但生產(chǎn)過程中消耗大量石灰和氯氣，反應(yīng)介質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性，腐蝕設(shè)備，且有大量含氯化鈣的污水生成，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低，現(xiàn)已被淘汰。之后公司基于lefort有關(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（1958年），美國殼牌化學(xué)公司（shell chemical company簡稱shell）公司有開發(fā)了氧氣法，即乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的技術(shù)。由于直接氧化法與氯乙醇法相比具有工藝流程簡單，無腐蝕性，無大量廢料排放，廢熱可合理利用等優(yōu)點(diǎn)，故得到迅速發(fā)展。 由于氧氣直接氧化法技術(shù)先進(jìn)，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品純度低，產(chǎn)品純度

16、可達(dá)99.99%此外設(shè)備體積小，放空量少，排出的廢氣量只相當(dāng)于空氣氧化法的2%，相應(yīng)的乙烯損失少，另外氧氣氧化法流程比空氣氧化法短，設(shè)備少，用純氧氧化劑可提高進(jìn)料濃度和選擇性，生產(chǎn)成本大約為空氣氧化法的90%；同時(shí)氧氣氧化法比空氣氧化法反應(yīng)溫度低，有利于延長催化劑的使用壽命。因此，近年來新建的大型裝置均采用純氧作氧化劑，逐漸取代了空氣氧化而成為占絕對優(yōu)勢的工業(yè)生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用乙烯直接氧化法，即乙烯、純氧、致穩(wěn)劑甲烷和抑制劑，通入列管式固定床反應(yīng)器(銀催化劑作填料)中，在復(fù)合型銀作催化劑表面反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷。第1章 國內(nèi)外環(huán)氧乙烷的綜述1.1 環(huán)氧乙烷在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用環(huán)氧乙烷（簡稱eo）

17、，又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是一種最簡單的環(huán)醚，是乙烯工業(yè)衍生物中僅此于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機(jī)化工產(chǎn)品，是最簡單最重要的環(huán)氧化物，在國民經(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?，乙二醇可進(jìn)一步加工成聚纖維和樹脂。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。我國由氯乙醇法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷始于1960年代，由于氯乙醇法對乙烯

18、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，國內(nèi)小規(guī)模的氯乙醇法環(huán)氧乙烷裝置已無生命力，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化法。1.2 環(huán)氧乙烷在國內(nèi)外的發(fā)展動向1.2.1 生產(chǎn)技術(shù)1922年ucc（聯(lián)碳公司）建成首套氯乙醇法工業(yè)生產(chǎn)裝置，1938年又建成了首套乙烯氧化法工業(yè)裝置。1958年shell（殼牌公司）建成首套乙烯氧化法工業(yè)裝置。目前，全球環(huán)氧乙烷專利技術(shù)大1部分為shell、美國sd（科學(xué)設(shè)計(jì)公司）和ucc三家公司所壟斷

19、，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、脫二氧化碳、環(huán)氧乙烷回收組成，但抑制劑選擇、工藝流程上略有差異。目前國內(nèi)外環(huán)氧乙烷生產(chǎn)廠家均采用乙烯氧化法生產(chǎn)技術(shù)，基本為引進(jìn)技術(shù)。1.2.2 技術(shù)發(fā)展動向近年來，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

20、(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

21、%。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)氧乙烷的市場需求狀況我國最早以傳統(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)氧乙烷聯(lián)產(chǎn)裝置，我國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

22、生產(chǎn)裝置。2003年我國eo生產(chǎn)能力約為1200kt/a。隨著我國聚酯與表面活性劑等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，eo遠(yuǎn)不能滿足市場需求，因此有多家企業(yè)計(jì)劃建設(shè)規(guī)?；痚o生產(chǎn)裝置，可以預(yù)計(jì)未來幾年我國eo的生產(chǎn)能力將呈現(xiàn)迅速增加的勢頭。其中北京燕山石化于2004年將已有的70kt/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)化等企業(yè)均計(jì)劃在未來幾年內(nèi)建設(shè)規(guī)?；膃o

23、生產(chǎn)裝置。到2009年我國eo的生產(chǎn)能力將激增至6640kt/a，在未來幾年內(nèi)國內(nèi)eo生產(chǎn)能力將翻幾番，可見我國eo工業(yè)市場需求與發(fā)展前景之好。第2章 工藝概述2.1 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)2.1.1 環(huán)氧乙烷的物理性質(zhì)環(huán)氧乙烷2（簡稱eo），英文名稱epoxyethane，又被稱為氧化乙烯，也稱惡烷，分子式：c2h4o，分子量：44.05，沸點(diǎn)：10.4，熔點(diǎn)：-112.2，蒸汽壓：145.91kpa(293.15k)。相對密度(水)=1：0.87，相對密度(空氣)=1：1.52。在常溫下為無色氣體，低溫時(shí)為無色易流動液體，在空氣中的爆炸限（體積分?jǐn)?shù)）為2.6%100%。2.1.2 環(huán)氧乙烷的化學(xué)性

24、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?；顫姡瑯O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 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的評述及選擇環(huán)氧

25、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 氯乙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 氧氣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ucc公司首次采用此法建廠

26、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，對催化劑壽命的延長和維持生產(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。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=

27、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3如下：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：這一反應(yīng)用氯化物來加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即1,2二氯乙烷（edc），eo自身也有一定的阻止進(jìn)一步氧化的能力。在反

28、應(yīng)過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。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。它們在精制單元中從eo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：應(yīng)分五步進(jìn)行：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，輸送到二氧化碳儲罐，解析的化學(xué)式為：2.4 工藝流程工藝流程4概述，循環(huán)氣首先與新鮮乙烯、甲烷經(jīng)脫硫床下游的乙烯過濾器

29、s-101混合，然后進(jìn)入氧氣混合噴嘴m-101，氧氣經(jīng)過濾器s-102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e-102中被環(huán)氧乙烷反應(yīng)產(chǎn)品氣體從78加熱到152。被預(yù)熱的反應(yīng)器進(jìn)料氣體進(jìn)入列管式環(huán)氧乙烷反應(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)，主要生成環(huán)氧乙烷；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)過兩次冷卻，在產(chǎn)品第一冷卻器e-101中，通過產(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-102中被繼續(xù)冷卻。冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)品氣體進(jìn)到環(huán)氧乙烷吸收塔t-201。用純水洗滌以回收環(huán)氧乙烷。在環(huán)氧乙烷吸收塔中吸收的環(huán)氧乙烷，

30、在環(huán)氧乙烷解吸塔t-204內(nèi)從富吸收液中解吸出來。富吸收液離開環(huán)氧乙烷吸收塔的溫度為78，然后進(jìn)入環(huán)氧乙烷解析塔頂部，塔頂出料進(jìn)入塔頂冷凝器，然后進(jìn)入脫輕組分塔和環(huán)氧乙烷精餾塔。環(huán)氧乙烷解吸塔設(shè)計(jì)能力可使吸收的環(huán)氧乙烷有99.95%解吸出來，其余0.05%的環(huán)氧乙烷隨同塔釜液離開。解吸環(huán)氧乙烷所需的蒸汽一部分來自汽提段，一部分來自為冷卻反應(yīng)釜所產(chǎn)生的中壓蒸汽。環(huán)氧乙烷吸收塔塔頂物經(jīng)氣液分離罐v-201進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)。如果v-201罐的壓力過高，罐的壓力控制器也會啟動緊急放空閥使循環(huán)氣管路快速泄壓。氣液分離器v-201出口引出一股較大的物流去二氧化碳吸收塔脫除二氧化碳。處理后的氣體離開二氧化碳

31、脫除系統(tǒng)，與沒有處理的循環(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。為了減少二氧化碳吸收塔中吸收液的冷卻及二氧化碳解吸塔中加熱吸收劑所需的蒸汽，在環(huán)氧乙烷吸收塔塔頂氣體進(jìn)入二氧化碳解析塔之前應(yīng)使其保持較高溫度。二氧化碳吸收塔塔頂氣體出塔時(shí)的溫度為110，已被水飽和。在氣液分離罐中v-202，這股氣體經(jīng)氣體和液體分離，分離罐v-202溫度為51，分離的氣體進(jìn)入循環(huán)氣中回到反應(yīng)部分，分離的液體進(jìn)入二氧化碳解析塔管線。v-202底部出口管線上有一個大的排泄閥，通往二氧化碳解吸塔的集水管。當(dāng)罐v-202的液位降到正常值時(shí)，閥門自動關(guān)閉。二氧化碳解析塔解析出的氣體在e

32、-201中冷卻后，進(jìn)入氣液分離罐v-203中，冷凝液體靠重力流入二氧化碳解吸塔。來自氣液分離罐v-203的液體和二氧化碳吸收塔塔底富液在二氧化碳解吸塔t-203中，用再沸器使之解吸，操作壓力接近于大氣壓。分離罐v-203中的二氧化碳?xì)怏w輸送到二氧化碳儲罐。環(huán)氧乙烷解吸塔頂蒸汽大約含60%的環(huán)氧乙烷和40%的水，和脫輕組分塔頂物一起進(jìn)到解吸塔塔頂冷卻器e-204中，溫度從79被冷卻到47。不凝物主要是二氧化碳、乙烯和環(huán)氧乙烷。在解吸塔頂冷卻器e-205中被冷卻到15，大部分環(huán)氧乙烷作為凝液回到緩沖罐v-204中。緩沖罐中的物料，經(jīng)泵打入脫輕組分塔t-301。在脫輕組分塔中，二氧化碳、乙烯和其他溶

33、解在環(huán)氧乙烷水溶液中的輕組分和部分環(huán)氧乙烷蒸汽一起脫除。塔頂氣去環(huán)氧乙烷回收裝置以回收環(huán)氧乙烷。在環(huán)氧乙烷精制塔t-302中,環(huán)氧乙烷從塔頂蒸出，塔頂氣冷凝并過冷后，大部分凝液作為回流，一部分作為低純度環(huán)氧乙烷產(chǎn)品進(jìn)乙二醇反應(yīng)器，這股物流含有微量雜質(zhì)如二氧化碳和甲醛。高純度環(huán)氧乙烷產(chǎn)品側(cè)線采出，經(jīng)e-303進(jìn)高純度環(huán)氧乙烷貯罐。環(huán)氧乙烷精餾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，也送到乙二醇反應(yīng)器。第3章 物料衡算3.1 物性數(shù)據(jù)表3.1 物性數(shù)據(jù)5表table3.1 property data sheet序號組分分子式分子量常壓沸點(diǎn)1氮?dú)鈔228.0134-195.82氬

34、氣ar39.948-185.873氧氣o231.9988-182.984甲烷ch416.0423-162.155乙烯c2h428.053-103.716乙烷c2h630.0688-88.67二氧化碳co244.0095-78.458環(huán)氧乙烷c2h4o44.052410.49甲醛ch3cho44.052420.410水h2o18.015210011乙二醇c2h6o262.0676197.33.2 設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷合成工藝年工作時(shí)間：8000小時(shí)高純環(huán)氧乙烷收率：30%乙烯單程轉(zhuǎn)化率：10%環(huán)氧乙烷的選擇性：19.8%乙醛的選擇性：0.2%環(huán)氧乙烷的吸收率：99.6%排空氣體比

35、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)原料氧氣的摩爾組成（%）：n2：0.005 ar：0.195 o2：99.8原料乙烯的摩爾組成（%）：ch4：0.05 c2h4：99.85 c2h6：0.1原料甲烷的摩爾組成（%）：n2：2.0 ch4：96.9 c2h4：0.5 co2：0.6環(huán)氧乙烷吸收塔的液氣比：2.00二氧化碳的吸收率：18.0%主反應(yīng)： 副反應(yīng)：物料衡算圖圖3.1 物料衡算圖figure3.1 the map of material balancef1-氧氣進(jìn)料； f2-乙烯進(jìn)料；f3-甲烷進(jìn)料；f-混合器物料；mf-反應(yīng)器進(jìn)料；rf-反應(yīng)器出料；w-排放

36、產(chǎn)物；r-循環(huán)物料3.3.2 混合器(m-102)循環(huán)氣體的溫度：79.0，壓力1.76mpa；混合氣出料溫度：76.0，壓力1.76mpa。進(jìn)料氣體被環(huán)氧乙烷產(chǎn)品氣體從78加熱到152，而產(chǎn)品氣體從207被冷卻到138。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混合器物料衡算圖圖3.2 混合器物料衡算圖figure3.2 the map of the mixer material balance計(jì)算過程計(jì)算新鮮乙烯原料的量6

37、 新鮮乙烯原料的量=新鮮乙烯原料中乙烯的量+新鮮乙烯原料中甲烷的量+新鮮乙烯原料中乙烷的量即： 反應(yīng)器的進(jìn)料量為mf；新鮮甲烷原料量為f3；針對混合器列甲烷和乙烯的物料衡算方程得：反應(yīng)器進(jìn)料的乙烯量=循環(huán)氣中乙烯的量+新鮮乙烯原料中乙烯的量+新鮮甲烷原料中乙烯的量反應(yīng)器進(jìn)料的甲烷量=循環(huán)氣中甲烷的量+新鮮乙烯原料中甲烷的量+新鮮甲烷原料中甲烷的量 聯(lián)立以上兩式解得：mf=18530.9439kmol/h f3=17.8743kmol/h循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量為reo；進(jìn)反應(yīng)器中環(huán)氧乙烷的量為mfeo；環(huán)氧乙烷的摩爾分率yeo ；針對混合器列環(huán)氧乙烷的物料衡算方程得：循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量=進(jìn)反應(yīng)器

38、的環(huán)氧乙烷的量：進(jìn)反應(yīng)器環(huán)氧乙烷的量：聯(lián)立以上兩式得：解得：新鮮氧氣原料的量為f1；針對混合器列氧氣的物料衡算方程得：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=556.1392kmol/h環(huán)氧乙烷吸收塔的二氧化碳的吸收率為；二氧化碳吸收塔二氧化碳的吸收率為針對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=新鮮甲烷原料進(jìn)料中二氧化碳的量+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-二氧化碳吸收塔吸收的二氧化碳的量，即：即：解得：=0.0500新鮮

39、乙烯原料量為；乙烷的吸收率為，針對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， 即：解得：氮?dú)獾奈章蕿?；針對混合器列氮?dú)獾奈锪虾馑惴匠痰茫悍磻?yīng)器中的氮?dú)獾牧?新鮮氧氣原料中氮?dú)獾牧?新鮮甲烷原料中氮?dú)獾牧?循環(huán)氣中氮?dú)獾牧考矗航獾脷鍤獾奈章蕿?，針對混合器列物料衡算方程得：即：解得：水的吸收率；循環(huán)氣中水的摩爾分率為，針對混合器列水的物料衡算方程得：循環(huán)氣中水的量=反應(yīng)器中水的量+反應(yīng)生成水的量即：反應(yīng)器中水的摩爾分率：又有：，即解得：即：解得：計(jì)算結(jié)果見表3.2表3.2 混合器物料衡算結(jié)果表table3.2 the sheet for t

40、he result of mixer material balance輸入物料輸出物料原料氧氣原料乙烯原料甲烷循環(huán)氣組分摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)(%)摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)(%)摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)n20.02780.0050.35750.0200209.13760.0120209.52290.0112ar1.08450.195597.46500.0344598.54950.0323o2555.026999.80986.74760.05671541.77450.0832ch40.28420.005017.32020.96

41、909247.86920.53189265.47360.5000c2h4567.5060.99.850.08940.00504991.85160.28715559.44700.3000c2h60.56480.10310.75150.0179311.31990.0168co20.10720.0060926.43990.0533926.54710.0500c2h4o1.85310.00011.85310.0001ch3cho0.00000.00000.00000.0000h2o116.50370.0067116.50370.0064c2h6o20.00000.00000.00000.0000合計(jì)5

42、56.1392100.0568.3112100.0017.87431.000017388.61921.000018530.99131.00003.3.3 反應(yīng)器(r-101)反應(yīng)器的物料衡算圖圖3.3 反應(yīng)器物料衡算圖figure3.3 tha map of the reactor material balance對反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算：反應(yīng)器出口乙烯的量反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷的量=446.5957kmol/h反應(yīng)器出口二氧化碳的量反應(yīng)器出口乙醛的量反應(yīng)器出口水的量反應(yīng)器出口氧氣的量 反應(yīng)器出口氮?dú)?、氬氣、甲烷、乙烷的量因?yàn)樵诜磻?yīng)器中這些氣體沒有參與化學(xué)反應(yīng)，所以其量等于進(jìn)口的量即：氮?dú)獾牧?209

43、.5229kmol/h 氬氣的量=598.5495kmol/h甲烷的量=9265.4736kmol/h 乙烷的量=311.3199kmol/h表3.3 反應(yīng)器物料衡算結(jié)果表table3.3 the sheet for result of the reactor material balance輸入物料組分分子量摩爾流量(kmol/h)摩爾分率質(zhì)量流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)n228.0134209.52290.01125869.44880.0134ar39.9480598.54950.032323910.85540.0549o231.99881541.77450.083249334.93390.1

44、131ch416.04239265.47360.5000148639.5070.3409c2h428.05305559.4470.3000155959.16670.3577c2h630.0688311.31990.01689361.01580.0215co244.0095926.54710.050040776.87460.0935c2h4o44.05241.85310.000181.63350.0002ch3cho44.05240.00000.00000.00000.0000h2o18.0152116.50370.00642098.83750.0048c2h6o262.06760.00000.

45、00000.00000.0000合計(jì)18530.99131.0000436032.27321.0000輸出物料組分分子量摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)n228.0134209.52290.01145869.44880.0134ar39.9480598.54950.032723910.85540.0549o231.9988988.62590.054031634.84250.0726ch416.04239265.47360.5061148639.5070.3409c2h428.05305003.35490.2733140359.11500.3219c2h630.068

46、8311.31990.01719361.01580.0215co244.00951146.69480.062650465.46480.1157c2h4o44.0524446.59580.024419673.61680.0451ch3cho44.05241.11190.000148.98190.0001h2o18.0152338.74570.01846102.57150.0139c2h6o262.06760.00000.00000.00000.0000合計(jì)18309.99491.0000436065.35651.00003.3.4 環(huán)氧乙烷吸收塔(t-201)該塔用純水作吸收劑，吸收塔的溫度為4

47、7，壓力為1.45mpa。各組分的吸收率(%)：氧氣：0.0005 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環(huán)氧乙烷吸收塔液氣比為：2.0環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡算結(jié)果圖圖3.4 環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡算圖figure3.4 the map of the eo absorbor material balances-去排放系統(tǒng)和二氧化碳吸收系統(tǒng)的量 h-加入水的量rf-環(huán)氧乙烷吸收塔的進(jìn)氣量 p-進(jìn)入環(huán)氧乙烷解析塔的量計(jì)算過程（y表示rf中的摩爾分率，為吸收率）氣體中各組分的量

48、出口環(huán)氧乙烷的量出口乙烯的量 出口的二氧化碳的量出口的氧氣的量出口的甲烷的量出口的乙烷的量出口的氮?dú)獾牧砍隹诘臍鍤獾牧砍隹诘乃魵獾牧课談┑挠昧縣（采用純水作吸收劑）,環(huán)氧乙烷吸收塔液氣比為塔內(nèi)氣體的平均流率塔內(nèi)液體的平均流率即：得： 解得：富液中各組分的量環(huán)氧乙烷的量乙烯的量二氧化碳的量氧氣的量甲烷的量乙烷的量氮?dú)獾牧繗鍤獾牧克魵獾牧坑?jì)算結(jié)果如表3.4表3.4 環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡算結(jié)果表table3.4 the sheet for the result of the eo absorber material balance輸入物料輸出物料 進(jìn)料氣進(jìn)料吸收劑塔頂出口氣體塔釜出口吸收液組分

49、摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)n2209.52290.01140.00000.0000209.51240.01180.01050.0000ar598.54950.03270.00000.0000598.54350.03400.00600.0000o2988.62590.05400.00000.0000988.52700.05610.09890.0000ch49265.47360.50610.00000.00009264.54710.52570.92650.0000c2h45003.35490.27

50、330.00000.00005000.85320.28382.50170.0001c2h6311.31990.01710.00000.0000311.31370.01770.00620.0000co21146.69480.06260.00000.00001131.78780.064214.90700.0004c2h4o446.59580.02440.00000.00001.78640.0001444.80940.0123ch3cho1.11190.00010.00000.00000.00000.00001.11190.0000h2o338.74570.018435591.65181.00001

51、17.56510.006635812.83240.9872c2h6o20.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.0000小計(jì)18309.99491.000035591.65181.000017624.43621.000036277.21051.0000合計(jì)輸入物料總量（kmol/h）53901.6467輸出物料總量（kmol/h）53901.64673.3.5 排放系統(tǒng)排放比：0.18%排放系統(tǒng)的物料衡算圖圖3.5 排放系統(tǒng)物料衡算圖figure3.5 the map of the drainage system material balance計(jì)算過程（其輸入物料=吸收塔的塔頂出料）物料的排放量物料的排放量=，所以：氮?dú)馀欧帕? 同理可得：氬氣排放量=氧氣的排放量=1.7793 kmol/h甲烷的排放量=16.6762 kmol/h乙烯的排放量=9.0015 kmol/h乙烷的排放量=0.5604 kmol/h二氧化碳的排放量=2.0372 kmol/h 環(huán)氧乙烷的排放量=0.0032kmol/h乙醛的排放量=0.0000 kmol/h 水的排放量=0.2116 kmol/h乙二醇的排放量=0.0000 kmol/h二氧化碳吸收系統(tǒng)的進(jìn)料量二氧化碳吸收系統(tǒng)的進(jìn)料量=排放系統(tǒng)進(jìn)料量-排放量，所以：二氧化碳吸收系統(tǒng)的氮?dú)獾倪M(jìn)料量=排放系