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

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AUTOCAD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，催化劑填充高度5700mm，催化劑為球體，D=5mm床層空隙率為，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㎡，大于理論傳熱面積，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I

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計Abstractcoursecompleteofproducing60,000tonsofoxidereactorprocessusesethyleneoxideoxygentheconditions,usingplussoftwaretosimulatetheofoxideformaterialheatbalanceandthestructureoffixedreactoranddimensions,graphicssoftwaretoAUTOCADassemblydrawings.ofthediameterof1.6m,andtubenumber7,595,tubesize××6000,height5700mm,isasphere,D5mm,theporosityofthethefillingoflength,length6m.Heatmethodusingindirectactualreactorheat3577.245㎡thantheheatcompleteappropriaterequirements,iswithdesignofKeywords:Ethyleneoxidereactor,materialbalance,heatII

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計目

錄摘

要...............................................................................................................................IAbstract第1概述........................................................................................................................第2

環(huán)氧乙烷的性質(zhì)和用途.....................................................................................2.1環(huán)氧乙烷的性質(zhì).....................................................................................................物理性質(zhì).....................................................................................................3化學(xué)性質(zhì).....................................................................................................42.2環(huán)氧乙烷的發(fā)展.....................................................................................................第3設(shè)計方案的確定...................................................................................................73.1環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)方法的確定................................................................................3.2催化劑的選擇........................................................................................................83.3環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定............................................................................8反應(yīng)溫度.....................................................................................................8反應(yīng)壓力.....................................................................................................8空速.............................................................................................................原料配比和循環(huán)比.....................................................................................9抑制劑.........................................................................................................9穩(wěn)定劑的選擇...........................................................................................3.4

環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程...............................................................................第4工藝計算.............................................................................................................4.1設(shè)計條件..............................................................................................................13反應(yīng)原理...................................................................................................13原料組成...................................................................................................14反應(yīng)器條件...............................................................................................4.2物料衡算...............................................................................................................144.3熱量衡算................................................................................................................17第五章反應(yīng)器的設(shè)計......................................................................................................第6

安全與環(huán)保設(shè)計說明.......................................................................................III

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計6.1工藝安全...............................................................................................................256.2操作規(guī)則...............................................................................................................256.3儲存要求...............................................................................................................266.4運輸方式................................................................................................................266.5三廢處理................................................................................................................27第7結(jié)論......................................................................................................................28參考文獻(xiàn)............................................................................................................................致謝....................................................................................................................................附錄....................................................................................................................................IV

24武漢工程大學(xué)課程設(shè)24第1章概述環(huán)氧乙烷又名氧化乙烯(，是最簡單的環(huán)狀醚。分子式HO分子量4。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％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[。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，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、

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計反應(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。

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計第章環(huán)乙的質(zhì)用2.1氧乙烷性質(zhì)物理性質(zhì)表2.1環(huán)乙烷的主要物理性質(zhì)參數(shù)名稱沸點，℃熔點101.3l(Pa)，℃臨界溫度，℃臨界壓力，Mpa臨界密度，kg/m3

數(shù)值－折射率，

D

空氣中爆炸極限(101.3kPa)，％體)下限空氣中爆炸極限(101.3kPa)，％體)上限燃燒熱(℃，，生成熱蒸汽生成熱液體熔解熱，聚合熱，汽化熱，(10.5℃)，比熱容℃)，氣相分解熱著火點，K自燃點，K表面張力(℃，mN/m熱導(dǎo)率℃，粘度，mPa.S℃粘度，mPa.S℃

2.60.3l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。

462423232462423232化學(xué)性質(zhì)環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，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4℃時開始分解，主要生成COCH以及C、CH、HCCHO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HHXNH、ROH、HCN等進(jìn)行加成反應(yīng)，生產(chǎn)含－的化合物(其中X為鹵素為烷基或芳基)。①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。CHHOCHOHCHOH222

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)為9。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。②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。XCHOHnCO(環(huán)氧乙烷X222

n

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。③與苯酚反應(yīng)環(huán)氧乙烷與苯酚反應(yīng)生成苯氧基乙醇。CHOHCHOCHOH2466

其酯類是香料的定香劑、殺菌劑和驅(qū)蟲劑。④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

22武漢工程大學(xué)課程設(shè)計22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。⑤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。CHONO23222

2

⑥

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，最終則被氧化成二氧化碳及水。⑦

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。CH3

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。⑧

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RC=O、0、、等。⑨

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。⑩

與二甲醚反應(yīng)在B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氧乙烷發(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)一步加工成聚酯纖和樹脂。另外，乙二醇用作防凍劑配方成分。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

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計它環(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[。環(huán)氧乙烷（）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，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，近年來消費增長迅速，1989年世界EO生產(chǎn)能力為95萬噸/年，1992年為9萬噸/年，1995年增加到1萬噸年，預(yù)計到000年將達(dá)到1420萬噸/年我國目前已建成投產(chǎn)的套大型裝置總生產(chǎn)能力為87.5萬噸年占全國總生產(chǎn)能力，到000年EO生產(chǎn)能力將達(dá)到08萬噸/年。近年來世界O用于乙二醇（）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%的用來生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品目前全世界只有5%EO用來生產(chǎn)乙二醇，用來生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品。我要用于生產(chǎn)乙二醇，占總消費左右，作為其它的化工利用約占。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)除生成一乙二醇(MEG)外，還伴生二甘(DEG)、三甘(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。EG工藝上游E藝，其技術(shù)的演變;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。而工藝在工業(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)。

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計第3章設(shè)方的定3.1環(huán)氧乙的生產(chǎn)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)氧乙烷生產(chǎn)分兩步進(jìn)行：①氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，再與乙烯反應(yīng)生成氯乙醇；②氯乙醇用石灰乳皂化生成環(huán)氧乙烷。(2)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[

。①空氣氧化法：此方法用空氣為氧化劑，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％)，通常以低轉(zhuǎn)化率進(jìn)行操作，保持在20~50％范圍內(nèi)。②氧氣氧化法：氧氣法不需要空氣凈化系統(tǒng)，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％(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：①消耗氯氣，排放大量污水，造成嚴(yán)重污染；②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；③氯醇法生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷，醛的含量很高，約為5000~7000mg/m3，低亦有2500mg/m3。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。

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計3.2催化劑選擇氧化法生產(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。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)氧乙生產(chǎn)工條件的確定環(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。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，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。可見，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。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)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)

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計器的結(jié)構(gòu)就提出更高的要求。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停虼藭r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。原料配比循環(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％，在％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。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％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。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，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

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計反應(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)上常用的抑制劑是二氯乙烷。在催化劑的預(yù)處理階段，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。穩(wěn)定劑的擇世界上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的專利很多，使用的致穩(wěn)劑有：氮氣、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)效益情況來確定。目前世界上環(huán)氧乙烷專利商都先后將氮氣致穩(wěn)更新為甲烷致穩(wěn)。它與氮氣致穩(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)氧乙生產(chǎn)的工藝程環(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)計運轉(zhuǎn)時間為小時／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、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。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，一個高壓氮氣壓縮機(jī)及氮氣吹掃罐連接在緊靠氧氣混合站上游的氧氣進(jìn)料線上控制循環(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)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/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)

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計氣冷卻器進(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，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％(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尾氣壓縮機(jī)吸入罐中進(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礬的化合物微粒，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

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計塔的頂部，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礬的化合物，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)運行的必要裝置。不論是吸收劑罐還是吸收劑池都使用通入2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。乙

循縮氧

二氧化碳

工產(chǎn)物口氧化反應(yīng)器

氧化反應(yīng)器

再生塔

接觸塔

環(huán)氧乙烷洗滌塔

環(huán)氧乙烷解析塔

再吸收塔

乙二醇進(jìn)料解析塔

環(huán)氧乙烷浸漬塔去乙二

醇

系碳酸圖3.1銀催化氧化乙烯合成環(huán)氧烷工藝流程

212A武漢工程大學(xué)課程設(shè)計212A第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)計條年產(chǎn)量：60000/，年工作日：原料組成摩爾分?jǐn)?shù)%

300（即年工作7200時）乙烯

CO

2

7.7%

N

2

剩余混合氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度T=210℃，混合氣出反應(yīng)器溫度T℃，在250℃，1Mpa下反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為0.0304W/m

·K，粘度×10

·密度7.17Kg·m

乙烯轉(zhuǎn)化率：X=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采用間接換熱

，每根管長導(dǎo)出液的進(jìn)口溫度℃，出口溫度℃導(dǎo)出液對管壁的傳熱系數(shù)為：·K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)：CHOH224

（4-1）反應(yīng)(4-1)為放熱反應(yīng)，在250°C時，每生成一摩爾環(huán)氧乙烷要放出25．19KJ的熱量。13

212A武漢工程大學(xué)課程設(shè)計212A（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)：CHH22

（4-2）反應(yīng)(4-2)為強(qiáng)放熱反應(yīng)在250°C每反應(yīng)掉一摩爾乙烯可放出315.9KJ的熱量。原料組成表原料氣的組成組分

CO

含量（反應(yīng)器條

7.76年產(chǎn)量：60000/，年工作日：原料組成摩爾分?jǐn)?shù)%

300（即年工作7200時）乙烯

CO

2

7.7%

N

2

剩余混合氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度T=210℃，混合氣出反應(yīng)器溫度T℃，在250℃，1Mpa下反應(yīng)氣體導(dǎo)熱系數(shù)為0.0304W/m粘度×10Pa·密度=7.17Kg·m

·K，乙烯轉(zhuǎn)化率：X=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，每根管長采用間接換熱：導(dǎo)出液的進(jìn)口溫度℃，出口溫度℃導(dǎo)出液對管壁的傳熱系數(shù)為：·K4.2物料衡反應(yīng)部分的工藝參數(shù)環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力：6萬噸/年；進(jìn)入反應(yīng)器的溫度：℃；乙烯轉(zhuǎn)化率：20％；

年操作時間：小時反應(yīng)溫度：℃選擇性：66%14

2武漢工程大學(xué)課程設(shè)計2反應(yīng)空速：1000h

；

反應(yīng)產(chǎn)物分離后回收率：原料組成如表4.2所示：表原料氣的組成及各組分的分子量組分

CO

含量（

7.76表各組分的分子量組分

H

CO

N

HO

HO分子量

28.01318.015(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)：1CHOCHO4副反應(yīng)：CHCHCOHO222

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，所以由式(有由式(有則可知

消耗乙烯量：＝2.508kmol消耗氧氣量：2.508×0.5＝1.254kmol生成環(huán)氧乙烷量：2.508kmol消耗乙烯量：19×0.2×(1-0.66)=1.292kmol消耗氧氣量：1.292×3=3.876kmol生成二氧化碳量：1.292×2=2.584kmol生成水量：1.292×2=2.584kmol未反應(yīng)的乙烯量：19-2.508-1.292=15.2kmol未反應(yīng)的氧氣量：6-1.254-3.876=0.87kmol出反應(yīng)器的二氧化碳量：7.7+2.584=10.284kmol15

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計出反應(yīng)器的水量：氮氣氬氣和甲烷的量在反應(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所示。表4.4反器入口和出口的氣體(組分

C

2

HO

O入口出口

7.7

實際裝置每小時生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷可折算為670.90

210.18kmol/h210.18即實際乙烯需要量：318.45kmol/h0.66設(shè)進(jìn)入反應(yīng)器的流量為則（1-20%）n=8380.26Kmol/h(3)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體Kmol/h生環(huán)烷210.18Kmol/h.根據(jù)以上計算結(jié)果以折算出實際進(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。如表所示表實際原料氣進(jìn)料時的物料衡算組分

C

kmol/hkg/h1592.25

mol%

2

7.7

5639.91

CHO24

合計

8380.26

16

483.15武漢工程大學(xué)課程設(shè)483.15表實際物料出口的物料衡算組分

kmol/h

mol%

C

35666.4

CO

861.826

5639.91

CHO合計

210.177216.546

4.3量衡算設(shè)計條件應(yīng)溫度力1.0MPa,進(jìn)料溫度210℃,出料溫度℃,熱油入口溫度℃,出口溫度210℃,CP計算導(dǎo)熱油的用量。Q=導(dǎo)熱油移走熱量，Q=原料帶入熱量，Q=產(chǎn)物帶出熱量，Q=反應(yīng)放出熱量，12RQ=Q+Q-Q1R

2原料氣的溫度483.15K氣的溫度為250+273.15＝。（1）、Q2的計算QCdTCTPiiiiiiiiiiQdT1=入i進(jìn)ii進(jìn)298.15=5.94670.62780.2644=12384437.62Kcal/hcQ2出p=出i出i出i出298.1517

T

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計=

0.6735

T0.0760

T

=16125409.61Kcal/h氧化反應(yīng)器計算數(shù)據(jù)見表所示表4氧反應(yīng)器計算數(shù)據(jù)表組分

C

O

CO

HA

0.909

6.713

4.728

7.70110B10C

3.740-1.994

-0.879×100.4170

1.754-1.338

4.595×100.2521

XAX10BX10CXAX10BX10C

0.17270.7108-0.37890.13990.5757-0.3069

0.4028-5.274×100.025020.05907-7.7352×100.003670

0.36410.1351-0.10300.49220.1826-0.1393

______0.20180.1204×106.6050×10表4氧反應(yīng)器計算數(shù)據(jù)表組分A10B10CXAX10BX10CXAX10BX10C

N7.440-0.3240.645.0071-0.21810.19255.0704-0.22080.4362

EO-1.7965.308-3.001______-0.045620.1348-0.07623

∑______5.94670.6278-0.26445.91770.6735-0.0760(2)Q計算Ra．標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱（）由標(biāo)準(zhǔn)生成熱△H0計算f18

0產(chǎn)反i武漢工程大學(xué)課程設(shè)計0產(chǎn)反i表4.8各分△H值f參加反應(yīng)組分CH（g）O）EO（gCO（gO（g△HKmol/hf

12．4960-12.58-94.051-57.7929忽略壓力影響,標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱:0f

f

產(chǎn)物

f

反應(yīng)物

主反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱:

0主)f

EO

12

0f(O)

0f(CH)=-12.58-0-12.496=-25.076×10Kcal/Kmol主要副反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱:

0298.15()

0f

0f(H)

0f(C)

0f()=2×(-94.051)+2×(57.7929)-12.946-0=-316.1938×10b.平均反應(yīng)溫度(523.15K)時反應(yīng)熱由基爾柯夫公式:

3

Kcal/Kmol

P=000=

[iPiiPi[iiiii產(chǎn)+

ii反i

i

CCii反

2]dT反應(yīng)方程式:主反應(yīng):CH+24

12

OCHO224主要副反應(yīng):CH+3O+2HO24222對主反應(yīng):

12

×6.713=-6.06151(-0.879×102

-4

)]×10

-2

=1.5680×10

-2=[-3.001-(1.994)-

12

×0.4170]×10

-5

=-1.2155×10

-5對副反應(yīng):19

-2-4武漢工程大學(xué)課程設(shè)計-2-4=2×4.728+2×7.701-0.909-3×6.713=3.812×1.754+2×4.595×10-3.740-3×(-0.879×10)]×10

-2=-1.3984×10

-3=[2×(-1.338)+2×0.2521-(-1.994)-3×0.4170]×10

-5

=-1.4288×10

-5對主反應(yīng):

主)

=

0

+

=-25076+[(-6.0615)T+1.5680×10

-2

×

12+(-1.2155×10-5)×T

3

]=-25463.7934Kcal/Kmol對副反應(yīng):

副)

=

副

+

=-316193.8+[3.81T+(-1.3984×10

-3

1)×T+(-1.4288×10)×T

3

]=-316021.4421Kcal/Kmolc．總反應(yīng)Q主反應(yīng)熱=乙烯進(jìn)入量×轉(zhuǎn)化率×選擇性=1592.25×20%×66%×(-25463.7934)=-5351903.705Kcal/h

主)副反應(yīng)熱=乙烯進(jìn)入量×轉(zhuǎn)化率×選擇性)

副)=1592.25×20%×(1-66%)×(-316021.4421)=-34216589.6Kcal/h=-（主反應(yīng)熱副反應(yīng)熱）=5351903+34216589.6=39568493.31Kcal/h（3）計算導(dǎo)熱油移走熱量

=+Q-Q=12384437.62+39568493.31-16125409.61R=35827521.32Kcal/h（4）計算導(dǎo)熱油用量M===181478.6816Kg/h9.871(210190)P20

[11]武漢工程大學(xué)課程設(shè)計[11]第章反器設(shè)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Φ25×2×6000，催化劑填充高度5700mm，單管生產(chǎn)能力1.30Kg（EO）/管，空速1000H

-1

，導(dǎo)熱油給熱系=63124Kcal/m

2

·h·K設(shè)計任務(wù)：確定列管根數(shù)，排列方式，反應(yīng)器內(nèi)徑。（1）確定列管數(shù)量EO質(zhì)量流量M=210.18×44=9247.92Kg/h質(zhì)則總管數(shù)N=M/1.3=9247.92/1.3=7113.8根質(zhì)

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=根取為正整數(shù)22再代入該式可得管數(shù)為1519反應(yīng)器內(nèi)總共有7595根管在250℃，1.0MPa時進(jìn)料氣體密度

Pm=7.17Kg/m

3進(jìn)料氣體的體積流量V

Qm

=246982.9/7.17=34446.71m3/h反應(yīng)氣體的體積r

Q

=

34446.711000

=34.44671m

31催化劑體積cr固定床反應(yīng)器的反應(yīng)體積：V+V=V+Vrrr

1

=34.44671·

1ε=0.5催化劑體=Vr

1

=34.44671×

1-0.5

=34.44671m

3固定床反應(yīng)器的總反應(yīng)體積：V=34.44671/0.5=68.89m（2）管程內(nèi)催化劑和氣體的導(dǎo)熱系數(shù)

3由《化學(xué)工程手冊》查得各物質(zhì)的值，列表如下：21

tt）武漢工程大學(xué)課程設(shè)計tt）表4-8各質(zhì)的

和

值組分

C

O

CO

H

N

EOμ/

0.0155

0.0285

0.023

0.017

0.026

0.0155λ×10M

2.228

4.1232

3.2544

3.5818

3.8928

2.6444假設(shè)催化劑是球形顆粒，直徑為1流通面積a=4

d2N=0.25×3.14×0.021內(nèi)T

2

×7595=2.629m

2反應(yīng)器質(zhì)量流量G=tat

=

246982.9

=93945.569Kg/m

2

·h混合氣體平均粘度：

i

i

=0.0426雷諾數(shù)：

R=

d93945.569P=0.0426-3

=3062.91=y

ii

=0.0304給熱系數(shù)：

adi

t

2.03e

(

ddt

)

R0.8fai

e

d(ddt

t

)

0.8

f

=

0.0050.0213062.910.80.021

-2

=433.046W/m

2

·K（3）總傳熱系數(shù)

111dtdtKdm12dt

=0.021

dm=

0.0250.025ln0.021

=0.02294

：鋼材傳熱系數(shù)W/m2·K

管內(nèi)給熱系數(shù)：導(dǎo)熱油給熱系數(shù)2110.021=1/K733290.02545.4得K=423.548W/m

2

·K22

22傳熱面積

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計dl=3.14×0.025×6×7595=3577.245m由計算得知傳熱平均溫=28.85KKA得理論傳熱面積=理

4.182==3406.041m423.54828.853.6

2A

＞實理

即：N=7595時，滿足設(shè)計要求（4）殼體內(nèi)徑(b(2~dit

0

管外內(nèi)徑為25mm時，管心P=32mm=0.032mtN

T

=1.1=42.87

橫過管束中心線的管數(shù)，?。?3-1）+2.5×0.025=1.4065mi取D=1.6mi（5）折流板采用弓形折流板，切去的弓形高度約為殼體內(nèi)徑的。取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，則切去的圓缺高度為H=㎜板間距B為殼體內(nèi)徑的倍，取折流板間距B=0.3D=0.48㎜折流擋板數(shù)N=（6封頭

-16000/0.48-1=11.5≈12根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，查表得：曲面高度h1=400mm直邊高度內(nèi)表面積Fh=2.976m容積23

有關(guān)參數(shù)

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計表4.10設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計設(shè)計結(jié)果正三角形數(shù)目a總管數(shù)

227595流路面積a

2.629m質(zhì)量流量G

93945.569Kg/m.K雷諾數(shù)R

3062.91給熱系數(shù)a

433.046W/m.K總傳熱系數(shù)K傳熱面積理論傳熱面積A

423.548W/m.K3406.041m導(dǎo)熱油移走熱量Q

35827521.32Kcal/h殼體內(nèi)徑D

1.6m折流擋板數(shù)封頭容積

124.61m324

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計第章安與保計明6.1工藝安全乙烯氧化是強(qiáng)放熱反應(yīng)為保證氧化反應(yīng)在固定床內(nèi)穩(wěn)定進(jìn)行需要從外部由導(dǎo)熱油不斷地移走反應(yīng)熱。同時原料氣中要混人大量致穩(wěn)氣稀釋乙烯與氧氣的混合濃度,使該三元混合氣的濃度保持在爆炸范圍以外。通常采用的致穩(wěn)氣為氮氣或，還要加微量的二氯乙烷做抑制劑，抑制副反應(yīng)，控制上反應(yīng)的選擇性。乙烯氧化反應(yīng)器是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其操作的優(yōu)劣直接決定整個生產(chǎn)裝置的產(chǎn)量、效益及安全。但其操作條件要求嚴(yán)格反應(yīng)不易控制，操作不當(dāng)則會發(fā)生“溫’或者“熄火”現(xiàn)象。因此人在不斷探索新的方法增加其穩(wěn)定性，優(yōu)化生產(chǎn)條件。目前國內(nèi)廠家常常采用經(jīng)典的方法調(diào)節(jié)主要工藝參數(shù)增加產(chǎn)量,或采用一些外部優(yōu)化技術(shù)，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但對反應(yīng)器內(nèi)部溫度和濃度的分布情況、熱點位置、操作極限等缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。冷卻介質(zhì)溫度、空速、進(jìn)料氣中乙烯濃度對反應(yīng)器的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)化率都有顯著影響。改變以上參數(shù)提高單程轉(zhuǎn)化率,會使反應(yīng)器熱點溫度升高,選擇性下降高進(jìn)料氣中氧氣濃度或降低二氧化碳濃度,可提高單程轉(zhuǎn)化率,而熱點溫度變化不大。同時,氧氣濃度的提高又使選擇性增大。環(huán)氧乙烷工藝通過以下三種途徑將這些風(fēng)險降到最低：(1)環(huán)氧乙烷工藝采用單一環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的設(shè)計理念，實現(xiàn)了簡單的循環(huán)燃?xì)夥磻?yīng)環(huán)路，無需流動控制或防喘振控制，在環(huán)氧乙烷循環(huán)燃?xì)夥磻?yīng)系統(tǒng)中不設(shè)隔離閥和旁通閥。這些固有的安全特性大大降低了循環(huán)燃?xì)饬鲃又袛嗟娘L(fēng)險，避免了可能由此產(chǎn)生的安全事故。(2)減少安全卸放裝置、法蘭和閥門的數(shù)量，從根本上降低可燃碳?xì)浠衔镄孤┑娘L(fēng)險，同時也能最大限度地減少逸排放源。(3)更值得一提的是，除生產(chǎn)純環(huán)氧乙烷的設(shè)施外，環(huán)氧乙烷工藝的獨特設(shè)計使工廠操作人員無需接觸高濃度環(huán)氧乙烷。通常他們接觸的水溶液中的環(huán)氧乙烷濃度不超過％，這大大改進(jìn)了安全生產(chǎn)。如果進(jìn)行純環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，高濃度環(huán)氧乙烷的量以及接觸程度由于使用工藝流程圖而減小到最低限度6.2操作規(guī)則（1）環(huán)氧乙烷作業(yè)場所的濃度必須定期測定，并及時公布于現(xiàn)場。生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，嚴(yán)禁明火和可能產(chǎn)生明火、火花的作業(yè)（固定動火區(qū)必須距離生產(chǎn)區(qū)30m以上）。生25

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計產(chǎn)需要或檢修期間需動火時，必須辦理動火審批手續(xù)。（2環(huán)乙烷系統(tǒng)運行時不準(zhǔn)敲擊不準(zhǔn)帶壓修理和緊固不得超壓嚴(yán)禁負(fù)壓。（3）環(huán)氧乙烷設(shè)備、容器及管道在動火進(jìn)行大、小修之前應(yīng)作充氮吹掃。所用氮氣的純度應(yīng)大于。（4）廠（車間）內(nèi)的環(huán)氧乙烷設(shè)備、管道應(yīng)按《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計技術(shù)規(guī)定》要求采取防靜電措施，并在避雷保護(hù)范圍之內(nèi)。6.3儲存要求（1）儲存于陰涼、通風(fēng)的易燃?xì)怏w專用庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。避免光照。庫房溫度不宜超過30。（2）應(yīng)與酸類、堿類、醇類、食用化學(xué)品分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。（3）儲存環(huán)氧乙烷的固定式儲罐應(yīng)符合以下要求：——環(huán)氧乙烷儲罐應(yīng)設(shè)置水冷卻噴淋裝置，并應(yīng)有充足的水源提供；——盡量使操作溫度范圍在－℃～℃；——環(huán)氧乙烷儲罐外保冷材料應(yīng)采用不燃材料，厚度應(yīng)根據(jù)保冷要求確定，保溫外皮不得使用鋁皮；——儲罐的密封墊片應(yīng)采用聚四氟乙烯材料，禁止使用石棉、橡膠材料；——注意防雷、防靜電，廠(車內(nèi)儲罐應(yīng)按《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057）的規(guī)定設(shè)置防雷設(shè)施。6.4運輸式（1）運輸車輛應(yīng)有危險貨物運輸標(biāo)志、安裝具有行駛記錄功能的衛(wèi)星定位裝置。未經(jīng)公安機(jī)關(guān)批準(zhǔn)，運輸車輛不得進(jìn)入危險化學(xué)品運輸車輛限制通行的區(qū)域。（）車輛運輸鋼瓶,瓶口一律朝向車輛行駛方向的右方，堆放高度不得超過車輛的防護(hù)欄板，并用三角木墊卡牢，防止?jié)L動。不準(zhǔn)同車混裝有抵觸性質(zhì)的物品和讓無關(guān)人員搭車