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1、河南科技大学毕业设计（论文）年产5.5万吨吨环氧乙乙烷工艺艺设计摘 要要本文是对对年产55.5万万吨环氧氧乙烷合合成工段段的工艺艺设计。本本设计依依据环氧氧乙烷生生产工段段的工艺艺过程，在在生产理理论的基基础上，制制定合理理可行的的设计方方案。本文主要要阐述了了环氧乙乙烷在国国民经济济中的地地位和作作用、工工业生产产方法、生生产原理理、工艺艺流程。对对主要设设备如：混合器器、反应应器、环环氧乙烷烷吸收塔塔、二氧氧化碳吸吸收系统统，等进进行物料料衡算，对对环氧乙乙烷反应应器设备备进行热热量衡算算，并对对环氧乙乙烷反应应器进行行详细的的设备计计算和校校核，确确定操作作参数、设设备类型型和材质质，使
2、用用CADD绘制相相应的工工艺流程程图，最最后得出出设备参参数。关 键 词：环环氧乙烷烷；工艺艺流程；反应器器；物料料衡算。PROCCESSS DEESIGGN OOF EETHYYLENNE OOXIDDE WWITHH ANNNUAAL OOUTPPUT OF 55,0000 TOONS ABSTTRACCTThe proocesss oof eethyylenne ooxidde wwithh annnuaal ooutpput of 5,50000 ttonss waas ddesiigneed iin tthiss paaperr.Baasedd onn thhe aactuual
3、prooducctioon pproccesss annd pprodducttionn thheorry rreassonaablee deesiggn sscheeme wass deevellopeed.The staatuss annd rrolee off etthyllenee oxxidee inn thhe nnatiionaal eeconnomyywass diiscuusseed iin tthiss paaperr.Fuurthhermmoree, tthe prooducce mmethhodss, thhe pprinncipple of prooducceannd
4、prroceess werre aalsoo innterrpreed. Matteriial ballancce oof tthe maiin eequiipmeentss, suuch as:thee miixerr, thhe rreacctorr, thhe aabsoorb towwer of epooxyeethaane, annd tthe abssorbb syysteem oof ccarbbon diooxidde hhavee beeen callcullateed. Calcculaatioon oof eenerrgy ballancce ffor thee eppo
5、xyyethhanee reeacttor werre aalsoo caarriied outt. Eqquippmennt ccalcculaatioons andd chheckkingg off thhe rreacctorr weere carrrieed oon ddetaail. Thhe pparaametterss, tyypess annd mmateeriaals of theeequuipmmentts wweree coonfiirmeed. Baseed uuponn, tthe higgh ppuriity epooxyeethaane recctiffierr
6、waas ddrawwusiing CADD. Fiinallly, coorreespoond meaasurres forr thhe pprodducttionn prroceess werre ggiveen.KEY WORRDS：epooxyeethaane；proocesss；rreacctorr；maaterriall baalannce。目 录录第1章 引言111.11 环氧氧乙烷在在国民经经济中的的地位和和作用111.22 环氧氧乙烷在在国民经经济中的的地位和和作用111.22.1 生产技技术11.22.2 技术发发展动向向21.33 环氧氧乙烷的的市场需需求状况况3第2章工
7、工艺概述述42.11 环氧氧乙烷的的性质442.11.1 EO的的物理性性质42.11.2 EO的的化学性性质42.22 生产产方法的的评述及及选择442.22.1 氯醇法法52.22.2 直接氧氧化法552.33 环氧氧乙烷的的生产原原理52.33.1 氧化反反应原理理52.33.2 二氧化化碳脱除除原理662.44 设计计方案简简介72.55 生产产方法的的评述及及选择111第3章 物料衡衡算1333.11 物性性数据1133.22 设计计依据1133.33 循环环系统的的物料衡衡算1333.33.1 计算依依据1443.33.2 混合器器153.33.3 反应器器193.33.4 环氧乙
8、乙烷吸收收塔2003.33.5 CO22的吸收收系统223第4章 热量衡衡算2554.11 反应应器的热热量衡算算25第5章 设备计计算2995.11 反应应器设备备计算2295.22 确定定氧化反反应器的的基本尺尺寸2995.33 床层层压力降降的计算算305.44 传热热面积的的核算3305.55 反应应器塔径径的确定定31参考文献献34致 谢33651河南科技大学毕业设计（论文）第1章 引言1.11 环氧氧乙烷在在国民经经济中的的地位和和作用环氧乙烷烷(简称称EO)，又称称氧化乙乙烯，也也称恶烷烷，是一一种最简简单的环环醚， 是乙烯烯工业衍衍生物中中仅次于于聚乙烯烯和聚氯氯乙烯的的重要有
9、有机化工工产品，是是最简单单最重要要的环氧氧化物，在在国民经经济发展展中具有有举足轻轻重的地地位和作作用。从全球来来看，环环氧乙烷烷主要用用作化学学中间体体，它主主要消费费于乙二二醇，全全球环氧氧乙烷产产量的660%都都转变为为乙二醇醇，乙二二醇可进进一步加加工成聚聚酯纤维维和树脂脂。有113%的的环氧乙乙烷用于于制造其其它二醇醇类（如如聚乙二二醇、二二甘醇和和三甘醇醇等）。环环氧乙烷烷的第二二大销量量是用于于洗涤剂剂的产品品。其它它环氧乙乙烷的衍衍生产品品有乙醇醇胺、溶溶剂、乙乙二醇醚醚类等。环环氧乙烷烷也用作作熏蒸消消毒杀虫虫剂、杀杀菌剂以以及医疗疗器械的的消毒剂剂。20033年全球球环氧
10、乙乙烷消费费量为115933.4万万吨。11998820003年年年均消费费增长率率达到55.6%，预计计2000320008年和和2000820113年又又分别以以4.66%和33.4%速率递递增，即即到20008年年和20013年年全球环环氧乙烷烷需求量量将分别别达到119955.2万万吨和223588.2万万吨。我国由氯氯醇法生生产环氧氧乙烷始始于19960年年代，由由于氯醇醇法对乙乙烯质量量要求不不高，所所以采用用酒精发发生乙烯烯和渣油油裂解混混合烯烃烃生产环环氧乙烷烷在我国国石油化化工发展展初期具具有一定定意义。随随着大规规模引进进环氧乙乙烷装置置的建成成和投产产，加上上环保法法规的
11、日日益严格格，国内内小规模模的氯醇醇法环氧氧乙烷装装置已无无生命力力，于119933年下半半年淘汰汰。因经经济原因因，早期期引进的的空气法法环氧乙乙烷装置置大多也也改造为为氧气法法1，22。1.22 环氧氧乙烷在在国民经经济中的的地位和和作用1.22.1生生产技术术19222年UCCC(联联碳公司司)建成成首套氯氯醇法工工业装置置。19938年年又建成成了首套套乙烯空空气氧化化法工业业装置。119588年Shhelll(壳牌牌公司)建成首首套乙烯烯氧气氧氧化法工工业装置置。目前前，全球球环氧乙乙烷专利利技术大大部分为为Sheell、美美国SDD(科学学设计公公司)和和UCCC三家公公司所垄垄断
12、，这这三家公公司的技技术占环环氧乙烷烷总生产产能力的的90%以上。Shelll、SSD和UUCC三三家公司司的乙烯烯氧化技技术水平平基本接接近，但但技术上上各有特特色。例例如在催催化剂方方面，尽尽管载体体、物理理性能和和制备略略有差异异，但水水平比较较接近，选选择性均均在800%以上上；在工工艺技术术方面都都有反应应部分、脱脱CO22、环氧氧乙烷回回收组成成，但抑抑制剂选选择、工工艺流程程上略有有差异。目目前国内内环氧乙乙烷生产产厂家均均采用乙乙烯氧气气氧化法法生产技技术，基基本为引引进技术术。1.22.2技技术发展展动向近年来，世世界上环环氧乙烷烷催化剂剂、工艺艺技术等等方面有有了新的的进展
13、。在在催化剂剂方面，目目前已形形成高活活性和高高选择性性两大系系列工业业化催化化剂。高高活性催催化剂系系列产品品为S8860、SS8611、S8862、SS8633，具有有初始反反应温度度低(22182225)、初初始选择择性高(81%83%)、活活性和选选择性下下降速率率慢等特特点，该该系列催催化剂已已应用于于国内外外20多多家采用用Sheell技技术或其其他专利利技术的的环氧乙乙烷生产产装置中中。高选选择性催催化剂系系列产品品为S8879、SS8822，催化化剂初始始选择性性分别为为85%和888%。SD和UUCC在在新催化化剂开发发方面也也取得许许多进展展，例如如近期SSD公司司开发的的
14、固载银银及含有有碱金属属、硫、氟氟和磷族族元素(P，BBi，SSb)，固固载银及及含有碱碱金属、硫硫、氟和和或锡，固固载银及及含有碱碱金属、硫硫、氟和和镧系金金属助剂剂的催化化剂，突突破了以以铼和过过渡金属属作助剂剂制备环环氧乙烷烷银催化化剂的传传统方法法。研制制的催化化剂在反反应温度度23222555时，催催化剂的的环氧乙乙烷选择择性可达达81.9%84.6%。UCC公公司报道道了一系系列催化化剂研制制专利，包包括含锂锂、钠、钾钾、铷、铯铯、钡中中至少一一种阳离离子助剂剂，含硫硫化物、氟氟化物阴阴离子助助剂和选选自BB族族至少一一种元素素组成的的减少环环氧乙烷烷完全氧氧化反应应的银催催化剂。
15、而而性能最最优异的的是一种种含银载载体用硝硝酸钾和和高锰酸酸钾溶液液多次浸浸渍制备备的催化化剂，这这种银催催化剂中中含钾质质量分数数1.5512mmg/gg，锰质质量分数数37.4mgg/g，催化剂经21天运行试验后，环氧乙烷选择性可高达96.6%。1.33 环氧氧乙烷的的市场需需求状况况我国最早早以传统统的乙醇醇为原料料经氯醇醇法生产产EO。220世纪纪70年年代我国国开始引引进以生生产聚酯酯原料乙乙二醇为为目的产产物的环环氧乙烷烷/乙二二醇联产产装置，我我国EOO生产与与应用已已走上快快速发展展道路，至至今已经经引进十十余套EEO生产产装置。220033年我国国EO生生产能力力约为1120
16、00kt/a。随着我国国聚酯与与表面活活性剂等等领域的的迅猛发发展，EEO远不不能满足足市场需需求，因因此有多多家企业业计划建建设规模模化EOO生产装装置，可可以预计计未来几几年我国国EO的的生产能能力将呈呈现迅速速增加的的势头。其其中北京京燕山石石化于220044年将已已有的770ktt/a的的生产能能力扩大大到2550ktt/a左左右；南南京扬巴巴一体化化工程99套核心心装置中中含有一一套2440ktt/a的的EO装装置，于于20004年建建成投产产；中海海壳牌石石化有限限公司已已在南海海建设一一套3000ktt/a EO生生产装置置，20005年年建成投投产；上上海石化化已新建建一套33
17、00kkt/aa EOO生产装装置，220055年建成成投产；另外天天津联化化、独山山子石化化等企业业均计划划在未来来几年内内建设规规模化的的EO生生产装置置。到220055年我国国EO的的生产能能力将激激增至221600kt/a，在在未来两两年内国国内EOO生产能能力将翻翻一番，可可见我国国EO工工业市场场需求与与发展前前景之好好。第2章工工艺概述述2.11 环氧氧乙烷的的性质2.11.1EEO的物物理性质质环氧乙烷烷（简称称EO），英英文名称称epooxyeethaane，又又被称为为氧化乙乙烯，也也称恶烷烷，分子子式：CC2H4，分子子量：444.005，沸沸点：110.44，熔点点：-
18、1112.2，蒸汽汽压：1145.91kkPa/20。相对对密度(水)=1：00.877，相对对密度(空气)=1：1.552。在在常温下下为无色色气体，低低温时为为无色易易流动液液体，在在空气中中的爆炸炸限（体体积分数数）为22.6%1000%，它它易与水水、醇、氨氨、胺、酚酚、卤化化氢、酸酸及硫醇醇进行开开环反应应有乙醚醚的气味味，其蒸蒸气对眼眼和鼻粘粘膜有刺刺激性，有有毒。环环氧乙烷烷易自聚聚，尤其其当有铁铁、酸、碱碱、醛等等杂质或或高温下下更是如如此，自自聚时放放出大量量热，甚甚至发生生爆炸，因因此存放放环氧乙乙烷的贮贮槽必须须清洁，并并保持在在0以下。2.11.2EEO的化化学性质质由
19、于环氧氧乙烷具具有含氧氧三元环环结构，性性质非常常活泼，极极易发生生开环反反应，在在一定条条件下，可可与水、醇醇、氢卤卤酸、氨氨及氨的的化合物物等发生生加成反反应，其其中与水水发生水水合反应应生成乙乙二醇，是是制备乙乙二醇的的主要方方法。当当用甲醇醇、乙醇醇、丁醇醇等低级级醇与环环氧乙烷烷作用时时，分别别生成乙乙二醇甲醚、乙乙二醇乙醚、乙乙二醇丁醚。它它们兼具具醇和醚醚的性质质，是优优良的溶溶剂，用用途很广广泛，可可溶解纤纤维酯如如硝酸纤纤维酯、工工业上称称为溶纤纤剂。与与氢卤酸酸作用，环环氧乙烷烷与氢卤卤酸在室室温或更更低的温温度下反反应，生生成卤醇醇，可用用于定量量分析环环氧乙烷烷及环氧氧
20、乙烷型型化合物物。与氨氨反应可可生成一一乙醇胺胺、二乙乙醇胺和和三乙醇醇胺。环环氧乙烷烷本身还还可开环环聚合生生成聚乙乙二醇。2.22 生产产方法的的评述及及选择环氧乙烷烷的工业业生产方方法有氯氯醇法和和乙烯直直接氧化化法。2.22.1氯氯醇法氯醇法是是早期的的工业生生产方法法，分两两步完成成，首先先由氯气气和水反反应生成成次氯酸酸，次氯氯酸与乙乙烯反应应生成氯氯乙醇，然然后氯乙乙醇与氢氢氧化钙钙皂化生生成环氧氧乙烷。119222年UCCC(联联碳公司司)建成成首套氯氯醇法工工业装置置。尽管管氯醇法法乙烯利利用率高高，但生生产过程程中消耗耗大量氯氯气，腐腐蚀设备备，污染染环境，产产品纯度度低，
21、现现已基本本被淘汰汰。2.22.2直直接氧化化法直接氧化化法又可可分为空空气氧化化法和氧氧气氧化化法。19311年法国国催化剂剂公司的的Leffortt发现乙乙烯在银银催化剂剂作用下下可以直直接氧化化成环氧氧乙烷，经经过进一一步的研研究与开开发形成成乙烯空空气直接接氧化法法制环氧氧乙烷技技术，119377年美国国UCCC公司首首次采用用此法建建厂生产产。19958年年Sheell(壳牌公公司)建建成首套套乙烯氧氧气氧化化法工业业装置，生生产成本本低，产产品纯度度可达999.999%。氧气氧化化法与空空气氧化化法相比比，工艺艺流程稍稍短，设设备较少少，建厂厂投资少少；氧化化反应中中催化剂剂的选择
22、择性高，反反应温度度比空气气法低，对对催化剂剂寿命的的延长和和维持生生产的平平稳操作作较为有有利。通通常氧气气氧化法法的生产产成本比比空气氧氧化法低低10左右。由由于氧气气氧化法法比空气气氧化法法有明显显的优越越性，因因此目前前世界上上的环氧氧乙烷生生产装置置普遍采采用氧气气氧化法法。33、4。55本设计数数据均参参考乙烯烯直接氧氧化法。综上所述述，本设设计采用用乙烯直直接氧化化法。2.33 环氧氧乙烷的的生产原原理2.33.1氧氧化反应应原理乙烯氧化化过程，按按氧化程程度可分分为选择择氧化（部部分氧化化）和深深度氧化化（完全全氧化）两两种情况况，乙烯烯分子中中碳碳双双键C=C具有有突出的的反
23、应活活性，在在一定条条件下可可实现碳碳碳双键键选择性性氧化，生生成环氧氧乙烷。但但在通常常的氧化化条件下下，乙烯烯的分子子骨架容容易被破破坏，而而发生深深度氧化化生成二二氧化碳碳和水。为为使乙烯烯氧化反反应尽可可能的约约束在生生成目的的产物环氧乙乙烷的方方向上，目目前工业业上乙烯烯直接氧氧化生成成EO的的最佳催催化剂均均采用银银催化剂剂。在银银催化剂剂作用下下的反应应方程式式如下： (1)另外，乙乙烯直接接氧化还还有副产产物生成成，其中中CO22和水最最多。实实验已证证明这些些副产物物以两条条不同的的路线生生成的。首首先，乙乙烯直接接氧化生生成COO2和水并并伴随着着许多寿寿命极短短的部分分氧
24、化中中间产物物：C2H44+3OO2 2COO2+2HH2O 13008.228kJJ/mool(22)这一反应应用氯化化物来加加以抑制制，该氯氯化物为为催化剂剂抑制剂剂即1， 2二氯乙乙烷（EEDC），EEO自身身有也一一定的阻阻止进一一步氧化化的能力力。 (3) (4)在反应过过程中如如有碱金金属或碱碱土金属属存在时时，将催催化这一一反应。CO2还还由EOO氧化而而得，这这时它首首先被异异构为乙乙醛，然然后很快快被氧化化为COO2和H2O。反反应速度度由EOO异构化化控制。 (5) (6)反应器副副产物中中除COO2和H2O以外外还有微微量的乙乙醛和甲甲醛。它它们在精精制单元元中从EEO和
25、EEG中分分离掉，以以上氧化化反应均均是放热热反应。692.33.2二二氧化碳碳脱除原原理本装置采采用碳酸酸盐溶液液吸收CCO2，以脱脱除氧化化反应的的副产物物CO22，此吸吸收为化化学吸收收：K2COO3 + CO22 + H2O2KHHCO33 + 26.1666kJ/moll(7)应分五步步进行：H2O=H+ + OH- (8)K2COO3=COO32- + 2KK+ (9) HH+ + CO332-=HHCO33- (110) KK+ + HCOO3- =KKHCOO3 (11) CCO2 + OH-=HCCO3- (122)速度由第第五步控控制，在在接近大大气压下下，用蒸蒸汽汽提提富
26、碳酸酸盐液，将将CO22从系统统中解析析出来，排排至大气气：KHCOO3K2CO3+COO2十H2O (13)2.44 设计计方案简简介环氧乙烷烷（简称称EO）是是最简单单也是最最重要的的环氧化化合物，在在常温下下为气体体，沸点点10.5。可以以与水、醇醇、醚及及大多数数有机溶溶剂以任任意比混混合。有有毒，易易自聚，尤尤其当有有铁，酸酸，碱，醛醛等杂质质或高温温下更是是如此，自自聚时放放出大量量热，甚甚至发生生爆炸，因因此存放放环氧乙乙烷的贮贮槽必须须清洁，并并保持在在0以下。环氧乙烷烷是以乙乙烯为原原料产品品中的第第三大品品种，仅仅次于聚聚乙烯和和苯乙烯烯。它的的用途是是制取生生产聚酯酯树脂
27、和和聚酯纤纤维的单单体、制制备表面面活性剂剂，此外外还用于于制备乙乙醇胺类类、乙二二醇醚类类等。10 一、反应应过程分分析：工业上生生产环氧氧乙烷最最早采用用的方法法是氯醇醇法，该该法分两两步进行行，第一一步将乙乙烯和氯氯通入水水中反应应生成22-氯乙乙醇，22-氯乙乙醇水溶溶液浓度度控制在在6%7%（质质量）;第二步步使2-氯乙醇醇与Caa(OHH)2反应，生生成环氧氧乙烷。该该法的优优点是对对乙烯的的浓度要要求不高高，反应应条件较较缓和，其其主要缺缺点是要要消耗大大量氯气气和石灰灰，反应应介质有有强腐蚀蚀性，且且有大量量含氯化化钙的污污水要排排放。因因此开发发了乙烯烯直接氧氧化法，取取代氯
28、醇醇法。工业上生生产环氧氧乙烷的的方法是是乙烯直直接氧化化法，在在银催化化剂上乙乙烯用空空气或纯纯氧氧化化。乙烯烯在Agg/Al2O3催化剂剂存在下下直接氧氧化制取取环氧乙乙烷的工工艺，可可用空气气氧化也也可以用用氧气氧氧化，氧氧气氧化化法虽然然安全性性不如空空气氧化化法好，但但氧气氧氧化法选选择性较较好，乙乙烯单耗耗较低，催催化剂的的生产能能力较大大，故大大规模生生产采用用氧气氧氧化法。主主要反应应方程式式如下：主反应副反应由乙烯环环氧化反反应的动动力学可可知，乙乙烯完全全氧化生生成二氧氧化碳和和水，该该反应是是强放热热反应，其其反应热热效应要要比乙烯烯环氧化化反应大大十多倍倍。故副副反应的
29、的发生不不仅使环环氧乙烷烷的选择择性降低低，而且且对反映映热效应应也有很很大的影影响。选选择性下下降，热热效应就就明显增增加，如如选择性性下降移移热慢，反反应温度度就会迅迅速上升升，甚至至产生飞飞温。所所以反应应过程中中选择性性的控制制十分重重要。1113二、催化化剂的选选择：环氧化法法生产环环氧乙烷烷是一个个强放热热放应，为为减少深深度氧化化的副反反应，提提高选择择性，催催化剂的的选择非非常重要要。研究究表明，只只有在银银催化剂剂催化下下乙烯的的环氧化化反应才才有较高高的选择择性。工工业上使使用的银银催化剂剂是由活活性组分分，载体体和助催催化剂所所组成。载体 载体的的主要功功能是分分散活性性
30、组分和和防止银银微晶的的半熔和和烧结，使使其活性性保持稳稳定。由由于乙烯烯环氧化化过程存存在平行行副反应应和连串串副反应应的竞争争，又是是一强放放热反应应，故载载体的表表面结构构及其导导热性能能，对反反应的选选择性和和催化剂剂颗粒内内部温度度的分布布有显著著的影响响。载体体表面积积大，活活性比表表面积大大，催化化剂活性性高但也也有利于于乙烯完完全氧化化反应的的发生，甚甚至生成成的环氧氧乙烷很很少。载载体如有有空隙，由由于反应应物在细细空隙中中的扩散散速度慢慢，产物物环氧乙乙烷在空空隙中浓浓度比主主体浓度度高，有有利于连连串副反反应地进进行。工工业上为为了控制制反应速速度和选选择性，均均采用低低
31、比表面面积无孔孔隙或粗粗空隙惰惰性物质质作为载载体，并并要求有有较好的的导热性性能和较较高的热热稳定性性。工业业上常用用的载体体有碳化化硅，氧化化铝和含含有少量量氧化硅硅的氧化化铝等。助催化剂剂 所所采用的的助催化化剂有碱碱金属类类，碱土土金属类类和稀土土元素化化合物等等。碱土土金属类类中，用用得最广广泛的是是钡盐。在在银催化化剂中加加入少量量钡盐，可可增加催催化剂的的抗熔结结能力，有有利于提提高催化化剂的稳稳定性，延延长其寿寿命，并并可提高高活性。据据研究两两种或两两种以上上的助催催化剂起起到协同同作用，可可提高选选择性。抑制剂 在银银催化剂剂中加入入少量硒硒碲氯溴溴等对抑抑制二氧氧化碳的的
32、生成，提提高环氧氧乙烷的的选择性性有较好好的效果果。工业业上常在在原料气气中添加加微量有有机氯如如二氯乙乙烷，以以提高催催化剂的的选择性性，调节节温度。三、反应应器及混混合器的的选择：乙烯环氧氧化制环环氧乙烷烷是一强强放热反反应，温温度对反反应的选选择性十十分敏感感，对于于这种反反应最好好采用流流化床反反应器，但但因为细细颗粒的的银催化化剂易结结块也易易磨损，流流化质量量很快恶恶化，催催化剂效效率急速速下降，故故工业上上普遍采采用的是是列管式式固定床床反应器器，管内内放催化化剂，管管间走冷冷却介质质。在配制混混合气时时，由于于纯氧加加入到循循环气和和乙烯的的混合气气中去，必必须使氧氧和循环环气
33、迅速速混合达达到安全全组成，如如果混合合不好很很可能形形成氧浓浓度局部部超过极极限浓度度，进入入热交换换器时易易引起爆爆炸危险险。为此此，混和和器的设设计极为为重要，工工业上是是借多空空喷射器器对着混混和气流流的下游游将氧高高速度喷喷射到循循环气和和乙烯的的混合气气中，使使他们迅迅速进行行均匀混混合。为为了确保保安全，需需要用自自动分析析检测仪仪监视，并并配制自自动报警警连锁切切断系统统，热交交换器安安装需要要有防爆爆措施。四、影响响因素（反反应条件件）的分分析： 反应应温度乙烯环氧氧化过程程中存在在着平行行的完全全氧化副副反应，影影响转化化率和选选择性的的主要因因素是温温度。温温度过高高，反
34、应应速度快快、转化化率高、选选择性下下降、催催化剂活活性衰退退快、易易造成飞飞温；温温度过低低，速度度慢、生生产能力力小。所所以要控控制适宜宜温度，其其与催化化剂的选选择性有有关，一一般控制制的适宜宜温度在在20002660。 反应应压力加压对氧氧化反应应的选择择性无显显著影响响，但可可提高反反应器的的生产能能力且有有利于环环氧乙烷烷的回收收，故采采用加压压氧化法法，但压压力高对对设备的的要求高高费用增增加催化化剂易损损坏。故故采用操操作压力力为2MMPa左左右。 空速速与温度相相比该因因素是次次要的，但但空速减减小，转转化率增增高，选选择性也也要降低低，而且且空速不不仅影响响转化率率和选择择
35、性，也也影响催催化剂的的空时收收率和单单位时间间的放热热量，故故必须全全面衡量量，现在在工业上上采用的的混合气气空速一一般为440000/h80000/hh左右，也也有更高高的。催催化剂性性能高反反应热能能及时移移出时选选择高空空速，反反之选择择低空速速。 原料料纯度原料其中中的杂质质可能给给反应带带来不利利影响14：使催化化剂中毒毒而活性性下降，如如乙炔和和硫化物物使催化化剂永久久中毒，乙乙炔和银银形成的的乙炔银银受热会会发生爆爆炸性分分解；使使选择性性下降（铁铁离子）；使反应应热效应应增大（HH2、C3以上烷烷烃和烯烯烃）；影响爆爆炸极限限，如氩氩气是惰惰性气体体但其会会使氧的的爆炸极极限
36、浓度度降低而而且增加加爆炸的的危险性性，氢也也有同样样的效应应，故原原料中的的杂质含含量要严严格控制制（乙炔炔5pppm，C3以上烃1ppm，硫化物1ppm，氢气5ppm）。 进入入反应器器的混合合气配比比由于反应应的单程程转化率率较低故故采用具具有循环环的乙烯烯环氧化化过程，进进入反应应器的混混合气是是由循环环气和新新鲜原料料气混合合而成的的，其组组成既影影响经济济效益也也关系生生产安全全。氧的的含量必必须低于于爆炸极极限浓度度，因乙乙烯的浓浓度影响响氧的极极限浓度度而且影影响催化化剂的生生产能力力，所以以其浓度度也需控控制。乙乙烯和氧氧浓度有有一适量量值（如如浓度过过高，反反应快，放放热多
37、，反反应器的的热负荷荷大，如如放热和和除热不不能平衡衡，就会会造成飞飞温），如如果以氧氧气作氧氧化剂，为为使反应应不致太太剧烈仍仍须加入入致稳剂剂。以氮氮气作致致稳剂时时进入反反应器的的乙烯浓浓度可达达15%20%，氧浓浓度为88%左右右。由于于反应的的转化率率比较低低，为了了充分利利用原料料从吸收收塔出来来的气体体须循环环。由于于循环气气中含有有杂质和和反应副副产物，所所以需要要在循环环之前将将一部分分有害气气体排除除，即脱脱除二氧氧化碳。从从吸收塔塔排出的的气体，大大部分（990%）循循环使用用，小部部分送二二氧化碳碳吸收装装置，用用碱洗法法（热碳碳酸钾溶溶液）脱脱除掉副副反应生生成的二二
38、氧化碳碳。二氧化碳碳对环氧氧化反应应有抑制制作用，但但适量提提高其含含量对反反应的选选择性有有好处，且且能提高高氧的爆爆炸极限限，故循循环气中中允许有有一定量量二氧化化碳，但但不宜过过多。 乙烯烯转化率率单程转化化率的控控制与氧氧化剂的的种类有有关，用用纯氧作作氧化剂剂时，单单程转化化率一般般控制在在12%15%，选择择性可达达75%84%或更高高。用空空气作氧氧化剂时时，单程程转化率率一般控控制在330%35%，选择择性可达达70%左右。单单程转化化率过高高时，由由于放热热量大，温温度升高高快，会会加快深深度氧化化，使环环氧乙烷烷的选择择性明显显降低。因因为工业业上采用用循环流流程，所所以单
39、程程转化率率也不能能太低，否否则会因因循环气气量过大大而耗能能增加。2.55 生产产方法的的评述及及选择(一)氧氧化反应应部分 一、工艺艺流程草草图二、流程程草图说说明由于此反反应为气气固相反反应，并并且催化化剂比较较贵，所所以选择择列管式式固定床床反应器器。反应应放出大大量的热热，所以以须采用用换热介介质进行行换热，根根据反应应的热效效应求得得反应的的温度在在18002550，因此此选择矿矿物油作作为换热热介质，采采用外部部循环式式换热。由以上流流程图可可以看出出，新鲜鲜原料气气与循环环气混合合后，经经过热交交换器预预热一段段时间后后，从反反应器上上部进入入催化床床层。自自反应器器流出的的反
40、应混混合气中中环氧乙乙烷的含含量仅为为1%2%，经经热交换换器利用用其热量量并进行行冷却后后，进入入环氧乙乙烷吸收收塔。由由于环氧氧乙烷能能以任何何比例与与水混合合，故采采用水做做吸收剂剂以吸收收反应气气中的环环氧乙烷烷。从吸吸收塔排排出的气气体，大大部分（约约90%）循环环使用，而而一小部部分需送送入COO2吸收装装置，用用热碳酸酸钾溶液液脱除掉掉副反应应所生成成的COO2。送入入CO22吸收装装置的那那一小部部分气体体在二氧氧化碳吸吸收塔中中与来自自再生塔塔的高温温贫碳酸酸氢钾-碳酸钾钾溶液接接触。在在二氧化化碳作用用下转化化为碳酸酸氢钾。自自二氧化化碳吸收收塔塔顶顶排出的的气体经经冷却，
41、并并分离出出夹带的的液体后后，返回回至循环环系统。二二氧化碳碳吸收塔塔塔釜的的富碳酸酸氢钾-碳酸钾钾溶液经经减压入入再生塔塔，经加加热，使使碳酸氢氢钾分解解为二氧氧化碳和和碳酸钾钾，COO2自塔顶顶排出，再再生后的的贫碳酸酸氢钾-碳酸钾钾溶液循循环回二二氧化碳碳吸收塔塔。乙烯催化化氧化法法制环氧氧乙烷的的工艺需需注意以以下两点点1、保障障安全性性对此工艺艺，由于于副反应应为强放放热反应应，温度度的控制制尤为重重要，若若反应热热未及时时移走，就就会导致致温度难难于控制制，产生生飞温现现象。由由于是氧氧气做氧氧化剂，还还存在爆爆炸极限限的问题题，所以以反应气气体的混混合至关关重要。可可借用多多孔喷
42、射射器对着着混合气气流的下下游将氧氧高速喷喷射入循循环气和和乙烯的的混合气气中，使使它们迅迅速进行行均匀混混合。为为控制氧氧气、乙乙烯的浓浓度在爆爆炸极限限以内，也也为使反反应不致致太剧烈烈，需采采用惰性性致稳气气，可采采用N22或CHH4作致稳稳气。152、保障障经济性性对化工行行业的生生产工业业来说，经经济性是是应首先先考虑的的重要因因素。为为满足此此要求，应应想办法法使反应应的选择择性提高高，催化化剂的研研究开发发决定着着反应的的选择性性，故应应采用性性能良好好的催化化剂，并并用二氯氯化物来来抑制副副反应的的发生。还应考虑虑能量的的利用率率，想办办法利用用生产流流程中各各种位能能的热量量
43、，充分分节约资资源，降降低生产产成本。第3章 物料衡衡算3.11 物性性数据表3.11 物物性数据据表116序号组分分子式分子量常压沸点点1氮气N228.001344-1955.82氩气Ar39.994800-1855.8773氧气O231.999888-1822.9884甲烷CH416.004233-1622.1555乙烯C2H4428.005300-1033.7116乙烷C2H6630.006888-88.67二氧碳CO244.000955-78.458环氧烷C2H44O44.00524410.449乙醛CH3CCHO44.00524420.4410水H2O18.00152210011乙二
44、醇C2H66O262.006766197.33.22 设计计依据1设计计任务：年产55.5万万吨环氧氧乙烷2年工工作时间间：72200小小时3高纯纯EO收收率：330%4乙烯烯单程转转化率：10%5EOO的选择择性：880%6二氧氧化碳的的选择性性：200%7EOO吸收率率：999.6%8排空空气体比比率：00.188%9以单单位时间间小时作作为基准准3.33 循环环系统的的物料衡衡算3.33.1计计算依据据(1)原原料氧气气组成（mol%）：: 0.01000: 00.20000: 999.880000(2)原原料乙烯烯组成（mol%）：: 0.05000: 999.885000: 00.1
45、0000(3)原原料甲烷烷组成(moll%)：:2.000000: 996.990000: 00.50000:0.60000(4)环环氧乙烷烷吸收塔塔吸收液液气比：2.000(5)二二氧化碳碳吸收率率：188.0%(6)符符号说明明：进料：FF2乙烯进进料；FF1氧气进进料；FF3甲烷进进料；FF混合器器物料；反应器器物料；排放物物料；WW排放物物产；RR循环物物料(7)主主反应：副反应：C2H4+3O2 2COO2+2HH2O 13008.228kJJ/mool(8)物物料衡算算图乙烯催化化氧化制制取环氧氧乙烷得得物料衡衡算框图图：反应器吸收塔CO2脱除装置CADBSPCSRC水W (Ar)环氧乙烷水溶液SPRPMFFFRCC2H4O2(Ar)N2除TCCO2图3.11 物物料衡算算图其中：FFF 新鲜原原料气 MFF 原料料混合气气 RRP 反应混混合气 SPP 混合合分离气气