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1、传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！化工与制药学院课程设计说明书课题名称：年产1.5万吨环氧乙烷固定床反应器设计专业班级：2011 级有机与石油化工 1 班 学生学号：1106170104学生姓名：陈正飞 学生成绩: 指导教师：杨昌炎设计时间：2015.1.62015.01.20武汉工程大学课程设计任务书系别 化工与制药学院班级有机一班学生 陈正飞一、设计名称年产吨环氧乙烷固定床反应器设计二、任务根据设计条件，通过物料衡算、热量衡算、反应器的选型及尺寸的确定，计算压降、 催化剂的用量等，设计出符合设计要求的反应器，并画出设备的装配图。三、内容1、概述2、环氧乙烷物化性质3、设
2、计方案4、设计条件5、工艺计算6、设计总结7、参考文献四、计划进度1、发题 2015年1月6日2、第一阶段：2015年1月6日1月12日工艺计算与设备计算3、第二阶段：1月13日1月18日画图、撰写设计报告、答辩4、第三阶段：1月19-日1月20日设计答辩指导老师杨昌炎教研室主任刘生鹏 目录摘 要IAbstractII第一章概述1第二章 环氧乙烷物化性质32.1 物理性质32.2 化学性质43.1 环氧乙烷生产艺73.2 环氧乙烷生产的设计方案83.3.2 工艺参数83.3.3 环氧乙烷生产工艺流程10第四章 工艺计算134.1 设计条件134.1.1 反应原理134.1.2 原料组成144.
3、1.3 反应器设计条件144.2 物料衡算144.3 热量衡算17第五章 反应器的工艺参数优化215.1 催化剂的用量215.2 确定氧化反应器的基本尺寸255.3 床层压力降的计算265.4 传热面积的核算275.4.1 床层对壁面的给热系数a275.4.2 总传热系数的计算285.4.3 传热面积的核算285.5 反应器塔径的确定29第六章 设计参数总结31第七章 安全生产33第八章 三废治理与环境保护37第九章 资金核算39第十章 设计体会41摘 要环氧乙烷是乙烯的衍生物，是重要的基本有机化工原料,广泛用于生产乙二醇、农药乳化剂等各种精细化学品。目前较先进的生产方法是用银作催化剂，在列管
4、式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷。本文主要介绍了生产环氧乙烷的原理、工艺设计条件，通过进行物料衡算、热量衡算确定了反应器的尺寸、传热面积、塔径等参数。同时，关注了安全生产、三废处理等问题并提出了相应的解决措施。关键词 环氧乙烷 乙烯 直接氧化 固定床反应器AbstractEthylene Oxide is the derivative of ethylene, which is the important basic organic chemical raw material. It is widely utilized in producing varied
5、fine chemicals like ethanediol, agricultural pesticide emulsifier, just name two. Advanced method we apply now is the direct oxidation reaction between pure oxide and ethylene with the catalyst of silver in Tube fixed-bed reactor.In this them, we mainly introduce the principle and the condition of p
6、rocess design of producing ethylene oxide. Meanwhile, the parameters such as the volume, transfer area and reactor diameter are determined by calculating the material balance and energy balance. At the end of this thesis, we put safety issue and recycle issue of waste into discussion with proposing
7、some measure to solve those problems.Keywords Ethylene oxide, Ethylene, Racked-bed reactor 第一章 概述乙烯是碳原子数最少的烯烃，由于它具有极其活泼的双键结构，因而其反应能力很 强，且成本低、纯度高、易于加工利用，所以是有机化工中最重要的基本原料。通过乙 烯的聚合、氧化、卤化、烷基化、水合、羰基化、齐聚等反应的实现，可以得到一系列 极有价值的乙烯衍生物，如环氧乙烷、乙二醇、乙醛、醋酸、醋酸乙烯、乙苯、聚乙烯 等，由乙烯出发还可生产溶剂、表面活性剂、增塑剂、合成洗涤剂、农药、医药等。环氧乙烷(Oxirane
8、) 又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最简单的环状醚,分子式 C2 H 4 O ，分子量44.05。 环氧乙烷是以乙烯为原料的主要石油化工产品之一。世界乙烯总产量的16用来生产环氧乙烷，环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯的第二位重要化工产品。环氧 乙烷还是重要的石油化工原料及有机和精细化工产品的中间体，主要用来生产乙二醇。随着精细化工的发展，环氧乙烷已成为精细化工工业不可缺少的一种有机化工原料1 环氧乙烷早期采用氯醇法工艺生产，20世纪20年代初，UCC公司进行了工业化生产，之后公司基于Lefort有关银催化剂的研究成果，使用银催化剂，推出空气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺。
9、50年代末，Shell公司采用近乎纯氧代替空气作为生产环氧 乙烷的氧原料，推出氧气法乙烯直接氧化生产环氧乙烷工艺，经过不断改进，目前较先 进的生产方法是用银作催化剂，在列管式固定床反应器中，用纯氧与乙烯反应，采用乙烯直接氧化生产环氧乙烷2-5 。 环氧乙烷是石油化学工业的重要产品，也是一种基本有机化工原料，用途很多，广泛用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品。 环氧乙烷的工业化生产已经有半个多世纪的历史，最早的工业化生产方法是氯醇法，由于其存在腐蚀设备、污染环境和耗氯量大等一系列问题，现在己基本上被淘汰了， 取而代之的是直接氧
10、化法直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法，其主要区别在 于乙烯的氧化剂各不相同。在环氧乙烷的生产发展过程中，生产技术和工艺过程都有不断的改进和革新，到目前为止，世界上几乎所有的环氧乙烷都是用乙烯直接氧化法生产的。直接氧化法中，首 先出现的是空气氧化法，而后氧气氧化法问世，二者并行：近几十年来，许多厂家都采 用氧气氧化法生产环氧乙烷，因为氧气氧化法不需要空气净化系统，并且氧气氧化法的 环氧乙烷收率高于空气氧化法，乙烯单耗较低。由于用纯氧作氧化剂，连系统的 惰性气体大为减少，未反应的乙烯基本上可完全循环使用。本设计采用氧气直接氧化法，对原有的单元设备进行生产能力标定和技术经济评 定。在此基础上，
11、查阅了大量资料，根据设计条件，通过物料衡算、热量衡算、反应器 的选型及尺寸的确定，计算压降、催化剂的用量等，设计出符合设计要求的反应器。第二章 环氧乙烷物化性质2.1 物理性质常温下环氧乙烷为无色、具有甜醚味的气体。在较低的温度下环氧乙烷成为无色、透明、易流动的液体。易溶于水、醚和醇等有机溶剂。表1-1 环氧乙烷的主要物理性质物理性质数据沸点(101.3kPa)，10.8熔点(101.3l(Pa)，下限112.5临界温度，195.8临界压力，Mpa7.194临界密度，kg/ m3折射率，h 7 D3141.3597空气中爆炸极限(101.3kPa)，(体积)2.6上限100燃烧热(25，101
12、.3kPa)，kJ/kg29.648蒸汽71.13生成热，kJ/mol液体97.49熔解热，kJ/kg117.86聚合热，kJ/kg2091汽化热，(10.5)，kJ/kg580.58比热容(35)，kJ/(kgK)1.96气相分解热，kJ/kg1901着火点，K702自燃点，K644表面张力(20)，mN/m(dyn/cm)24.3热导率(25)，J/(cmsK)0.000123900.3l10 0.28粘度，mPas 2.2 化学性质环氧乙烷的化学性质非常活泼，能与很多化合物进行反应，其反应主要是环氧乙烷 开环与其它化合物进行加成反应，放出大量反应热，有的反应进行得非常剧烈，甚至产 生爆炸
13、。许多反应产物是重要的有机化工及精细化工产品。1)分解反应气体环氧乙烷在约400时开始分解，主要生成CO、CH 4 以及 C2 H 6 、C2 H 4 、H 2 、 C、CH3CHO 等。分解反应的第一步是环氧乙烷异构成乙醛。环氧乙烷的分解反应还可 以被引发，且在一定条件下会在气相中传播，直到瞬时产生爆炸。2)加成反应环氧乙烷与含有活泼氢原子的化合物，如 H 2 O 、HX、 NH3 、 RNH 2 、 R 2 NH 、 RCOOH、ROH、RSH、HCN等进行加成反应，生产含OH的化合物(其中X为卤素，R 为烷基或芳基)。(1)与水反应 环氧乙烷与水反应生成乙二醇，这是工业上生产乙二醇的方法
14、。C2 H 4O + H 2O CH 2OH该反应为放热反应，热效应为96.3kJ/mol。反应过程不采用催化剂。生成的乙二醇 可以与环氧乙烷继续作用生成二甘醇、三甘醇及多甘醇。(2)与醇类反应 环氧乙烷与醇反应生成醚，其反应的最终产品是至少含一个羟基的醚。XCH 2CH 2OH + nC2 H 4O(环氧乙烷） X (CH 2CH 2O)n+1 HX可为卤素、氢、羟基等,在乙二醇生产中生成部分二甘醇，三甘醇就是环氧乙烷进 一步与乙二醇反应的产物。如果进一步反应可以生成分子量更大的化合物。(3)与苯酚反应 环氧乙烷与苯酚反应生成苯氧基乙醇。C2 H 4O + C6 H5OH C6 H5OCH 2CH 2OH其酯类是香料的定香剂、杀菌剂和驱虫剂。(4)与氨反应 环氧乙烷可以与氨反应生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，这是工业上制造乙醇胺的方法。该反应一般是在高压、较
