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1、年产3万吨环氧乙烷工艺设计Process design of ethylene oxide with annual output of 30kt 目 录摘要：IAbstract:II引 言1第一章 工艺概述21.1 环氧乙烷的性质21.1.1 环氧乙烷的物理性质21.1.2 环氧乙烷的化学性质21.2 环氧乙烷在国民经济中的地位和作用21.3 环氧乙烷在国内外的发展动向31.3.1 生产技术31.3.2 技术发展动向31.4 环氧乙烷的市场需求状况41.5 生产方法的评述及选择41.5.1 氯醇法41.5.2 直接氧化法41.6 环氧乙烷的生产原理51.6.1 氧化反应原理51.6.2二氧化碳
2、脱除原理61.7 设计方案简介61.8 生产中注意事项10第二章 物料衡算112.1 物性数据112.2设计依据112.3 循环系统的物料衡算122.3.1 计算依据122.3.2混合器132.3.3 反应器16第三章 热量衡算193.1 反应器的热量衡算19第四章 设备计算244.1 反应器设备计算244.2 确定氧化反应器的基本尺寸244.3 床层压力降的计算254.4 传热面积的核算264.5 反应器塔径的确定264.6 环氧乙烷吸收塔的确定274.7 CO2吸收塔的确定27结 论28致 谢29参考文献30附 录31附录A 工艺流程图31附录B 设备图31年产3万吨环氧乙烷工艺设计摘要：
3、本文是对年产3万吨环氧乙烷合成工段的工艺设计。本设计简单介绍了环氧乙烷在国民经济中的地位和作用、性质、主要用途、生产现状、工业生产方法和发展趋势，认真比较众多生产方法并确定了用乙烯氧气直接氧化法生产环氧乙烷的方法，并叙述了生产原理、工艺流程。对主要设备如混合器、反应器等进行物料衡算，对环氧乙烷反应器设备进行热量衡算，并对环氧乙烷反应器进行详细的设备计算和校核，确定操作参数、设备类型，使用CAD绘制相应的工艺流程图，最后得出设备参数。关键词：环氧乙烷； 工艺流程； 反应器； 物料衡算Process design of ethylene oxide with annual output of 30
4、ktAbstract: The process of ethylene oxide with annual output of 30,000 tons was designed in this paper. The process design of this essay introduced the epoxy ethanes properties, main uses, production situation, and point out the position and role of the epoxy ethane in national economy environment,
5、in the main while it is analysis the industrial production method and development trend of epoxy ethane in the future. In this essay it is carefully compare many production methods and finally to choose the oxygen direct oxidation process method in the production of epoxy ethane with ethylene. And i
6、t is also describes the production principle and the production process. The material balance carries on the main equipment such as mixer, reactor and so on.Then carry on the heat balance of epoxy ethane reactor equipment. And make the detailed calculating and checking of the epoxy ethane reactor eq
7、uipment. Then make sure the operating parameters, decide the equipment type, and use of CAD drawing of the corresponding process flow diagram, at last to obtain the device parameters .Key words : epoxyethane; process; reactor; material balanceII引 言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
8、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
9、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，连续引入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1。第一章 工艺概述1.1 环氧乙烷的性质1.1.1 环氧乙烷的物理性质环氧乙烷（简称EO），英文名称epoxyethane，又被称为氧化乙烯，也称恶烷，分子式：C2H4O，分子量：44.05，沸点：10.4，熔点：-112.2，蒸汽压：145.91kPa/20。相对密度(水)=1：0.87，相对密度(空气)=1：1.52。在常温下为无色气体，低温时为无色易流动液体，在空气中的爆炸限（体积分数）为2.6%100%，它易与水、醇、氨、胺、酚、卤
10、化氢、酸及硫醇进行开环反应有乙醚的气味，其蒸气对眼和鼻粘膜有刺激性，有毒。环氧乙烷易自聚，尤其当有铁、酸、碱、醛等杂质或高温下更是如此，自聚时放出大量热，甚至发生爆炸，因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁，并保持在0以下。1.1.2 环氧乙烷的化学性质由于环氧乙烷具有含氧三元环结构，性质非常活泼，极易发生开环反应，在一定条件下，可与水、醇、氢卤酸、氨及氨的化合物等发生加成反应，其中与水发生水合反应生成乙二醇，是制备乙二醇的主要方法。当用甲醇、乙醇、丁醇等低级醇与环氧乙烷作用时，分别生成乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚。它们兼具醇和醚的性质，是优良的溶剂，用途很广泛，可溶解纤维酯如硝酸纤维酯、工业上
11、称为溶纤剂。与氢卤酸作用，环氧乙烷与氢卤酸在室温或更低的温度下反应，生成卤醇，可用于定量分析环氧乙烷及环氧乙烷型化合物。与氨反应可生成一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。环氧乙烷本身还可开环聚合生成聚乙二醇。1.2 环氧乙烷在国民经济中的地位和作用环氧乙烷(简称EO)，又称氧化乙烯，也称恶烷，是一种最简单的环醚，是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品，是最简单最重要的环氧化物，在国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用。从全球来看，环氧乙烷主要用作化学中间体，它主要消费于乙二醇，全球环氧乙烷产量的60%都转变为乙二醇，乙二醇可进一步加工成聚酯纤维和树脂。有13%的环氧乙烷用于制造其
12、它二醇类（如聚乙二醇、二甘醇和三甘醇等）。环氧乙烷的第二大销量是用于洗涤剂的产品。其它环氧乙烷的衍生产品有乙醇胺、溶剂、乙二醇醚类等。环氧乙烷也用作熏蒸消毒杀虫剂、杀菌剂以及医疗器械的消毒剂。2003年全球环氧乙烷消费量为1593.4万吨。19982003年年均消费增长率达到5.6%，预计20032008年和20082013年又分别以4.6%和3.4%速率递增，即到2008年和2013年全球环氧乙烷需求量将分别达到1995.2万吨和2358.2万吨。我国由氯醇法生产环氧乙烷始于1960年代，由于氯醇法对乙烯质量要求不高，所以采用酒精发生乙烯和渣油裂解混合烯烃生产环氧乙烷在我国石油化工发展初期具
13、有一定意义。随着大规模引进环氧乙烷装置的建成和投产，加上环保法规的日益严格，国内小规模的氯醇法环氧乙烷装置已无生命力，于1993年下半年淘汰。因经济原因，早期引进的空气法环氧乙烷装置大多也改造为氧气法2-3。1.3 环氧乙烷在国内外的发展动向1.3.1 生产技术1922年UCC(联碳公司)建成首套氯醇法工业装置。1938年又建成了首套乙烯空气氧化法工业装置。1958年Shell(壳牌公司)建成首套乙烯氧气氧化法工业装置。目前，全球环氧乙烷专利技术大部分为Shell、美国SD(科学设计公司)和UCC三家公司所垄断，这三家公司的技术占环氧乙烷总生产能力的90%以上。Shell、SD和UCC三家公司
14、的乙烯氧化技术水平基本接近，但技术上各有特色。例如在催化剂方面，尽管载体、物理性能和制备略有差异，但水平比较接近，选择性均在80%以上；在工艺技术方面都有反应部分、脱CO2、环氧乙烷回收组成，但抑制剂选择、工艺流程上略有差异。目前国内环氧乙烷生产厂家均采用乙烯氧气氧化法生产技术，基本为引进技术。1.3.2 技术发展动向近年来，世界上环氧乙烷催化剂、工艺技术等方面有了新的进展。在催化剂方面，目前已形成高活性和高选择性两大系列工业化催化剂。高活性催化剂系列产品为S860、S861、S862、S863，具有初始反应温度低(218225)、初始选择性高(81%83%)、活性和选择性下降速率慢等特点，该
15、系列催化剂已应用于国内外20多家采用Shell技术或其他专利技术的环氧乙烷生产装置中。高选择性催化剂系列产品为S879、S882，催化剂初始选择性分别为85%和88%。SD和UCC在新催化剂开发方面也取得许多进展，例如近期SD公司开发的固载银及含有碱金属、硫、氟和磷族元素(P，Bi，Sb)，固载银及含有碱金属、硫、氟和或锡，固载银及含有碱金属、硫、氟和镧系金属助剂的催化剂，突破了以铼和过渡金属作助剂制备环氧乙烷银催化剂的传统方法。研制的催化剂在反应温度232255时，催化剂的环氧乙烷选择性可达81.9%84.6%。UCC公司报道了一系列催化剂研制专利，包括含锂、钠、钾、铷、铯、钡中至少一种阳离子助剂，含硫化物、氟化物阴离子助剂和选自BB族至少一种元素组成的减少环氧乙烷完全氧化反应的银催化剂。而性能最优异的是一种含银载体用硝酸钾和高锰酸钾溶液多次浸渍制备的催化剂，这种银催化剂中含钾质量分数1.512mg/g，锰质量分数37.4mg/g，催化剂经21天运行试验后，环氧乙烷选择性可高达96.6%4。1.4 环氧乙烷的市场需求状况我国最早以传统的乙醇为原料经氯醇法生产EO。20世纪70年
