毕业论文_5万吨年环氧乙烷固定床设计_本科毕业设计论文

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。

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，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。

文献综述环氧乙烷的性质物理性质表环氧乙烷的主要物理性质参数名称数值沸点，熔点，临界温度，临界压力，临界密度，折射率，空气中爆炸极限，体积下限空气中爆炸极限，体积上限燃烧热生成热蒸汽，生成热液体，熔解热，聚合热，汽化热比热容，续表参数名称数值气相分解热，着火点，自燃点，表面张力，热导率，粘度粘度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。

主要物理性质如表。

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。

许多反应产物是重要的有机化工及精细化工产品。

分解反应气体环氧乙烷在约时开始分解，主要生成以及等。

分解反应的第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，且在定条件下会在气相中传播，直到瞬时产生爆炸。

加成反应环氧乙烷与含有活泼氢原子的化合物，如等进行加成反应，生产含的化合物其中为卤素，为烷基或芳基。

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。

该反应为放热反应，热效应为。

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。

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个羟基的醚。

环氧乙烷在乙二醇生产中生成部分二甘醇，三甘醇就是环氧乙烷进步与乙二醇反应的产物。

如果进步反应可以生成分子量更大的化合物。

与苯酚反应环氧乙烷与苯酚反应生成苯氧基乙醇。

④与氨反应环氧乙烷可以与氨反应生成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。

该反应般是在高压较低温度和液相下进行的，三种产品的比例可通过氨与环氧乙烷的摩尔比例来调节，氨过量有利于乙醇胺的生成。

与酸反应环氧乙烷可与有机酸无机酸反应生成相应的酯。

环氧乙烷与硝酸反应最为重要，生成的乙二醇二硝酸酯是能在低温下引爆的炸药。

氧化还原反应在钠汞齐及催化剂存在下环氧乙烷加氢还原生成乙醇，此反应没有工业意义。

环氧乙烷在铂黑等催化剂存下可以有控制地氧化成羟基乙酸，最终则被氧化成二氧化碳及水。

异构化反应环氧乙烷在三氧化二铝磷酸磷酸盐等催化剂存在下可异构化为乙醛。

在定的条件下银催化剂也有此功能，这是乙烯氧化制环氧乙烷过程的副反应之，要极力避免，因为醛的存在增加了环氧乙烷提存净化的难度。

与双键进行加成反应环氧乙烷和以下些含双键的化合物可进行加成反应生成环状化合物，例如等。

与格利雅试剂反应环氧乙烷与格利雅试剂反应可生成比原来烷基多两个碳原子的醇，这是实验室制备加长碳链醇的种办法，羟基在链的端部。

齐聚反应环氧乙烷进行齐聚反应可生成冠醚，催化剂为含氟的路易斯酸。

反应在室温常压下进行。

与二甲醚反应在作用下环氧乙烷与二甲醚反应生成聚乙二醇二甲醚。

该反应在工业上用来生产低分子量的均聚物，其产品广泛用作溶剂。

环氧乙烷的生产方法目前，我国工业生产环氧乙烷的方法有氯醇法和乙烯氧化法两种，乙烯氧化法又分为乙烯空气氧化法及乙烯氧气氧化法。

氯醇法氯醇法环氧乙烷生产分两步进行氯气与水反应生成次氯酸，再与乙烯反应生成氯乙醇氯乙醇用石灰乳皂化生成环氧乙烷。

直接氧化法直接氧化法，分为空气法和氧气法两种。

这两种氧化方法均采用列管式固定床反应器。

反应器是关键性设备，与反应效果密切相关，其反应过程基本相同，都包括反应吸收汽提和蒸馏精制等工序。

空气氧化法此方法用空气为氧化剂，因此必须有空气净化装置，以防止空气中有害杂质带入反应器而影响催化剂的活性。

空气法的特点是有两台或多台反应器串联，即主反应器和副反应器，为使主反应器催化剂的活性保持在果如表所示。

比热的单位为表原料气中各组分定压比热的压力校正参数组分表氧化气中各组分定压比热的压力校正参数组分热量衡算原料气带入的热量原料气的入口温度为，以为基准温度，则基入计算结果列于表中表原料气带入的热量组分合计由计算结果可知入由公式可得反应热在操作条件下，主副反应的热效应分别为主反应副反应则主反应的放热量为副反应的放热量为总反应热为氧化气带出的热量氧化气出口温度为，以为基准温度，则基出计算结果列于表中表氧化气带出的热量组分合计由计算结果可知出由公式可得④反应器的撤热量可得反应器的撤热量反应器的设计在物料衡算和热量衡算的基础上，可以对反应部分主要设备的工艺参数进行优化计算。

这部分主要是反应器的工艺参数优化。

设计生产能力吨年生产过程安全系数年操作时间小时本设计采用两台反应器并联进行反应。

已知每小时输入的原料气量总为以银为催化剂，颗粒为球形空隙率反应温度为，操作压力为，空速为反应器列管规格为反应热用油撤走，导出液进口温度，导出液出口温度原料气进口温度为，氧化气出口温度为。

催化剂的用量催化剂总体积是决定反应器主要尺寸的基本依据，其计算公式如下所示总式中总原料气流量空速，。

原料的体积流量立方型状态方程用于气体混合物的其中方程中参数和常采用混合规则。

交叉项其中先求和由表知各物质的和代入式和计算结果如表表原料气的计算组分表原料气交叉项的计算由计算结果可知带入式有运用直接迭代法，查可知方程的直接迭代方程为以迭代的结果如表表迭代结果有总所以，由公式得氧化反应器床层截面积及高度的计算氧化反应器采用两套并联计算公式如下所示床层高度为故确定氧化反应器的基本尺寸对于列管式固定床反应器，首先应根据传热要求选定选择的不锈钢管作为反应器的反应管规格，再求出反应管根数。

反应管内径反应管根数由公式可得根经圆整可得，反应管根数为根床层压力降的计算可查得如下计算公式式中床层压力降催化剂床层高度，质量流速气体密度重力加速度固定床空隙率催化剂颗粒当量直径气体粘度或本次设计所选用的催化剂为的球型，计算其直径为由式得传热面积的核算床层对壁面的给热系数的计算对于氧化反应器，催化剂床层是被冷却的。

此时催化剂床层与反应器内壁的给热系数，可用下式进行计算式中床内气体的给热系数，反应管内径催化剂颗粒直径通过床层的气体的导热系数，气体的粘度气体的线速度通过床层的气体的密度，。

气体的线速度可由公式总得由公式得总传热系数的计算以管外表面为基准，不锈钢反应管导热系数取。

其计算公式如下参见式由公式可得传热面积的核算对数平均温差公式为换热介质采用逆流，则由得又需则有需又实则有实可知实需，即实际传热面积大于按传热计算所需的传热面积，所以设计符合要求。

反应器塔径的确定查得塔经的计算公式有式中壳体内径管中心距横过管中心线的管数管束中心线最外层管的中心至壳体内壁的距离般取，取管子按正三角形排列如下图图反应器列管排列示意图则横过管中心线的管数为由公式，可得所以，由公式可得本反应器取最小壁厚为，故外径为。

故取反应器外径为数据汇总氧化反应器的参数名称数据原料进料量，产品产量，吨年原料进口温度，氧化气出口温度，催化剂用量，导热油进口温度，导热油出口温度，氧化反应器台数，台氧化反应器直径，列管根数，根列管尺寸氧化反应器高度，换热面积，结论本论文采用乙烯直接氧化法对年产吨环氧乙烷的装置进行初步的工艺设计，主要对环氧乙烷的氧化反应器进行了工艺和设备的参数进行计算为环氧乙烷转置的工艺设计提供参考。

氧化反应器是环氧乙烷生产中的最重要设备，在操作温度为操作压力为的工艺条件下，经过物料衡算和热量衡算决定采用两套直径为管式固定床反应器并联，列管总共有根，催化剂的床层高度为米参考文献陈光荣乙烯氧化合成环氧乙烷的甲烷致稳工艺石油化工崔克清化工工艺及安全北京化学工业出版社舒均杰基本有机化工工艺学第版北京化学工业出版社，冯新，宣爱国化工热力学北京化学工业出版社，中国石化集团上海工程有限公司化工工艺设计手册第四版化学工业出版社，陈敏恒化工原理上北京化学工业出版社，摘要环氧乙烷是乙烯的重要衍生物，主要用作有机合成的中间体和原料，用于制造乙二醇表面活性剂洗涤剂增塑剂以及树脂等。

我国环氧乙烷生产能力有限，每年都要大量进口环氧乙烷产品来满足国内市场的需求。

环氧乙烷是乙烯衍生物中的重要基础化工原料，它主要用来生产乙二醇，因此环氧乙烷乙二醇工艺是石油化工中的重要工艺之。

我国目前拥有大小不等的生产装置套，但相比于国外的同类装置，这些装置的工艺落后，能耗和水耗较高，因此研究工艺优化以降低生产成本，具有非常现实的意义。

本设计对年产万吨环氧乙烷合成工段进行了工艺设计。

并对环氧乙烷的生产方法生产原理流程路线及主要设备等进行了论述和计算。

设计的工艺流程分为四个系统，分别为反应系统环氧乙烷吸收和解吸系统二氧化碳吸收解吸系统和环氧乙烷精致系统。

并以这四个系统为主线，对工艺流程进行了叙述。

本设计的专题任务为环氧乙烷脱轻组分塔和环氧乙烷精致塔塔底再沸器，针对专题任务做了热量衡算和设备计算，对设备参数进行了校核，并根据计算的结果对换热器，即环氧乙烷精致塔底再沸器进行了设备选型。

关键词环氧乙烷，。

，。

，。

，目录前言文献综述，环氧乙烷的性质，环氧乙烷的物理性质，环氧乙烷的